淺談地理信息圖譜黑龍江省生態(tài)環(huán)境分析研究

劉月陽，謝世堯，李 娜，郭 琳

(黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

地學(xué)信息圖譜是建立在“3S技術(shù)”和信息網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)和科學(xué)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的[1]，是現(xiàn)在國內(nèi)外學(xué)者研究的重要內(nèi)容。地學(xué)信息圖譜通過“圖”和“譜”兩方面更加詳細(xì)的表達(dá)了研究區(qū)域的時(shí)空間分布規(guī)律。這不僅僅能夠讓人們加深對(duì)地理客體的認(rèn)識(shí)，而且它可以通過多方位的信息表達(dá)發(fā)掘研究區(qū)時(shí)空間分布方式及演變規(guī)律，為研究提供了十分重要的理論依據(jù)[2]。地學(xué)信息圖譜是可以在生態(tài)環(huán)境中利用衛(wèi)星及其他數(shù)據(jù)源來更新數(shù)據(jù)庫的一種新的研究方法。通過對(duì)數(shù)據(jù)采集與分析，提取為有效信息，通過定量分析歸納出有效的時(shí)空信息，獲得時(shí)空分布圖譜。地學(xué)信息圖譜可以對(duì)時(shí)間和空間進(jìn)行共同表達(dá)，所以不同地區(qū)的生態(tài)環(huán)境時(shí)空變化規(guī)律是可以通過信息圖譜更加客觀詳細(xì)的表達(dá)出來，并且運(yùn)用相關(guān)模型對(duì)生態(tài)自然環(huán)境的演變過程及社會(huì)發(fā)展規(guī)律來反演過去，對(duì)其進(jìn)行可視化的表達(dá)，因此為生態(tài)環(huán)境的規(guī)劃及發(fā)展提供了可行性的方案[3-4]。

1 研究區(qū)概況

黑龍江省是中華人民共和國省級(jí)行政區(qū)，省會(huì)哈爾濱市，北、東部與俄羅斯隔江相望，西與內(nèi)蒙古相鄰，南與吉林省接壤，是陸地最東部的省級(jí)行政區(qū)，介于121°11′E—135°05′E，43°26′N—53°33′N之間。總面積47.30萬 km2，占全國排名的第6位。地勢(shì)平坦，主要由山地、平原和流域等構(gòu)成，西北部、北部臨外興安嶺等。黑龍江省境內(nèi)擁有四大水系，江河湖泊眾多，其長(zhǎng)度為9.21萬 km。作為我國的農(nóng)業(yè)大省，黑龍江省承擔(dān)著重要的國家商品糧供給任務(wù)，但同時(shí)黑龍江省農(nóng)村生態(tài)環(huán)境治理也存在比較突出的問題，阻礙了黑龍江省農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)村生態(tài)環(huán)境治理的重要性和緊迫性對(duì)于黑龍江省日益顯著，黑龍江省農(nóng)村生態(tài)環(huán)境治理問題亟待提上日程，需要著重解決。

2 地理信息圖譜在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域分析

2.1 黑龍江省生態(tài)環(huán)境存在的問題

目前黑龍江省生態(tài)環(huán)境存在的問題較為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)水土流失嚴(yán)重，土壤肥力下降。目前，黑龍江省面臨著生態(tài)環(huán)境惡化，水土流失嚴(yán)重等問題，情況不容樂觀。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料顯示，黑龍江省侵蝕面積8.86萬 km2，占黑土區(qū)侵蝕面積的50.06%。其中輕度侵蝕面積6.07萬 km2，中度侵蝕面積2.48萬 km2。根據(jù)第二次土壤普查黑龍江省水保所的定位觀測(cè)表明，黑龍江省黑土區(qū)內(nèi)坡耕地每年流失表土0.6～1.0 cm，破皮黃黑土的面積已占黑土區(qū)總面積的2.4%～12.4%；薄層黑土(黑土層厚度<30 cm)面積已占黑土面積的40.9%，而且土壤蓄水能力降低，加劇了水土流失[5]。

