藏北草地退化遥感监测与生态安全评价

摘要

草地资源是陆地生态系统的重要组成部分，在生态环境中起着举足轻重的作用。草地资源是发展畜牧业的重要经济资源，也是我国牧区、半牧区人们赖以生存的基础，同时有助于防风固沙、净化空气、调节气候、保持土壤水分、减少水土流失，具有重要的生态保护功能。藏北高原地处青藏高原腹地，总面积3.9×105km2，平均海拔4500 m以上，面积大致占西藏自治区总面积三分之一，是我国高寒草地分布面积最大的地区，是维护西藏乃至全国生态安全的重要绿色生态屏障，也是我国重要的绿色基因库。随着人口快速增长，物质需求不断增加，人草畜矛盾日益突出，草原超载严重，藏北地区草原出现不同程度退化，虽然实行了退牧还草、以草定畜等草原保护建设工程，在一定程度上改善了草原生态环境，但草原生态“局部改善，总体恶化”的趋势仍未根本扭转，对牧民生活和国家生态安全构成严重威胁。
　　本文以景观生态学理论为基础，以藏北高原草地生态系统为研究对象，在广泛收集藏北地区自然地理资料和社会经济资料的基础上，利用1990、2000、2009年3期不同时相的TM、ETM+和CEBERS遥感影像，对研究区草地覆盖信息进行解译并建立草地退化遥感监测和评价指标体系，分析了20年间班戈县草地退化的时间动态规律和空间分布格局。利用RS，GIS技术手段，综合遥感数据、气象数据等多源信息和改进生态足迹模型，测算近20年来班戈县生态安全的动态变化，定量评估了该地区草地生态安全主要影响因子和影响机制。本研究的主要成果与创新之处如下:
　　(1)研究区草地退化动态监测。在3“S”技术支持下，以班戈县1990、2000、2009年三个不同时相的陆地资源卫星TM及ETM影像、CBERS数据为基本信息源，在野外调查和历史资料分析基础上，对数据进行预处理，分析草地资源的光谱特征，建立草地资源遥感解译标志，生成不同时相NDVI图，使用ERDAS中建模工具计算植被覆盖度，利用非监督分类方法提取植被覆盖度、根据分类结果赋色，得到各时期植被覆盖度分类图，并对草地退化进行等级划分，提取草地退化时空分布信息。
　　(2)研究区草地退化时空变化规律。在遥感影像信息提取基础上分析了1990～2009年藏北班戈县3个时相草地退化变化趋势。从1990～2009年近20年间班戈县植被覆盖度发生了很大变化，总体变化趋势为:草地退化面积不断扩大，中度、重度退化面积在总退化面积中所占比例有所增加。1990年草地退化主要发生在班戈县西北部、东北部、中部、东南部。总退化面积为78.39万hm2，且以轻度退化为主，轻度退化占草地总面积的24.74％，中度和重度退化分别占5.97％和2.39％。2000年班戈县草地退化主要发生在巴木错以北，轻度退化的比例占40.35％，中度和重度退化的比例分别占31.36％和12.54％。2009年班戈县总体植被发育情况是西部好于东部、南部好于北部，且轻度退化占总草地的41.35％，中度和重度退化的比例分别占22.64％和6.28％。
　　1990～2000年间，班戈县草地退化强度加剧，总退化面积增加了110.22万hm2。其中，轻度退化面积增加了31.74万hm2、中度退化和重度退化分别增加了56.07万hm2、22.41万hm2。2000～2009年的遥感图像分析表明，各地的草地退化程度有所减轻，草地退化面积总体减少了32.39万hm2。其中，轻度退化面积增加了1.63万hm2，中度和重度退化面积分别减少了19.85万hm2、14.11万hm2。总体分析表明，1990～2000年间班戈县草地处于退化状态，而2000～2009年班戈县草地退化速度逐渐减低，出现好转的迹象，但整体逆转效果并不显著，草地退化状况依然严峻。
　　(3)尝试对传统生态足迹模型加以改进并应用其定量评价草地生态安全。传统生态足迹从消费的角度来考虑自然系统提供资源、消纳废弃物，这种思路往往存在一定缺陷，如消费水平低的贫困地区生态足迹较小，且可持续性较强。针对此，本文提出基于3“S”技术和传统生态足迹模型的改进方法。单独把纯牧区生态足迹的主要组分—草地作为研究对象，用生产性生态足迹代替消费性生态足迹;提出了生态足迹空间化的计算方法:把传统的人均土地面积的需求转化为单位面积土地生产力的需求，用遥感影像计算土地的净初级生产力代替用产量因子计算草地生态承载力，并通过3“S”技术的空间化和可视化功能，创造性地实现了生态足迹的可视化表达。将传统生态模型与改进生态模型的计算结果进行比较，结果表明改进的生态足迹模型能更好地反映区域实际情况。改进的模型能够形象地反映生态承载力、生态赤字、生态安全等级的空间分布状况、空间计算所得结果比起传统模型计算结果则更为直观、更具有参考价值。
　　(4)研究区草地生态安全状况时空变化特征。从1990年到2009年，较安全等级的草地面积在逐渐减少，不安全等级的面积在逐渐增加，说明近20年来，班戈县的生态安全性越来越差。1990年～2009年班戈县生态等级处于1级的草地面积减少了52.92万hm2。生态等级处于2级的草地面积由82.76万hm2下降到3.28万hm2，面积减少了79.48万hm2，所占比例也由34.94％减少到1.47％。生态等级处于3级的草地面积由66.89万hm2减少到13.53万hm2，减少了53.36万hm2，所占比例由28.24％减少到6.08％。生态等级处于4级的草地面积由28.46万hm2增加到32.27万hm2，增加了3.81万hm2，所占比例由12.02％增加到到14.51％。生态等级处于5级的草地面积由5.78万hm2增加到122.31万hm2，增加了116.53万hm2，所占比例由2.44％增加到54.99％。生态等级处于6级的草地面积增加了51.03万hm2。改进模型的结果显示大部分区域生态安全性比传统模型结果更差，更符合实际情况，更客观地反映了社会经济发展对区域生态环境造成的压力;同时改进模型更直观、更形象地反映了生态安全状况的时空特征。
　　(5)生态安全影响因素分析。通过相关性分析，选取人口、人均GDP、农牧业人口比重、草地利用强度、第一产业比重这5项因子作为STIRPAT模型中的自变量，生态足迹总量作为因变量，采用偏最小二乘法对模型进行回归分析，分析结果表明人口数量、草地利用强度、人均GDP是影响班戈县草地生态足迹的主要因素。通过灰色关联分析发现，草地退化率、第一产业占地区总产值比、总人口、牧业产值占农业总产值比、草地承包量这几个指标与生态承载力关联度较大，是影响生态承载力的主要因素。
　　(6)草地退化防护措施研究。在大量调研和生态安全定量分析的基础上，提出了生态补偿和人文措施。通过开展形式多样的草地环保宣传工作，提高全民生态保护意识;通过建立草地保护制度、落实承包责任制、提高牧民保护草地责任感;通过建立生态补偿制度、草原生态保护补助奖励机制，提高牧民积极性;通过积极推进草原监理体系建设，增加投入、加强管理、提高人员素质，增强草原执法监管能力;通过加快转变草原畜牧业生产方式，推进规模化、集约化经营方式，改变传统饲养模式;通过提高牧民收入，推进人文关怀，实现草地可持续发展。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究的意义

