论文部分内容阅读
草地是世界上分布最广的植被类型之一，是陆地生态系统的重要组成部分，在减缓全球气候变化中起着重要的作用。同时，草地资源是重要的国土资源，也是有生命的可更新自然资源，具有极其重要的生态，经济和社会价值。然而由于自然因素和社会因素的影响，使得大面积天然草地退化、沙化及荒漠化，降低了草地原有的生态功能。常规的草地退化状况研究主要以野外实地调查获取相应的参数对草地退化程度进行评估，该过程所需费用高，又费时费力，存在很大的局限性。随着遥感技术的迅速发展，实时、快速监测天然草地状况成为可能。目前，大部分研究主要集中在草地生产力的监测、草地退化面积状况以及草地景观格局动态等方面研究，但从小尺度到大尺度系统分析退化草地光谱特征及利用混合像元解译建立退化草地监测模型来探讨退化草地状况研究较少。本研究选取天山北坡阜康市典型荒漠草地作为研究区域，以土地利用变化和新的牧民定居点周围的植被空间异质性为契机和着眼点，以草地农业生态系统和生态学理论为依托，通过野外实地调查，结合3S技术，从样方、样地、类型到景观不同尺度分析退化草地遥感光谱特征及混合像元组成，进而通过监测草地光谱特征来分析草地退化状况，建立退化草地监测模型。同时，分析草地退化与各种因子（自然因素和社会因素）的关系，探讨天山北坡典型草地退化的成因。主要研究结果如下: (1)通过对天山北坡典型退化草地不同季相及退化程度的光谱特征进行分析得知，对于退化草地中主要植物光谱特征，除木地肤外，梭梭、琵琶柴和木碱篷三种植物10月份光谱反射率要高于6月份，而经过光谱曲线包络线归一化后，四种主要植物归一化曲线趋势一致，即6月份的曲线比10月份曲线宽和深;对于不同类型的退化草地，光谱特征在不同季相存在一定的差异，但总体趋势基本一致。对于不同退化强度（轻度、中度和重度）的荒漠草地，其光谱响应值高低顺序一致，即轻度退化最低，重度退化最高。但三种退化强度在不同时相趋势不一致，第3波段和第5波段为草地退化敏感波段; (2)以人工草地作为天然退化草地对照，通过分析不同肥力水平下人工草地的光谱特征及光合色素的响应，结果表明不同肥力下的人工草地光谱特征变化与光合色素含量差异显著(P＜0.05)。进而对光合色素与光谱特征指数进行相关性分析，叶绿素和类胡萝卜素的比值与高光谱植被指数RVI具有很好的相关性，进而建立相应的回归模型y=6.567x-2.543，来分析草地的营养状况;同时，人工草地光谱特征与退化草地光谱特征反应差异明显。 (3)利用植被指数RVI、NDVI、GNDVI、GRNDVI、SAVI、MASVI和草地植被覆盖度进行相关性分析得知，GNDVI与覆盖度的相关性最好，达到极显著水平，通过回归分析获得最佳估算草地植被覆盖度模型，即y=2596.66x2-561.54x+38.488，决定系数R2=0.6053(P＜0.01)，精度达到91.29％; (4)利用光谱混合模型，对遥感影像像元进行亚分解，获得植被、沙丘和盐碱化土壤三个基本组分。通过对三组分分量与植被覆盖度进行回归分析，植被组分分量与植被覆盖度拟合效果最佳，y=365.76x2-19.907x+7.7408，决定系数R2=0.673(P＜0.01)。与植被指数相比，线性光谱混合模型中的植被组分分量估算植被覆盖度效果最佳。因此，可以将监测典型草地植被覆盖度变化的模型作为退化草地监测模型来分析草地退化状况; (5)应用3S技术，快速获取大区域的空间信息，结合景观生态学原理，分析草地植被格局动态，为荒漠草地退化成因分析提供了一种行之有效的方法与数据支撑。通过对阜康市典型荒漠区域研究，近20年来，荒漠草地面积急剧下降，而农业及其他用地面积增加。同时荒漠草地覆盖度也明显下降，特别是中覆盖度草地植被变化最大，草地大面积退化; (6)通过从自然因素和社会因素角度分析草地退化原因，起主导作用的仍然是人为因素，由于缺乏科学管理，草地过度放牧与建设、保护出现反复，为了追求经济效益，人们大面积毁草垦荒种地，使草地面积日益减少，再加上超载过牧加剧了草地的退化。 本研究区域地处天山北坡，自南向北由山地、平原、沙漠三大地貌单元组成的阜康市荒漠草地作为研究对象，具有明显的地域特色。该研究的创新之处在于以下几点:首先，从样方、样地、草地类型到景观角度分析了不同季相典型退化草地的光谱特征，为利用3S技术快速探测草地的光谱特征分析草地退化状况提供了理论基础。其次，利用光谱混合模型对混合像元进行亚分解，通过监测草地植被覆盖度变化，建立的退化草地监测模型;最后，通过对退化草地光谱特征和退化草地监测模型的研究，利用点-线-面的方法，结合景观生态学，以城市边缘和农牧交错带区域两个中心点系统分析了荒漠草地动态状况及退化成因，为今后大面积草地退化遥感监测提供基础。