松嫩平原盐碱地植被状况时空变化精细化模型构建

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土地盐碱化不仅使土地撂荒,还会对人类社会的生存造成严重威胁。松嫩平原是世界三大苏打盐碱地分布区之一,土地盐碱化已严重破坏该区域生态平衡,制约当地农业和经济发展。通常,盐碱地变化包括外部变化和内部变化,前者为盐碱地与其他地类之间的转化或面积变化等,后者为盐碱地治理与程度变化等,现有关盐碱地内部程度变化研究主要是针对盐碱化变化趋势的相关分析,但盐碱地的程度变化趋势并非简单的线性关系,而是受不同干扰因素处于波动变化,并且由于盐碱土壤的空间异质性,不同区域盐碱地的程度变化趋势不同。因此,本文在总结前人研究的基础上,针对松嫩平原盐碱地程度变化存在的时间趋势与空间不精细问题,以1990-2020年松嫩平原盐碱地未变化地块为研究对象,利用归一化植被指数(NDVI)表示盐碱地植被状况,进而表征盐碱地的盐碱化程度,分别面向区域和像元构建盐碱地植被状况时间与空间变化变化精细化模型,精细化模拟松嫩平原内盐碱地植被状况变化趋势。本文研究内容及结论如下:(1)盐碱地植被状况时间变化精细化模型构建。为在时间上精细化模拟松嫩平原盐碱地植被状况变化趋势,首先采用时间序列数学函数模型中的线性函数模型、幂函数模型、对数函数模型及多二次多项式函数模型对盐碱地植被状况变化趋势构建模型,比较发现二次多项式函数模型对盐碱地植被状况变化趋势拟合效果较好,判定系数(R~2)为0.68,均方根误差(RMSE)为0.021;其次对模型输出的NDVI模拟值与实际值的差值部分构建有关降水量和蒸发量的二元线性波动模型,最后二者结合为松嫩平原盐碱地植被状况时间变化精细化模型,该模型的R~2与RMSE分别为0.72与0.021,该模型不仅能够模拟松嫩平原盐碱地植被状况变化趋势,也体现了变化趋势的波动现象。(2)面向像元的盐碱地植被状况时空变化精细化模型构建。为在空间上精细化模拟松嫩平原盐碱地植被状况变化趋势,以空间分辨率为1km×1km的盐碱地像元为单位,首先采用时间序列数学函数模对松嫩平原盐碱地像元植被状况变化趋势构建模型,比较每个像元模型的R~2及RMSE择优选取模型,其次对每个像元模型输出的NDVI模拟值与实际值的差值部分构建有关降水量和蒸发量的波动模型,最后二者结合得到松嫩平原盐碱地像元植被状况时空变化精细化模型。研究区盐碱地像元植被状况时空变化精细化模型R~2平均值为0.82、RMSE平均值为0.033,该模型打破了盐碱土壤空间异质性对模拟变化趋势的困扰,精细化模拟盐碱地植被状况变化趋势,为松嫩平原盐碱土变化程度研究提供新方法、新思路。(3)松嫩平原盐碱地植被状况变化趋势分析。松嫩平原自1999-2020年间盐碱地植被状况整体呈现波动上升趋势,表明盐碱地植被状况逐渐变好,盐碱化程度逐渐降低,其中2001年盐碱地植被状况最差,2020年盐碱地植被状况最好;各省盐碱地植被状况变化趋势也呈现波动上升趋势,黑龙江省盐碱地早期的植被状况和变化趋势较吉林省和内蒙古自治区好且变化趋势较为和缓,吉林省和内蒙古自治区较为剧烈;各地级市盐碱地植被状况变化规律存在较大差异。由于气候预测信息有不确定性,通过设定九种不同气候情景方案,对2023、2025、2030年松嫩平原盐碱地植被状况进行预测,发现松嫩平原盐碱地植被状况不尽相同,受气候因素影响较为明显,但总体变化趋势呈上升状态。
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