研究名称：基于遥感影像的湖北省25年（2000–2024）湿地景观异质性时空格局解析

作者与机构
Hong Xu（武汉科技大学城市建设学院，湖北省城市更新工程技术研究中心）；Xuanhe Li, Xincan Yu, Yong Chen, Ziming Li, Xiaoyu Jiang（武汉科技大学城市建设学院）；Jianing Yu, Mengying Wang（武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室）
期刊与发表时间
*Environmental and Sustainability Indicators*，2025年9月

一、学术背景

研究领域
本研究属于景观生态学与遥感科学的交叉领域，聚焦湿地生态系统时空格局演变及其驱动机制。

研究动机
全球50%以上的湿地因人类活动与气候变化在过去150年内退化（O’Connell et al., 2013）。中国湖北省作为“千湖之省”，其湿地系统面临城市化与农业扩张的双重压力。然而，湿地景观异质性（heterogeneous spatiotemporal patterns）的驱动机制仍不明确，缺乏长期定量分析。

研究目标
1. 揭示2000–2024年湖北省湿地景观的时空异质性特征；
2. 量化社会经济因素（GDP、人口密度、夜间灯光指数）对湿地格局的驱动作用；
3. 提出支持湿地保护与可持续发展的空间规划建议。

二、研究流程与方法

1. 数据获取与预处理

数据来源
- 遥感影像：Landsat 7 ETM+（2000–2012）与Landsat 8 OLI（2013–2024），空间分辨率30米，通过Google Earth Engine（GEE）平台去云与几何校正。
- 辅助数据：NASA SRTM高程数据、GDP与人口密度栅格数据（中国科学院资源环境科学数据中心）、DMSP-OLS夜间灯光指数。

湿地分类体系
依据中国国家标准，将湿地分为5类二级类型（如自然湿地、人工湿地）和7类三级类型（如河流湿地、水库湿地），与非湿地类型（建设用地、林地等）共同构成分类系统（表3）。

2. 湿地提取与分类

水体检测
采用改进的自动水体提取指数AWEI（Automated Water Extraction Index），通过双阈值（AWEInsh与AWEIsh）区分水体与阴影/建筑物干扰（公式1–2）。

分类方法
基于支持向量机（SVM）的LibSVM算法，输入特征包括MNDWI（改进归一化水体指数）、NDVI（归一化植被指数）及原始波段，采样点共计3600个（每类450个），训练集与测试集比例为7:3。总体分类精度>80%，Kappa系数>0.8。

3. 景观格局分析

指标选取
计算10项景观指数（表5），包括：
- 破碎化指标：斑块密度（PD）、边缘密度（ED）；
- 多样性指标：香农多样性指数（SHDI）；
- 连通性指标：聚合指数（AI）、邻近指数（MPI）。

时空趋势检测
- Mann-Kendall检验：分析景观指数的长期趋势（τ值）与突变点（如2022年SHDI下降突变）；
- ARIMA预测模型：对TA（总面积）、SHDI等指标进行未来4年预测（如ARIMA(1,1,1)模型）。

4. 驱动因子量化分析

模型构建
- 固定效应模型：揭示GDP、人口、夜间灯光对景观指数的平均影响（公式17）；
- 分位数回归模型：分析不同分位数下驱动力的异质性效应（公式18），如高GDP区域对SHDI的强化正向作用（β=13.75, p<0.01，表9）。

三、主要结果

1. 湿地面积与结构变化

• 人工湿地锐减：2000–2024年，人工养殖湿地占比从29.98%降至16.35%，而稻田湿地从27.75%升至37.95%（表6），反映生态农业转型趋势（图4e）。
  
• 自然湿地稳定性：河流湿地占比稳定在24–28%，但受三峡蓄水影响，洪旱季水文节律改变（Wu et al., 2017）。
  

2. 景观格局演变特征

• 破碎化加剧：最大斑块指数（LPI）显著下降（τ=-0.487, p=0.0005），边缘密度（ED）在2012年后持续上升（图7b），表明人类活动导致湿地边界复杂化。
  
• 多样性波动：SHDI总体上升，但2022年后突变下降，可能与极端干旱事件相关（Xiong et al., 2024）。
  

3. 驱动机制异质性

• GDP的积极作用：经济水平提高显著增强景观连通性（MPI β=0.00085, p<0.1）与多样性（SHDI β=0.00135, p<0.01）；
  
• 人口与城市化的负面影响：人口密度导致聚集度降低（CONTAG β=-0.00034），夜间灯光扩张加剧破碎化（PD β=-0.294, p<0.01）。
  

四、结论与价值

科学价值
1. 首次量化湖北省25年湿地景观异质性，揭示“生态农业转型–自然湿地维稳”的双轨模式；
2. 开发融合AWEI与LibSVM的湿地分类流程，精度显著优于传统NDWI方法；
3. 证明社会经济驱动力的分位数效应，为差异化保护政策提供依据（如高GDP区优先修复连通性）。

应用价值
- 支持《湖北省湿地保护规划（2023–2030）》中“东部集约化、西部自然化”的分区策略；
- 为长江经济带生态协同治理提供案例支撑。

五、研究亮点

• 方法创新：结合M-K突变检验与ARIMA预测，解析景观动态的非线性特征；
  
• 数据融合：整合多源遥感与社会经济数据，突破传统生态研究的单尺度局限；
  
• 政策导向：提出“经济–人口–生态”协同调控框架，助力可持续发展目标（SDG15）。
  

（注：文中所有专业术语首次出现时均标注英文原词，如“异质性（heterogeneity）”）