基于GIS的多尺度農(nóng)林生態(tài)環(huán)境空間分析及應(yīng)用研究.pdf

1、農(nóng)林生態(tài)環(huán)境與人們的生活質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品安全密切相關(guān)。對(duì)農(nóng)林生態(tài)環(huán)境信息的準(zhǔn)確獲取、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及其質(zhì)量狀況的科學(xué)評(píng)估，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)、林業(yè)管理數(shù)字化和精準(zhǔn)化的前提，也是對(duì)農(nóng)林生態(tài)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、有效監(jiān)控的重要一環(huán)。農(nóng)林生態(tài)環(huán)境具有明顯的空間異質(zhì)性，涉及因素多，數(shù)據(jù)來源形式各異。借助3S 技術(shù)獲取的不同尺度區(qū)域的圖像、圖形等本底數(shù)據(jù)量大，空間分辨率高，但相關(guān)因子采樣點(diǎn)有限。從有限點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)，結(jié)合圖像圖形,分析不同尺度區(qū)域的農(nóng)林生態(tài)環(huán)境狀況信息，是

2、進(jìn)行科學(xué)合理的農(nóng)林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和制定有效控制方式的基礎(chǔ)。地統(tǒng)計(jì)分析方法能利用已知采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)估計(jì)未知點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化情況，以實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)到面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。集成了空間分析、地統(tǒng)計(jì)方法和空間數(shù)據(jù)庫的GIS 是分析不同尺度農(nóng)林生態(tài)環(huán)境因子的有效工具，也是目前可視化表達(dá)相關(guān)評(píng)價(jià)結(jié)果的最好平臺(tái)。 本文借助先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)化GIS 工作空間，基于地統(tǒng)計(jì)插值和空間分析的基本原理，分別對(duì)三個(gè)尺度下的農(nóng)林生態(tài)環(huán)境進(jìn)行空間分析和相關(guān)應(yīng)用研究。由于生態(tài)環(huán)

3、境因子眾多、變化頻繁，必須結(jié)合空間要素進(jìn)行分析，故將具有容納和處理海量數(shù)據(jù)能力的空間數(shù)據(jù)庫作為核心，用來進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的處理、轉(zhuǎn)換、分析和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)的處理和分析借助網(wǎng)絡(luò)化GIS 工作空間實(shí)現(xiàn)，以方便不同分析軟件獲取數(shù)據(jù)。研究根據(jù)對(duì)象的特點(diǎn)，分別采用不同的插值方法進(jìn)行插值處理：大致趨勢(shì)已知的因子用反距離加權(quán)法（IDW）；變異性復(fù)雜的因子用因子泛克里金（UFK）；同時(shí)受非空間因素影響和空間因素影響的因子采用回歸泛克里金法（URK）。

4、在小尺度上，以上海星火農(nóng)場(chǎng)為例，對(duì)重金屬及農(nóng)藥污染現(xiàn)狀進(jìn)行分析。由于重金屬污染源固定而分散，采用IDW 法對(duì)其空間分布進(jìn)行估計(jì)，并借助空間數(shù)據(jù)庫與Web-GIS 結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)插值運(yùn)算和可視化表達(dá)。結(jié)果能形象地表現(xiàn)工業(yè)區(qū)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全產(chǎn)生的影響；而基于農(nóng)事操作的農(nóng)藥環(huán)境殘留估計(jì)能準(zhǔn)確地呈現(xiàn)農(nóng)藥污染的空間分布。 在中尺度上，以崇明島為例，分析地理因素和長(zhǎng)期人類活動(dòng)對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量的影響。先在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行對(duì)數(shù)變換、標(biāo)準(zhǔn)化變換，通過探

5、索性空間數(shù)據(jù)分析進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)量觀察，去除統(tǒng)計(jì)離群值和空間離群值，同時(shí)得到基本空間變異信息。采用UFK 對(duì)多尺度空間變異現(xiàn)象進(jìn)行分析，基于“最小塊金效應(yīng)原則”，先確定插值尺度，再根據(jù)精度，確定最佳的插值模型，最終得到精確的養(yǎng)分分布狀況。并以此為依據(jù)，采用隸屬度函數(shù)法進(jìn)行單項(xiàng)肥力評(píng)價(jià)，內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行綜合肥力評(píng)價(jià)，最后針對(duì)幾種作物進(jìn)行基于變權(quán)函數(shù)的種植適宜性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果總體上與相關(guān)資料提供的當(dāng)?shù)厍闆r一致，但多尺度插值結(jié)果可更精確地反應(yīng)全局

6、的趨勢(shì)性和局部的差異性，可為指導(dǎo)合理、科學(xué)的施肥提供更可靠的科學(xué)依據(jù)。 在大尺度上，以歐洲大陸為例，生態(tài)環(huán)境的變化對(duì)植物葉片生化指標(biāo)的影響，故采用URK 對(duì)葉片元素含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和插值估計(jì)，并分析了造成其空間異質(zhì)性的成因分析。除了通常被采用的氣象數(shù)據(jù)以外，研究中還引入了景觀因子，城市輻射效應(yīng)（UR）和森林屏蔽效應(yīng)（FS），結(jié)果表明這些變量的引入能提高對(duì)元素含量估計(jì)的準(zhǔn)確性，并且有利于殘差變異性的分離。研究中提出了葉片元素積累的

7、一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)假設(shè)和對(duì)數(shù)正態(tài)分布假設(shè)并進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)據(jù)依次通過對(duì)數(shù)變換、標(biāo)準(zhǔn)化、線性化、正交化、回歸分析和殘差插值，結(jié)果表明該精確插值法能較真實(shí)地反應(yīng)葉片元素空間變化的實(shí)際情況，其變化趨勢(shì)和狀況與已有的相關(guān)研究基本一致。但本研究結(jié)果能更直觀、細(xì)致地反應(yīng)元素變化與主要環(huán)境因素間的關(guān)系，比如氮沉降對(duì)中歐北部葉片氮磷含量的影響和高山多雨環(huán)境對(duì)磷鉀淋溶作用的影響顯而易見，而這些結(jié)果通過常規(guī)的統(tǒng)計(jì)方法不能直觀并準(zhǔn)確地表現(xiàn)出來?？傊?，基于GIS和地統(tǒng)