基于3S草原土壤厚度空间分布与草原退化程度关系的研究

摘要

近年来日益恶化的草原生态环境对我国北方生态安全构成了极大的威胁，草原退化已成为重大环境问题。本文以西乌珠穆沁旗草原为试验研究区域，利用CBERS卫星数据监测、解译草原退化等级，通过GIS、GPS技术及地统计学方法，采用普通克里格插值方法处理土壤厚度试验数据，制作研究区域土壤厚度的空间分布预测图，将草原退化遥感数据与土壤厚度空间分布状态进行叠加分析，建立了一种土壤厚度空间分布状态与草原退化关系的分析方法，确定研究区域内不同退化程度草原的面积及位置，这将为制定草原科学管理和退化草原自然恢复的保护策略提供基础数据，为国家制定和实施沙源治理工程提供技术支持。论文主要结论如下： 1.对土壤厚度预试验277个数据进行处理及误差分析，结果表明克里格插值法明显优于反距离加权插值法，并确定土壤试验样点合理间距选取原则，即：地势平坦的区域，草原土壤试验样点间距可由理论的19.5m适当调整到200m，局部区域甚至可以放大到500m，对于丘陵区域，则需根据地形地貌复杂程度，草原土壤试验样点间距可在19.5m～60m适当选取，最大不要超过100m。 2.处理500个土壤厚度试验数据，结果表明土壤厚度试验数据接近于正态分布，直方图呈单峰，均值与中值大致相等，且有对称性；正态QQ图再次证实了土壤厚度试验数据是服从正态分布的，数据无须进行转化；土壤厚度试验数据经过趋势分析显示，可以用一个西南——东北向的二阶多项式对其进行拟合最佳；半变异函数/协方差函数云图表明土壤厚度试验数据中存在空间自相关，且知道数据集中没有离群值或错误的采样点，故选用普通克里格插值创建比较精确的土壤表面。 3.应用不同半方差拟合模型进行插值后误差分析，结果表明采用RationalQuadraticmodel为半方差拟合模型，其预测误差的均值为0.012、均方根为7.384、平均预测标准差为7.426、平均标准差为0.001，均为其各自最小值，均方根标准预测误差为0.987，因此选择RationalQuadraticmodel为土壤厚度的最佳半方差拟合模型。 4.通过草原退化现状与相应位置的遥感影像对比分析，确定草原退化不同等级的感兴趣区域，利用ERDASIMAGINE8.6执行草原退化等级监督分类，经过分类模板误差矩阵评价、分类精度评价及实地验证，获得2006年～2008年草原退化等级解译图，其分类精度分别为90.00％、89.74％和87.50％，kappa系数分别为0.88、0.88和0.86。 5.根据2006～2008年三年平均统计数据对比分析，在草原土壤厚度小于10cm的研究区域内，处于中度退化和重度退化程度的草原面积分别占总面积的44.9％和48.2％；在草原土壤厚度为10～20cm的研究区域内，处于中度退化程度的草原面积占总面积的70.3％；在草原土壤厚度为20～30cm的研究区域内，处于轻度退化程度的草原占总面积的64.8％：在草原土壤厚度大于30cm的研究区域内，处于无明显退化和轻度退化程度的草原面积分别占总面积的32.8％、53.3％。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略语表、图表目录

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状及进展

1.2.1草原退化遥感监测国内外研究进展

1.2.2 CBERS卫星数据应用现状

1.2.3土壤特性空间分布国内外研究进展

1.2.4国内外研究进展分析

1.3研究存在的问题

1.4论文研究的意义

1.4.1理论意义

1.4.2现实意义

1.5研究区概述及研究基础

1.5.1研究区概况

1.5.2研究基础

1.6研究内容、目标及技术路线

1.6.1论文研究内容

1.6.2研究目标

1.6.3技术路线

1.6.4研究步骤

1.7小结

第二章 草原土壤厚度空间分布研究

2.1确定草原土壤厚度试验研究区域

2.2预试验设计及工作日志

2.2.1试验设备

2.2.2草原土壤厚度测试试验工作日志

2.3预试验数据处理与精度分析

2.3.1预研究区域选择及数据采集

2.3.2土壤厚度插值方法

2.3.3预试验数据处理

2.3.4预试验结论

2.4试验区土壤厚度试验数据处理

2.4.1确定试验方案及实施内容

2.4.2创建土壤厚度试验样点空间数据库

2.4.3克里格插值方法分析

2.4.4研究区土壤厚度数据处理

2.4.5预测图误差分析

2.5小结

第三章基于CBERS数据的草原退化程度分析研究

3.1 CBERS卫星及遥感数据性能分析

3.1.1 CBERS卫星平台、数据的主要技术指标

3.1.2图像特点分析评价

3.1.3经济分析

3.2 CBERS遥感数据的获取与选择

3.2.1 CBERS遥感数据选择原则

3.2.2 CBERS遥感数据波段选择

3.2.3 CBERS遥感影像数据选择结果

3.3 CBERS遥感数据图像处理

3.3.1栅格数据矢量化

3.3.2 CBERS-02/02B遥感影像处理流程

3.3.3降低噪声与去除条带

3.3.4波段配准和图像校正

3.3.5 CBERS-02遥感数据图像处理结论

3.4草原退化遥感解译分析与统计

3.4.1遥感解译标志及分类方法分析

3.4.2草原退化等级非监督分类

3.4.3草原退化等级监督分类

3.5小结

第四章草原土壤厚度空间分布与草原退化程度关系研究

4.1研究区域气象因素分析

4.2草原退化等级与土壤厚度分布空间叠加分析

4.2.1草原退化和土壤厚度专题图控制点的选取

4.2.2研究区域土壤厚度专题矢量化

4.3草原土壤厚度空间分布与草原退化程度关系研究

4.3.1草原土壤厚度小于10cm时不同退化草原程度面积变化

4.3.2草原土壤厚度为10～20cm时不同退化草原程度面积变化

4.3.3草原土壤厚度为20～30cm时不同退化草原程度面积变化

4.3.4草原土壤厚度大于30cm时不同退化草原程度面积变化

4.4小结

第五章讨论和结论

5.1讨论

5.2结论

5.3创新点

5.4建议与展望

致谢

参考文献

附录

作者简介