生态环境质量评价是通过特定时空范围内，对人类活动及社会经济发展下生态环境的优劣程度进行定性或定量分析和判断^[1-2]。滇西北金沙江中游丽江古城—大理鹤庆段高山峡谷区是我国生态环境脆弱地区之一，近年来因资源的不合理开发利用致使该区域水土流失、石漠化等生态环境问题不断加剧。因此，及时准确地监测区域生态环境变化变得尤为重要。

遥感技术以快速、实时和大范围监测等优势被广泛地应用于生态环境监测领域，已成为评价区域生态环境的有效手段。国内外学者也开展了大量研究工作，尤其是在城市^[3]、森林^[4]、矿区^[5]、自然保护区^[6]、流域^[7]等方面的动态监测和评估。但仅运用单一指标，如归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）^[8]、增强型植被指数（enhanced vegetation index，EVI）^[9]、地表温度（land surface temperature，LST）^[10]、植被覆盖度（fractional vegetation cover，FVC）^[11]等很难准确评价且不全面客观，因此集成多个指标来进行综合生态质量评价的研究也逐渐增多。2013年徐涵秋^[12]提出遥感生态指数（remote sensing ecological index，RSEI），它是基于卫星遥感影像信息耦合多个指标，通过主成分分析综合客观评价区域生态质量进行的方法，其有效解决了传统生态环境指数存在的难获取、权重设定干扰等弊端，结果更客观，目前也应用于不同尺度区域的生态环境质量评价中^[13-14]。然而，大多数研究聚焦于通过RSEI等综合指标来评估生态环境质量，却较少关注地质因素对生态环境质量的影响。事实上，在滇西北高山峡谷区等生态敏感区，地层单元与地层岩性等地质因素与生态环境质量之间存在着紧密且复杂的联系，深入研究这些联系意义重大。不同地层单元形成于漫长地质历史时期，历经各异的沉积、构造运动等复杂过程。这种地质历史的差异，直接决定了地层单元的物质构成、结构特性等，这些特性又进一步在土壤形成、植被生长等生态基础环节发挥关键作用，最终对生态环境质量产生深远影响。而地层岩性作为构成地层单元的物质基础，其类型丰富多样，不同岩性具有截然不同的物理化学性质，这些特性也决定了由其构成的地层单元的稳定性与演化过程。同时，地层单元形成时的地质背景，如沉积环境、构造应力等，反过来又严格制约着地层岩性的组合与分布。这种相互影响、相互塑造的关系，深刻塑造了区域生态环境的基础格局，对生态系统的结构、功能以及生态环境质量有着不可忽视的影响。

综上，为了明晰滇西北金沙江中游丽江古城—大理鹤庆段高山峡谷区的生态环境质量情况，本文基于Landsat TM/OLI多时相卫星遥感影像，采用主成分分析法（principal component analysis，PCA）构建RSEI模型，分析研究区1990—2022年生态环境质量的时空变化特征及趋势，探究其背后影响因素，并充分考量地层单元与地层岩性等地质因素，以期从地质根源上了解生态环境质量的差异，为区域生态环境保护、综合治理和可持续发展提供科学决策依据。

研究区位于金沙江中游，青藏高原向云贵高原过渡地带（99°23″~100°32″E，26°34″~27°46″N），横跨横断山脉与云贵高原，行政区划主要涉及丽江市古城区、玉龙纳西族自治县以及大理白族自治州鹤庆县（图1），面积约9 912 km²。区内总体地势为北高南低，气候属低纬暖温带高原山地季风气候，旱季和雨季分明。年平均气温为12.6~19.9 ℃，年均降雨量966.4 mm。由于该地区特殊的地理环境，使其全年季节性气候差异明显，构成了独特的“一山分四季，十里不同天”的立体气候。

本研究所用的Landsat TM/OLI系列遥感影像数据来源于美国地质勘测局（http://glovis.usgs.gov/），为保证研究的可比性，所选影像数据时相一致（冬季），且云量均小于3%。对研究区影像进行辐射定标、大气校正、镶嵌等预处理操作，并裁剪得到研究区。

