秦岭山地森林生态系统净初级生产力模拟与预估

发布时间：2020-04-21 07:34

【摘要】：净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是指植物光合作用固定的碳与自养呼吸消耗的碳的差值,是衡量气候变化对生态系统影响的重要指标之一。NPP不仅可以反映生态系统中植被的生长情况,同时也是陆地碳循环的重要组成部分之一。NPP估算的主要方法有实测法和模型模拟法两种,目前较为常用的模型模拟的方法能够高效准确地对区域或全球尺度的NPP进行估算,是研究区域或全球尺度NPP最为重要的手段。秦岭是我国重要的自然地理标识,不仅是我国的南北分界线,而且蕴含着丰富的动植物资源,探究秦岭山地NPP的变化趋势对研究气候变化影响以及区域生态系统管理有着至关重要的作用。本研究根据IPCC第五次评估报告中给出的排放情景(RCP4.5和RCP8.5),利用秦岭山地的气象数据、NDVI数据、全球气候模式数据、NCEP再分析数据,首先利用C-FIX模型模拟了2000-2015年秦岭山地的NPP并研究其与气候条件的关系,并构建NPP与气候条件的辅助模型;再利用ASD统计降尺度模型预估了2016-2100年秦岭山地的气候变化情况;最后将2016-2100年的气候情景数据带入辅助模型从而模拟出2016-2100年秦岭山地NPP的变化情况,进而分三个时期(2016-2040,2041-2070,2071-2100)对NPP的变化情况进行区域分析。研究结果如下:(1)2000-2015年陕西境内秦岭山地森林生态系统NPP范围是0-1253.73 gC·m~(-2)·a~(-1),平均值为1019.46gC·m~(-2)·a~(-1);分布状况主要表现在:南坡明显高于北坡,西部要高于东部,高海拔林地低于中低海拔林地,人口聚集区低于天然林地。年际变化方面,2000-2015年NPP值年际波动较大,但增长趋势十分明显,从NPP的变化趋势来看,大致可以将其分为两个阶段:2000-2010年间NPP年际波动较大,上升趋势不明显;2010-2015年除去2014年外,NPP呈现急速上升趋势。(2)2000-2015年秦岭山地NPP变化与气温变化有很强的一致性:随着气温的升高,NPP值不断升高。气温与当月NPP存在极显著相关性。降水变化与NPP变化也有一定的一致性,但一致性不高,降水变化对NPP有一定的影响能力,但不是最主要的影响因素。气温与降水对NPP的影响均没有滞后效应。(3)21世纪未来时期NPP变化从年尺度上来说,在RCP4.5情景下,秦岭山地NPP在未来三个时期较基准期的增加量分别为53.36gC·m~(-2),75.35 gC·m~(-2),79.93gC·m~(-2),说明秦岭山地NPP在21世纪前期的增长量最大,中期增长开始变缓,到了后期NPP的变化微乎其微;在RCP8.5情景下,秦岭山地在未来三个时期较基准期的NPP增加量分别为55.06 gC·m~(-2),94.54 gC·m~(-2),132.61 gC·m~(-2),说明秦岭山地的NPP逐步增加,且有增长率越来越高的趋势。(4)21世纪未来时期NPP变化区域尺度上来说,在RCP4.5情景下,21世纪初期NPP较基准期增长率分布方式为:负增长率分布在海拔较高区域,中部增长率较低,西北部增长率最高;中期分布方式为:西北部区域增长率较高,南部区域以及高海拔区域增长率较低;后期分布方式为:中部中高海拔区域以及北部区域增长率较高,高海拔区域增长率较低。在RCP8.5情景下,21世纪初期秦岭山地NPP增长率主要分布方式为:西北以及东北部部分区域的增长率最高,中部区域的增长率相对较低;中期分布方式为:增长率较低(10%)的区域主要分布在南部以及西部区域,中部区域的增长率相对较高,西北部区域的增长率最高;21世纪后期的分布方式为:整体的分布方式呈现明显的阶梯状分布:由南向北,由东向西增长率逐步升高。
【图文】：

第二章 研究区概况第二章 研究区概况2.1 地理位置广义上的秦岭横跨甘肃、陕西、河南三省，横跨我国中部地区。广义上的秦岭是黄河和长江的分水岭，，是我国 1 月 0℃等温线、800mm 等降水线以及 2000h 日照时数等值线，也是我国南方和北方的分界线。狭义上的秦岭仅包含陕南以及渭河与汉江之间的山地[65]。本文的研究区为陕西境内的秦岭，即“陕西秦岭”，其范围比广义上的秦岭要小，比狭义上的秦岭要大，位于北纬 32°22'～34°46'，东经 105°41'～111°7'之间（图 2），面积约为 55000 平方公里，约占陕西省总面积的 25%，占广义上秦岭面积的 80%以上，北临渭河，南面汉江。包含商洛、汉中、安康、宝鸡、咸阳、渭南和西安等七个地级市 34 个县区。秦岭主峰为太白山，最高海拔为 3771.2m。

西北大学硕士学位论文汉江等的发源地，这些河流流程较长，比降小，水量充沛；而秦岭以北则相反，太阳辐射较弱、年均气候较低、降水量也偏少，属温带季风气候，秦岭北坡是渭河南岸支流的发源地，这些支流流程短，流速快，部分水流出山口后常潜入洪积、冲积扇裙之下，用于补充地下水。2.3 植被分布秦岭山地特殊的地理位置使其拥有极为丰富的动植物资源，是我国温带植物最丰富、山地植被最典型的区系之一（图 3）。其中占秦岭山地森林生态系统面积最大的是阔叶林地，占总面积的 36.46％；其次是灌丛和栽培植被区，栽培植被区主要包括经济林带以及农作物区。秦岭山地的植被分布有着显著的垂直地带性。按照海拔由高到底的顺序，秦岭北坡分为灌丛草甸带、针叶林带、针阔叶混交林带和落叶阔叶林带，因长期的农业开发，现多为次生林；秦岭南坡分为灌丛草甸带、针叶林带、针阔叶混交林带、落叶阔叶林带和常绿阔叶林带[68]。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S718.5

【参考文献】

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本文编号：2635529