(2)森林資源逐年減少。雖然森林覆蓋度呈增加態(tài)勢(shì)，但是森林資源質(zhì)量下降，珍貴樹種減少導(dǎo)致樹種結(jié)構(gòu)失衡，土地荒漠化越發(fā)嚴(yán)重；對(duì)森林資源的過度開采對(duì)森林的可持續(xù)發(fā)展與整體的生態(tài)環(huán)境造成了不利的影響[6]。

黑龍江省生態(tài)環(huán)境情況不容樂觀，需探尋一種針對(duì)時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)而研究其變化過程的研究方法，為找到黑龍江省環(huán)境變化原因，地學(xué)信息圖譜作為中國地理信息領(lǐng)域的新突破，可以找到時(shí)空變化規(guī)律，為環(huán)境改善提供有效依據(jù)。

2.2 地理信息圖譜發(fā)展現(xiàn)狀

從20世紀(jì)90年代開始，地學(xué)信息圖譜(或稱地學(xué)圖譜，Geo-Information-TuPu)是由陳述鵬院士提出的一種新的研究方向，成為中國地球信息領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，也是地理信息系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的必經(jīng)過程[7]。它可以通過結(jié)合遙感影像及地理信息系統(tǒng)，運(yùn)用地理信息圖譜的思維理念對(duì)全數(shù)字化進(jìn)行細(xì)化分析，成為逐漸被國內(nèi)外學(xué)者所接受的前瞻性的研究領(lǐng)域[8-10]。地學(xué)信息圖譜是在已經(jīng)有的理論基礎(chǔ)上發(fā)展成為更新的概念，用來描述自然環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)空演變特征，從而更加廣泛，表現(xiàn)如下[11-13]：

(1)由圖形思維模式表達(dá)。當(dāng)我們想對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的機(jī)理加以了解時(shí)，我們可用圖形來定量地描述系統(tǒng)的初步狀態(tài)及邊界條件，將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納合并，揭示其發(fā)展規(guī)律并進(jìn)行表達(dá)。

(2)地學(xué)信息圖譜在圖形和譜系的結(jié)構(gòu)與變化等方面與地理空間有密切的聯(lián)系，比如動(dòng)態(tài)模擬性很強(qiáng)且與氣候相關(guān)的植物圖譜和垂直地帶圖譜。

(3)地學(xué)信息圖譜的研究作為現(xiàn)代地圖學(xué)中的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容，它是繼承中國傳統(tǒng)研究成果基礎(chǔ)上發(fā)展而來的產(chǎn)物，對(duì)其他信息加以研究并成為更好表達(dá)的手段。所以它豐富了地圖學(xué)的理論、方法和技術(shù)。

由此可見，地學(xué)信息圖譜和生態(tài)環(huán)境相結(jié)合的研究還尚未完全，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的地學(xué)圖譜通過靜態(tài)的，抽象的二維圖像來表達(dá)事物的變化，但是現(xiàn)在動(dòng)態(tài)的地學(xué)信息圖譜可以更加全面的，從三維立體方面來表達(dá)時(shí)間空間的演變。目前，生態(tài)環(huán)境研究也迫切需要一種方法對(duì)符合時(shí)空間信息的方面進(jìn)行研究，所以地學(xué)信息圖譜成為最可用的方法之一。

2.3 地理信息圖譜與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系

生態(tài)環(huán)境作為人類生活及發(fā)展的基本條件，有序發(fā)展才能保證生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展。地學(xué)信息圖譜與生態(tài)環(huán)境相結(jié)合的研究方法，可以從多方面、多角度來了解生態(tài)環(huán)境的時(shí)間空間變化規(guī)律，這樣不僅得到研究區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)展的理論、信息及相關(guān)數(shù)據(jù)，也是推動(dòng)了地學(xué)信息圖譜理論與實(shí)踐更好的結(jié)合，是科研發(fā)展的一大進(jìn)步，這樣進(jìn)一步提升了其發(fā)展空間，使其成為繼人類基因圖譜之后的又一重大研究成果。生態(tài)環(huán)境綜合信息圖譜是在生態(tài)環(huán)境調(diào)查及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)字信息可以動(dòng)態(tài)地反映出事物的規(guī)律，對(duì)抽象的圖形思維信息進(jìn)行總結(jié)，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)多維動(dòng)態(tài)可視化技術(shù)，顯示出研究區(qū)的形態(tài)結(jié)構(gòu)及時(shí)間空間變化規(guī)律。運(yùn)用地學(xué)信息圖譜構(gòu)建出生態(tài)環(huán)境格局時(shí)空信息圖譜，用來揭示生態(tài)環(huán)境發(fā)展及其各要素變化規(guī)律，對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境形成更深刻的認(rèn)識(shí)，為生態(tài)環(huán)境的規(guī)劃決策提供重要的理論依據(jù)及科學(xué)內(nèi)容[14-15]。

