论文题目：潜江市稻虾田时空格局演变及对生态环境的影响
摘要：稻虾共作模式是一种在水稻田种植水稻的同时养殖克氏原螯虾,是将水产养殖产业与农业种植产业有机结合的高效生态农业种养模式。目前,我国稻虾共作模式主要分布在湖北、湖南、江西、浙江、安徽和江苏等长江中下游地区,且以湖北省潜江市为典范。稻虾共作模式利用稻田环境的光热水及生物资源进行稻虾种养,其可提高生物多样性、提高土壤肥力以及促进稻田生态环境系统的稳定性。近年来,随着稻虾共作种养技术的成熟和稻虾共作技术的不断推广,以及稻虾共作带来的高效益收入,稻虾共作区不断扩张且面积不断增长,空间分布复杂,由此引来大量学者的深入研究,相关研究主要集中稻虾共作种养殖技术、稻虾共作风险管控、稻虾共作对土壤环境的影响以及稻虾共作可持续发展等方面,采用农业遥感技术识别稻虾共作区及其对生态环境的影响研究涉足较少。农业遥感技术不仅能高效、大尺度、精准和快速的识别稻虾共作面积和空间分布信息,同时可以对生态环境进行测度与监测,借助农业遥感技术识别稻虾共作区能扩展农业遥感的研究领域,完善作物空间信息识别、提取和分类的研究。探讨稻虾共作区时空演变规律,对保障稻虾共作安全生产、稻虾社会供应和政府部门制定相应的稻虾种养管理和规划政策具有重要意义。分析稻虾田时空演变对生态环境的影响,是防止稻虾共作区土壤肥力衰退、减少环境污染、维持生态平衡的重要举措。本研究以全国稻虾共作典范潜江市为研究区,借助Google Earth Engine云平台,利用Landsat-8和Sentinel-2遥感影像作为数据源,构建2015～2020全年度的时间序列遥感影像数据,基于水体季相差异的稻虾田提取方法识别潜江市年度稻虾田空间分布区域,揭示其时空演变规律,并提取遥感生态指数以反映其对生态环境的影像,得到以下结论:（1）基于 Google Earth Engine 数据处理平台,构建 Sentinel-2 和 Landsat-8时间序列遥感影像数据,提取稻虾田季相光谱特征和水体指数,采用水体季相差异的稻虾共作提取方法提取稻虾田,提取总体精度在86.56%～90.21%之间,Kappa系数在0.71～0.89之间,达到预期提取效果;利用遥感影像分别提取植被指数（NDVI）、土建筑物-裸土指数（NDBSI）、湿度指数（WET）和地表温度（LST）,采用主成分分析法确定各指标权重,建立遥感生态指数模型,经计算模型得到潜江市遥感生态指数为“优、良、一般、较差、差”五个等级。（2）潜江市2015～2020年稻虾田时空演变特征为:总体呈“西部和西南部密集、东部和东北部稀疏”的空间分布格局,并由西南向东北逐级递减的阶梯式分布特征,分布密度以乡镇为核心,乡村零星分布为格局。2015年潜江市稻虾田主要集中分布在南部、中部和西部地区;2016年潜江市稻虾田主要分布在西南部地区;2017年潜江市稻虾田主要分布西部和南部地区;2018年潜江市稻虾田集中分布在西部地区;2019年和2020年潜江市稻虾田空间分布西部地区大于东部地区,南部地区大于北部地区。（3）潜江市2015～2020年稻虾田空间数量变化特征:2016年潜江市稻虾田空间数量在西南部地区变化显著;2017年潜江市稻虾田空间数量变化在在西南部和南部地区变化明显;2018年潜江市稻虾田空间数量变化在西部地区且呈现大规模的集中连片分布;2019～2020年稻虾田空间数量变化不显著,主要呈零星分散变化特征。（4）潜江市2015～2020年稻虾田面积数量变化特征:潜江市2015～2020年稻虾田空间分布面积分别为 6870.33hm2、16040.35hm2、17437.74hm2、31496.09hm2、35565.07hm2、38138.08hm2,增长率分别为 133.43%、8.71%、80.62%、12.92%、14.83%。其中,2016年为稻虾田面积增长起点,增长率呈波动下降趋势并逐渐趋于稳定。（5）潜江市2015～2020年稻虾田空间演变趋势:2015～2020年稻虾田标准差椭圆分布方向为东南-西北向,呈“一”字型变化特征,且面积在东西向呈增加趋势,整体分布方向由东南向西北。由此得出,潜江市稻虾田空间分布具有向西北部和北部地区演变的趋势。（6）潜江市2015～2020年潜江市生态环境质量时空分布特征:总体呈西部和西南部生态环境优于东部、北部和东北部地区;生态环境等级为差和较差的区域主要分布在潜江市的北部和东北部地区;生态环境等级为一般的主要分在中部地区;生态环境等级为优和良的主要分布西部和南部地区。潜江市生态环境变化主要呈波动式优化格局,大部分区域生态环境得到提升和改善,局部地区呈恶化趋势,总体生态环境趋近于稳定,且呈不断优化趋势。（7）稻虾田对生态环境的影响:由相关性分析得出稻虾田对生态环境具有显著性的影响。单一年份稻虾田对生态环境的影响不显著,随着稻虾田面积增多和分布区域范围扩大以及长时间序列稻虾共作,稻虾田具有优化生态环境的功能,使稻虾共作区生态环境质量得到不断改善;长时间序列稻虾共作具有减少环境污染、净化水源、提高生物多样性、提高土壤肥力以及维持生态平衡的功能。
关键词：稻虾共作模式;Google Earth Engine;时空格局演变;遥感生态指数
学科专业：自然地理学
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与研究意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 稻虾共作模式国内外研究进展
1.2.2 作物种植区时空分布信息提取研究进展
1.2.3 稻虾共作模式对生态环境的影响研究进展
1.3 研究目的和研究内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.3.3 研究技术路线
第二章 理论与数据方法
2.1 农业遥感基本理论
2.2 Google Earth Engine概况
2.3 数据获取与处理
2.3.1 遥感影像获取与预处理
2.3.2 遥感影像预处理过程
2.4 主要方法
2.4.1 稻虾田光谱特征分析
2.4.2 稻虾田提取方法
2.4.3 Kappa系数精度验证法
2.4.4 遥感生态指数法
2.4.5 主成分分析法
2.4.6 标准差椭圆趋势法
第三章 稻虾田种养区时空格局演变分析
3.1 研究区概况
3.1.1 潜江市自然地理概况
3.1.2 潜江市社会经济发展概况
3.2 稻虾田识别过程
3.3 稻虾田提取精度验证
3.4 稻虾田空间演变特征分析
3.5 稻虾田数量变化特征分析
3.5.1 稻虾田空间数量变化特征
3.5.2 稻虾田面积数量变化特征
3.6 稻虾田空间演变趋势分析
第四章 稻虾田时空演变对生态环境的影响
4.1 遥感生态指数评价模型构建
4.2 潜江市生态环境质量时空分布
4.3 稻虾田时空演变对生态环境的影响
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 讨论与展望
5.2.1 讨论
5.2.2 展望
参考文献
致谢