国家自然基金申请书-基于小波分析的土壤景观多尺度空间变异性特征研究.doc

国家自然科学基金 申 请 书 申报日期： 2011年2月28日 国家自然科学基金委员会 国家自然科学基金申请书 2011版 第 2 页 版本1.018.561 国家自然科学基金申请书 2011版 项目组主要参与者（注: 项目组主要参与者不包括项目申请人） 说明: 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请人负责填报（含申请人），总人数由各分项自动加和产生。 第 3 页 版本1.018.561 国家自然科学基金申请书 2011版 经费申请表 （金额单位：万元） 第 4 页 版本1.018.561 国家自然科学基金申请书 2011版 申请者在撰写报告正文时，请遵照以下要求： 1、 请先选定quot;项目基本信息quot;中的quot;资助类别quot;，再填写报告正文； 2、 在撰写过程中，不得删除系统已生成的撰写提纲（如误删可点击“查 看报告正文撰写提纲”按钮，通过quot;复制/粘贴quot;恢复）； 3、 请将每部分 本要求将作为申请书正文撰写是否规范的评判依据，请遵照要求填写。 报告正文 面上项目申请书撰写提纲 （一）立项依据与研究第 5 页 [7] 国家自然科学基金申请书 2011版 遥感影像的空间时间分辨率，分析尺度为主题尺度（或分类数目）、空间粒度和幅度，显然三类尺度之间存在因果关系和本质-表征的对应关系（即匹配性）。 土壤是地学领域的重要分支，是地表生物、气候、母质、地形、时间和人类活动综合作用的产物[8]。土壤景观是由明确的土壤类型及其关联要素如地质、地貌、坡度、覆被、水文、气候等共同叠加形成的综合体，土壤景观存在复杂的等级结构 [9]，其本征尺度客观存在。与地理对象普遍存在的多尺度一样，土壤景观要素都存在着多尺度特性，这些景观要素的空间变异性特征与尺度约束密切相关。随着现代地球观测技术发展，土壤景观要素中的植被覆盖、水和地表热量等可以应用遥感手段进行定量监测，遥感数据的时间、空间和波谱分辨率就是监测尺度，另外传统土壤调查采样的空间密度和频度也是监测尺度。将监测结果进行空间表达的土壤景观制图成果体现了分析尺度信息（如分类数目、制图粒度和幅度等）。土壤景观领域的本征尺度、监测尺度、分析尺度以及三者之间的约束关系是多尺度研究的核心。目前在土壤景观研究领域，景观要素的多尺度变异特征为学者们探索的热点。 土壤属性的多尺度研究涉及到土壤水、土壤养分因子的多尺度空间变异性。土壤水方面包括：融雪后梭梭林地土壤水的多尺度空间异质性[10]，喀斯特洼地表层土壤水分的空间异质性及其尺度效应[11]，不同尺度网格膜下滴灌土壤水盐的空间变异性分析[12]，不同尺度下田间土壤水分和混合电导率空间变异性与套合结构模型[13]，黄河三角洲多尺度土壤盐分的空间分异[14] 。土壤养分因子的多尺度研究中，包括南方丘陵区不同尺度下土壤氮素含量的分布特征研究[15]，东灵山地区辽东栎林主要土壤因子的Haar小波分解[16]，基于二进小波变换极大模法的土壤腐殖酸NMR谱信号滤噪[17]，不同尺度下低山茶园土壤阳离子交换量空间变异性研究[18]，丘陵地区不同尺度下土壤养分空间变异特征的研究 [19]，黑土有机质和速效氮磷不同尺度空间异质性分析[20]，黄土高原土壤养分空间变异的多尺度分析[21]。 水土流失多尺度效应重在讨论多尺度的土壤侵蚀评价指数、流域径流泥沙对多尺度植被变化响应、侵蚀产沙等方面[22-24]。 土壤景观研究方面，使用土壤属性-景观定量模型进行制图为新趋势 [25-26]。将定量化的地形因子信息与土壤性质（养分元素含量、粒度组成等）联系起来，建立二者之间的定量化模型[27]，用以预测未有地面监测数据区域的土壤属性因子，数字地形高程（DEM）的比例尺大小是模型适用性的关键节点，其中蕴涵着土壤属性因子（如养分含量）和景 第 6 页 国家自然科学基金申请书 2011版 观要素（地形因子）之间的尺度对应性问题。在土壤景观领域，遥感手段早已得到了应用，但主要应用于地物解译[28-29]，而数值化的遥感指数在土壤景观研究领域的应用尚不多。目前景观要素如植被覆盖常常可以用定量化的遥感植被指数来表示，景观要素的多尺度问题已为景观生态学家们关注，例如NDVI（归一化植被指数）与地形因子之间相关关系受尺度影响 [30-32]，