基于NPP和植被降水利用效率土地退化遙感評價與監(jiān)測技術研究.pdf

1、土地退化是指在各種自然生態(tài)以及人為活動影響下所發(fā)生的導致土地的生產(chǎn)能力或土地利用和環(huán)境調(diào)控潛力等持續(xù)下降甚至完全喪失的過程?；哪侵赴夂蜃兓腿祟惢顒釉趦?nèi)的各種因素作用下，干旱、半干旱和亞濕潤干旱區(qū)的土地退化，是直接威脅人類賴以生存的自然環(huán)境的一種災難，這種災難的嚴重后果是土地的生物或經(jīng)濟生產(chǎn)力和多樣性下降或喪失?；哪举|(zhì)即為土地退化，土地退化/荒漠化研究涉及社會經(jīng)濟和自然科學，是當今全球面臨的最嚴重的環(huán)境與社會經(jīng)濟問題之一。受

2、氣候、自然地理環(huán)境以及不合理的人類活動的影響，我國的土地退化問題日益嚴重，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯下降，嚴重影響了我國的國際形象，也對我國政治、經(jīng)濟、文化可持續(xù)發(fā)展造成嚴重威脅，維護生態(tài)安全已成為我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的根本保證。土地退化監(jiān)測與評價是荒漠化研究的核心內(nèi)容之一，隨著遙感技術的發(fā)展，遙感信息成為土地退化評價研究的重要信息來源，同時又為土地退化監(jiān)測與評價提供了技術和精度保證?；谶b感技術進行高精度、定量化的土地退化信息提取，并以此為基

3、礎確定規(guī)范化的數(shù)量化的土地退化評價指標，對實現(xiàn)土地退化定量評價與監(jiān)測研究至關重要。
　　 本文在總結國內(nèi)外土地退化研究成果和存在問題的基礎上，以時間序列的MODIS數(shù)據(jù)為基本數(shù)據(jù)源，嘗試通過利用植被降水利用效率(RUE)評價土地生產(chǎn)能力，利用時間序列NPP變化監(jiān)測植被退化，以此對近10年京津風沙源區(qū)土地退化進行遙感綜合評價和監(jiān)測，并結合高空間分辨率的氣候變化觀測數(shù)據(jù)，定量分析人為活動和氣候變化對區(qū)域土地退化的貢獻，以期為不同尺度

4、土地退化遙感評價和監(jiān)測技術的改進以及京津風沙源治理工程效益的評價和后期治理工程合理布局決策提供支撐。
　　 主要研究結果如下:
　　 (1)研究提出了利用RUE和NPP進行土地退化綜合評價的方法。該方法以多年平均相對RUE(rRUE_ me)和年極大相對RUE(rRUE_ ex)兩個指標評價土地的生產(chǎn)能力，以年NPP變化監(jiān)測植被的退化趨勢，以此實現(xiàn)土地退化的遙感綜合評價與監(jiān)測。較之前人方法，該方法更能反映土地退化的客觀情

5、況，更有利于大范圍土地退化的遙感定量評價與監(jiān)測。
　　 (2)利用京津風沙源區(qū)1981-2010年的氣象資料，采用多種數(shù)理統(tǒng)計方法分析了研究區(qū)近30年來年降水量、年平均氣溫和濕潤指數(shù)的變化趨勢，得出:近30年來京津風沙源區(qū)年平均氣溫呈現(xiàn)增加趨勢，年降水量和濕潤指數(shù)都呈現(xiàn)震蕩波動下降變化，但下降趨勢并不顯著?；贛K檢驗分析，近30年來，研究區(qū)93.12％區(qū)域年平均氣溫都呈顯著上升趨勢，69.77％的區(qū)域年降水量呈下降趨勢，在0.

6、1置信水平下顯著下降區(qū)域占18.76％;研究區(qū)84.93％區(qū)域濕潤指數(shù)呈下降趨勢，氣候變干旱，其中通過0.1置信檢驗的顯著變干旱區(qū)域達28.02％。
　　 (3)利用2001-2010年時間序列的月度MODIS NDVI數(shù)據(jù)，基于改進的CASA模型估測獲得了研究區(qū)長時間序列的年NPP數(shù)據(jù)，并結合年降水量計算獲得了相應的RUE數(shù)據(jù)。通過趨勢檢驗分析發(fā)現(xiàn)，京津風沙源區(qū)2001-2010年NPP和RUE都呈現(xiàn)下降趨勢，植被活動總體在退

7、化，但變化趨勢并不顯著。相關分析結果顯示，研究區(qū)64.24％的NPP呈下降趨勢，但僅有14.74％區(qū)域下降顯著。京津風沙源區(qū)的NPP和RUE兩個指標變化的空間分布差異較大，NPP顯著下降區(qū)域主要分布在京津風沙源區(qū)的東北部，NPP下降區(qū)呈現(xiàn)明顯的西南-東北向條帶狀分布，而RUE顯著下降區(qū)域的空間分布則比較分散。
　　 (4)選擇年均相對RUE(rRUE_ me)和年極大相對RUE(rRUE_ ex)兩個指標對研究區(qū)像元水平的土地生

8、產(chǎn)能力進行了評價。rRUE_ me可反映10年土地生產(chǎn)能力的平均狀態(tài)，rRUE_ ex可反映不同生態(tài)系統(tǒng)的抗干擾恢復彈力。研究結果顯示，京津風沙源區(qū)生產(chǎn)能力極差的土地占總面積的2.45％，生產(chǎn)能力較差的土地占總面積的5.44％，而生產(chǎn)能力好和極好的土地占總面積的92.10％。生產(chǎn)能力極差和較差的土地主要分布在研究區(qū)西部氣候干旱的荒漠草原、渾沙達克沙地中部、晉北山地丘陵區(qū)以及東部的科爾沁沙地。
　　 (5)通過時間序列NPP與時間

9、變化的相關分析表明，在氣候變化和人為活動的共同影響下，近10年京津風沙源區(qū)有6.74萬km2的植被發(fā)生退化，占研究區(qū)土地總面積的14.74％，同期植被恢復的面積為1.83萬km2，占總面積的3.99％。植被退化區(qū)主要分布在京津風沙源區(qū)東北部的錫林郭勒草原東部地區(qū)，而植被恢復區(qū)主要分布在京津風沙源區(qū)南部的晉北和冀北山地丘陵區(qū)。
　　 (6)通過對土地生產(chǎn)能力評價和植被退化監(jiān)測結果的分析，提出了土地退化綜合評價的方法，對研究區(qū)近10

10、年的土地退化進行了綜合評價。結果表明，京津風沙源區(qū)的退化土地總面積為9.10萬km2，占總面積的19.88％,其中，重度退化土地占2.45％，中度退化占5.44％，輕度退化占11.99％。重度和中度退化土地主要分布在研究區(qū)西部的內(nèi)蒙古荒漠草原區(qū)、渾善達克沙地以及西南部的晉北山地丘陵區(qū)，輕度退化土地主要分布在研究區(qū)中部的渾沙達克沙地東部、研究區(qū)東部的典型草原和大興安嶺南部地區(qū)。
　　 (7)京津風沙源區(qū)近10年的土地退化，主要由人