影响因素的分析因子选取包括年均降水量、年均气温、数字高程模型（digital elevation model，DEM）、坡度、坡向、土地利用、1∶25万地质图等数据，数据来源见表1。

本研究选取绿度、湿度、干度和热度4个指标来构建RSEI，各指标分别用NDVI、WET、归一化裸土指数（normalized difference barren soil index，NDBSI）和LST表示，计算方法参考相关文献^[15-22]。构建RSEI时，为解决不同年份数据指标的可比性和指标间的量纲影响，采用最小-最大标准化方法对4个指标进行归一化处理，计算公式为：

式中：NI为归一化后的指标值；I 为指标原始值；I_max和I_min分别为指标的最大值和最小值。

把式（1）处理后的指标按年份进行波段合成后进行PCA分析，选择包含4个指标主要特征的主成分，计算初始RSEI。由于最终要对比不同年份的生态环境质量，故仍采用最小-最大标准化方法对初始RSEI进行归一化处理，得到最终的RSEI。

1）地理探测器。地理探测器是分析和探测空间分异性，以及揭示其背后驱动力的一组统计学方法，其包括4个探测器，分别是分异及因子探测、交互作用探测、风险区探测和生态探测，各探测器具体原理见参考文献[23]。本研究采用因子和交互作用探测器探究生态环境质量的驱动因素。

2）叠加分析。运用叠加分析方法，将1∶25万地质数据与研究区生态环境质量数据进行叠加，旨在明晰研究区生态环境质量空间分异是否受地质因素影响。

由表2可以看出，6个研究年份NDVI、WET、NDBSI和LST的第一主成分（PC1），第二主成分（PC2）的累计贡献率超85%，表明他们集中了4个指标的大部分特征，可用这2个主成分来代替这4个指标综合表征该地区的生态环境质量。在PC1中，1990年、1995年和2001年NDVI和WET指标均为负值，NDBSI指标均为正值，LST指标由负值转为正值，说明绿度和湿度在这3个时期对生态环境有负面影响，干度对生态环境质量有积极促进作用，热度相关性不明显。相反，在2008年、2015年和2022年，主成分PC1与NDVI和WET指标呈正相关，与NDBSI指标呈负相关，说明绿度和湿度对生态环境有促进作用，干度对生态环境有抑制作用，且1990—2022年NDVI和WET的载荷值呈增大趋势，说明该地区生态环境越来越好。在PC2中，1990年、1995年和2001年与WET和LST呈正相关，说明湿度和热度指数对生态起正面作用，虽然在PC1中LST也有贡献，但不如对PC2的贡献。而2008年、2015年和2022年，PC2主要与NDVI，NDBSI和LST呈正相关，也反映出3个指数对生态环境有积极促进作用，而WET虽然在PC2中有贡献，但不如对PC1的贡献。综合来看，PC1更能代表好的生态质量，而 PC2更能代表差的生态质量。但有些地区在2种成分上表现并不完全相反，说明这2种成分只能表现生态质量的一部分，因此将PC1和PC2的贡献率作为权重，得到RSEI指数计算公式为：

式中P1和P2分别为PC1和PC2的贡献率。

1990—2022年滇西北高山峡谷区的各指标和RSEI平均值变化趋势见图2。各分量指标中，1990—2022年NDVI和WET均值呈平缓的波动趋势，在1995年都达到最低，分别为0.770和0.477；NDBSI的变化趋势与RSEI的趋势成负相关；LST总体则呈下降-上升-下降-上升趋势，2001年后出现急转折，LST在2008年具最低值为0.527，2001—2008年间降幅达43.07%。1990—2022年间，研究区RSEI均值整体呈先下降后上升趋势，1995年RSEI达最低为0.450，较1990年下降了8.26%，随后RSEI均值呈持续增长趋势，由1995年的0.450增加至2022年的0.604，增幅达34.22%。其中，1995年研究区RSEI均值突然下降，通过PC1荷载值分析发现，1990—2001年NDVI和WET指标均对生态环境起负反馈，NDBSI为正反馈，且NDVI和NDBSI均高于1990和2001年，WET则低于该2个年份，表明1995年地表植被覆盖情况低于其他年份，这可能RSEI均值突然下降的主要原因。随后RSEI下降趋势得到遏制并趋向好转，这与1999年后开始实施的一系列生态修复工程有关，这与该地区的NDVI和WEI变化规律基本一致，也就是NDVI和WET指标对生态环境起到了正反馈作用，从而使得RSEI均值呈持续增长。总的来说，研究区的生态环境质量变化虽有起伏，但其是逐渐变好的，且植被对生态环境影响是很明显的。