1．2．1 维护生态安全的需求

1．2．2 西部大开发的需求

1．2．3 加强民族团结、推动边疆稳定的需要

1．2．4 藏北牧民生存和发展的迫切需要

1．3 研究区概况

1．3．1 研究区自然概况

1．3．2 社会经济发展概况

1．4 国内外研究现状

1．4．1 遥感技术在草地研究中的应用综述

1．4．2 生态安全研究现状

1．4．3 生态足迹研究现状

1．4．4 目前存在的不足

1．4．5 生态足迹研究趋势展望

1．5 研究目标、内容、技术路线

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

1．6 创新点

第2章 研究区草地退化现状分析

2．1 草地退化状况

2．2 毒草、杂草危害

2．3 土壤贫瘠状况

2．3．1 土壤有机质

2．3．2 土壤有效氮

2．3．3 土壤全氮

2．3．4 土壤有效磷

2．3．5 土壤有效钾

2．4 鼠害及病虫害破坏

2．5 地质灾害破坏

2．6 大风的破坏

2．7 矿产开发活动的影响

第3章 研究区草地退化的遥感监测与动态分析

3．1 植被遥感原理

3．2 遥感数据的选取

3．3 遥感影像预处理

3．4 植被覆盖度提取

3．4．1 植被覆盖度提取技术路线

3．4．2 植被覆盖度信息提取

3．4．3 研究区草地退化的时空变化趋势

第4章 基于3“S’’技术和改进生态足迹模型的生态安全评价

4．1 基于传统生态足迹模型的草地生态安全评价

4．1．1 生态足迹的概念及内涵

4．1．2 研究方法

4．1．3 生态足迹计算结果与分析

4．1．4 生态安全评价

4．2 基于3“S’’技术和改进生态足迹模型的生态安全评价

4．2．1 生态足迹模型改进的基本思路

4．2．2 草地生产性生态足迹模型的建立

4．2．3 计算过程的改进

4．3 草地地生态足迹计算结果与分析

4．3．1 草地生态足迹的空间计算

4．3．2 基于3“S”技术的生态承载力的空间计算与分析

4．3．3 生态盈余／生态赤字的空间计算与分析

4．3．4 生态压力指数空间计算与分析

4．3．5 生态安全空间分析

4．4 改进生态足迹模型与传统模型的比较

第5章 生态安全影响因素分析

5．1 生态足迹主要影响因素判定

5．1．1 STIRPAI模型构建

5．1．2 因子筛选

5．1．3 偏最小二乘回归分析

5．2 生态足迹主要社会经济影响因素分析

5．2．1 人口增加、经济发展是生态足迹增加的主要原因

5．2．2 草地资源利用强度的增加是班戈县生态足迹增加的直接原因

5．2．3 产业结构调整是影响生态足迹的重要因素

5．3 班戈县生态承载力主要影响因素

5．3．1 生态承载力主要影响因素判定

5．3．2 分析方法

5．3．3 结果分析

5．4．生态承载力主要影响因素分析

5．4．1 草地退化是班戈县区域生态承载力持续减少的根本原因

5．4．2 人口增加是班戈县生态承载力不断减少的主要原因

5．4．3 草地保护工作的加强是班戈县自然生态承载力下降速度变慢的重要因素

第6章 基于生态安全的草地退化防治对策及治理措施

6．1 退化草地的防治对策

6．1．1 加强环保宣传教育，提高生态保护意识

6．1．2 建立草地生态补偿制度

6．1．3 完善草原保护制度

6．1．4 大力加强草原监督管理体系建设

6．1．5 建立草原生态保护补助奖励机制

6．1．6 加快转变草原畜牧业生产方式

6．2 草地退化治理措施

6．2．1 草地建设

6．2．2 鼠害、虫害防治

6．2．3 毒草防除

结论与展望

(1)结论

(2)研究展望

致谢

参考文献

附录A 作者简介

攻读学位期间取得的学术成果