森林植被生境因子空間變異及生境適宜性研究
本文關(guān)鍵詞:森林植被生境因子空間變異及生境適宜性研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】:森林植被是地球表面最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一,它是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、包含萬象、生命旺盛和具有特定功能的巨系統(tǒng)。從地理學(xué)角度上講,又具有非常顯著的空間分布特征,即在一定的地理區(qū)域內(nèi),必然有與該地理環(huán)境相應(yīng)的森林植被出現(xiàn),這絕非偶然,從生物進(jìn)化的規(guī)律上講,特定的地理屬性承載了特定的地形、土壤和氣象等物質(zhì)環(huán)境,這些要素的合集則構(gòu)成了森林植被的生境因子,而生境因子的空間變異格局決定了森林植被等群落的分布格局。所以宏觀的研究森林植被的分布格局成為生態(tài)環(huán)境建設(shè)的標(biāo)識,通過分析其空間分布規(guī)律與變異特征,關(guān)系到生態(tài)環(huán)境對地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的承載能力,對國家生態(tài)文明建設(shè)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此,本文對全國國土區(qū)域按1:1萬比例尺進(jìn)行矩形網(wǎng)格劃分。形成覆蓋大陸的格網(wǎng)體系,網(wǎng)格中嵌入多項(xiàng)屬性數(shù)據(jù),通過多源遙感影像數(shù)據(jù),對研究區(qū)內(nèi)的土壤因子(鉀、磷及有機(jī)質(zhì)含量)、地形因子(坐標(biāo)、高程)、氣象因子(年均降雨量、氣溫、濕度)和森林植被蓋度(NDVI)等數(shù)據(jù)進(jìn)行不同格網(wǎng)尺度的樣本點(diǎn)提取,形成基于矩形格網(wǎng)的數(shù)據(jù)陣列,建立了FM-SOTER數(shù)據(jù)庫。通過系統(tǒng)的分項(xiàng)研究,旨在揭示中國森林植被生境關(guān)鍵因子的空間分布規(guī)律、變異度及地理關(guān)聯(lián)度,并貫通森林植被為核心的生態(tài)因子、物質(zhì)因子及空間因子的綜合關(guān)聯(lián),結(jié)合現(xiàn)代地理信息科學(xué)的理論和方法,研究中國大陸范圍內(nèi)生境關(guān)鍵因子的空間分布規(guī)律及變異特征和變異度(歐氏距離)。主要研究結(jié)果歸納如下:(一)森林植被生境氣象因子空間變異度規(guī)律顯著FM-SOTER數(shù)據(jù)庫調(diào)用矩形網(wǎng)格數(shù)據(jù)得到中國森林氣象關(guān)鍵因子的空間趨勢,平均降水量PAVG在經(jīng)向的由歐氏距離求得變異度為ρPAVGx為86.2,緯向空間變異度ρPAVy為86.0;三階趨勢模型比較準(zhǔn)確的反映了平均降水量PAVG的空間趨勢規(guī)律,其特點(diǎn)是徑向和緯向各向異性。最大降水量pMAXx3的在緯度變化的三階趨勢模型的精度較高,標(biāo)準(zhǔn)誤為0。最小降水量PMIN緯向變異度(歐氏距離)ρPMAXy為91.6,略微比經(jīng)向變異度(歐氏距離)91.4大,表明在緯度方向的降雨量差異比經(jīng)度方向要大,最后對一、二、三階趨勢模型的參數(shù)解算表明,三階趨勢模型能精準(zhǔn)的描述空間趨勢規(guī)律。平均氣溫T4VG的經(jīng)度變異度(歐氏距離)ρTx為46.9,緯度變異度(歐氏距離)ρTATGy是55.2,在緯度方向比經(jīng)度方向更大,在緯度方向三階趨勢模型能精準(zhǔn)的描述空間趨勢。平均濕度HAVG經(jīng)向變異度(歐氏距離)ρhavgY為38.4;緯向變異度(歐氏距離)ρHAVgy為46.6,在緯度方向比經(jīng)度方向更大,三階趨勢模型更加適應(yīng)平均濕度HAFG的空間描述。(二)森林植被分布與十壤類型關(guān)系密切中國森林土壤類別達(dá)10個(gè)土綱,46個(gè)土類,170個(gè)亞類,其中以棕色針葉林土暗棕壤、紅壤等面積最大,約占林業(yè)用地的80%。通過對典型格網(wǎng)區(qū)21類森林土壤類型的空間模糊聚類解算發(fā)現(xiàn),隨著閾值λ的增大,森林土壤的分類越加細(xì)致,但由于樣本的試驗(yàn)數(shù)據(jù)所限,個(gè)別信息誤差會(huì)導(dǎo)致聚類的偏差,在當(dāng)λ=0.947時(shí),森林土壤分8類時(shí)反映出的森林土壤聚類最佳。