“全球变化与陆地生态系统”专栏

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• 编委鉴赏

这篇文章值得推荐的关键，不在于其单纯呈现了某一区域的土地覆被变化，而在于它将遥感监测、淡水生物多样性保护与小尺度栖息地风险识别紧密结合起来。传统土地利用研究往往更关注大尺度森林砍伐或区域开发格局，而本文把视角推进到高度特有、分布狭窄的彩虹鱼栖息地尺度，体现出遥感技术在精细化保护评估中的应用潜力。其多源影像和多时间序列分析思路，对今后研究云雾频繁、地形复杂、实地调查困难地区的生态变化具有较强借鉴意义。对于从事土地利用变化、生态系统服务或生物多样性保护研究的学者而言，本文提供了一种将空间数据转化为保护决策依据的范例，也提示我们在评估生态风险时，不能忽视那些难以被中低分辨率影像捕捉的微小扰动。总体来看，该研究有助于推动遥感生态学从“宏观监测”走向“物种生境精准诊断”。

• 文章导读

新几内亚鸟头半岛及鸟颈地区是全球重要的生物多样性热点区域，拥有复杂的山地、喀斯特、河流与湖泊系统，孕育了大量分布范围狭窄的特有淡水鱼类。其中，Melanotaenia属彩虹鱼具有高度地方性，许多物种仅见于单一湖泊、溪流或小流域，对森林覆盖、水文环境和栖息地稳定性极为敏感。随着道路建设、城镇扩张、采矿、农业开发和森林采伐等活动推进，该区域的淡水生境正面临持续扰动。

本文的研究意义在于，将遥感技术应用于特有淡水鱼保护这一精细尺度问题。作者利用Planet高分辨率影像和长期Landsat时间序列数据，构建土地覆被基线并追踪过去数十年的变化，为难以开展持续野外调查的偏远地区提供了可操作的生境监测框架。该研究不仅有助于识别彩虹鱼栖息地周边的土地扰动风险，也为其他狭域分布物种的保护评估提供了方法参考，体现了多尺度遥感在生物多样性保护和生态风险预警中的重要价值。

• 研究材料与方法

本文以西新几内亚鸟头半岛及邻近鸟颈地区为研究区，关注43种已描述Melanotaenia属彩虹鱼模式产地及周边生境。研究综合利用1984—2025年Landsat 4–9影像、2021年Planet Labs高分辨率底图，以及PlanetScope、RapidEye和历史CORONA影像，开展多尺度土地覆被与水体变化分析。方法上，作者以300 m和5 km缓冲区分别表征局地生境影响与景观尺度压力，并在Google Earth Engine中完成云覆盖评估、土地覆被分类、NDFI森林变化分析和NDVI植被扰动识别；对湖泊和大河流型物种，则采用近红外波段与自适应阈值方法提取水体范围。

图1. 西新几内亚研究区图

• 研究结果与讨论

结论一：高分辨率影像能显著提升小尺度扰动识别能力

研究表明，西新几内亚彩虹鱼模式产地周边总体仍以森林覆盖为主，但不同分辨率影像对细碎土地扰动的识别能力差异明显。Planet高分辨率底图结合GEOBIA方法，可较好区分森林、水体、建设用地、种植园和裸地等类型；而Landsat 30 m影像虽能反映大尺度森林格局，却易遗漏道路、窄幅清理地、田块边缘和居民点周边扰动。5 km缓冲区内，Planet识别出约2938.9 ha清理地，Landsat仅识别出31.0 ha，说明中分辨率影像会显著低估小尺度清林。对于狭域分布的淡水鱼类而言，这类扰动可能影响溪流遮阴、水温、泥沙输入和水质，因此高分辨率遥感对保护风险评估尤为重要。

图2. 2021年M. arfakensis模式产地5 km缓冲区土地覆被分类示例

结论二：森林变化具有明显阶段性，1995—2005年扰动最突出

多年代森林变化分析显示，在多数物种模式产地5 km缓冲区内，1995—2005年是森林砍伐和扰动最显著的时期；2005—2015年和2015—2025年仍有局地变化，但总体格局更具空间异质性。部分物种表现出不同的时间特征，例如M. catherinae周边的变化与Marinda机场建设及扩张相关，M. grunwaldi和M. cf. irianjaya在2005—2015年也出现较高扰动。作者进一步将这些变化与道路建设、移民定居点、农业开垦、采矿和采伐活动联系起来，强调该区土地覆被变化不是单一的“前沿式”推进，而是由多个局地开发过程共同驱动。讨论中还指出，这种空间分散、时间脉冲式的扰动模式，对传统连续森林变化算法提出挑战，因为局地清理、废弃和再生可能在时间序列中交替出现。

