地表景观时空演化与土壤元素迁移响应机制研究

随着现代经济的高速发展，人类赖以生存的土壤受到了严重的威胁，尤其是人类开展的高强度地表景观改造活动（包括矿山开采、基础设施建设、农业生产等），直接对地球表层土壤的化学元素组成及质量变化产生着重要的影响。研究以重庆市渝北区和渝西地区两个尺度范围为实验区，从地表景观变化的宏观角度出发，基于景观生态学、地球化学、环境科学基本原理，利用多时期地表景观类型及土壤元素时空分布数据，通过元胞自动机与多智能体技术完成地表景观时空演化与土壤元素迁移过程模拟和数字重建，并应用回归分析、典型相关分析以及空间分析方法，探索由于景观变化引起的土壤元素迁移规律，构建高强度人为干扰下地表景观时空演化与土壤元素迁移响应机制模型，为生态环境保护、景观规划、地球化学评价等工作提供理论与方法支持。

随着社会经济的发展，环境污染物的排放量与日俱增，环境污染和生态破坏越来越严重，给人类赖以生存的土壤、水、空气带来了严重的威胁，而土壤环境质量的好坏将直接影响着人类的生产与日常生活。土壤的发育和形成除了受成土母质、气候、生物和地形等因素的影响外，还受到人类活动的干扰。确定土壤中化学元素的空间分布及其异常与典型人为干扰景观分布的相关性，对于了解地表环境污染及恶化程度、预测和监测环境变化、及时制定相关调控措施、保障人类生存环境安全，均具有重要的现实意义。. 研究以重庆市渝北区和渝西地区为实验区，从地表景观变化的宏观角度出发，基于景观生态学、地球化学、环境科学基本原理，利用多时期地表景观类型及土壤元素时空分布数据，应用回归分析、典型相关分析以及空间分析方法，探索由于景观变化引起的土壤元素迁移规律，构建高强度人为干扰下地表景观时空演化与土壤元素迁移响应机制模型，为生态环境保护、景观规划、地球化学评价等工作提供了理论与方法支持。所取得的研究成果主要包括以下几个方面：. （1）研究在已有分类技术的基础上，将CART决策树引入至兼容遥感影像及地理辅助数据的分类与信息提取中，通过理论推导、实验测试及精度验证，遴选最优的属性特征组合，充分挖掘多源数据中所蕴涵的地表覆盖类型的光谱、辐射、纹理及空间地理分布特征，改进已有的遥感分类方法，构建了基于决策规则的、适合多源数据的、复杂地区地表景观类型精确识别与提取的技术体系，丰富了遥感信息提取方法，并为两个实验区的地表景观时空演化过程模拟提供了数据基础。. （2）基于GIS技术开展地表景观动态变化过程模拟，利用地表覆盖数据、地理辅助数据和社会经济统计数据，有效模拟了地表景观在自然与人为作用下的形成与演化过程；基于地统计学的元素异常与典型地表景观的空间分布相关性分析，挖掘了区域景观类型演化与多种元素异常分布之间的数量响应关系以及景观变化与元素异常之间的时空关系特性，完成了对人为干扰景观敏感的土壤元素筛选，挖掘了高强度人为干扰下的土壤元素迁移规律，为相关研究提供基础性参考。. （3）研究初步表明，通过景观地球化学的理论与方法，进行人为干扰活动与土壤化学元素迁移与响应机制分析是可行的，这种技术思路，为引入遥感、地理信息系统等空间信息技术进行微观的土壤化学元素相关研究提供了可能，能够实现宏观的空间信息技术与微观的土壤元素迁移机制研究有效结合。