(三)森林植被地形因子空間變異規(guī)律性強(qiáng)在經(jīng)度方向共統(tǒng)計(jì)出737280個(gè)網(wǎng)格,其中絕對高程高小值0.515m,最大值為6786.815m,形成的空間格網(wǎng)的格網(wǎng)平均值為1553.684m,標(biāo)準(zhǔn)差非常之大,達(dá)966.190。緯度方向也有同樣數(shù)量的網(wǎng)格,其極小值0.279m,極大值為6787.831m,平均值比原來增大0.095m,標(biāo)準(zhǔn)差則減小了0.039。高程極值的空間變異度表現(xiàn)出強(qiáng)烈的雙向同性。表征緯度和經(jīng)度方向最大高程的變異度(歐氏距離)均為62.2;同樣,表征緯度和經(jīng)度方向的最小高程變異度(歐氏距離)也是67.6。排除精度不高原因,很好的揭示了中國地形的復(fù)雜性,也對大尺度區(qū)域地理信息的高精度研究提出更高的要求。高程趨勢一階模型到三階模型通過t檢驗(yàn)、相關(guān)性分析和共線性統(tǒng)計(jì)表明,其階數(shù)越高,模型的擬合精度越高。且矩形格網(wǎng)中最大高程和最小高程的三階趨勢模型參數(shù)a的標(biāo)準(zhǔn)誤,在經(jīng)度方向比緯度方向偏大,這也與中國地形的宏觀走勢一致。(四)森林植被生境適宜性被量化界定森林標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分布求得森林植被人類的平均面積分布率51.75%,闊葉林和疏林在全國所占的比重最大,為68.11%,與平均值的偏差率是31.61%,其離散度為0.097;從森林植被細(xì)類平均分布率9.38%,溫帶亞高山常綠針葉林在全國所占的比重最大,分布率為30.23%,其離散度為0.032。中國森林植被的方向以“西南—東北”的空間分布格局為多,但森林植被大類的橢圓中心移動(dòng)較大;而森林植被細(xì)類的方向分三類長軸方位角(橢圓方向)≤45°的有9類森林植被,長軸方位角(橢圓方向)[45°U≤90°]有27類,長軸方位角(橢圓方向)[90°]有27類。中國大多數(shù)森林植被的空間適宜性較強(qiáng)。其中緯向跨度最大的森林植被是溫帶一年一熟作物(P39),經(jīng)向跨度最大的森林植被是水旱一年兩熟和過渡性也熱帶落葉、常綠果樹(P29),大多數(shù)森林植被在高程落差方向的分布具有很大的跨度,生存海拔落差普遍在2000m—4000m之間,有4類森林植被的適宜生境海拔落差甚至在5500m以上。綜上所述,本研究利用網(wǎng)格理論對全國陸地面域進(jìn)行劃分后,利用空間插值及趨勢面分析理論計(jì)算出全國范圍三維空間的森林植被生境關(guān)鍵因子的分布模型,為今后該領(lǐng)域在多因子多維度空間分布模型研究奠定了基礎(chǔ)和提供了參考。利用GIS標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分布理論,得到了森林植被大類的空間分布的橢圓長軸、短軸、橢圓方向(方位角)、分布中心坐標(biāo)和各類森林植被的面積比例。通過追溯森林植被適宜生存的地理區(qū)間,研究得到森林植被的土壤適宜性、緯度區(qū)間適宜性、經(jīng)度區(qū)間適宜性及高程區(qū)間適應(yīng)性,精確的掌握了森林植被的生境適宜性,為全國范圍開展造林綠化決策規(guī)劃提供了參考。
【關(guān)鍵詞】:矩形格網(wǎng) 森林植被 生境因子 適宜性 趨勢面分析 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓
【學(xué)位授予單位】:北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號】:S718.5
【目錄】:
- 摘要5-8
- ABSTRACT8-11
- 目錄11-15
- 1 引言15-47
- 1.1 研究背景15
- 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-20
- 1.3 研究的目的與意義20-23
- 1.3.1 研究的目的20-21
- 1.3.2 研究的意義21-22
- 1.3.3 擬解決的關(guān)鍵問題22-23
- 1.4 主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線23-46
- 1.4.1 主要研究內(nèi)容23-25
- 1.4.2 主要研究理論及方法25-45
- 1.4.3 技術(shù)路線45-46
- 1.4.4 本研究的主要特色與創(chuàng)新46
- 1.5 本章小結(jié)46-47
- 2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)預(yù)處理47-63
- 2.1 研究區(qū)概況47-53
- 2.1.1 氣象概況47-49
- 2.1.2 森林植被概況49