为直观反映研究区生态环境质量变化情况，基于已有的分级标准^[24]，将RSEI值以0.2为间隔划分为差[0,0.2）、较差[0.2,0.4）,中[0.4,0.6）、良[0.6,0.8）和优[0.8,1]5个等级，结果见表3和图3。由表3可知，1990—2022年，研究区各生态等级面积变化明显，生态等级为差、较差和中等的面积占比整体均呈下降趋势，期间三者占比之和共计下降了22.02百分点。生态等级为良和优的变化趋势整体均呈上升趋势，两者面积占比之和从1990年的37.74%上升至2022年的59.77%，增长面积达2 163.79 km²。表明研究区生态环境质量不断地在改善。

从空间上看（图3），生态环境差和较差的区域主要集中于人类活动频繁如农业耕作、城镇建设等区域、金沙江沿岸以及低海拔植被稀疏地区，尤其在1995年，研究区内生态环境差和较差的区域进一步扩大，一方面是由于该年是丽江大开发时期，旅游业高速发展，城市化的规模不断扩大；另一方面由于金沙江沿岸，属干热河谷地带，气候炎热干燥、降水与蒸发比严重失衡、植被覆盖率低、水土流失严重，是导致生态环境恶劣的主要原因。随着区内自1999年开始实施天然林保护工程、退耕还林工程及其他一系列生态工程后，研究区内整体生态环境质量呈收缩式逐渐变好趋势，即2001—2022年间，生态差和较差的区域主要集中于人类活动频繁的居民区、耕地种植区以及鹤庆县坝区的边坡地区，少部分位于海拔高的山顶，生态等级良好和中等在研究区内均有分布，且面积都有不同程度的减少。而生态环境优的区域主要分布在高海拔植被茂盛且人类活动干扰少的山地区域，特别是玉龙纳西族自治县境内，其主要原因是政府逐步强化对老君山国家地质公园、玉龙雪山自然保护区、拉市海高原湿地省级自然保护区等区域的生态环境保护，因此生态环境质量明显改善。

对研究区1990—2022年的RSEI进行差值变化检测，结果见表4和图4。由表4可知，除去不变情况下，1990—2022年，研究区生态环境以变好为主，占比高达62.42%，生态环境变差的面积占比则为18.94%，生态环境质量明显提升。分阶段看，1990—1995年研究区生态等级变差的程度最大为45.84%，面积达4 502.79 km²，而生态变好的面积仅占20.64%，表明1990—1995年研究区的生态是逐渐恶化的。相较1990—1995年间，1995—2001年、2001—2008年以及2008—2015年间总体生态环境质量变差的面积均是减少的，变好的面积是增加的，且变好的面积均远大于变差的，说明该时期研究区的生态质量呈波动的缓慢改善。而2015—2022年，生态条件变差的面积仅占13.23%，生态好转的面积为5 414.54 km²，占比达55.12%，变差的面积明显小于变好的，说明该时期研究区生态环境质量得到显著提升。

由图4可知，1990—2022年间，研究区生态环境质量恶化区域主要集中在古城区中心城区周边，鹤庆县坝区的乡镇区域、农业耕作区及南部海拔较低的植被稀疏边坡处，以及玉龙纳西族自治县部分西部高海拔植被稀疏的地区；而生态环境质量有所改善的区域则集中在处于自然状态、受人为干扰较少，或已实施相关生态修复治理措施的植被茂盛地区。总的来说，研究区1990—2022年的生态环境质量有所改善，这一结果主要得益于一系列生态保护工程的施行，部分区域升级为自然保护区以及国家为加快推进生态文明建设出台一系列生态保护规划政策，有力促进了研究区生态环境质量的整体改善。

