Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 基于多源数据的中国天山中段天然草地动态变化及其驱动因子分析 | |
| 茹克亚·萨吾提 | |
| 出版年 | 2019 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 李虎 |
| 学位授予单位 | 新疆大学 |
| 中文摘要 | 新疆草地的丰富性和特异性,在我国草地中具有鲜明的特色,同时它的经济、生态、社会作用对新疆的开发和稳定具有现实的特殊意义。由于新疆草地辽阔,平原与山地草地季节性组合经营,自然条件控制和气候条件的年度变化、特别是灾害性气候周期性影响,使畜牧的发展难以稳定,再加上一些地区乱垦滥挖,过多放牧,虫鼠危害等多种原因,近期草地生态环境发生退化现象。因此,开展草地监测,及时掌握草地动态变化和发展趋势是,今后维护新疆生态屏障,发展现代化畜牧业,构建社会主义和谐社会的客观需要。本文选取天山北坡中段草原资源较丰富的乌鲁木齐县为研究区,以Landsat TM/OLI、MOD13Q等遥感数据和相关实测数据为基础,利用遥感和野外实测手段监测草地主要生态参数,包括天然草地空间格局、植被覆盖度、草地长势、草地退化、生物量、草地生态服务功能等草地动态变化指标,分析乌鲁木齐县草地近25年的动态变化特征及其变化趋势,通过构建地理加权回归模型(GWR)模拟草地植被覆盖度,在此基础上分析自然因素对该区域草地植被覆盖度的影响,基于存栏数量,地下水量和地表水量等统计数据探讨放牧方式和水资源条件在草地植被覆盖度变化的影响。得出如下结论:(1)天然草地类型遥感分类运用专家决策知识的草地分类方法,利用MSAVI指数和DEM数据,对乌鲁木齐县主要六种草地进行分类,得出的分类结果精度较高,达到研究要求。空间分布特征主要增强了具有明显海拔高程特征的高寒草间、温性草原、山地草甸及农田间的差异,减少了它们之间的混分。专家知识的分类方法很大程度上依赖于相关领域的专家知识,本研究构造的MSAVI的阈值还可能根据不同季相而调整,海拔高度阈值也可能根据全球变暖的趋势进行相应变动。(2)天然草地动态变化及其景观格局演变通过研究区天然草地近25年的动态变化,得出研究期间高寒草甸、山地草甸和温性草原处于良好的恢复状态,但温性草甸草原、温性荒漠草原、温性荒漠呈现较少趋势。而耕地面积增加了9.81×10~3 hm~2,增长幅度较大。整个研究时段内,2000年草地面积变化比较明显,大部分草地面积呈现逐渐减少趋势,尤其是高寒草甸,山地草甸,温性草甸草原和温性荒漠类型。从空间景观格局变化可知,乌鲁木齐县草地景观破碎化程度不断增大,开始向细粒景观转化,斑块整体复杂性升高,各草地类型斑块类型分布集中,各景观类型具有较大的空间自然连通性。(3)天然草地植被覆盖度变化及其长势情况评价1990-2015年较高植被覆盖区面积先减少后增加,总体上有减少趋。研究期间,较高植被覆盖区面积的动态变化中2000年的变化最关键,是因为2000年高植被覆盖区域面积大幅度减少,后期虽然呈现逐渐增长趋势,但还是达不到2000年前的水平。从空间聚类特征来看,1990-2015年植被覆盖度的高值和低值聚集区空间分布特征较稳定,即研究区中部山区及南部边缘地区的植被覆盖度高,北部平缓地带植被覆盖度低,1990-2015年北部平原带的高植被覆盖度聚集区范围显著扩展。乌鲁木齐县草地植被长势总体变化特征表明,研究区草地长势持平为主,长势偏差和偏好区波动变化。各等级(差、较差、持平、较好、好)草地长势区平均面积分别占总草地面积的4.92%、12.86%、63.05%、13.65%、5.50%。从草地长势月变化特征来看,5月和6月份草地长势以持平偏好为主,7月份持平为主,长势偏好偏差区同步变化。8月份持平偏好为主,而9月份持平偏差为主。(4)天然草地退化遥感监测本研究借鉴国家标准(GB19377-2003)和《天然草地退化、沙化、盐渍化分级标准》的基础上,按草地植被盖度相对于未退化草地植被盖度的百分比对草地退化进行等级划分,得出1990-2015年研究区草地轻度和中度退化为主,约占草地总面积的29.20%和12.11%。严重和极严重退化草地面积较小约占草地总面积的1.43%。