基于RS和GIS的毛乌素沙地东南缘沙地治理监测与评价

发布时间：2020-07-04 21:23

【摘要】：土地沙漠化敏感区域属于全国防风固沙生态功能区,对国家生态安全具有重要作用,关系着区域人地矛盾的解决。它开展沙地治理监测及评价是沙地防治的重要途径。传统调绘难度大、周期长、缺乏时间上的序列性和区域尺度评价。遥感为沙地治理提供宏观、动态、实时监测手段,为治理评价提供多源、多时空尺度、多要素数据,为沙地地表变化过程提供多种表达途径。本文利用RS和GIS技术,筛选土地沙漠化过程中表现直观的流动沙地、植被、植被净初级生产力三个要素,收集Landsat TM/ETM+、SPOT NDVI、NPP等数据,应用地理学、遥感、景观生态学等理论与方法,对毛乌素沙地东南缘1991-2013年的三要素进行时空分析与过程模拟,监测评价沙地治理。结论有以下几点。(1)本研究利用30m×30m TM/ETM+数据分析榆林流动沙地的时空变化,在1km×1km尺度上进行区域评价。结果表明:流动沙地分布在西北定边、靖边、横山、榆阳、神木和府谷六个县区,其中榆阳面积最大比例最高。1991-1999年全区流动沙地年变化率-2.36%,1999-2007年为-3.91%。流动沙地较大斑块数量及平均面积减少,空间分布密度值降低持续降低。因此说明该区沙漠化得到控制和治理,流动沙地被固定。神木治理力度最大,榆阳最小。研究中格网化尺度转化方法保障流动沙地面积无增损,流动沙地空间分布密度特征值的区域评价方法能详尽表达沙地分布疏密程度,可作为沙漠化监测的定量指标。(2)以定边县为实验区,利用TM/ETM数据,研究不同地貌区植被格局特征及变化,结果表明:植被按覆盖度高低多核心梯度式分布。西北风沙区核心多为水体或流动沙地等无植被区,丘陵区核心以植被覆盖度较高的植被斑块为主。1999年是1991-2007年植被景观转折点,风沙区和丘陵沟壑区变化趋势相同,前一时段恶化而后一时段好转,但程度不同。植被景观变化时,模式保持不变,但核心区面积、斑块形状及斑块类型发生转变。因此说明,西部风沙区的沙漠景观有部分被植被景观替代,1999年之后,植被得到较大程度恢复。(3)利用SPOT NDVI数据,研究榆林不同等级植被间的转移变化过程,结果表明:植被等级变化分急速退化(1998~1999)、快速恢复(1999~2002)和稳定恢复(2002~2007)三个阶段。退化阶段,等级多为跨级别降低,面积较大,1999年Ⅰ级植被约占50%。快速恢复期,正向转移率提高快,区内植被主体等级升高。稳步恢复阶段,正向转移放缓,植被覆盖主体等级不变,高级植被面积稳定增加,低级植被面积减少。因此说明榆林植被恢复与重建力度较大,沙漠化土地防治程度较强,生态服务功能逐年增大。(4)利用1998-2013年的SPOT NDVI数据分析NDVI空间异质性及与沙地分布的耦合性。结果表明:植被显著自相关,低—低型集聚在风沙区,低—高型依附于外;高—高型集聚在东南部植被较好区域,高—低型依附于外。低—低型变化分退化(1998—1999)、恢复(1999—2002)、稳定(2002—2007)和反复退化(2007-2013)四个阶段。高—高型分退化(1998—1999)、恢复(1999—2003)、稳定(2003—2007)、发展(2007—2013)四个阶段。16年间低—低集聚区NDVI介于0.2—0.3之间的像元频数与年降水量在0.05水平上显著相关,相关性为0.502。近16a NDVI均值的低值斑块集聚区与流动沙地空间分布具有较强耦合性。因而说明,榆林沙漠化阶段分发展(1998—1999)、逆转(1999—2002)、治理(2002—2007)和反复发展(2007-2013)四个阶段。年降水对植被覆盖较差地区影响较大。通过分析区域NDVI的空间自相关性,能划定区域内的生态脆弱区。同时,沙地植被配置要注重其格局。(5)像元尺度上,近16a榆林全区NDVI增速1.3%/a,沙区和非沙区分别为0.96%/a、1.47%/a,县域尺度上,东南各县高于西北县区。县区NDVI分布异质性较强,东南部较高,稳定性较差;西北部较低,稳定性较强。榆林NDVI全局呈增加趋势,局部降低,NDVI呈增加趋势的植被分布于东南部,局部降低植被多位于流动沙区。因此说明,沙漠化地区植被恢复与重建难度较大,需要采取有力措施保障治理成果的可持续发展。(6)榆林NPP时空演变特征表明:NPP由西北向东南逐渐递增,近11a间显著上升。2000-2005年NPP升高区域95%,增幅大于300g C/(m2?a)的47.22%,主要分布在榆林最北端和南部地区,2005-2010年,NPP升高区域94%,增幅大于300g C/(m2?a)的区域54.1%,集中在东南部。说明沙漠化土地被治理,并恢复一定生产力。研究区流动沙地、植被和NPP变化表明,该区沙漠化得到控制和治理,有一定程度逆转,土地生产力得到恢复,但在不同阶段、不同区域治理差异较大。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S288

【参考文献】