单因子探测结果如表5所示，从1990—2022年整体平均驱动力来看，各因子影响力依次为：土地利用>高程>气温>坡向>坡度>岩性>降水，土地利用方式、高程q值均大于0.150，是驱动高山峡谷区RSEI变化的主要控制因子。从年际变化来看，7个控制因子的q值均随年份发生变化，年均降水的q值始终垫底，对RSEI影响最弱；土地利用类型的q值逐年份递增，2022年达最大值0.555 4，说明土地利用情况对RSEI的空间分布差异解释力最强，通过上述RSEI的空间分布结果还可发现，生态质量差区（差/较差），土地利用类型主要为居民地和耕地，生态质量优区（优/良），土地利用类型为林地；高程的q值位列第二，随海拔升高，气温递减率（-0.6 ℃/100 m）与降水递增趋势（+15 mm/100 m）共同促进FVC提高，使得生态环境质量更优。这一定程度上也表明在经济快速发展与生态工程实施的背景下，土地利用变化与海拔梯度效应对生态质量的影响持续扩大。相反，地层岩性的影响力相对较弱，这可能是因为地质因子对生态环境质量的影响较为间接、缓慢以及受其他因素干扰大，需要较长时间的积累才能体现出明显的作用。

交互因子探测可以反映多个因子共同作用时对生态环境质量的影响。从交互探测结果来看（图5），不同驱动因子两两交互共同作用时增强了对生态环境质量影响的解释力，表现为双因子增强和非线性增强。其中，土地利用与其余因子的交互作用的解释力普遍要强于其余因子间的交互作用，1990—2022年间高程和土地利用间的交互作用最大（0.493 2），结合单因子探测结果，进一步验证了高程和土地利用的空间耦合效应是影响区域RSEI空间分异的主要驱动因子，这2因子的变化会一定程度的影响RSEI模型的4个指标，进而影响了研究区的生态环境质量，这亦与实际情况相符合。此外，土地利用与岩性的交互作用也具一定的解释力，这可能因为土地利用活动会反向改变与岩性的生态效应，从而影响区域生态环境。

根据上述结果，尽管岩性的影响较小，但为了能揭示地质环境与生态系统之间的内在联系，进一步明确岩性在生态环境质量变化中的具体作用机制，根据不同地层单元将研究区的主要岩性划分为5大类，分别为黏土、岩浆岩、沉积岩、变质岩和杂岩，分析得到岩性的生态环境质量的分布特点。不同年份不同地层单元生态环境质量空间分布见图6，不同岩性生态环境变化情况见表6。

由图6和表6结果显示，黏土分布区的生态环境质量主要以差和较差为主，6个研究年份生态等级中等及以下的面积占比均达80%以上，等级良好和优的占比最小仅不到10%，这是由于黏土主要分布于第四系地层，而第四系作为最新的地质单元，常伴随大量的人类活动，如农耕、工业活动、建设开发等因素，可能导致土壤肥力下降、结构破坏，使得生态环境质量较差。在岩浆岩分布区，各生态等级变化波动不稳定，生态质量差和较差的占比在35%~45%左右，到2022年中等及以下占比高达65.31%，其生态环境质量呈恶化趋势，原因可能是研究区岩浆岩主要分布于金沙江沿岸以及鹤庆坝子的边坡区域，属于二叠系地层，以玄武岩居多，岩石的气孔构造与化学风化特性导致土壤发育不良、水土流失风险高，而高强度采矿、农业垦殖和城市化等进一步加剧植被破坏、土壤污染和栖息地碎片化等，形成“开采-侵蚀-退化”的恶性循环，从而引发生态退化。沉积岩分布区，随时间推移表现为“良好”和“优”等级比例逐步攀升，“差”和“较差”等级比例则显著缩减，到后期，中等及以上等级占比显著提升，生态质量有显著改善趋势，这是由于该区域主要以砾岩、砂岩和灰岩居多，分布于古近系、二叠系和三叠系等地层，这些地层风化产物丰富，在人工干预下能有效固土保水，此外，砾岩、砂岩的高透水性利于水分渗透与植物根系发育，为植被恢复创造条件；灰岩的易溶蚀性及其对重金属的吸附能力，配合化学改良措施等可快速改良土壤、治理污染，使能保持较好的生态环境质量。变质岩分布区总体以中等及以上等级占主导，中等及以上面积占比可达70%以上，且“良好”和“优”等级比例也较高，尤其2001年后，向好趋势明显，该区域多为片岩、板岩等，分布于新元古界和古元古界地层，地层构造稳定，岩石抗侵蚀能力强，岩石风化形成的土壤透水性良好，有利于植被生长发育，维系了较好的生态环境质量。杂岩区生态环境质量以中等及以上水平为主，低质量问题不突出，且各年份等级分布相对稳定，未出现明显恶化或波动，反映其生态环境具有较强的稳定性。

