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喀斯特石漠化(Karstrockydesertification)是当前我国西南喀斯特环境问题的热点之一,是指在亚热带喀斯特地域环境背景下,以人类活动为主要驱动力,以降雨、径流等运移作用造成的现代水土流失过程为主导,引起土壤严重侵蚀、基岩大面积裸露、土地生产力急剧下降、地表出现类似荒漠景观的土地退化过程。以出现类似荒漠景观为标志,以土地退化为本质,包括了土壤、植被、地表状况的恶化和生产力的下降。近年来,作为一种地质-生态灾害,喀斯特石漠化所造成的经济、环境乃至社会影响越来越大,受到国家的广泛关注,但存在生态建设超前、基础研究落后的严峻现实。
以喀斯特环境动力学为指导,以广西及都安为研究对象,以石漠化的科学分类—遥感解译和数据库建立—分布格局—动态模拟—诊断机制—综合评价为主线;依托RS和GIS技术,基于景观空间分析方法,分析广西喀斯特石漠化空间格局特征和地域分异规律;基于CA-ANN方法动态模拟广西都安喀斯特石漠化的时空演变规律和趋势预测;利用图谱分析和模型分析方法揭示石漠化的成因机制;最后利用ANN-GIS技术方法对石漠化的石漠化现状、发展速率和危险性进行综合评价,为喀斯特生态环境治理与可持续发展提供可操作性战略方针及具体措施。
从研究内容的内在逻辑上,本研究包括既相对独立又相互关联的4个部分和6章。
第1部分,包括第一章绪论和第二章RS与GIS技术的石漠化研究,它既是对前人研究成果的回顾和综述,也是本研究的基本点和出发点。在第一章绪论中,笔者首先综述喀斯特与石漠化研究和时空分析与机制诊断方法,之后提出有待研究的科学问题、并对本研究的基本思路与研究方法、以及研究内容与技术路线简要地论述。第二章主要是在分析喀斯特生态脆弱性及其环境背景基础上,设计一个服务于调查喀斯特石漠化现状、动态监测和分析诊断其驱动机制的石漠化强度分级系统。通过应用多波段、多平台的遥感信息,在野外调研基础上与GIS技术支持下,运用ERDASIMAGING图像处理软件对图像进行解译、编辑处理,制作出石漠化等级分布图。为更好地研究石漠化的影响因素,通过收集整理现有的成果,运用各种地质-生态背景地图及社会经济背景数据,制作成一系列辅助信息专题图,并以ARCGIS、ARCVIEW为平台进行空间分析,研究石漠化形成的影响因素,为石漠化地区的生态治理及环境建设等方面提供依据。
第2部分主要研究喀斯特石漠化过程,包括石漠化的空间格局及趋势预测(第三、四章)。其中第三章在运用GIS和RS获取的石漠化空间数据库,为分析石漠化的空间格局提供了直观的空间表达,为石漠化的其他研究奠定基础;再从景观空间分析方法出发,分析广西石漠化景观格局特征和地域分异规律。
第四章是利用遥感与GIS一体化技术进行喀斯特石漠化过程的动态监测,掌握喀斯特石漠化强度变化的数量、时空变化模式及变化趋势。基于CA(元胞自动机)-ANN(神经网络)方法将石漠化动态演化规律与其空间分布特征相结合,利用数学模型探讨喀斯特石漠化时空动态演变规律,并预测其未来发展趋势。
第3部分是喀斯特土地石漠化的成因机制分析(第五章)。本章在定性分析喀斯特土地石漠化的内外动力作用机制的基础上,借助图谱模型探讨石漠化变化及其时空过程的多维性与复杂性,为石漠化驱动诊断与模型构建提供科学依据。选取广西喀斯特地区为研究区,在遥感与GIS技术支持下,建立石漠化信息图谱模型,对图谱方法在石漠化演进机制研究中的应用进行实证分析。分析诊断喀斯特石漠化的主导因子和成因机制;依托图谱和数学模型,采用图谱分析和模型分析相结合,系统揭示石漠化的驱动因子与石漠化指数的空间相关性,并进行石漠化综合动力指数分级和建立喀斯特土地石漠化综合动力模型。
第4部分喀斯特石漠化综合评价(第六章)。以广西都安为例,在综合分析喀斯特脆弱生态系统及其动力机制的基础上,依托层次分析法和GIS技术的空间分析建立评价因素的数据库。利用区域的综合分析和一定的数学模型,采用ANN(神经网络)和GIS技术对石漠化现状、发展速率和危险性进行综合评价与分区,为脆弱喀斯特环境的综合治理与土地可持续利用提供科学依据。