中国农田植被时空变化特征及其气候影响因子分析

发布时间：2020-06-05 09:06

【摘要】：植被是地球系统研究中物质与能量循环的关键环节,其监测与动态机制研究是目前研究的重点与热点问题。农田作为重要的陆地植被类型之一,约占全球非冰冻陆地面积的12%左右。随着全球变暖和人类活动的影响呈现了增加趋势。因此,研究农田植被的时空变化特征及其影响因子变得日益重要。农田植被相比自然植被具有独特的物候特征,造成这一特征的主要原因是农田的熟制。本文将中国农田作为研究对象,使用植被指数(GIMMS NDVI3g)、气象数据、中国农业区划数据以及土地利用类型等数据,以农田熟制为研究切入点。基于HANTS方法和农田植被的物候特征,提取出1982年至2013年的农田熟制信息,并进一步分析了我国农田熟制多年时空变化特征。结合农田复种的生长季特征,进而分析了我国农田植被时空特征与多年变化,并从温度和降水的角度分析了潜在气候影响因子。本文主要内容与结果有:(1)基于1km 土地利用数据分析表明,1980-2015年间,农田增加区域主要位于我国北方,而南方区域呈现了下降趋势。然而这种变化并未引起我国农田在空间分布格局特征的变化,即农田始终主要分布在东北平原、华北平原、四川盆地和西北灌溉区。植被指数NDVI分辨率为1/12度,时间为1982-2013年。因此采用2010年的1km分辨率土地利用类型数据作为参考,对农田在1/12度上进行提取。依据农田比重将1/12度农田分为三类:低农田比重区(LC:0-50%)、中农田比重区(MC:50%-75%)、高农田比重区(LC:75%-100%),其中MC与LC可视为农田区,而LC区域信号更侧重自然植被的影响。利用中国农业区划数据将我国分为9个农业区。在各农业区,对三类农田比重区的NDVI多年平均季节特征进行对比分析。结果表明,农田区(MC和HC)与LC(即自然植被为主导)有着明显物候差异,特别是复种农田为主的区域。而MC与HC的物候差异较小,仅存在于个别农业区。(2)我国农田种植制度从北往南逐渐从单一走向多样化,复种指数逐渐增加。多熟制农业区的种植制度则复杂多样,但仍以二熟制为主。1982-2013年间,我国农田复种指数呈上升趋势(0.156%yr-1),全国仅华南区的复种指数呈下降趋势(-0.248%yr-1)。全国大部分农田的复种指数无显著变化。(3)本文使用二熟制的农作物的物候特征和自然物候划分生长季,包括一般生长季(GS:4月-10月)、夏播作物的夏秋生长季(SCS:6月-10月)、秋播作物的冬春生长季(WSC:11月-5月)。1982-2013年间,MC和HC农田区域的年平均NDVI年际变化呈显著的上升趋势,趋势值分别为0.485×10-3yr-1、0.508×10-3yr-1。年均增长主要是由夏秋生长季的生长贡献的。在国家和区域尺度上,不同生长季(SCS vs WCS)农田植被年际变化出现了很强的不对称变化趋势。特别是农田分布最为广泛的东北地区、黄淮海地区和长江中下游地区。东北地区农田NDVI在SCS和WCS期间分别呈现了上升与下降趋势。与之相对的,在黄淮海区和长江中下游区,农田NDVI的增加主要出现在WCS期间,其变率远大于SCS期间。(4)温度与降水1982-2013年间的多年变化趋势表明,温度多年变化在全国大范围呈显著上升趋势。尤其是在多熟制区域,温度在冬春生长季的上升趋势大于其他生长季。降雨在全国尺度无显著变化,在一熟制区域冬春生长季有显著的上升趋势。相关分析表明,气温与多熟制农田NDVI在WCS期间相关性较高。因此,黄淮海区和长江中下游区的农田NDVI不对称变化趋势的主要气候驱动因子是温度,这是因为冬春生长季变暖相对夏秋生长季的变暖更能刺激植被的生长。而降水与东北地区农田在WCS季节呈现较强负相关性。因此,东北地区(一熟制)不对称变化趋势则主要是降水导致的。但具体的影响机制有待进一步的研究。
【图文】：

空间分布,分布概况,研究数据

使得农田减少１６３］。为了消除土地利用类型转换带来的空间分布变化的差异，此次研宄只逡逑使用了邋２０１０年的土地利用类型数据来提取中国的农田区域。逡逑如图２．１所示，中国的农田大致分为水田和旱地两种，呈南北分布。农田主要分布逡逑在东部季风区，以及西北的一些灌溉农业。这与我国的气候分布有关，我国北方地区多逡逑属于温带季风气候，降水相比南方地区较少，所以北方农田类型主要是旱地。近年来由逡逑于农业科技的发展，农田灌溉设施的出现，使得北方水田面积在不断的增加，有效地提逡逑高了北方的粮食产量。我国南方地区属于亚热带季风气候，降水丰富，土壤含水量较高，逡逑农田类型主要是水田。在我国西南地区的旱田与气候的关系不大，主要与该地区的地形逡逑地貌有关。我国农田主要集中于东北平原、华北平原、长江中下游平原和四川盆地等湿逡逑润平坦地区。对应于综合农业区（农业区说明在２．２部分），则耕地主要在：东北区、逡逑黄淮海区、西南区、长江中下游区（图２．２）。逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦ｋ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑■Ｂ＇Ｔ？原；地逦＇、＇■邋０逦．邋Ｉ邋Ｉ逡逑１０°邋Ｎ邋？逦＿邋＞２５坡度地？地逦逦１逦１逦！逦＞逦１－逡逑８０°邋Ｅ逦９０°邋Ｅ逦１００°邋Ｅ逦１１０°邋Ｅ逦１２０。Ｅ逦１３０°邋Ｅ逡逑图２．１邋２０１０年中国农田分布概况逡逑２．２研究数据逡逑２．２．１综合农业区划数据逡逑我国地域辽阔，横跨众多的气候带和干湿地区，，又因地形西高东低，呈阶梯状分布，逡逑

综合农业,区划图,种植制度

为了能更好的描述中国农田植被的时空变化特征，更清楚地了解农田种植制度对农逡逑田植被变化的影响，需依据中国的农田种植制度区域划分的空间分布特征，做进一步的逡逑分析。图２．２展示的是中国综合农业区划图，因本文研究只针对农田地类研究，所以不逡逑展示中国综合农业区划数据的海洋水产区。表２．１对９大农业区的种植制度特征进行了逡逑简单的描述。逡逑１逡逑４０°邋Ｎ邋－逡逑３０－■邋ｌｉｇ邋９邋＇逡逑嫌邋Ｈ逡逑■邋江屮卜游区逦＾逦＇，在欲．逡逑＿邋☆舰逦Ｗ逦ｉ＇ｒｖ逡逑（．赀ｉ＋．商原区逦１逦？逡逑．逦，逦，逦Ｊ邋－－邋．丨逡逑８０°邋Ｅ逦９０°邋Ｅ逦１００°邋Ｅ逦１１０°邋Ｅ逦１２０°邋Ｅ逦１３０°邋Ｅ逡逑图２．２中国综合农业区划图逡逑ＩＩ逡逑
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P461

【参考文献】