Factors affecting succession retardation of grassland at the temperate-humid climate zone in northeastern Taiwan.

Northeastern Taiwan belongs to temperate-humid climate zone where the land should be covered by forest. Surprisingly, grass communities still dominate a large area in northeastern Taiwan. Generally, the land cover in initial succession is grassland. The vegetation should succeed to forest biomes naturally without disturbance. However, northeastern Taiwan is still dominated by grass communities as a result of some disturbances. Therefore, factors affecting succession retardation of grassland is necessary to explore. Grasslands of succession retardation could be extracted from multi-temporal satellite images. In order to calculate the coverage ratio of grassland on a slope unit, the homogenous slope units can be transferred from sub-divisions delineated by certain threshold. Furthermore, the cluster analysis was applied to classify high, medium and low coverage ratio of grassland as dependent variable. The independent variable was topographical factors (elevation, slope and aspect) and the distance to coal mines and/or smelter. The optimal slope unit can be defined by discrimination analysis. Finally, the factors affecting succession retardation of grassland on a slope unit can be divided into three groups using the factors of topography and the distance to coal mines and/or smelter would be discussed. The results of multivariate analysis showed that grassland which locates at low elevation, gentle slope, southwest aspect and adjacent to the coal mines were affected by the discarded coal slag. Grassland which locates at high elevation, steep slope, south aspect and adjacent to the smelters were affected by the emission from smelters. Grassland which locates at medium elevation, medium slope and southeast aspect were affected by strong evapotranspiration due to the low precipitation on southeast aspect slope in summer. Therefore, the acidic ions are vulnerable to be transported from deep to surface soil layer owing to capillary action and affecting grassland succession.台灣東北角屬於溫暖且潮濕之氣候，當地植群覆蓋應以森林為主，然部分區位仍以大面積草地覆蓋。草地常為演替初期的地表覆蓋，在無干擾情況下，應自然演替成森林。大面積的草地覆蓋顯示當地的植群仍受到干擾，有關影響此區位草地演替停滯之因子有待探討。 本研究透過衛星影像萃取草地演替停滯區位，利用不同門檻值劃分子集水區並轉換成均勻邊坡單元，求算邊坡單元草地之覆蓋率；再利用多變量統計分析，以群集分析將草地覆蓋率分高、中、低三類群作為應變數，地形(高程、坡度、坡向)及礦區距離等因子為自變數，藉由判別分析找出最適之邊坡單元。另以K-means將草地以邊坡單元之地形及礦區距離等因子分為三群，探討草地演替停滯之因素。 多變量分析結果顯示位於低海拔、緩坡、西南坡，距礦區近之草地，主要受礦渣捨石地堆積影響；海拔較高、坡度較陡、南向坡，距冶煉廠近之草地，可能受冶煉廠營運汙染之影響；中海拔、坡度中、東南坡之草地，因夏季東南坡雨量少蒸發旺盛，毛細作用易將土層土中酸性物質攜出表土層而影響草地演替。目錄 摘要 i Abstract ii 目錄 iii 圖目錄 v 表目錄 vii 第一章 前言 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究架構與流程 2 第二章 文獻回顧 5 2.1 台灣氣候分區 5 2.2 植群演替 10 2.3 遙感探測與影像分類 12 2.4 多變量分析 16 第三章 研究方法 19 3.1 研究樣區 19 3.2 研究材料 23 3.3 氣候分類 24 3.4 草地萃取 29 3.5 環境因子 37 3.6 最適之邊坡單元之劃定 43 3.7 K-Means 46 第四章 結果與討論 48 4.1 氣候分類結果 48 4.2 草地區位之萃取 49 4.3 最適邊坡單元 52 4.4 草地類群 59 第五章 結論 63 參考文獻 64 圖目錄 圖1 1草地覆蓋區位 1 圖1 2研究流程圖 4 圖3 1研究範圍 19 圖3 2排煙道 20 圖3 3禮樂煉銅場 21 圖3 4北台灣煤礦分布 22 圖3 5各期衛星影像 23 圖3 6全台21處主要氣象站 24 圖3 7草地萃取流程 29 圖3 8訓練樣本示意圖 31 圖3 9 (a)逢機密度(b)地表覆蓋光譜分布 33 圖3 10疊圖分析示意圖 34 圖3 11視窗示意圖 38 圖3 12坡向示意圖 39 圖3 13距離分布圖示意 40 圖3 14冶煉廠分布 41 圖3 15冶煉廠距離分布 41 圖3 16含有煤層之地質分布圖 42 圖3 17煤礦點位之距離分布 43 圖3 18 (a)分區個數與精確度(b)最佳分區計算 44 圖3 19分區流程圖 45 圖3 20集水區左、右岸與源頭 46 圖4 1桑士維(a)溫度帶(A:熱帶；B2~B4:溫帶)與(b)乾溼氣候分類(A:過濕；B1~B4:濕潤；C2:次濕潤) 48 圖4 2全台氣候分區 49 圖4 3各期地表覆蓋成果 50 圖4 4長期草地覆蓋之區位 51 圖4 5子集水區個數與精確度之分布 53 圖 4 6集群分析 56 圖4 7 判別分析 57 圖 4 8 (a)土壤整治區位空間分布(b) 土壤污染整治場址 58 圖4 9草地類群 60 圖4 10雨量與蒸發量 61 表目錄 表2 1Köppen(1936)氣候分類系統 5 表2 2蔣丙然之臺灣氣候分類 6 表2 3濕潤標準 8 表2 4溫度帶 8 表2 5季節分配率 8 表2 6陳正祥之臺灣氣候分類 9 表2 7Landsat 衛星光譜波段 14 表3 1Thornthwaite氣候分類法的乾濕氣候界線 27 表3 2Thornthwaite以有效水分的季節分配劃分的氣候副型 27 表3 3Thornthwaite有效溫度指數氣候型分類 28 表3 4Thornthwaite有效溫度指數夏季集中率的副型 29 表3 5精確度評估表 35 表 3 6誤差矩陣計算示意 36 表4 1草地區位精確度評估 52 表4 2子集水區個數與精確度 53 表4 3集群分析結果 54 表4 4判別函數資訊 54 表4 5判別函數結構矩陣 55 表4 6分類矩陣表 59 表4 7費雪線性函數 59 表4 8草地各類群資訊 60 表4 9基隆測站資料 6