石羊河下游民勤绿洲退耕地植被斑块特征及其对生态系统健康的诊断研究

Patch is a carrier of the ecosystem structure and function. It may be used to forewarn the critical transition of ecosystems in arid and semi-arid region, which has unique significance. But in the past, the two methods (manual measurement and remote sensing) can only go in providing fewer information of the patches. On the contrary, Unmanned Aerial Vehicle (UAV) can make up for this disadvantage, and exactly depict the information of patches. So, It provides the basic guarantee for accessing long time serial variation of patches. Based on UAV, the program studies vegetation patches and its health diagnosis of ecosystems on the abandoned land of the downstream Shiyang River. By observing the vegetation patches feature, community composition，soil water content, soil salt content, soil nutrient content and so on, it studies the differential characteristics and relationship of vegetation patches with the environmental factors, and diagnoses whether the ecosystems is health or not. The research will not only provide new ideas for farmland management and sandy desertification monitory, but also theoretical foundation for establishing early warning index system of desertification in the future.

斑块是生态系统结构与功能的重要载体，它对干旱半干旱区生态系统的突变预警具有独特的意义。但是以往地面工作只能研究几平方米内的小斑块信息，同时，遥感影像数据的精度太低，而无人机能弥补以上2种研究手段的不足，从而为准确刻画斑块信息，获取长时间序列的定点监测斑块动态资料提供可靠的技术保证。本项目拟采用无人机航拍的方式，通过观测不同年限退耕地斑块、植被、土壤特征，研究石羊河下游民勤绿洲退耕地植被斑块特征及其对生态系统健康的诊断作用。该研究不但为干旱半干旱区退耕地管理和沙漠化监测提供新的思路，还为下一步构建生态系统沙漠化预警指标奠定基础。

本项目采用无人机航拍和野外实地调查的方法，在石羊河下游退耕地开展了植物群落分布格局，植被斑块特征及其对生态系统健康的诊断研究。研究结果表明：1）随着退耕年限的增加，植被斑块的数量、密度、最大斑块面积占比和斑块面积均呈降低趋势，这说明植被处于不断退化的状态，裸地斑块的面积逐渐增大，生态系统逐渐向不健康的方向发展；2）从植物群落的层面来看，退耕早期以农田杂草中亚滨藜为优势种的植物群落，最终被退耕后期的盐碱地优势种群——盐爪爪群落所替代。在此过程中，土壤有机碳、全氮、速效磷均呈降低的趋势，而土壤全盐量、电导率却呈升高的趋势，土壤不断向盐渍化方向发展。通过相关统计分析发现土壤有机碳、全盐量和饱和含水率是影响植物群落演替的主要因子；3）植被斑块的面积、数量和密度均与土壤有机碳、全盐量和饱和含水率的相关性不显著，同时，在土壤退化过程中，斑块大小-数量逐步偏离幂律函数的现象也并不明显。本项目可为干旱半干旱区退耕地管理和沙漠化监测提供科学依据。但目前对于干旱区极为破碎化的荒漠植被斑块的刻画精度有待提高，同时对不同尺度植被斑块的形成机制尚不明确，这会对开发快速高效的生态系统健康诊断方法带来一定困难，因此，在以后的研究中需要开展长期的斑块动态监测。