- 2.1.3 森林土壤概況49-53
- 2.1.4 地形概況53
- 2.2 遙感數(shù)據(jù)及其預(yù)處理53-54
- 2.2.1 MODIS森林植被蓋度數(shù)據(jù)53
- 2.2.2 中國地形SRTM數(shù)據(jù)獲取53-54
- 2.3 氣象及土壤數(shù)據(jù)預(yù)處理54-57
- 2.3.1 氣象資料屬性54-56
- 2.3.2 時(shí)間屬性56
- 2.3.3 空間屬性56
- 2.3.4 觀測儀器及方法56
- 2.3.5 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核56-57
- 2.4 森林植被屬性的賦值57-58
- 2.5 創(chuàng)建FM-SOTER數(shù)據(jù)庫58-62
- 2.5.1 數(shù)據(jù)種類及來源58
- 2.5.2 數(shù)據(jù)參數(shù)58-59
- 2.5.3 數(shù)據(jù)矢量化59-61
- 2.5.4 1:1萬地圖分幅及網(wǎng)格劃分61-62
- 2.5.5 矩形網(wǎng)格數(shù)據(jù)的識別62
- 2.6 本章小結(jié)62-63
- 3 森林氣象因子的經(jīng)緯度空間變異63-89
- 3.1 平均降水量空間變異分析65-69
- 3.1.1 平均降水量的空間變異度65-66
- 3.1.2 平均降水量一階趨勢模型66-67
- 3.1.3 平均降水量二階趨勢模型67-68
- 3.1.4 平均降水量三階趨勢模型68-69
- 3.2 最大降水量空間變異分析69-74
- 3.2.1 最大降水量空間變異度69-70
- 3.2.2 最大降水量一階趨勢模型70-72
- 3.2.3 最大降水量二階趨勢模型72-73
- 3.2.4 最大降水量三階趨勢模型73-74
- 3.3 最小降水量空間變異分析74-79
- 3.3.1 最小降水量空間變異度74-75
- 3.3.2 最小降水量一階趨勢模型75-76
- 3.3.3 最小降水量一階趨勢模型76-77
- 3.3.4 最小降水量三階趨勢模型77-79
- 3.4 平均氣溫空間變異分析79-83
- 3.4.1 平均氣溫的變異度79-80
- 3.4.2 平均氣溫一階趨勢模型80-81
- 3.4.3 平均氣溫二階趨勢模型81-82
- 3.4.4 平均氣溫三階趨勢模型82-83
- 3.5 全國范圍平均濕度空間變異分析83-88
- 3.5.1 平均濕度空間變異度83-84
- 3.5.2 平均濕度一階趨勢模型84-85
- 3.5.3 平均濕度二階趨勢模型85-86
- 3.5.4 平均濕度三階趨勢模型86-88
- 3.6 本章小結(jié)88-89
- 4 森林土壤因子的空間變異及模糊聚類89-108
- 4.1 中國森林土壤因子的概況89-91
- 4.2 森林土壤屬性數(shù)據(jù)分類分析91-101
- 4.2.1 土壤類別關(guān)聯(lián)森林植被及關(guān)聯(lián)度91-97
- 4.2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量分級及變異度97-98
- 4.2.3 土壤P含量分級及變異度98-100
- 4.2.4 土壤K含量分級及變異度100-101
- 4.3 典型網(wǎng)格區(qū)森林土壤模糊聚類101-107
- 4.3.1 材料與數(shù)據(jù)101-102
- 4.3.2 對稱矩陣的生成102-104
- 4.3.3 模糊聚類定量閾值解算104-107
- 4.4 本章小結(jié)107-108
- 5 森林植被地形因子的經(jīng)緯度空間變異108-123
- 5.1 網(wǎng)格最大高程空間變異研究109-117
- 5.1.1 最大高程的空間變異度109-113
- 5.1.2 網(wǎng)格最大高程一階趨勢模型113-114
- 5.1.3 網(wǎng)格最大高程二階趨勢模型114-116
- 5.1.4 網(wǎng)格最大高程三階趨勢模型116-117
- 5.2 網(wǎng)格最小高程空間變異研究117-122
- 5.2.1 最小高程的空間變異度117-118
- 5.2.2 網(wǎng)格最小高程一階趨勢模型118-119
- 5.2.3 網(wǎng)格最小高程二階趨勢模型119-120
- 5.2.4 網(wǎng)格最小高程三階趨勢模型120-122
- 5.3 本章小結(jié)122-123
- 6 森林植被標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析及適宜性評價(jià)123-147
- 6.1 森林植被分布概覽123-124
- 6.2 森林植被標(biāo)準(zhǔn)差橢圓(SDE)分析124-132
- 6.2.1 森林植被標(biāo)準(zhǔn)差橢圓(SDE)分析124-128
