陕北植被恢复过程中PUE与土壤侵蚀变化特征及其关系研究

发布时间：2020-11-17 15:01

　　 在人类活动和全球气候暖干化的影响下,陕北生态环境退化严重,土壤流失及干旱化问题突出。1999年,陕北全区实施退耕还林还草政策,为中国退耕还林还草的重点实验区。在退耕还林还草背景下,定量化准确把握陕北生态恢复的“过程-格局-效应-服务”的变化特征,可为陕北的生态恢复制定有效的宏观调控措施,为精准地推进退耕还林还草政策提供依据。针对陕北主导性生态问题和退耕还林还草政策的生态目的,本文结合退耕还林还草政策和植被覆盖度变化特征,基于遥感手段和模型构建的方法,定量化评价陕北植被恢复情况,应用多个模型估算陕北PUE(植被降水利用效率)和土壤侵蚀量,并根据实测数据、相关文献及统计数据等多种数据源对估算结果进行对比验证,择取最优模型,确保研究数据的精确性和可靠度,探讨退耕还林还草背景下,陕北PUE与土壤侵蚀的恢复／退化状况,进一步利用QQPlot分布、皮尔逊相关及协整检验等方法分析各指标间关系,得到的主要结论如下：(1)综合各指标对比结果显示,所筛选的各指标数据的可靠性和精确度较高。基于NPP的PUE估算值优于基于累计NDVI的PUE计算结果；基于CSLE模型的土壤侵蚀量在本地区的适应性高于RUSLE模型。与实测数据、其他模型测算结果及同一地区、同一时间的NASA官方NPP测算结果的对比,发现基于CASA模型的NPP测算结果的可靠性较强；校正后气温、降水量空间插值结果明显优于校正前。(2)陕北植被恢复的生态效应表现出明显的空间分异格局。2000-2014年陕北植被覆盖度明显上升,表明该地区植被恢复效果良好。植被恢复过程中,PUE整体呈现上升趋势,表明植被生产力水平有所提高(PUE上升)；土壤侵蚀量除部分特殊年份,整体呈逐年下降趋势,反映退耕还林还草政策对改善区域生态质量具有积极作用。生态恢复效应表现出明显的空间分异格局,这种空间分异格局与自然地理因子的空间差异具有较强的空间关联性。陕北的PUE空间格局受水热格局的影响显著,大体呈现“南高北低”空间格局；土壤侵蚀在地势起伏较大及部分河流沿岸地区侵蚀严重。(3)植被恢复期与植被巩固期PUE和土壤侵蚀表现出显著的空间分异特征。植被恢复期,陕北PUE整体呈上升趋势,但通过M-K检验的比例极少,其中,改善区为3.5%,退化区为0.5%；陕北土壤侵蚀量呈下降趋势的面积约占总面积的59.1%,利用M-K方法对土壤侵蚀量进行等级划分,结果显示土壤侵蚀改善区主要位于陕北中北部地区,约占总面积的7.1%。植被巩固期内,陕北PUE整体改善成效略低于植被恢复期,陕北北部及南部地区PUE均有所下滑,退化区面积与恢复期相比有扩大趋势；陕北土壤侵蚀改善区面积较恢复期增长了0.21%,土壤侵蚀退化区明显下降,约占总面积的4.5%,说明植被巩固期土壤侵蚀改善效果有所增长。(4)研究期内,PUE及土壤侵蚀量冷热区集聚特征存在明显不同,但PUE与土壤侵蚀量变化趋势冷热集聚特征相似。PUE空间集聚受水热格局作用显著,热区范围主要集中在子午岭和黄龙山地区,冷区主要分布于陕北长城以北地区；土壤侵蚀量空间集聚热区集中分布于河流沿岸和地势起伏较大区域,冷区集中分布于陕北北部较为干旱区。植被恢复过程中,PUE与土壤侵蚀量变化趋势热区范围均集中分布于陕北中北部地区,冷区范围位于陕北南部地区。(5)不同植被恢复特征下,PUE与土壤侵蚀量变化趋势有明显差异。不同植被恢复特征下,标准化PUE中位数分布特征为：显著改善(0.67)轻微改善(0.21)不明显改善(0.19)不明显退化(-0.14)轻微退化(-0.78)显著退化(-0.91),标准化土壤侵蚀量中位数变化特征为：显著退化(0.97)轻微退化(0.49)不明显改善(-0.09)不明显退化(-0.11)轻微改善(-0.53)显著改善(-0.62),说明植被覆盖的改善促进了植被降水利用效率的提高,抑制了土壤侵蚀量的增长。(6)陕北植被覆盖度与PUE及土壤侵蚀的关系密切。植被覆盖度及PUE之间基本保持良好的同步增长的关系；土壤侵蚀量与植被覆盖度或与PUE的关系较为复杂,只有当植被覆盖度或PUE达到某一值时,土壤侵蚀量与植被覆盖度或PUE呈现出此消彼长的特征趋势；陕北各生态区植被覆盖度与PUE的长期均衡关系主要集中于陕北南部地区,大部分地区土壤侵蚀量与PUE或植被覆盖度长期处于均衡状态。
【学位单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S157
【部分图文】：

