基于遥感技术的宁夏陆地生态系统碳水利用效率特征

发布时间：2020-11-07 19:17

　　 碳水利用效率包括碳利用效率(Carbon use efficiency,CUE)和水分利用效率(Water use efficiency,WUEhCUE反映植被生态系统在光合作用下将大气中CO2转化为生物量能力的大小,亦可评判影响植被生产力的呼吸作用的大小,而WUE可以直观评价陆地生态系统碳水耦合程度并反映其耦合性。宁夏生态系统复杂多样,主要包括农田、草地、森林、聚落、荒漠、水体与湿地、其他这七类。在过去的十几年中,宁夏在中南部地区实施了退耕还林、退牧还草等生态恢复工程,北部灌区也在进行农业产业结构调整和种植结构优化,这很大程度上改变了该区域的土地覆盖类型和生态系统结构,导致生态系统的碳累积能力和水循环过程发生变化。然而,区域尺度上不同生态系统的CUE和WUE有何特征,近几十年如何变化尚不清楚。为此,本文基于MODIS数据、生态系统类型等空间数据,利用遥感结合地理信息系统的时空分析手段,研究了 2000-2017年宁夏不同生态系统的CUE和WUE特征,探讨了他们时空变化的影响因子,研究主要结果如下:(1)年内尺度上,宁夏陆地生态系统的CUE与该区域植物的呼吸消耗成极显著负相关(R=-0.959,P0.01),与植被总初级生产力(R=-0.88,P0.01)以及降水量(R=-0.84,P0.01)也呈极显著负相关;WUE变化与ET(Evapotranspiration,ET)呈显著正相关(P0.05),与NPP(Net primary production,NPP)呈极显著正相关(P0.01),这与植被的年内季节性生长过程有关。年际尺度上,宁夏陆地生态系统WUE与年蒸散有极显著负相关性(P0.01),而与净初级生产力没有相关性。(2)全区陆地生态系统的年均CUE为0.78,值域在0.46—0.86之间,CUE分布呈现出空间异质性;不同生态系统的CUE差异较大,在同类生态系统中,植被生物量和盖度越高的二级亚类,其CUE不一定越高,草地和林地的各亚类,其植被生物量和盖度与其CUE成反比。宁夏陆地生态系统CUE年内呈现双峰形态分布,年际间存在着下降趋势。(3)影响不同生态系统年内生长季CUE的因素不同,排除植物呼吸这一影响因子外,对草地、荒漠、聚落以及其他生态系统产生最大影响的因子为GPP,对农田、森林、水体及湿地生态系统而言是ET,而对其他生态系统而言,降水是CUE的最大影响因子。(4)全区年均WUE为1.03 g·C/kg·H20,值域在0.55-2.98 g-C/kg·H20之间,总体上呈现南北高、中部低的特征。不同生态系统的WUE差异也比较大,由高到低为水体及湿地、森林、农田、草地、聚落、荒漠和其他生态系统,但是在同类生态系统中,植被生物量和盖度越高的亚类生态系统,其WUE也越高。与此同时,该地区陆地生态系统的WUE也存在着0.0141 g·C/kg·H2O·a的下降趋势,但在年内WUE呈典型的单峰形态,变化范围在0.02-2.16 g·C/kg·H20之间。(5)根据ET强弱和WUE高低,可将宁夏陆地生态系统水分利用效率特征划分为4类。即低ET低WUE区、低ET高WUE区、高ET低WUE区和高ET高WUE区。宁夏的生态恢复工程在增强植被生产力的同时,也增强了区域水分消耗,致使陆地生态系统整体水分利用效率下降,这为宁夏未来水资源调控和生态重建提供了科学依据。
【学位单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP79;Q948
【部分图文】：

Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｉｄｅａｓ??综合以上思路，本论文的具体研究内容如下：??（１）?ＭＯＤＩＳ数据的合成以及气象数据的插值??ＭＯＤＩＳ数据包括陆地４级标准数据产品ＭＯＤ１７Ａ２，主要为８天合成的ＧＰＰ数据和ＮＰ据，以及ＭＯＤ１６Ａ２，主要为８天合成的ＥＴ数据，空间分辨率均为０．５ｋｍ。由于ＭＯＤＩＳ数高时间分辨率，可以利用８天合成的ＧＰＰ、ＮＰＰ以及ＥＴ加权计算月尺度以及年尺度的植被力以及蒸散量。从而更进一步计算研究区的碳利用效率和水利用效率。??（２）?生态系统的分类??以中国寒区旱区科学数据中心发布的２０丨０年１：１０万土地利用数据为基准，参照中国科态环境研宄中心的生态系统分类标准，对研宂区的范围进行提取，按照一级分类标准分为草地、森林、水体及湿地、荒漠、聚落和其他七大生态系统。按照二级分类标准，对主要植态系统进行细分，共分为水田、平原旱地、丘陵旱地、山地旱地、低覆盖度草地、中覆盖度草高覆盖度草地、其他林地、疏林地、灌木林以及有林地共１１个亚类。??（３）?碳水利用效率的计算及时序变化特征??利用植被净初级生产力与总初级生产力之比来计算２０００－２０１７年研究区的碳利用效率，具有时间序列的年内和逐年的宁夏全区ＣＵＥ，通过计算ＣＵＥ的多年均值研究宁夏ＣＵＥ的空。

草地和森林面积增长。现在的宁夏，生态系统种类多样且分布不均，可分为农田生态??系统、草地生态系统、森林生态系统、聚落生态系统、荒漠生态系统、其他生态系统以及水体与??湿地生态系统这７大类（图２－１），农田生态系统主要分布在引黄灌溉区和中南部部分丘陵雨养农??业区，面积约为１．６７ｘｌ０４?ｋｍ２，占全区面积的３２．２０％；草地生态系统广泛分布于宁夏中部千旱带、??－１０－??

３．２净初级生产力特征??３．２．１?ＮＰＰ年际变化特征分析??宁夏陆地生态系统２０００－２０１７年的年均ＮＰＰ值变化如图３－３所示，近１８年的宁夏陆地生态??系统ＮＰＰ处于不断起伏上升的趋势，其上升趋势通过了显著性检验（Ｐ＜０．０１），线性趋势分析结??果表明，其增长斜率为５．３７?ｇ＿Ｃ／ｍ２?ａ。其中，２０００年的ＮＰＰ均值最小，约为１４２．００?ｇ?Ｃ／ｍ２?ａ，??在２０１２年全区生态系统的ＮＰＰ均值达到最高，为２８２．７３?ｇ＿Ｃ／ｍ２?ａ。虽然２００５－２００９年，全区ＮＰＰ??波动不明显，但从总体上看，］８年间的宁夏ＮＰＰ年际变化程波动性上升趋势。??３００??ｒ?５．３７３８．ＶＨ－?１７４．６２?／??２５０?Ｐ?＜０．０１?／?？？？－？??Ｌ??１００?；???；?：?＇?＇?１?；?＾！?：?＾！????２０００?２００２?２００４?２００６?２００８?２（丨丨?０?２０１２?２０１４?２０１６??年份??图３－３?２０００－２０１７年宁夏陆地生态系统ＮＰＰ多年均值年际变化趋势??Ｆｉｇ?３－３?Ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ａｎｎｕａｌ?ａｖｅｒａｇｅ?ＮＰＰ?ｆｒｏｍ?２０００?ｔｏ?２０１７?ｉｎ?ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ?ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?Ｎｉｎｇｘｉａ??－１９－??
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本文编号：2874368