基于NPP和植被降水利用效率土地退化遙感評(píng)價(jià)與監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、土地退化是指在各種自然生態(tài)以及人為活動(dòng)影響下所發(fā)生的導(dǎo)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?dòng)在內(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(zāi)難，這種災(zāi)難的嚴(yán)重后果是土地的生物或經(jīng)濟(jì)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(huì)經(jīng)濟(jì)和自然科學(xué)，是當(dāng)今全球面臨的最嚴(yán)重的環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(dòng)的影響，我國的土地退化問題日益嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯下降，嚴(yán)重影響了我國的國際形象，也對(duì)我國政治、經(jīng)濟(jì)、文化可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重威脅，維護(hù)生態(tài)安全已成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的根本保證。土地退化監(jiān)測與評(píng)價(jià)是荒漠化研究的核心內(nèi)容之一，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感信息成為土地退化評(píng)價(jià)研究的重要信息來源，同時(shí)又為土地退化監(jiān)測與評(píng)價(jià)提供了技術(shù)和精度保證?；谶b感技術(shù)進(jìn)行高精度、定量化的土地退化信息提取，并以此為基

3、礎(chǔ)確定規(guī)范化的數(shù)量化的土地退化評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)實(shí)現(xiàn)土地退化定量評(píng)價(jià)與監(jiān)測研究至關(guān)重要。
　　 本文在總結(jié)國內(nèi)外土地退化研究成果和存在問題的基礎(chǔ)上，以時(shí)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(píng)價(jià)土地生產(chǎn)能力，利用時(shí)間序列NPP變化監(jiān)測植被退化，以此對(duì)近10年京津風(fēng)沙源區(qū)土地退化進(jìn)行遙感綜合評(píng)價(jià)和監(jiān)測，并結(jié)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(dòng)和氣候變化對(duì)區(qū)域土地退化的貢獻(xiàn)，以期為不同尺度

4、土地退化遙感評(píng)價(jià)和監(jiān)測技術(shù)的改進(jìn)以及京津風(fēng)沙源治理工程效益的評(píng)價(jià)和后期治理工程合理布局決策提供支撐。
　　 主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)研究提出了利用RUE和NPP進(jìn)行土地退化綜合評(píng)價(jià)的方法。該方法以多年平均相對(duì)RUE(rRUE_ me)和年極大相對(duì)RUE(rRUE_ ex)兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)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(shí)現(xiàn)土地退化的遙感綜合評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)與監(jiān)測。
　　 (2)利用京津風(fēng)沙源區(qū)1981-2010年的氣象資料，采用多種數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(fēng)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(dòng)下降變化，但下降趨勢并不顯著。基于MK檢驗(yàn)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(yàn)的顯著變干旱區(qū)域達(dá)28.02％。
　　 (3)利用2001-2010年時(shí)間序列的月度MODIS NDVI數(shù)據(jù)，基于改進(jìn)的CASA模型估測獲得了研究區(qū)長時(shí)間序列的年NPP數(shù)據(jù)，并結(jié)合年降水量計(jì)算獲得了相應(yīng)的RUE數(shù)據(jù)。通過趨勢檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，京津風(fēng)沙源區(qū)2001-2010年NPP和RUE都呈現(xiàn)下降趨勢，植被活動(dòng)總體在退

7、化，但變化趨勢并不顯著。相關(guān)分析結(jié)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(fēng)沙源區(qū)的NPP和RUE兩個(gè)指標(biāo)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(fēng)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(duì)RUE(rRUE_ me)和年極大相對(duì)RUE(rRUE_ ex)兩個(gè)指標(biāo)對(duì)研究區(qū)像元水平的土地生

8、產(chǎn)能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。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(fù)彈力。研究結(jié)果顯示，京津風(fēng)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(dá)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(shí)間序列NPP與時(shí)間

9、變化的相關(guān)分析表明，在氣候變化和人為活動(dòng)的共同影響下，近10年京津風(fēng)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(fù)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(fēng)沙源區(qū)東北部的錫林郭勒草原東部地區(qū)，而植被恢復(fù)區(qū)主要分布在京津風(fēng)沙源區(qū)南部的晉北和冀北山地丘陵區(qū)。
　　 (6)通過對(duì)土地生產(chǎn)能力評(píng)價(jià)和植被退化監(jiān)測結(jié)果的分析，提出了土地退化綜合評(píng)價(jià)的方法，對(duì)研究區(qū)近10

10、年的土地退化進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，京津風(fēng)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(dá)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(dá)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(fēng)沙源區(qū)近10年的土地退化，主要由人