基于RS和GIS松潘地區(qū)天然林景觀動態(tài)過程與分類研究.pdf

1、川西北亞高山林區(qū)是我國云、冷杉暗針林集中分布區(qū)，也是天然林保護(hù)工程的重點實施區(qū)域和長江上游的生態(tài)屏障。本文以1985 TM、2005 SPOT5遙感圖像、森林分布圖、森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)、地形圖、土地利用規(guī)劃圖和外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)和其它文字材料為基礎(chǔ)，在遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)的支持下，結(jié)合數(shù)字高程模型(DEM)，應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)的相關(guān)原理及方法，從時間序列上和空間尺度上研究區(qū)域的景觀格局及其變化，詳細(xì)系統(tǒng)的分析了研究區(qū)域的景觀

2、生態(tài)結(jié)構(gòu)、景觀格局現(xiàn)狀、動態(tài)變億和生態(tài)評價過程，在土地利用變化的基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)區(qū)劃，提出景觀生態(tài)分類，建立以生態(tài)恢復(fù)重建為目的區(qū)域景觀優(yōu)化配置，探索研究區(qū)域天然林景觀生態(tài)恢復(fù)途徑和方法，對我國天然林保護(hù)地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和管理具有重要意義。在此過程中，本文主要取得以下的成果和進(jìn)展。 (1)對研究區(qū)域的地形圖進(jìn)行校正、矢量化、錯誤修改、拼接，在ARC/INFO通過線性內(nèi)插(LINEAR)和非線性內(nèi)插(QUINTIC)中生成DEM，

3、用檢查點法和剖面分析法進(jìn)行精度檢驗。結(jié)果表明：利用檢查點的方法檢驗時，非線性插值精度較高；在利用剖面分析法時，任意方向上的誤差較小，Y方向上的誤差較大；地勢陡峭的山區(qū)，非線性插值精度較高，在地勢較為平坦的區(qū)域，兩者精度相差不大。 (2)在ArcGIS下，對DEM進(jìn)行坡度、坡向的提取進(jìn)行高程分帶處理，研究區(qū)域的陡坡和平坡所占的比例較大，其次是斜坡。平坡主要集中在丘陵和河流地區(qū)，陡坡的比例稍高于平坡，表明了研究區(qū)域的地勢比較陡峭。

4、 (3)對SPOT5遙感影像的處理中，利用研究區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)對遙感影像實施正射糾正，很好地消除地形對遙感影像的影響。因此，對我國地形復(fù)雜山區(qū)林地而言,利用DEM數(shù)據(jù)對遙感影像進(jìn)行正射糾正具有很重要的作用；對傳感器波段特性、遙感影像統(tǒng)計特征分析、計算各波段的熵值、標(biāo)準(zhǔn)差和相關(guān)系數(shù)的基礎(chǔ)上定量得出：研究區(qū)SPOT5多光譜以412的波段組合效果最佳。 (4)借助于ERDAS IMAGE 9的AutoSync模塊，把已經(jīng)過幾何精

5、校正的SPOT5(10×10m)多光譜影像作為參考圖像，對TM遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行地理坐標(biāo)匹配和邊緣匹配，大大提高了TM幾何校正的精度，通過統(tǒng)計和計算各個波段的標(biāo)準(zhǔn)差和相關(guān)系數(shù)，計算OIF來確定最佳的波段組合，并對圖像進(jìn)行有監(jiān)督分類和精度檢驗，分類結(jié)果滿足生產(chǎn)需要。 (5)不同景觀類型在同一高程帶的景觀格局不同。隨高程的增加，景觀類型隨著海拔的變化呈現(xiàn)出明顯的垂直分異．在各高程帶中．面積最大的3種景觀依次為：<1985>裸崖地、高山草甸

6、、高山灌叢(Ⅰ)-高山草甸、高山灌叢、森林(Ⅱ)-森林、高山草甸、高山灌叢(Ⅲ)-森林、草地、灌叢(Ⅳ)-森林、草地、灌叢(Ⅴ)-森林、草地、灌叢(Ⅵ)；<2005>裸崖地、高山灌叢、高山草甸(Ⅰ)-高山草甸、高山灌叢、森林(Ⅱ)-森林、草地、灌叢(Ⅲ)-森林、灌叢、草地(Ⅳ)-森林、草地、灌叢(Ⅴ)-森林、灌叢、草地(Ⅵ)。 (6)隨高程的增加，景觀的多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度呈現(xiàn)一定的分布規(guī)律：多樣性指數(shù)在第六高程帶最大，在第四高程

7、帶最小，隨后隨著高程的增加，景觀多樣性指數(shù)有所增加，但是總體趨勢隨著高程的增加而減小，景觀優(yōu)勢度分布趨勢和景觀多樣性相反。 (7)選取平均斑塊面積、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度、斑塊密度四個景觀指數(shù)，研究景觀格局與坡度、坡向之間的相互關(guān)系。結(jié)果表明：對陡坡區(qū)域，所占面積比例上較大，斑塊密度和多樣性指數(shù)最小，斑塊平均面積和景觀優(yōu)勢度最大；緩坡區(qū)域的斑塊密度、多樣性指數(shù)最大，其斑塊平均面積和景觀優(yōu)勢度指數(shù)最小；陰坡區(qū)域的斑塊密度最小，斑塊平均

