图们江跨国界地区植被净初级生产力时空动态变化及其驱动力研究

论文摘要

植被净初级生产力（Net primary productivity,NPP）指的是植被光合作用生成的有机物中扣除自养呼吸的部分。NPP是估算地球支撑能力和评价陆地生态系统健康稳定的重要因子,在全球气候变化以及碳循环中扮演着重要角色;同时,NPP也是陆地生态系统提供给人类的最重要的生态系统服务之一。本研究基于CASA（Carnegie Ames Stanford Approach）模型,结合土地利用数据、NDVI 数据以及气象数据,量化了图们江跨国界地区2000-2016年NPP时空格局。同时,结合MOD17A3数据和已有研究结果,对CASA模型的精度进行了评估。然后,利用数理统计分析、趋势分析和变异系数分析了研究区NPP时空动态变化过程,对比了中朝俄三侧在NPP时空动态变化方面的差异。最后,利用相关分析、景观格局指数以及数理统计等方法,从气候、地形、土壤以及土地利用/覆盖变化（Land-use and land-cover change,LUCC）等方面入手,分析了 NPP 时空动态变化的驱动因素,并对比了中朝俄三侧在驱动因素方面的差异,并进一步评估了中朝俄三侧LUCC对粮食安全的影响。主要工作以及主要发现如下。（1）验证了 CASA模型模拟结果的有效性。通过将CASA模型模拟结果与MOD17A3数据进行对比发现,除了 2000年、2007年和2010年MODIS NPP数值与CASANPP相差较大之外,其他年份的MODIS NPP值与CASANPP估算结果较为接近。与此同时,通过对MODISNPP和CASANPP进行回归分析,发现两种数据的拟合度较好,通过了显著性检验（P<0.01）。此外,通过将本研究的CASANPP模拟结果与其它已有研究的估算结果进行比较,发现本研究模拟的各地类NPP结果分布在已有研究结果的NPP区间内,进一步验证了本研究模拟结果的可靠性。（2）揭示了图们江跨国界地区NPP的时空动态变化过程。在图们江跨国界地区,2000-2016年NPP均值为558.35gC/（m2·a）,中国一侧NPP均值最高,俄罗斯一侧次之,而朝鲜一侧最低。NPP的高值区主要集中在林区,其值高于500gC/（m2·a）。而低值区主要分布在河流、海岸线附近以及城市中心区域,NPP均值为0-200 gC/（m2·a）之间。2000-2016年,NPP总量围绕13TgC上下波动。从NPP空间变化特征来看,研究区2000-2016年NPP总体呈现上升趋势,平均趋势系数为1.63。从中朝俄三侧来看,俄罗斯一侧平均趋势系数大于中国和朝鲜两侧。全区NPP标准差均值为43.09,变异系数均值为0.09,NPP整体呈现稳定状态。此外,中朝俄三侧的NPP变异系数也存在较大差异,俄罗斯一侧最大,值为0.1,略高于全区均值。图们江跨国界地区不同地类NPP存在显著差异。阔叶林NPP最高,草地NPP次之,水体NPP最小。中朝俄三侧阔叶林NPP均值最高,草地NPP次之,水体NPP最小。2000-2016年,中国一侧阔叶林NPP呈现先上升后下降的趋势,草地NPP则是一直上升,水体NPP则是先上升后下降。朝鲜一侧阔叶林NPP也是先上升后下降。俄罗斯一侧阔叶林和草地NPP则呈现上升趋势。（3）分析了自然因子和人类活动因子对NPP动态变化的影响。在气候因子中,气温和降水均对NPP变化产生了显著的影响,其中降水是主要驱动因子。在地形因子中,高程、坡度以及坡向均对NPP的变化产生了显著影响。此外,全区LUCC导致全区NPP总量呈现减少趋势,其中中国和朝鲜两侧显著减少,俄罗斯一侧NPP总量则是轻微上升。在已有结果基础上,本文结合统计数据发现,图们江跨国界地区中国一侧存在粮食安全问题,且受到多种因素的影响,如城市扩张、农业现代化、气候变化以及国家政策等。基于本研究结果,建议中朝俄三国建立起长久的合作机制,促进区域生物多样性保护和社会经济协调发展,提高区域NPP,促进区域可持续发展。与此同时,合理控制跨国界地区的城市扩张过程,保护区域耕地,解决跨国界地区的粮食安全问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 基本概念
•     1.2.2 NPP估算方法和研究对象
•     1.2.3 NPP时空动态变化及其驱动力研究
•     1.2.4 跨国界地区NPP现有研究不足
•     1.2.5 图们江跨国界地区NPP现有研究不足
•   1.3 研究内容
•   1.4 研究方案
• 第二章 研究区和数据
•   2.1 研究区概况
•   2.2 数据收集及其预处理
•     2.2.1 土地利用数据
•     2.2.2 NDVI数据
•     2.2.3 再分析数据
•     2.2.4 GIS辅助数据
• 第三章 CASA模型和精度验证
•   3.1 CASA模型
•     3.1.1 植被吸收的光合有效辐射
•     3.1.2 光能利用率
•   3.2 精度验证
•     3.2.1 MOD17A3数据对比
•     3.2.2 与已有研究对比分析
• 第四章 植被净初级生产力时空动态变化
•   4.1 研究方法
•     4.1.1 差值分析
•     4.1.2 趋势分析
•     4.1.3 变异系数
•   4.2 结果
•     4.2.1 区域2016年NPP均值的空间分布特征
•     4.2.2 区域2000-2016年NPP的时间变化特征
•     4.2.3 区域2000-2016年NPP的空间变化特征
•     4.2.4 区域不同土地利用类型NPP的动态变化
•   4.3 小结
• 第五章 植被净初级生产力时空动态变化的驱动力分析
•   5.1 研究方法
•     5.1.1 相关分析
•     5.1.2 景观格局动态分析
•     5.1.3 数理统计与空间分析
•   5.2 结果
•     5.2.1 气候变化对NPP动态变化的影响
•     5.2.2 地形因子对NPP动态变化的影响
•     5.2.3 区域土地利用/覆盖变化对NPP变化的影响
•   5.3 讨论
•     5.3.1 土地利用/覆盖变化对耕地NPP动态变化的影响
•     5.3.2 耕地NPP变化对粮食安全的影响
•   5.4 小结
• 第六章 结论
•   6.1 结论
•   6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 在读期间参加的科研活动和发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王健文

导师: 南颖,张达

关键词: 跨国界地区,植被净初级生产力,时空动态变化,多尺度

来源: 延边大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 延边大学

基金: 国家自然科学基金项目“长白山跨国界地区生态系统服务与可持续性研究”(批准号:41771094),“图们江流域城市景观过程对区域生态系统服务影响的模型模拟研究”(批准号:41801184)

分类号: Q948

总页数: 87

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