基于多源数据的山区岩溶石漠化植被特征研究

摘要

石漠化是中国西南地区严重的生态问题，植被恢复又是喀斯特地区进行生态重建和石漠化治理的首要任务。重庆地处长江上游，三峡库区腹地，是全国重要的生态屏障区，其环境质量的好坏直接关系到三峡大坝的安危和长江产业带及西南区的可持续发展。渝东北（巫溪、巫山和奉节）区域是重庆岩溶石漠化重点治理区，该区域山高坡陡，地形复杂，植被退化现象严重。因此，了解研究区中山地区的植被分布特征，对于该地区环境的改善和石漠化治理具有十分重要的现实意义。
　　本文基于Landsat8 OLI遥感影像、30m DEM数据，结合野外实地调查数据、渝东北地区土地利用现状图数据、遥感调查数据等，在遥感软件（eCognition9.0软件、Envi5.0软件）平台上使用面向对象的分类方法实现对研究区的地类提取。面向对象的分类方法综合运用了遥感数据的光谱、空间、纹理等信息，克服了传统分类方法的不足，提高了分类精度。然后对分类后的数据运用GIS软件（ArcGIS）、统计软件（Excel、Spss）进行统计、制图和分析，并在空间布局上进行总结和探讨，旨在了解该区域植被的空间分布特征和规律。为该地区的石漠化治理和恢复提供参考，也为该区域进一步的碳研究提供基础数据。研究得出的主要结论如下：
　　（1）研究方法：由于渝东北属于中山区域，地形复杂而且破碎，因此在 eCognition9.0软件使用面向对象的分类方法实现地物信息的提取。首先，通过对该区域进行多尺度分割试验，决定采用大、中、小（分割尺度分别为100、60和40）三种分割尺度进行分层地物信息的提取。先在较大尺度上提取出河流、区别较大的植被区和非植被区（不包括河流）；再在中等尺度上提取植被区的草灌、耕地和林地，非植被区的人工建筑和裸地；林地的二级类等细小地物的提取在小尺度上进行。然后，采用隶属度函数法在不同分割尺度上进行规则集的建立和对象信息的提取。最后，使用野外采样等数据对分类结果进行精度评价。结果表明，使用面向对象的分类方法更符合山地地物类型的分布规律和特点。
　　（2）研究结果：从分类精度来看，总体分类精度达到了81.35％，基本符合山区植被信息提取要求。从地物信息提取结果可知，林地和耕地是渝东北区域主要的土地利用类型，所占的总面积为8872.22 km2,占研究区总面积的96.50%。各地物类型随着高程和坡度的变化具有明显的分布变化规律。
　　①随着海拔的上升，气温、土壤、湿度等都会有很明显的变化，也会出现适应特定环境的植物种类。将地物分类图与高程数据叠加分析中发现，研究区为典型的中低山区，海拔500m-1500m所占的面积最大，占研究区总面积的64.49%。耕地和草灌在海拔小于1000m出现的频度最高，该海拔范围也是频繁的人类活动分布的地区。而在海拔>1000m的地区，耕地和草灌的频度迅速减小，而林地频度迅速增加并占据主导地位。在所有的林地类型中，特别是在海拔为500m-1000m之间，马尾松林和阔叶林占据绝对的优势。②坡度不同，导致分布在坡度上的土壤、水分、温度和热量的积累都会有显著的差异，也将影响着坡面上的地物类型及其分布。将地物分类图与坡度数据的叠加分析中发现，各地物类型在缓坡、斜坡和陡坡所占的面积较大，分别占研究区总面积的21.34%、30.41%和25.31%。从分布在各个坡度上的各种地物类型的面积来看，耕地、草灌和林地的频度与坡度的变化有很强的相关性。总体变化趋势相似，表现为坡度<25°时呈正相关，而坡度>25°时呈负相关。具体表现为耕地和马尾松林在1、2级坡度（0°-15°）出现的频度最高，阔叶林、针阔混交林和草灌次之。草灌在2、3级坡度（5°-25°）出现的频度最高，之后随坡度的增大而逐渐减小。林地在坡度>25°之后占据明显的优势，代表的植被种群有马尾松林和阔叶林。
　　（3）综合治理措施：自进行石漠化治理以来，渝东北各县根据各种地物的分布特征，以小流域为基本的设计和处理单元，按照统筹安排、先易后难、分类治理的原则，科学地选择治理的区域和措施。具体的治理模式为：1.生态脆弱区以植树种草为主，恢复和保护现有植被；2.缓坡区实施坡耕地综合治理工程，提高土地生产力；3.产业区实施经果林建设工程，提高农民收入和生活水平；4.畜牧区实施草食畜牧工程，转变畜牧产业生产方式。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究进展综述

1.3研究内容与方法

第2章 研究区的概况与数据的预处理

2.1 研究区概况

2.2 数据来源

2.3 数据预处理

2.4 遥感图像特征分析与提取

2.5软件平台

第3章 基于生态学方法的野外植被调查与分析

3.1野外数据调查与采集

3.2数据处理与分析

3.3结果与分析

第4章 基于面向对象的植被信息提取

4.1基于面向对象的分类过程

4.2分类结果及精度评价

第5章 基于GIS技术的研究区植被空间格局特征分析

5.1研究区地物类型现状分析

5.2植被群落演替阶段的空间格局特征分析

5.3地物类型的空间格局特征分析

5.4渝东北地区植被恢复治理模式

第6章 结论与展望

6.1主要结论

6.2存在的不足与展望

参考文献

附录A

致谢