2.4 地理信息圖譜在生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮的作用

地學(xué)信息圖譜可以多個(gè)研究領(lǐng)域發(fā)揮其作用，但是在生態(tài)環(huán)境中的作用有以下4個(gè)方面：

(1)目前的研究是通過地學(xué)信息圖譜把黑龍江省的環(huán)境信息與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，找到其變化規(guī)律，在對(duì)地學(xué)信息屬性的描述上，通過統(tǒng)一的方式及手段進(jìn)行表達(dá)。而且地學(xué)信息圖譜在地球科學(xué)領(lǐng)域，具有橫斷性的方法論。所以對(duì)地學(xué)認(rèn)識(shí)是逐步的過程，現(xiàn)代高新科技在技術(shù)運(yùn)用上具有一定的通用性。生態(tài)環(huán)境信息綜合圖譜具有環(huán)境信息模型及“3S”技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，具有空間信息表達(dá)能力及模擬能力，能夠更好地揭示黑龍江省生態(tài)環(huán)境變化規(guī)律，找到其變化機(jī)理，找到其更好的發(fā)展方向，從而進(jìn)行環(huán)境改善；

(2)地學(xué)信息圖譜以黑龍江省生態(tài)環(huán)境信息為核心，通過不同分析方法提取出時(shí)空信息圖譜，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)表達(dá)，找到研究區(qū)生態(tài)環(huán)境時(shí)空變化規(guī)律，從而更加客觀的對(duì)信息進(jìn)行表達(dá)，所以地學(xué)信息圖譜生成過程就是對(duì)時(shí)空間變化的認(rèn)識(shí)[16-17]；

(3)地學(xué)信息圖譜可采用圖形思維結(jié)合數(shù)值模擬方法，找到黑龍江省生態(tài)環(huán)境自然演變及社會(huì)發(fā)展規(guī)律，通過建立模型對(duì)環(huán)境要素的現(xiàn)狀進(jìn)行標(biāo)書，對(duì)研究區(qū)環(huán)境演變的推測(cè)及未來發(fā)展的預(yù)測(cè)，在這樣的基礎(chǔ)上對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行規(guī)劃決策及治理，提供了詳細(xì)的理論依據(jù)和科學(xué)根據(jù)；

(4)地學(xué)信息圖譜把黑龍江省不同層次的生態(tài)環(huán)境的研究成果通過圖及表的方式加以展現(xiàn)，對(duì)復(fù)雜的時(shí)空間變化進(jìn)行直觀簡(jiǎn)練的表達(dá)，便于公眾的理解與認(rèn)識(shí)。

3 結(jié) 論

本文通過地理信息圖譜大體上得到黑龍江省生態(tài)環(huán)境變化規(guī)律：黑龍江省地形地貌因子與其他環(huán)境因子相關(guān)性強(qiáng)，很大程度上影響了黑龍江省生態(tài)環(huán)境情況，集中體現(xiàn)了是人類活動(dòng)和自然環(huán)境相互作用的結(jié)果。影響黑龍江省生態(tài)環(huán)境變化的主要因素是自然因素和社會(huì)因素，隨著社會(huì)生產(chǎn)及發(fā)展，人類改造自然的能力增強(qiáng)，社會(huì)和自然因素對(duì)環(huán)境的作用逐漸增強(qiáng)，同時(shí)土地利用增加就會(huì)伴隨不合理的土地利用，都是造成黑龍江省環(huán)境惡化的原因。