基于GIS的牧草适应性及其在退耕还草决策支持系统中的应用研究

【摘要】：退耕还草是西部生态环境建设的重要举措，牧草适应性是退耕还草的关键问题之一，在具体实践中，由于牧草种类及品种选择不当，生态环境不仅没有得到恢复，还造成了重大的经济损失。本研究以甘肃省为主要研究区域，通过对牧草适应性的定量化研究，建立基于GIS的退耕还草决策支持系统，以期为甘肃省退耕还草的草种选择及其栽培管理提供决策支持。 牧草适应性的定量化研究包括气候因子对牧草生命过程的满足程度和牧草对其生存环境的适应程度(隶属程度)两个方面。依据草原综合顺序分类法、牧草生长适宜度、牧草生物学特性确定了牧草适应性的影响因子，采用模糊数学方法建立了影响因子的隶属函数。在这些隶属函数基础上，采用模糊逻辑原理、层次分析法和知识规则建立了牧草适应性推理机制，用于对牧草适应性的评价。最后，利用计算机与GIS技术，将专家经验、知识、成果与牧草适应性推理机制集成，建成基于GIS的以牧草适应性应用为主的退耕还草决策支持系统。研究结果如下： 牧草适应性定义为牧草与其生长环境的生态因子之间的匹配程度，包括气候因子对牧草生命过程的满足程度和牧草对其生长环境因子的适应程度(隶属程度)两个方面。前者能够反映出某种牧草适应性的连续空间分布，后者能够反映出某地适宜生长的牧草种或品种。 牧草适应性影响因子确定为：光照（I），年平均气温（T），相对湿度（R），＞0℃的年积温（θ），年降水量（P），无霜期（D），海拔（A），极端最高温度（H），极端最低温度（L）9个因子。 牧草适应性影响因子隶属函数为： (1)＞0℃的年积温、年降水量、无霜期、相对湿度、日照时数、年均温 WP=7 6个因子用于研究气候因子对牧草生长的满足程度；其隶属函数直接引用于牧草生长的气候适宜度模型。 (2)＞0℃的年积温、年降水量、无霜期、海拔高度、极端最高温度、极端最低温度等6个因子用于研究牧草对其生长环境因子的适应程度，各因子总的隶属函数为：T=0.3Tθ +0.2TP+0.2TD+0.1TA+0.1TH+0.1TL，其中，Tθ，TP，TD，TA，TH，TL分别是各牧草的＞0℃的年积温、年降水量、无霜期、海拔高度、极端最高温度、极端最低温度与立地环境的相应因子之间进行拟合计算的隶属函数。 在上述影响因子隶属函数和所搜集的知识、数据基础上，采用模糊逻辑原理建立了牧草适应性推理机制。 牧草适应性的模糊逻辑推理机制包括判断某一立地条件下能够生长的牧草种或品种及判断某一牧草种或品种是否适宜在某种立地条件下生长两个方面。第一方面的推理，得到的是某一立地条件下的气候因子对牧草生长的适宜度。随着气候因子的变化，计算出的牧草生长的适宜度在空间上就具有连续判断意义。第二方面的推理，得到的是牧草对某种立地条件的适应程度或隶属度，它使牧草的生物特性与环境特征相结合，实现了牧草生物与非生物的环境条件之间的量化关系判断，反映出不同牧草对同一立地条件的隶属度不同。总之，本推理机制反映了牧草种或品种在空间上的适应性分布情况；确定了某种立地条件下能够生长的牧草种或品种。 依据牧草适应性推理机制基础，在GIS平台上，使用Arc/View 、Arc/Info软件、C++、Visual Basic 6.0语言和Mapobject控件，制出了甘肃省22种牧草适应性分布图（GIS产品）。并建立了能反映牧草适应性的甘肃省退耕还草决策支持系统。 依据GIS平台和模糊逻辑推理机制，在9个环境因子层面的同名点上逐点取值，计算并绘制出22种牧草的适应性指数和分布图，是一项有创新意义的研究。

【关键词】：GIS 牧草适应性 模糊逻辑 推理机制 退耕还草 决策支持系统
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：S54
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