【摘 要】
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珊瑚礁生态系统在海洋生物多样性的维持、海洋生物资源的供给及国防建设等方面发挥着重要作用。然而,由于全球自然环境压力和区域人类活动压力的加剧,中国南海乃至全球珊瑚礁生态系统严重退化,亟需对珊瑚礁采取保护、修复和管理措施。珊瑚礁生态抵抗力评价可以为珊瑚礁保护、修复与管理工作提供科学的参考。目前,在珊瑚礁生态抵抗力研究中,传统实地调查法存在获取的生态抵抗力数据不连续的问题,遥感是获取大范围连续生态抵抗力
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珊瑚礁生态系统在海洋生物多样性的维持、海洋生物资源的供给及国防建设等方面发挥着重要作用。然而,由于全球自然环境压力和区域人类活动压力的加剧,中国南海乃至全球珊瑚礁生态系统严重退化,亟需对珊瑚礁采取保护、修复和管理措施。珊瑚礁生态抵抗力评价可以为珊瑚礁保护、修复与管理工作提供科学的参考。目前,在珊瑚礁生态抵抗力研究中,传统实地调查法存在获取的生态抵抗力数据不连续的问题,遥感是获取大范围连续生态抵抗力数据的有效手段,但仍存在无法直接获取大部分生态抵抗力因子的问题。因此,本研究从珊瑚群落结构和组成的角度,选取珊瑚覆盖度、耐压珊瑚覆盖度、珊瑚种多样性和珊瑚种均匀度四个生态抵抗力指标构建了西沙群岛生态抵抗力遥感评价体系。通过遥感技术获取影响生态抵抗力指标的地形、地貌和底质分区因子,采用将遥感数值建模和遥感空间分区相结合的方法间接获取研究区生态抵抗力各指标空间分布数据,并进一步构建生态抵抗力归一化评价模型,对研究区生态抵抗力进行评价。主要得到以下结论:(1)“冰、云和陆地高程2号”(ICESat-2)数据与高分一号(GF-1)遥感影像相结合,本研究提出了一种地貌分带下大尺度珊瑚礁区多光谱遥感水深反演方法。结果表明:礁坡和深潟湖地貌采用单波段和波段比值二项式模型,礁坪、浅潟湖和点礁地貌采用多波段比值回归模型,可以使得地貌单元内水深遥感反演达到最优效果。模型反演水深数据与实地调查水深数据相关系数(R~2)为0.96;实地调查水深数据与ICESat-2深水区数据综合验证结果显示,模型均方根误差(RMSE)为1.33m,平均绝对误差(MAE)为1.06m,平均相对误差(MRE)为16.76%。基于地貌的主被动遥感水深反演方法显著改进了珊瑚礁区中分辨率遥感水深反演模型的精度,可为大范围珊瑚礁区高精度的水深遥感反演提供方法支持。(2)基于研究区水深数据构建DEM模型,获取了水深、水深位置指数、粗糙度、剖面坡度和坡向五个地形因子,基于上述因子建立了礁坡区耐压珊瑚覆盖度、珊瑚种多样性和珊瑚种均匀度指标分布数据间接预测模型。三个生态抵抗力指标模型的验证相关系数(R~2)分别为0.64、0.46和0.42,RMSE分别为0.04、0.38和0.10。采用遥感地貌和底质进行研究区空间分区,结合各分区内实地调查的平均数据获取了研究区珊瑚覆盖度以及非礁坡区耐压珊瑚覆盖度、珊瑚种多样性和珊瑚种均匀度指标空间分布数据。上述将遥感数值建模与遥感空间分区相结合的方法,可以获取有效的生态抵抗力指标分布数据。(3)层次分析法结合变异系数法获取了珊瑚覆盖度、耐压珊瑚覆盖度、珊瑚种多样性和珊瑚种均匀度四个指标的权重,分别为0.25、0.35、0.25和0.15。建议西沙群岛珊瑚礁保护和修复具体工作实施时,优先考虑耐压珊瑚覆盖度指标。(4)生态抵抗力评价结果表明,礁坡区和礁坪珊瑚繁盛区为高等级生态抵抗力区。其中,生态抵抗力最高的区域分布于珊瑚礁的北部以及东北部礁坡区,为该区保护与修复工作的最佳区域。点礁区和礁坪珊瑚次繁盛区为中-高等级生态抵抗力区域,礁坪珊瑚稀疏区和潟湖有珊瑚区为中-低等级生态抵抗力区域,无珊瑚区为低生态抵抗力区域。上述研究结果可为西沙群岛珊瑚礁管理优先级提供决策支持。
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