首页> 正文

华北土石山区植被水碳耦合机制研究

2020-12-02阅读(114)

华北土石山区植被水碳耦合机制研究

论文摘要

随着人类活动加剧以及水质恶化等问题,华北土石山区水资源短缺日益严重。在全球气候变化背景下,本研究以华北土石山区为研究区域,以水碳循环特征为切入点,将最能反映水碳耦合关系的水分利用效率（WUE）作为研究对象,基于CASA模型和气象、土地覆被、遥感等数据,估算2000-2018年间研究区净初级生产力（NPP）,将估算得到的NPP结合蒸散发（ET）计算区域植被WUE,分析植被ET、NPP与WUE的时空分布与趋势特征,基于水碳循环与气象因子及植被因子的关系,探讨区域WUE对气候变化及植被变化的响应,以期定量评价气象因子与植被因子对区域水碳耦合的阈值,研究结果如下:（1）1957-2018年间降水量的平均值是503.5mm,呈不显著下降趋势,平均降值约为0.13-6.57mm/10yr;气温的平均值是8.6℃,有明显上升趋势,平均增温约为0.025-0.46℃/10yr。从2000年到2018年,林地与草地覆盖率呈增加趋势,农地覆盖率减少了 1.96%。（2）2000-2018年间ET的年际变化范围是289.9-462.5mm,总体以3.72mm/yr的速率呈波动上升趋势。年内ET分布不均匀呈单峰型分布,有明显的季节性差异,由大到小的顺序为夏季>春季>秋季>冬季。年平均ET有较为明显的空间异质性,由东南向西北方向逐渐减少,空间年变化率介于-25.8～62.97mm/yr;不同季节ET的空间变化趋势差异较大,其中春、秋季节增加速率为2.01与2.45 mm/yr,夏季增加速率为5.87mm/yr,冬季增加速率仅为0.073mm/yr。不同植被类型ET由大到小的顺序为阔叶林（464.02mm/yr）>混交林（419.20mm/yr）>针叶林（380.35 mm/yr）>灌木（365.72 mm/yr）>草地（341.22 mm/yr）>农地（311.97 mm/yr）。ET 对气象因子的敏感性差异明显,每降水、太阳辐射与气温增加10%时,ET将分别增加3.26%、2.25%与1.05%,而干旱指数每增加10%,ET将减少2.73%,降水是影响ET最突出的气象因子。ET与NDVI及LAI均呈显著正相关,NDVI、LAI每增加10%,ET将分别增加2.07%与1.84%。（3）采用其他模型的模拟结果及MODIS NPP数据对CASA模型估算的NPP值进行对比验证,发现CASA模型对研究区NPP的模拟结果较好,具有一定的可靠性,适用于研究华北土石山区NPP的时空分布与趋势变化。（4）2000-2018 年间 NPP 的年际变化范围是 230.57-498.81gC/m2·yr,总体以 7.18 gC/m2·yr的速率呈波动上升趋势。NPP年内分布不均匀,有明显的季节性差异,由大到小的顺序依次为夏季>春季>秋季>冬季。年平均NPP有较为明显的空间异质性,由东南向西北方向逐渐减少,空间年变化率介于-32.38～45.87 gC/m2·yr。区域内不同植被类型的NPP均呈上升趋势,农地NPP平均增幅为9.27gC/m2·yr;草地NPP平均增幅为6.83 gC/m2·yr;针叶林、阔叶林、混交林在生态恢复工程实施前NPP就已经很高,增幅小于农地与草地,平均增幅分别为4.09、5.86、5.99gC/m2·yr;灌木NPP平均增幅为2.86 gC/m2·yr。2000-2018年间降水、气温、太阳辐射与干旱指数的协同效应可解释68%植被NPP的变化,植被覆被变化是影响区域植被NPP变化的重要因素,将NPP较低的农地面积转换为NPP较高的林地、灌木与草地会导致区域NPP的增加。（5）采用其他模型的模拟结果对WUE的估算结果进行对比验证,发现本研究WUE的模拟结果是合理可信的,适用于研究华北土石山区WUE的时空分布与趋势变化。2000-2018年间WUE的平均值是0.985 gC/mm·m2,表明通过蒸散发每损失1mm的水分,由植被生长固定下来的C02大约有0.985g。年内WUE呈单峰型分布,有明显的季节性差异,由大到小的顺序依次为夏季>春季>秋季>冬季。年均WUE有较为明显的空间异质性,空间年变化率介于-0.265～0.389gC/mm·m2。不同植被类型WUE的动态变化差异明显,由大到小的顺序为林地（1.111 gC/mm.m2）>草地（0.901gC/mm.m2）>灌木（0.832 gC/mm.m2）>农地（0.747 gC/mm.m2）。（6）植被WUE变化主要以LAI、气温、降水为主导因子,累积贡献率为79.43%。2000-2018年间植被WUE与降水量、气温呈二次曲线关系,在年降水量处在490-510mm、年均气温为13℃时植被WUE达到阈值即研究区植被对水分利用程度最高;植被WUE与LAI的关系非线性,当LAI为1.27m2m-2时,植被WUE达到阈值即2.866 gC/mm·m2。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1. 引言
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 国内外研究进展
  •     1.2.1 蒸散发研究进展
  •     1.2.2 NPP研究进展
  •     1.2.3 水碳关系的定量评价-WUE
  •     1.2.4 不同空间尺度植被的水-碳耦合
  •   1.3 拟解决的科学问题