图3. 西新几内亚土地覆被变化示例

结论三：300 m缓冲区揭示了更贴近鱼类生境的细尺度森林损失

在300 m缓冲区尺度上，NDVI时间序列识别出多个彩虹鱼模式产地周边的小尺度森林损失事件。此类事件通常表现为最小NDVI下降，而平均NDVI变化不明显，说明局部扰动易被整体统计值掩盖。作者进一步选取M. arfakensis、M. mamahensis和M. cf. irianjaya进行高分辨率影像验证，发现扰动信号对应田块清理、采伐道路、桥梁施工、河岸清理及后期植被恢复等过程。研究认为，300 m尺度更贴近溪流和河岸带生态过程，能更有效反映局地栖息地压力。

图4. M. arfakensis模式产地300 m半径内平均NDVI和最小NDVI时间序列

结论四：湖泊与河流型生境的水体范围变化差异显著

对于湖泊和大河流相关物种，作者进一步提取了不同时期的水体范围。结果显示，不同水体的稳定性差异很大：M. boesemani模式产地Lake Ayamaru水面范围波动明显，可能受季节变化、水生植被遮蔽、沉积侵蚀、水文改造和周边土地利用压力共同影响；Lake Kamakawaiar相对稳定，而Lake Lakamora变化幅度较大，并且1966年CORONA历史影像表明这种水位波动具有自然背景；Mbuta Basin水体范围变化最剧烈，可能与喀斯特地下排水系统有关；Lake Kurumoi和M. sneideri所在高海拔泉源—小湖系统则可能因水生植被覆盖而低估开放水面。大河流方面，Siriwo River表现出更明显季节性，而Kladuk River 5 km河段水面范围相对稳定。作者讨论认为，水体范围变化不能简单等同于栖息地退化，需要结合季节、水生植被、喀斯特水文和人类活动共同解释。

图5. M. boesemani模式产地水体范围，基于Landsat 7 ETM+、RapidEye、PlanetScope Dove-R和SuperDove光学卫星影像制图

• 研究总结

本文围绕西新几内亚鸟头半岛及鸟颈地区Melanotaenia属彩虹鱼栖息地保护，构建了多尺度、多时相遥感监测框架。研究对象多为狭域分布物种，许多仅见于单一湖泊、溪流或小流域，因而其生境变化具有重要保护意义。文章证明，中分辨率Landsat影像虽能反映区域森林格局，但容易遗漏道路、清理地、农田边缘等细碎扰动；相比之下，Planet高分辨率影像能更准确识别小尺度土地变化。研究还结合近40年Landsat时间序列、300 m缓冲区NDVI分析和水体范围提取，揭示不同模式产地周边扰动具有显著空间异质性。总体而言，本文为云量高、地形复杂、野外调查困难地区的特有物种保护提供了可推广的遥感评估路径。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2073-445X/15/2/332

• 本文撰稿人介绍

宋伟 副研究员（中国科学院地理科学与资源研究所）

长期从事土地利用变化科学的相关研究工作，具体研究方向包括土地利用变化检测、土地利用变化建模与模拟、土地利用政策、土地利用变化的生态效应以及土地整治、土地利用规划等。在国内外学术期刊发表论文110余篇，其中第一/通讯作者SCI/SSCI收录论文80余篇，在Web of Science核心集中被引近2400次，单篇最高被引305次。第一/通讯作者论文中有3篇入选 ESI 高被引论文，1篇入选Ecological Modelling 的2014~2018年Most Cited论文。

担任国际期刊Land、IJERPH 和 Scientific Reports 编委。获省部级奖励6次 (其中第一完成人二等奖1次)、获第十四届全国青年地理科技奖。参与了《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划 (2021~2035年)》《大运河生态环境保护修复专项规划》等规划的编制工作，参与撰写的3份咨询报告得到中办采用。

• Land 期刊介绍

主编：Christine Fürst, University of Halle, Germany

期刊创刊于2012年，期刊涵盖土地系统科学、地表景观、土壤和水、城乡发展、土地与气候相互作用、水-能源-土地-食物纽带关系 (WELF)、生物多样性研究和健康关系、土地建模和数据处理、生态系统服务以及多功能性等研究，并致力于人类可持续发展。现已被 Scopus、SSCI、AGRICOLA、AGRIS、GeoRef、RePEc 等多个关键数据库收录，5-Year Impact Factor: 3.7 (2025)。

2025 Impact Factor：3.5

2025 CiteScore：6.4

Time to First Decision：16.4 Days

Acceptance to Publication:2.8 Days

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/land

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