２．１硏究区概况??２丄１自然地理概况??陕北（图２－１）地处陕西省北部地区，为陕、晋、蒙、甘、宁五省交界地带，??地理位置介于北绅３５°２１＇？３９°３４，东经１０７°４１＇？之间，地区总面积达??８０２８０ｋｍ２，约占陕西省总面积的３９％，行政范围含延安、愉林两个地级市，其中，??延安市包含１个市辖区和１２个县，分别为宝塔区、延长县、延川县、子长县、安??塞县、吴旗县、甘泉县、富县、洛川县、志丹县、宜川县、黄龙县、黄陵县；愉??林市包括２个市辖区和１０个县，分别为愉阳区、横山区、府谷县、神木县、佳县、??吴堡县＾缓德县、米脂县、靖边县、子洲县、定边县、清涧县。??＾ｚｎ＿公Ｉ觀划??；［－渐｜隋±頒农业生态区??拜西＊知＇?口－子午玲水源脯区生态区??ＪＬ?ｉｎ－宜延黄止梁±巧侵蚀敏惑生态区??Ｉ命吟嫩ＩＶ－化梁巧水止流失控制生态区??一?Ｖ－白于山南侧水止保持控制生态Ｅ??ＶＩ－輔脯贈、織化控制生??ｖ＾±账陵ＡＳ化流麵??ＩＸ－耐獅潍掛性态区??高桂（ｍ）?Ｘ－木愉神府黄止誦賺制生??ＳｆＨｗＵＷＩ?Ｘｌｉ龙山、巧山水源涵养生态区??Ｌｏｗ：５０５?２２５?４５０ｋｍ?ＸＩＩ－黄河沿岸王巧侵浊敏感生态区??图２－１研巧区示意图??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?Ｓｔｕｄｙ?ａｒｅａ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｎｏｒｔｈｅｒｎ?Ｓｈａｎｎｘｉ??陕北地处黄主高原，地形ｗ高原、丘陵为主，属黄±高原丘陵沟壑区，地区??除黄龙山外，整体海拔呈现西高东低的特征，平均海拔在ｌｌＯＯｍ左右ｔｉｗｉ。陕北西??北地区地处毛乌素沙漠

２．１硏究区概况??２丄１自然地理概况??陕北（图２－１）地处陕西省北部地区，为陕、晋、蒙、甘、宁五省交界地带，??地理位置介于北绅３５°２１＇？３９°３４，东经１０７°４１＇？之间，地区总面积达??８０２８０ｋｍ２，约占陕西省总面积的３９％，行政范围含延安、愉林两个地级市，其中，??延安市包含１个市辖区和１２个县，分别为宝塔区、延长县、延川县、子长县、安??塞县、吴旗县、甘泉县、富县、洛川县、志丹县、宜川县、黄龙县、黄陵县；愉??林市包括２个市辖区和１０个县，分别为愉阳区、横山区、府谷县、神木县、佳县、??吴堡县＾缓德县、米脂县、靖边县、子洲县、定边县、清涧县。??＾ｚｎ＿公Ｉ觀划??；［－渐｜隋±頒农业生态区??拜西＊知＇?口－子午玲水源脯区生态区??ＪＬ?ｉｎ－宜延黄止梁±巧侵蚀敏惑生态区??Ｉ命吟嫩ＩＶ－化梁巧水止流失控制生态区??一?Ｖ－白于山南侧水止保持控制生态Ｅ??ＶＩ－輔脯贈、織化控制生??ｖ＾±账陵ＡＳ化流麵??ＩＸ－耐獅潍掛性态区??高桂（ｍ）?Ｘ－木愉神府黄止誦賺制生??ＳｆＨｗＵＷＩ?Ｘｌｉ龙山、巧山水源涵养生态区??Ｌｏｗ：５０５?２２５?４５０ｋｍ?ＸＩＩ－黄河沿岸王巧侵浊敏感生态区??图２－１研巧区示意图??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?Ｓｔｕｄｙ?ａｒｅａ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｎｏｒｔｈｅｒｎ?Ｓｈａｎｎｘｉ??陕北地处黄主高原，地形ｗ高原、丘陵为主，属黄±高原丘陵沟壑区，地区??除黄龙山外，整体海拔呈现西高东低的特征，平均海拔在ｌｌＯＯｍ左右ｔｉｗｉ。陕北西??北地区地处毛乌素沙漠