另外，根据表6可知，1990—2022年生态环境质量变化趋势差异显著，沉积岩分布区“改善”比例最高，达62.47%，显著高于岩性，但仍有40.61%恶化、49.75%不变，说明部分区域受地质条件（如岩石风化差异）、修复力度不足等影响，修复进程存在滞后或遗漏，需进一步优化治理方案。岩浆岩分布区的恶化比例 24.24%，虽有18.46%得到改善，但被恶化趋势抵消，需加强源头治理，遏制“恶化”主导的局面。变质岩分布区相较于“恶化”（12.83%）与 “改善”（9.70%），“不变”占比最高，说明其生态环境状态相对稳定，未出现大规模恶化或改善。而黏土区以生态恶化为主，比例达19.24%，显著高于“不变”与“改善”，恶化区域主要是人类活动频繁、海拔较高的无植被覆盖区或金沙江沿岸区域。总之，上述结果亦与不同地层单元生态环境质量变化情况（表7）存在一致性，这一定程度说明区域生态变化是地质本底条件、人类活动方式与自然地理要素共同作用的结果，后续还需针对不同地层单元并结合其岩石特性制定差异化的生态保护策略，以实现生态保护的精细化与长效化。

通过构建RSEI模型，并结合研究区自然条件、地质条件等驱动因素对滇西北高山峡谷区1990—2022年间生态环境质量动态监测，得到以下结论：

1）1990—2022年研究区的遥感生态指数RSEI均值整体呈现先下降后上升趋势，1995年达到最低值0.450，随后RSEI均值呈持续上升趋势，至2022年达到0.604。

2）生态环境质量为优和良好的面积占比从1990年的37.74%上升到2022年的59.77%，差、较差和中等的面积占比减少了22.02百分点。生态环境差的区域主要集中于人类活动频繁（如农业耕作、城镇建设等）区域、金沙江沿岸、低海拔植被稀疏地区以及鹤庆县坝区的边坡地区，生态环境优的区域主要分布在高海拔植被茂盛且人类活动干扰少的山地区域。

3）1990—2022年，研究区生态环境质量以改善为主，生态环境质量改善的区域占比高达62.42%，生态环境恶化区域的面积占比则为18.94%，改善面积大于恶化面积，说明区内生态环境质量明显提升。

4）土地利用类型是影响研究区生态环境质量变化主要驱动因子，高程与土地利用具有最强交互作用，对研究区的生态环境质量影响最大，这亦与实际情况相符合。

5）黏土区的生态环境质量以差和较差为主，中等及以下的面积占比均达80%以上，等级良好和优的占比最小仅不到10%；岩浆岩区，各生态等级变化波动不稳定，生态等级差和较差的占比在35%~45%左右，到2022年中等及以下占比高达65.31%，其生态环境质量呈恶化趋势；沉积岩区随时间推移良好和优等级比例攀升，差和较差等级比例缩减，生态质量有显著改善趋势；变质岩区总体以中等及以上等级占主导，良好和优等级比例较高向好趋势明显；杂岩区生态环境质量以中等及以上水平为主，低质量问题不突出。生态环境质量改善区域主要分布于沉积岩区，岩浆区和黏土区以恶化趋势主导。

本研究运用RSEI评价了滇西北高山峡谷区生态环境质量并分析其影像因素，可为该区域生态保护提供参考，但仍存在以下不足之处：①驱动因子的选取未考虑人类活动因素；②地质因素分析还有所欠缺；③未能结合实测数据来验证生态质量评价结果，未来还将继续完善，以提高结果的准确性。