草原植被长势监测是草原监测的重要领域, 它能从宏观上揭示草原的生长状况及其动态变化, 从而为草原科学管理提供快速、准确的参考依据。目前长势监测主要利用遥感的方法, 即选择归一化植被指数NDVI作为反映植被生长状况的指标, 方法有同期对比法、植被生长过程曲线法、直接监测法。本文在总结草原长势监测进展与方法的同时, 指出了其中存在的问题——监测中过分依赖NDVI、不区分草原类型而使用同一种方法进行监测;对未来发展方向做了展望——监测中选用适宜植被指数、监测方法, 分区域、分类型的监测长势, 提高监测精度, 将长势监测与草原产草量、生产力结合, 为牧民生产提供指导。

植被指数是指示植被变化的重要指标, 本研究基于1982-2009 年珠穆朗玛峰自然保护区(简称珠峰地区)植被指数(NDVI)时间序列数据、土地覆被和野外调查等数据, 采用时序变化趋势和空间分析法, 对珠穆朗玛峰地区植被的时空变化过程及保护区成效进行了定量分析。研究表明:①珠峰地区NDVI分布的总特征是南部和北部高, 中部低。②1982-2009 年珠峰地区NDVI年际变化趋势和空间异质性十分明显:1982-1997 年, 珠峰地区NDVI总体上呈显著上升趋势, 北部地区增幅较大;1998-2009 年, NDVI总体下降(56.96%的NDVI呈下降趋势), 其中, 珠峰地区中部和北部的NDVI下降最为明显, 而南部核心保护区森林和灌丛的NDVI则呈显著上升趋势, 且变化幅度较大。③长时间序列植被指数变化的过程和空间差异性推断:1998 年以来, 天然林保护等生态工程促使珠峰地区保护效果更加明显。

以1985 年渭干河流域土壤普查数据、1998 年Landsat TM影像和2008 年CBERS影像为数据源, 通过人机交互解译方式获取3 个时期土壤盐渍化分布状况, 然后采用GIS空间分析方法对23 年来土壤盐渍化时空变化特征进行分析。结果表明:①1985-2008 年, 总趋势是随着流域灌区和耕地面积的扩大, 盐渍化耕地也随之增加, 土壤盐渍化耕地面积由13.32×10⁴hm²增至13.78×10⁴hm²。②流域土壤盐渍化现象普遍, 主要分布在绿洲的下部边缘地带, 河流中下游、地势平缓低洼等区域, 盐渍化耕地在绿洲内部呈条形状分布, 在绿洲外围呈片状分布。③河道、渠系和水库渗漏、耕作制度不合理、土地不平整和气候变化等多种因素导致渭干河流域土壤盐渍化扩大, 但在局部地区由于生态恢复和改良利用措施, 使得土壤盐渍化面积也有缩减。

土壤侵蚀动态监测是侵蚀研究体系中的重要内容, 目前研究主要集中在强度评价以及趋势预测两方面, 其中, 地理元胞自动机(Geo-Cellular Automata, GeoCA)是最常用的土壤侵蚀趋势模拟模型, 但是现有研究主要基于邻域计算规则, 强度模型的数学意义, 而忽视了元胞自身发生变化的可能性, 不能完全体现土壤侵蚀演变的复杂性, 这些问题不仅降低了模拟的精度, 而且使得趋势预测与侵蚀评价两者间的融合性降低, 不利于完整的研究体系形成。本研究认为土壤侵蚀时空变化趋势是其自身侵蚀状态、自然条件以及邻域转换规则共同作用决定, 从而设计元胞侵蚀强度指数算法、元胞侵蚀强度函数以及元胞邻域转换函数, 对传统GeoCA进行了优化, 并在GIS与遥感技术支撑下, 以福建省长汀县为研究区, 设计了上述算法的整合模型, 对福建省长汀县30 年来土壤侵蚀时空演替过程进行了测算与分析。研究结果显示: 长汀县土壤侵蚀最严重的地区主要分布在以河田镇为中心的汀中地区, 20 世纪90 年代以来, 土壤侵蚀治理工作成效显著, 改善趋势明显加快, 至2000 年以后有所放缓。预计至2020 年, 土壤侵蚀区的比重将从1990 年的约40%下降至约20%。通过比较, 整合算法的精度达到72.7%, 高于单纯的侵蚀强度评价算法以及传统GeoCA模型, 证明优化GeoCA不仅是进行土壤侵蚀时空演变模拟研究的有效手段, 更为土壤侵蚀这一复杂地理系统的元胞表述规则研究进一步深入提供了思路。

研究盐渍化土壤的光谱特性是利用遥感技术实现在区域尺度上进行土壤盐渍化监测和评价的工作基础, 是建立地面数据和遥感数据关系的桥梁。本文以塔里木河中游典型绿洲——渭干河-库车河三角洲绿洲为研究对象, 采用光谱学技术以及多元统计相结合的方法, 研究干旱区典型绿洲盐渍化土壤的反射光谱特征。首先, 对光谱数据进行预处理(去噪、剔除水分吸收波段), 以便消除仪器本身噪声及外界条件的影响, 并且计算了部分盐渍地样本的光谱吸收特征参数, 说明相同程度的盐渍化土壤具有相似的吸收特征;其次, 研究盐渍化土壤的反射光谱与盐分因子(八大离子、电导率(EC)、含盐量(salt content)、pH、总溶解固体(TDS)等) 之间的关系, 并选择具有代表性的盐分因子与野外实测光谱数据建立定量回归模型, 通过多元线性回归分析得出含盐量、SO₄^2-、TDS、EC与原始光谱数据的相关性分别是0.746、0.908、0.798 和0.933, 达到了理想的效果。本研究对于干旱区典型绿洲盐渍土的光谱特征研究有着重要指示意义, 为发展和完善中国盐渍土理化特征的可见光-近红外反射光谱分析理论奠定科学积累, 并进一步为干旱区土壤盐渍化、沙漠化灾害等环境恶化问题的解决提供新的科学技术手段。