Ｆｉｇ．３－１?Ｔｈｅ?ｓｐａｔｉａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏ口?ｂｅｔｗｅｅｎ?ＰＵＥ?（ＮＰＰ）?ａｎｄ?ＰＵＥ?（ＮＤＶＩ）??进一步验证基于ＮＰＰ的ＰＵＥ与基于累计ＮＤＶＩ的ＰＵＥ测算结果的相关关系，??根据ＡＲＣＧＩＳ的渔网创建功能，统计陕北基于渔网单元的二者的相关性（图３－２）。??ＰＵ巧累计ＮＤＶＩ）明显小于ＰＵＥＣＮＰＰ），但二者呈现极高的线性相关，ＰＵＥ（ＮＰ：Ｐ）约??为ＰＵ巧累计ＮＤＶＩ）的２倍，相关系数为０．９２３，畳信度在０．００１水平上显著，因此，??可知二者相似度极高，基于ＮＰＰ测算所得ＰＵＥ具有极高的可信度。??０．５０?ｒ?／??／／??Ｉ?０，３０?－??＾?０．＾０?３ＳＨ：??０．１０??＊?＊?■?■?＇??０１０?０．３０?０．５０?０．７０?０．９０?１．１０??Ｒ孤＜Ｋｍ??图３－２基于ＮＰＰ与基于累计ＮＤＶＩ的ＰＵＥ散点图??Ｆｉｇ．３－２?Ｔｈｅ?ｓｃａｔｔｅｒ?ｄｉａｇｒａｍ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ＰＵＥ?（ＮＰＰ）?ａｎｄ?ＰＵＥ?（ＮＤＶＩ）??３．２．２?±壤侵蚀估算结果的比较验证??ＲＵＳＬＥ与ＣＳＬＥ模型是当前较为常用的大尺度±壤侵蚀量测算模型，很多学??者针对单一模型做了不少研究，众研究［７０＇７３］均表明，民ＵＳＬＥ模型及ＣＳＬＥ模型对??陕西止壤侵蚀量估算均有较好的适用性。基于此，本文综合利用两种模型对陕北??±壤侵蚀量进行估算
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 查良松;邓国徽;谷家川;;1992-2013年巢湖流域土壤侵蚀动态变化[J];地理学报;2015年11期

2 王姝;张艳芳;位贺杰;张宏运;;生态恢复背景下陕甘宁地区NPP变化及其固碳释氧价值[J];中国沙漠;2015年05期

3 岳大鹏;李奎;刘鹏;颜艳;李炜;;基于RUSLE的黄土洼小流域土壤侵蚀与水土保持研究[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2015年02期

4 位贺杰;张艳芳;朱妮;王鹏涛;喻元;;基于MOD16数据的渭河流域地表实际蒸散发时空特征[J];中国沙漠;2015年02期

5 封志明;杨艳昭;游珍;张景华;;基于分县尺度的中国人口分布适宜度研究[J];地理学报;2014年06期

6 姚玉璧;王润元;王劲松;王莺;杨金虎;李俭峰;雷俊;;中国黄土高原春季干旱10a际演变特征[J];资源科学;2014年05期

7 韦振锋;任志远;张翀;张嘉琪;;1999—2010年陕甘宁黄土高原区荒漠化空间特征[J];中国沙漠;2014年05期

8 王广成;李鹏飞;;煤炭矿区复合生态系统及其耦合机理研究[J];生态经济;2014年02期

9 穆少杰;周可新;齐杨;陈奕兆;方颖;朱超;;内蒙古植被降水利用效率的时空格局及其驱动因素[J];植物生态学报;2014年01期

10 张艳芳;朱妮;;基于CASA模型的榆林碳源/汇平衡与生态盈余研究[J];中国农业科学;2013年24期

本文编号：2887639