  • 2. 研究区概况
  •   2.1 研究区自然概况
  •     2.1.1 地理位置
  •     2.1.2 地质地貌
  •     2.1.3 气候和水文条件
  •     2.1.4 水文
  •     2.1.5 土壤
  •     2.1.6 植被
  •     2.1.7 社会经济
  • 3. 研究内容与方法
  •   3.1 研究目标
  •   3.2 研究内容
  •   3.3 技术路线
  •   3.4 CASA模型
  •     3.4.1 CASA模型介绍
  •     3.4.2 CASA模型的计算
  •     3.4.3 CASA模型适用性分析
  •     3.4.4 CASA模型不确定性分析
  •   3.5 数据来源与预处理
  •     3.5.1 遥感数据及其预处理
  •     3.5.2 干旱指数（DSI）数据处理
  •     3.5.3 气象数据及其预处理
  •     3.5.4 土地利用数据
  •   3.6 研究方法
  •     3.6.1 线性回归分析
  •     3.6.2 对比与相关性分析
  •     3.6.3 Mann-Kendall检验
  • 4 华北土石山区气象及地表覆被变化分析
  •   4.1 区域气象因子变化分析
  •     4.1.1 降水变化规律
  •     4.1.2 气温变化规律
  •   4.2 区域地表覆被现状及其变化分析
  •     4.2.1 地表覆被现状及其变化
  •     4.2.2 地表覆被利用程度分析
  •   4.3 区域植被覆被动态转换及变化分析
  •   4.4 小结
  • 5. 华北土石山区植被ET时空分布与变化特征
  •   5.1 区域植被ET时间变化特征分析
  •     5.1.1 植被ET年际变化规律及趋势分析
  •     5.1.2 植被ET年内变化规律及趋势分析
  •     5.1.3 植被ET季节变化规律及趋势分析
  •   5.2 区域植被ET空间分布及趋势变化特征
  •     5.2.1 年均ET的空间分布及趋势分析
  •     5.2.2 季节ET的空间分布及趋势分析
  •   5.3 不同植被类型ET的特征及变化趋势
  •   5.4 气象因子对区域植被ET的影响
  •     5.4.1 ET与气象因子的相关性分析
  •     5.4.2 ET对气象因子的敏感性分析
  •   5.5 植被因子对区域植被ET的影响
  •     5.5.1 ET与植被因子的相关性分析
  •     5.5.2 ET对植被因子的敏感性分析
  •   5.6 小结
  • 6. 华北土石山区植被NPP时空分布与变化特征
  •   6.1 NPP的验证
  •   6.2 区域植被NPP时间变化特征分析
  •     6.2.1 NPP年际变化规律及趋势分析
  •     6.2.2 NPP年内变化规律及趋势分析
  •     6.2.3 NPP季节变化规律及趋势分析
  •   6.3 区域植被NPP空间分布及趋势变化特征
  •     6.3.1 年均NPP的空间分布及趋势分析
  •     6.3.2 季节NPP的空间分布及趋势分析
  •   6.4 不同植被类型NPP的特征
  •   6.5 气象因子对区域植被NPP的影响
  •   6.6 植被覆被变化对区域植被NPP的影响
  •   6.7 小结
  • 7. 华北土石山区衡量植被水-碳关系WUE时空分布与变化特征
  •   7.1 WUE验证与分析
  •     7.1.1 WUE的验证与可靠性分析
  •     7.1.2 WUE不确定分析
  •   7.2 区域植被WUE时间变化特征分析
  •     7.2.1 WUE年际变化规律
  •     7.2.2 WUE年内变化规律
  •     7.2.3 WUE季节变化规律
  •   7.3 区域植被WUE空间分布及趋势变化特征
  •     7.3.1 年均WUE的空间分布及趋势分析
  •     7.3.2 季节WUE的空间分布及趋势分析
  •   7.4 不同植被类型WUE的特征
  •   7.5 小结
  • 8. 华北土石山区植被水-碳耦合关系与权衡对策
  •   8.1 气象因子与植被因子对区域植被水碳耦合的影响
  •     8.1.1 区域WUE与气象因子的相关性分析
  •     8.1.2 区域WUE与植被因子的相关性分析
  •     8.1.3 主成分分析
  •   8.2 气象因子与区域植被水碳耦合的阈值分析
  •     8.2.1 降水与区域WUE的阈值分析
  •     8.2.2 气温与区域WUE的阈值分析
  •   8.3 植被因子与区域植被水-碳耦合的阈值分析
  •     8.3.1 LAI与区域WUE的阈值分析
  •   8.4 区域植被优化及水碳权衡对策
  •   8.5 小结
  • 9 结论与展望
  •   9.1 结论
  •   9.2 本文特色及创新点
  •   9.3 展望
  • 参考文献
  • 个人简介
  • 获得成果目录
  • 导师简介
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 王丹丹