改善草地面积为4.07×10~4 hm~2,约占草地总面积的15.82%。温性草甸草原、山地草甸和高寒草甸轻度、中度退化草地面积较大,温性荒漠、山地草甸和高寒草甸的极严重退化部分约占极严重退化草地面积的75%。改善草地面积很小而且主要分布于温性荒漠、温性荒漠草原和温性草原分布带。退化等级重心转移显示,乌鲁木齐县各等级退化草地区重心移动方向不稳定,改善草地主要是往西南边向和北边扩展,随着研究区北部禁牧区的扩展和放牧量控制政策的推动下北方草地逐渐进入恢复状态。(5)天然草地生物量变化及其生态服务价值评估乌鲁木齐县2011-2018年的实测草地产量数据为基础,对该县草地生产力近8年的变化特征进行分析。从2011-2018年的草畜平衡区草地平均产草量可知,不同草地类型平均产草量大小顺序为:山地草甸>温性荒漠类>温性草甸草原>高寒草甸>温性草原。禁牧区草地(温性荒漠类)草产量变化特征来看,虽然2014年草地产草量呈现较大的增长趋势,但总体上禁牧区草产量总体上降低,趋于降低。同时植被覆盖度也呈减少趋势,而裸地面积逐渐增加。实测调查记录可知,在禁牧区虽然放牧量受到控制,但水蚀、沙化,风蚀等自然因素不断影响草地产量。本文通过乌鲁木齐县各草地类型生物量数据,对每个草地类型生态服务价值系数进行修订,并在此基础上计算各草地类型的生态服务价值,得出1990-2015年乌鲁木齐县生态服务总价值(6种草地和耕地)呈现先增加后减少趋势,变化幅度不大。1990-2015年山地草甸的生态服务价值所占比例均大于55%,2015年达到59.92%。远大于其他草地类型生态服务价值,说明其在研究区草地生态系统中具有重要地位。单项生态服务功能变化可知,乌鲁木齐县草地气候调节、废物处理、水涵养和保持土壤服务价值持续增长。山地草甸、温性草原和高寒草甸各项生态服务功能的变化对研究区草地生态系统服务价值有很大影响。研究期间,这些草地类型表现出较高的生态系统服务功能价值并草地生态系统平衡中发挥关键作用。(6)天然草地变化驱动因子分析基于降水量、地表温度、气温、坡度、海拔高程和土壤有机质含量、pH值和盐分数据,运用地理加权回归模型(GWR),对草地植被覆盖度进行模拟,并草地植被覆盖度与自然因素之间的空间相关性进行分析。结果表明,自然因素中降水量,地表温度和气温对草地的影响较大,地理加权模型模拟结果达到0.76。坡度、海拔高程和土壤有机质含量、pH值和盐分对草地植被覆盖度的影响其次,空间模拟精度达到0.53。说明影响乌鲁木齐县草地植被覆盖度的主要自然因素为气象因子,气候变化对草地长势状况,生物量及其生态服务功能的变起着关键作用。地形因子和土壤因子对植被覆盖度影响主要表现在土壤侵蚀度和草地植被覆盖度的相互关系上,即研究区存在轻度和中度土壤侵蚀现象。草地土壤侵蚀度的空间分布特征表明,随着海拔高度的增加侵蚀度逐渐增加,植被覆盖度和土壤侵蚀具有负相关关系,即随着植被覆盖度的增加土壤侵蚀度降低。地表水量、地下水量、放牧量与草地植被覆盖度的相关性和突变点趋势分析结果表明,草地植被覆盖度和地下水量呈现正相关,而与放牧量呈现负相关。地下水突变年份和植被覆盖度突变年份一致的,过度放牧期间植被覆盖度同步呈现降低趋势。社会经济因子中工业污染物排放量,二氧化硫排放量和固体废物排放量与草地植被覆盖度呈现负相关关系,虽然相关性不强,但说明乌鲁木齐县的工业化是对草地植被覆盖带来负面影响的潜在危害之一。 |
| 中文关键词 | 天然草地 ; 草地退化 ; 草地长势 ; 草地生态服务价值 ; 地理加权回归模型 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=1019608489.nh&DbName=CDFDTEMP |
| 来源机构 | 新疆大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/258129 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 茹克亚·萨吾提. 基于多源数据的中国天山中段天然草地动态变化及其驱动因子分析[D]. 新疆大学,2019. |
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