- 6.2.2 森林植被類型的離散度128-130
- 6.2.3 森林植被類型的方向趨勢130-132
- 6.3 森林植被適應(yīng)性生境參數(shù)分析132-141
- 6.3.1 針葉林生境分析132-133
- 6.3.2 栽培森林植被生境分析133-135
- 6.3.3 闊葉林和疏林生境分析135-137
- 6.3.4 草甸和草本沼澤生境分析137
- 6.3.5 灌叢和萌生矮林生境分析137-139
- 6.3.6 草原和稀樹灌叢草原生境分析139-140
- 6.3.7 荒漠森林植被生境分析140-141
- 6.4 中國森林植被空間適宜性評價(jià)141-145
- 6.4.1 森林植被類型代碼與適宜土壤大類141-143
- 6.4.2 中國森林植被的緯度區(qū)間適宜性143-144
- 6.4.3 中國森林植被的經(jīng)度區(qū)間適宜性144-145
- 6.4.4 中國森林植被的高程區(qū)間適宜性145
- 6.5 本章小結(jié)145-147
- 7 結(jié)論與展望147-152
- 7.1 研究結(jié)論147-151
- 7.1.1 中國森林氣象因子空間變異度規(guī)律147-149
- 7.1.2 森林植被分布與土壤類型關(guān)系密切149
- 7.1.3 森林地形因子空間變異規(guī)律性強(qiáng)149-150
- 7.1.4 森林植被生境適宜性被量化界定150-151
- 7.2 展望151-152
- 參考文獻(xiàn)152-159
- 導(dǎo)師簡介159-160
- 個(gè)人簡介160-161
- 獲得成果目錄161-162
- 致謝16
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6 劉平;美國森林植被模擬系統(tǒng)(FVS)在北京地區(qū)人工林上的應(yīng)用研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2007年
7 肖洋;北京山區(qū)森林植被對非點(diǎn)源污染的生態(tài)調(diào)控機(jī)理研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2008年
8 丁易;海南島退化熱帶森林植被恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2006年
9 郭明春;六盤山疊疊溝小流域森林植被坡面水文影響的研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2005年
中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 馬丹煒;四川都江堰市青城山森林植被生態(tài)學(xué)特征的研究[D];西南師范大學(xué);2001年
2 謝媛媛;黃土高原典型流域土地利用/森林植被變化的水文生態(tài)響應(yīng)研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2006年
3 張延玲;吉林省柳河縣北部山區(qū)森林植被的遙感分類研究[D];東北師范大學(xué);2008年
4 宋金秀;八達(dá)嶺林場森林植被三維綠量遙感測算[D];北京林業(yè)大學(xué);2010年
5 李明紅;南岳林下造林恢復(fù)地帶性森林植被技術(shù)研究[D];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年
6 劉旭升;基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的森林植被遙感分類研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2004年
7 朱銓;寧波市江北區(qū)森林植被景觀改造研究[D];浙江林學(xué)院;2009年
8 楊辰;區(qū)域森林植被擾動(dòng)遙感監(jiān)測研究[D];南京信息工程大學(xué);2013年
9 劉濤;基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的森林植被遙感分類研究[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年
10 肖準(zhǔn);湖南省森林植被的演替研究[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2012年
本文關(guān)鍵詞:森林植被生境因子空間變異及生境適宜性研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
,本文編號:381443
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