8、面積最大，景觀優(yōu)勢度和多樣性指數(shù)較??；半陽坡斑塊密度和景觀優(yōu)勢度最大，斑塊平均面積和多樣性指數(shù)最小。 (8)對重新分區(qū)后的高程、坡度和坡向3個地形因子與景觀空間格局的相互關(guān)系進(jìn)行分析。結(jié)果表明：景觀格局的分布與海拔高度、坡度和坡向均有一定的相關(guān)性，農(nóng)(棄)耕地多隨高程和坡度的增加，分布的面積逐漸減少；有林地、灌木林地是陰陡坡中地的主要景觀類型；草地是陽緩坡中地的主要景觀類型。但是，各景觀類型在坡向分布上差別不是太明顯，由此說明地

9、形對景觀的宏觀分布有一定的影響。 (9)把格網(wǎng)樣點提取的森林景觀類型和DEM相疊加，在空間尺度上描述各森林景觀的分布格局、地理位置或相對位置，在此基礎(chǔ)上，對各景觀要素在進(jìn)行空間格局趨勢分析。從而探討森林景觀分布格局的形成機(jī)制、分布規(guī)律及其空間格局的動態(tài)變化，為區(qū)域天然林生態(tài)系統(tǒng)的保育、恢復(fù)與可持續(xù)經(jīng)營提供理論依據(jù)。 (10)在水平趨勢面分析：水平位置的變化對景觀格局的演變產(chǎn)生了一定的系統(tǒng)影響，景觀要素水平空間分布趨勢在東西方

10、向或南北方向上的地帶分異不顯著，景觀要素水平分布趨勢實質(zhì)上反映了研究地區(qū)地形地勢對景觀格局的控制作用。 (11)海拔和坡向趨勢面上分析：在低海拔帶上，陰坡上SI較低，且變化劇烈，該區(qū)域分布著樺木林、山楊等相對純林的不穩(wěn)定景觀類型，處于景觀演替的前期，演替指數(shù)相對較??；在陽坡上變化相對不大，該區(qū)域主要分布著云冷杉和樺木和的混交林景觀，是演替過程中到達(dá)頂極景觀格局的重要轉(zhuǎn)折階段；在高海拔地帶上，陰坡的SI較大，該區(qū)域主要分布著云、冷杉林

11、及其混交林景觀，處于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)，景觀演替指數(shù)比較大；陽坡區(qū)域SI指數(shù)變化比較大，只有少數(shù)耐干早耐物分種布在高海拔地帶，森林景觀分布較少;在海拔大于3200米的高程帶上，隨著坡向的增加，SI呈現(xiàn)馬鞍狀分布；在海拔小于3200米的高程帶上，隨著坡向的增加，SI呈現(xiàn)“⌒”分布。 (12)坡度和坡向趨勢面上分析：坡度低于20°時，SI相對較小，隨著坡向的增加，呈現(xiàn)一個波形的分布曲線；坡度20°-60°范圍內(nèi)，隨著坡向的增加，SI的變化不大

12、，呈現(xiàn)平穩(wěn)分布；坡度60°-90°范圍，隨著坡向的增大，SI不斷的增大，變化比較劇烈，呈現(xiàn)一個“⌒”型的分布曲線。 (13)通過矩陣轉(zhuǎn)移法來研究特定時段不同土地利用類型之間數(shù)量時空變化，結(jié)果表明：有林地和灌叢景觀是研究區(qū)域比較穩(wěn)定的景觀類型，保持著高轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)率和低產(chǎn)出貢獻(xiàn)率，有林地的轉(zhuǎn)入奉獻(xiàn)率稍高灌叢；草地一直同時保持著高轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出貢獻(xiàn)率，但是轉(zhuǎn)出奉獻(xiàn)率要高于轉(zhuǎn)入奉獻(xiàn)率。其它景觀組分的轉(zhuǎn)入奉獻(xiàn)率和轉(zhuǎn)出奉獻(xiàn)率相對變化不大。 (14

13、)選取景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)和生態(tài)指標(biāo)，通過層次分析法和模糊評價，借助于ArcGIS的強(qiáng)大空間分析功能，對研究區(qū)域進(jìn)行總體景觀生態(tài)評價，并把評價結(jié)果和地形因素(高程分帶、坡度和坡向)相疊加。結(jié)果表明：有林地的景觀生態(tài)評價指數(shù)較大，在第二高程帶到達(dá)最大；灌叢景觀次之；其次是草地景觀；裸崖地和荒山荒地的景觀生態(tài)評價指數(shù)較小，裸崖地的指數(shù)在第三高程帶達(dá)到最小。 (15)把高程模型(DEM)、景觀格局和景觀生態(tài)評價結(jié)果進(jìn)行疊加，在土地利用變化的基礎(chǔ)上