    导师: 余新晓

    关键词: 华北土石山区,蒸散发,净初级生产力,水碳耦合,影响因素

    来源: 北京林业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 生物学

    单位: 北京林业大学

    基金: 国家自然科学基金重点项目“基于稳定同位素的典型森林生态系统水,碳过程及其耦合机制研究”(项目号:41430747),国家自然科学基金面上项目“季节性干旱的树木水分利用适应机制研究”(项目号:41877152),国家重点研发计划课题“坝上高原及华北北部山地沙化土地治理及沙产业技术研发及示范”(编号:2016YFC0500802),科技创新服务能力建设-协同创新中心-林果业生态环境功能提升协同创新中心(2011协同创新中心(CEFF-PXM2019_014207_000099)

    分类号: Q948

    DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.000162

    总页数: 153

    文件大小: 13249K

    下载量: 177

    相关论文文献

    • [1].山西中部土石山区造林技术要点[J]. 现代农村科技 2020(04)
    • [2].五台山林区半干旱土石山区造林技术[J]. 山西林业 2020(05)
    • [3].北方土石山区水土保持的治理方法及模式研究[J]. 中国新技术新产品 2017(12)
    • [4].辽宁省北方土石山区土壤侵蚀现状分析[J]. 东北水利水电 2017(07)
    • [5].全力实施“三个精准”工程 坚决打赢脱贫攻坚硬仗[J]. 法治与社会 2017(01)
    • [6].北方土石山区小型水土保持工程治理模式及在高效生态农业方面的应用调查[J]. 河北林业科技 2016(05)
    • [7].陇南土石山区水土保持综合治理效益分析[J]. 干旱区资源与环境 2016(10)
    • [8].西南土石山区水土保持工作技术问题与解决措施[J]. 科技创新与应用 2015(20)
    • [9].华北土石山区生态系统尺度森林健康评价[J]. 广东农业科学 2012(06)
    • [10].土石山区修建塘坝应遵循的原则及注意问题[J]. 河南水利与南水北调 2012(12)
    • [11].分区四:北方土石山区[J]. 中国水利 2009(07)
    • [12].浅谈北方土石山区坡地生态农业模式[J]. 安徽农学通报 2008(21)
    • [13].落叶松在土石山区育苗及造林技术分析[J]. 绿色科技 2019(01)
    • [14].陕北黄河沿岸土石山区扶贫移民搬迁模式研究[J]. 科学之友 2013(11)
    • [15].祁县土石山区水土流失危害及防治对策[J]. 山西林业 2013(03)
    • [16].华北土石山区流域防护林空间配置模式[J]. 江苏农业科学 2012(01)
    • [17].北方土石山区水土保持的主要经验与治理模式[J]. 中国水土保持 2008(12)
    • [18].北方土石山区水土流失现状与综合治理对策[J]. 中国水土保持科学 2008(01)
    • [19].西南土石山区土壤流失方程坡度因子修正算法研究[J]. 中国水土保持 2015(08)
    • [20].冀北土石山区小流域综合治理工程建设模式探究[J]. 海河水利 2012(01)
    • [21].西南土石山区500kV架空输电线路工程水土保持措施研究[J]. 水土保持通报 2011(06)
    • [22].大同市太行山土石山区植被恢复的探讨[J]. 山西林业科技 2009(03)
    • [23].华北土石山区不同肥料对土壤养分的影响[J]. 中国农学通报 2010(14)
    • [24].土石山区护坡草本植物根系抗拉力学特性[J]. 中国水土保持科学 2017(04)
    • [25].北方土石山区坡改梯工程建设技术标准与示范[J]. 中国水土保持 2015(04)
    • [26].榆林市黄河沿岸土石山区枣树育苗技术[J]. 陕西林业科技 2011(05)
    • [27].华北土石山区抗旱保墒材料对土壤含水量的影响研究[J]. 林业调查规划 2010(01)
    • [28].土石山区型垃圾填埋场工程设计实例探讨[J]. 价值工程 2014(21)
    • [29].浅谈华北落叶松在土石山区的育苗及造林技术[J]. 农业与技术 2015(14)
    • [30].北方土石山区典型树种耗水特征及环境影响因子[J]. 生态学报 2018(10)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    华北土石山区植被水碳耦合机制研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 神降笔 版权所有 鄂ICP备12018319号-6