典型草原风蚀沙斑发生过程及其扩展方式的研究

According to the growth stage and the form, the wind erosion in grassland could be divided into sand patch, disc pit and so on. The sand patch of wind erosion is the threshold limit phenomenon that the landscape of grassland changes into sand land scape gradually. 3 steppes with different geographic and geomorphic conditions were chosen as experimental sample areas in Ujimqin typical steppe, 600 plant quadrats and corresponding soil quadrats were collected for continuous 4 years and used for comparing with monitoring experiment data. Combined with multiple remote sensing image data of same periods, used spatial statistics to analysis the structure of phytocoenosium, biomass, cover degree, thickness of chestnut soil, primary characteristic index of soil and the interrelationship between hydrometeorological condition, wind erosion and overgrazing on 3S platform. Identify the periodicity characterization of steppe evolution by using continuous ecology variable,confirm the association degree of vegetation and sand patch of wind erosion, research the small scale spatial structure characteristics and space-time evolution rules of vegetation and soil. Deductive the generating process and expansion mode of sand patch of wind erosion by using prediction model of remote sensing image dynamic transition matrix, study the precautionary mechanism of occurrence and expansion for sand patch of wind erosion of typical steppe. Use ArcGIS spatial analysis module to realized the spatial analysis of sand patch of wind erosion, predict the shape, size and possible generation region, simulate the evolution situation of sand patch of wind erosion under the disturbance of nature and human, interpret the trend of grassland degradation, get the basic data and precautionary tool for steppe protection, collect scientific evidence for grassland recovering, provide the technique support for dust source management project.

草地风蚀表现可以根据发育阶段和形态将其分为沙斑、碟形坑等，草原景观最初发生风蚀沙斑是草原景观逐渐转变为沙地景观的临界阈现象。在乌珠穆沁典型草原选择3块不同地形地貌的草原为实验样地，利用600个植物样方及其对应的土壤样方在4年期间连续对比监测的实验数据，结合同期多源遥感影像数据，在3S技术平台上应用空间统计学分析植物群落结构、生物量、盖度与栗钙土层厚度、土壤主要特性指标以及水文气象条件、过牧等因素之间的相互作用，以连续生态学变量研究植被与土壤小尺度空间结构特征及其时空演变的阶段性表征,确定植被与风蚀沙斑的关联度，研究典型草原风蚀沙斑发生及扩展的预警机制，基于ArcGIS进行风蚀沙斑生态学空间分析，利用遥感影像动态转移数据矩阵变换解析模型演绎风蚀沙斑的发生过程及其扩展方式，预测风蚀沙斑的形状、大小和可能发生的区间，为典型草原保护提供基础数据和预警工具，为退化草地恢复重建提供科学依据与技术支持。

以西乌珠穆沁旗草原为研究的实验区，选择具有波状高平原、坡地和低山丘陵地貌特征的3个实验样地，每个样地选定150个样方，获得6750个地面调查数据及其3年连续的卫星遥感监测数据。选取植被盖度及植物平均高度、植物生物量为植被驱动因子，栗钙土层厚度、土壤含水量为土壤驱动因子，确定其相互之间的相关性，以植被盖度为目标函数对其它因子进行回归分析，同时对植被盖度数据插值结果与卫星遥感数据归一化指数的计算结果相互验证，得到了通过遥感数据获取植被盖度与其它驱动因子相互反演的最优回归模型。基于3S技术，以景观生态学理论和地学统计原理为指导，将植被生态状况与土壤环境紧密结合在一起，将已知特点的土壤环境条件与植被景观相联系，分析不同地形地貌的草原植被要素与栗钙土层厚度的关系，对植被盖度与栗钙土层厚度的协同演变进行相关性分析，并绘制了三类不同地貌样地两个不同梯度方向上栗钙土层厚度、土壤含水量和植被盖度间的变化剖面图，直观表达了三者之间的相关性；冷蒿--这种公认的最具有代表性的典型草原退化指示种的频度、密度等与栗钙土层厚度间的相关关系。通过高光谱影像解译代表性植被的光谱数据，实现对栗钙土层厚度的监测，进而为建立典型草原植被与土壤空间格局大尺度、快速、动态监测系统，动态展现典型草原土壤特性与植被状况的空间分布及时空变异，提供科学依据和基础数据，为沙源治理工程提供可行的技术方案。筛选出植被盖度、土壤栗钙土层厚度以及构建的携带有样方种群信息的羊草+大针茅指示值为因子建立了基于栗钙土层厚度变化的草原退化指数来综合评价草原退化状况。通过对研究区典型草原沙化区域及其邻域的研究，推断了典型草原沙化阈值的大致范围，并以此阈值为评价标准，建立了典型草原沙化风险评估模型，并对研究区典型草原沙化风险进行了评估，初步建立了一套科学、合理、实用的草原监测与综合评价的理论方法，为草原退化及沙化治理及生态评估提供科学依据。