气候变化背景下中亚地区植被与土地退化评价

论文摘要

中亚地区地处亚洲大陆内部,降水量低且不稳定,在全球气候变化背景下,该地区的极端气候水文事件频繁发生,尤其是干旱经常反复发生使该区域植被出现了严重退化。作为丝绸之路经济带的重要支点,中亚地区通过文化和贸易交流将中国西部城市与欧洲乃至世界相连,其旱地生态系统支持了相当大比例的人口和经济,因此分析该生态系统对频发干旱的响应、评价植被退化风险和土地退化现状对中亚地区的可持续性发展和我国一带一路战略的推进都具有重要意义。本文基于CRU气象数据集、MODIS GPP（总初级生产力）、NPP（净初级生产力）、NDVI（归一化植被指数）、LAI（叶面积指数）数据集、ESACCI 土地覆盖数据集等,采用关联Mann-Kendall趋势检验（CMK）、Sen’slope、稳态转换指数（RSI）和趋势面分析（TSA）对中亚地区的6个气象因子、植被生长和土地覆盖、水分利用效率（WUE）、雨水利用效率（RUE）的时空动态变化进行了分析。考虑干旱延滞效应,基于WUE和RUE,应用生态弹性指数对中亚地区不同植被覆盖类型的退化风险进行了评价,指数越高,退化风险越低。基于净初级生产力、土地覆盖数据和土壤碳储量值,应用WUE校正法、回归分析和非参数检验,通过分析变化速率、频率分布、划分百分等级等,比较基线期和目标期之间的相对差异来确定土地退化、稳定和改善状态,并结合土地生产力、土地覆盖和土壤有机碳三个角度对中亚地区土地退化进行综合评价。主要发现如下:1901-2015年中亚地区的气温呈上升趋势,降水呈不显著增加趋势,潜在蒸散的增加幅度大于降水的增加幅度,随最低气温显著上升,气温日较差和霜冻天数均呈下降趋势。空间来看,气温在整个中亚地区呈显著增加趋势,气温日较差和霜冻天数在绝大部分区域呈显著下降趋势,超半数的研究区面积上降水呈增加趋势,潜在蒸散在绝大部分区域呈增加趋势,除塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦,其余地区的潜在蒸散的增加幅度均高于降水的增加幅度。由SPEI（标准化降水蒸散指数）的空间变化来看,SPEI01、SPEI06、SPEI12的空间趋势变化相似,且随时间尺度的增加,干旱趋势的面积缩小;SPEI03在76.32%的区域面积上呈显著下降趋势;且SPEI03的干旱趋势面积最大,表明区域季节性干旱加剧。年 GPP（2000-2015）、NPP（2000-2014）和 NDVI（2000-2015）分别在 77.97%、79.61%和58.89%的总植被面积上呈下降趋势,主要出现在哈萨克斯坦西北部、中部和东北部、乌兹别克斯坦东部、土库曼斯坦南部以及中国新疆北部和伊犁河谷地区。1992-2015年中亚地区的水体和裸地面积呈显著减少,除草牧场之外,其余土地覆盖类型的面积呈显著增加。1992-2015年哈萨克斯坦的旱作农田和灌溉农田面积呈显著增加,旱作农田增加的主要来源是草牧场,灌溉农田增加的主要来源于草牧场和裸地了,从五个分期（1992-1995,1995-2000,2000-2005,2005-2010,2010-2015）来看,草牧场向旱作农田的转换集中于北部和东部,草牧场向灌溉农田的转换集中于中部和南部。2000-2014年,基于WUE,96.01%的旱作农田、68.02%的温带草原和62.70%的稀疏植被表现为中等退化风险,54.92%和42.09%的灌木分别呈高退化风险和中等退化风险。基于RUE,89.11%的旱作农田表现为高退化风险,56.39%和42.43%的温带草原分别呈中等退化风险和高退化风险,54.63%和42.52%的灌木呈高退化风险和中等退化风险,71.85%的稀疏植被呈高退化风险。在10.12%的旱作农田、46.03%的温带草原、41.35%的灌木和37.64%的稀疏植被上,基于WUE和RUE的退化风险评价相同。在极端干旱期间和之后,存在高退化风险的植被出现了 WUE和RUE的降低,这对植被碳积累产生了一定的负面影响。由低抵抗力引起的高退化风险的植被,其WUE和RUE消极应对干旱,随着中亚地区干旱变得持续和频繁,这些植被可能因WUE和RUE持续降低而出现退化和死亡。2001-2015年中亚地区土地退化、稳定、改善面积比例分别为13.46%、36.14%、15.39%,改善面积主要位于哈萨克斯坦西北部、东北部和东南部、乌兹别克斯坦西北部以及中国新疆中部和北部;退化面积主要出现在哈萨克斯坦的西部和南部、土库曼斯坦南部、乌兹别克斯坦中部和南部、塔吉克斯坦西南部、吉尔吉斯斯坦东部、中国新疆中部。土地退化受气候变化、植被应对干旱的机制以及人类活动共同影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 植被生长的动态变化
•     1.2.2 水分利用效率（WUE）和雨水利用效率（RUE）的时空变化
•     1.2.3 生态弹性对干旱的响应
•     1.2.4 土地退化
•   1.3 研究目标与内容
•   1.4 技术路线
• 2 研究区概况和数据处理方法
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 自然地理概况
•     2.1.2 社会经济概况
•   2.2 数据处理方法
•     2.2.1 数据来源与处理
•     2.2.2 数据分析
• 3 中亚地区气候变化特征分析
•   3.1 气温变化特征
•     3.1.1 气温年际变化
•     3.1.2 气温空间变化
•   3.2 降水变化特征
•     3.2.1 降水年际变化
•     3.2.2 降水空间变化
•   3.3 潜在蒸散变化特征
•     3.3.1 潜在蒸散年际变化
•     3.3.2 潜在蒸散空间变化
•   3.4 气温日较差变化特征
•     3.4.1 气温日较差年际变化
•     3.4.2 气温日较差空间变化
•   3.5 霜冻天数变化特征
•     3.5.1 霜冻天数年际变化
•     3.5.2 霜冻天数空间变化
•   3.6 标准化降水蒸散指数（SPEI）变化特征
•   3.7 小结
• 4 中亚地区植被生长与土地覆盖的动态变化
•   4.1 2000-2015年中亚地区气候时空特征
•     4.1.1 气候年际变化
•     4.1.2 气候空间变化
•   4.2 植被生长的动态变化
•     4.2.1 植被生长的时间变化
•     4.2.2 植被生长的空间变化
•   4.3 植被生长与气候的相关性空间分布
•     4.3.1 GPP与气候的相关性空间分布
•     4.3.2 NPP与气候的相关性空间分布
•     4.3.3 NDVI与气候的相关性空间分布
•   4.4 土地覆盖动态变化
•     4.4.1 土地覆盖的时间变化
•     4.4.2 土地覆盖变化的来源
•   4.5 中亚地区农田动态变化分析-以哈萨克斯坦为例
•     4.5.1 农田的时空变化
•     4.5.2 农田变化的来源
•     4.5.3 农田的空间格局
•   4.6 小结
• 5 中亚地区植被退化风险评价
•   5.1 2000-2014年中亚地区生长季气候时空特征
•     5.1.1 生长季气候年际变化
•     5.1.2 生长季气候空间变化
•   5.2 2000-2014年中亚地区生长季叶面积指数（LAI）时空特征
•     5.2.1 生长季LAI时间变化特征
•     5.2.2 生长季LAI空间变化特征
•   5.3 生长季水分利用效率（WUE）的变化特征
•     5.3.1 生长季WUE时间变化特征
•     5.3.2 生长季WUE空间变化特征
•   5.4 生长季雨水利用效率（RUE）的变化特征
•     5.4.1 生长季RUE时间变化特征
•     5.4.2 生长季RUE空间变化特征
•   5.5 生长季WUE和RUE与气候和形态因素的相关性空间分布
•     5.5.1 生长季WUE与气候和形态因素的相关性空间分布
•     5.5.2 生长季RUE与气候和形态因素的相关性空间分布
•   5.6 不同植被覆盖类型生长季WUE和RUE的变化特征
•     5.6.1 不同植被覆盖类型生长季WUE和RUE时间变化特征
•     5.6.2 不同植被覆盖类型生长季WUE和RUE空间变化特征
•   5.7 中亚地区不同植被覆盖类型的退化风险评价
•     5.7.1 旱作农田的退化风险评价
•     5.7.2 温带草原的退化风险评价
•     5.7.3 灌木的退化风险评价
•     5.7.4 稀疏植被的退化风险评价
•   5.8 小结
• 6 中亚地区土地退化评价与驱动力分析
•   6.1 土地生产力
•   6.2 土地覆盖
•   6.3 土壤有机碳
•   6.4 基于联合国可持续发展目标（SDG）的中亚地区土地退化评价及驱动力分析
•   6.5 小结
• 7 讨论与结论
•   7.1 讨论
•   7.2 结论
•     7.2.1 中亚地区气候变化特征
•     7.2.2 中亚地区植被生长和土地覆盖的动态变化
•     7.2.3 中亚地区植被退化风险评价
•     7.2.4 基于联合国可持续发展目标（SDG）的中亚地区土地退化评价及驱动力分析
•   7.3 创新点与展望
•     7.3.1 创新点
•     7.3.2 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 魏巍

导师: 王百田,杨晓晖

关键词: 中亚地区,关联,趋势面分析,植被退化,土地退化

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: 国家国际科研合作项目--中哈丝绸之路经济带土地退化监测与评价技术合作研究(2005DFR31130),中国林科院中央公益性科研院所基本科研业务费专项重点项目--“一带一路”荒漠化技术集成于应用(CAFYBB2017ZA006),科技基础资料调查专项--中蒙俄国际经济走廊地理环境本底与格局考察(2017FY101301),国家自然科学基金面上项目--竞争调控沙地天然樟子松树木生长动态及其气候适应性的树轮生态学研究(31670715),国家重点研发计划课题--生态畜牧业和沙草土地治理技术集成和产业示范(2016YFC0500908),国家重点研发课题--京津冀风沙源区土地沙化形成机制与生态修复机制(2016YFC0500801),国家重点研发计划课题—灌丛化草地植被恢复与风蚀控制技术(2016YFC0500804)

分类号: Q948

DOI: 10.26949/d.cnki.gblyu.2019.000103

总页数: 205

文件大小: 38737K

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