退耕还林后黄土高原植被覆被变化过程及未来分布预测

发布时间：2020-04-09 02:06

【摘要】：为探究黄土高原地区退耕还林后的植被覆被动态变化及其驱动因素,基于MODIS/NDVI植被遥感数据和ESA CCI-LC植被覆被分类数据,对黄土高原全区与不同植被覆被类型区NDVI的季节、年变化趋势进行分析,并利用线性趋势分析、F检验、Pearson相关分析、多元线性回归模型、通径分析等方法,从年尺度与季节尺度分别分析全区与不同植被覆被类型区气温、降水、相对湿度、日照等因素对植被NDVI的作用机制,结合各省(自治区)统计年鉴数据,选取人口密度、人均GDP、单位面积粮食产量等指标,分别从县域与全区尺度上分析人类活动对植被覆盖造成的影响,并使用CA-Markov模型对未来10年黄土高原不同植被覆被类型分布进行预测,主要结果如下:(1)2000~2015年,黄土高原地区植被覆被类型与生长状况均有较大改变。植被覆被类型变化较大的区域主要分布在黄土高原西北部草地与荒漠的过渡地带、西南部地区、陕北地区以及山西中部地区。总体上,黄土高原地区林草植被面积在不断扩大,但增速较之城市化进程明显缓慢,农田面积减少,同时镶嵌类型的植被面积也有大幅降低。全区大部分区域NDVI均值在春、夏、秋、冬四季均呈显著增加趋势,增加幅度多数区域均低于0.02/a。年NDVI显著增加范围占全区74.25%,不同植被覆被类型年NDVI也呈显著增加趋势,其中常绿阔叶林和农田增加幅度最大,为年均0.012/a。自退耕还林以来,黄土高原地区植被覆被得到极大改善。(2)年尺度上不同植被覆被类型NDVI与气候因子的相互关系较能揭示黄土高原气候变化对植被的作用机制。常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林及镶嵌林地等以乔木为主的植被覆被类型受年均相对湿度和年总日照时数显著负效应驱动,草地、镶嵌草地等以草本为主的植被覆被类型则受到年总降水量的显著正效应影响。气温无论在整个区域尺度还是不同植被类型区对植被的影响均不显著。(3)在全区和不同植被覆被类型区降水都与NDVI呈正相关,说明黄土高原地区植被对降水的响应基本一致。日照在全区与植被NDVI呈负相关,在不同植被覆被类型区仅与灌木NDVI正相关。降水量少、相对湿度低、日照时间长的区域气温与NDVI呈负相关,降水量大,相对湿度大,日照时间短的区域气温与NDVI呈正相关。不同植被覆被类型对相对湿度的响应与气温完全相反,负相关区域相对湿度大,正相关区域相对湿度低,说明相对湿度的变化范围超过了植被生长的耐受限度。(4)县域尺度上,各县年NDVI均呈显著增加趋势,大部分区域人口密度呈显著增加趋势,全区绝大多数县人均GDP呈极显著增加趋势,粮食单位面积产量自2001年以来有显著增加。人口密度、人均GDP、单位面积粮食产量与NDVI在大部分区域为显著正相关。在全区尺度,NDVI对各社会经济指标与县域有较为一致的响应。人均GDP、人口密度、粮食单位面积产量均与呈NDVI极显著正相关,人口密度、人均GDP、粮食单位面积产量与NDVI间的回归方程均在p0.001水平极显著,回归方程系数分别为3.2E-03、3.1E-06、0.079,说明NDVI对单位面积粮食产量变化的响应最敏感,其次是人口密度,对人均GDP变化的响应权重较小。(5)模型预测结果显示相比于2015年,2025年黄土高原地区农田、镶嵌草地、灌木、镶嵌林地、常绿阔叶林、落叶阔叶林等植被覆被类型的分布面积有小范围减少,幅度均低于3%。裸地减少的幅度较大,为2015年的11.7%。草地、常绿针叶林相比2015年有小幅度增加,均不到1%。落叶针叶林、城市分布范围有明显增加,幅度分别为2015年的45.78%、111%。
【图文】：

点分布,气象站

东西绵延约 1000 km，南北地跨 750 km 左右，面积约 64 万 km2岭、伏牛山以北，长城沿线以南（包括内蒙古准格尔到和林格尔黄土丘麓深断裂带以西（包括豫西黄土丘陵区），，日月山、乌鞘岭以东。该区气候，年均温为 9~12℃，年均降雨量在 100~800 mm 之间。受全球气黄土高原在 1961~2010 年间年均气温总体增幅约 1.91℃，年均降雨量，气候波动较为明显[91]。主要的植被覆被类型分为草地、农田、灌木落叶阔叶林、常绿针叶林、落叶针叶林和镶嵌类型植被（镶嵌林地、高原跨甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、青海等七省，县、市区位的地区共有 287 个[92]。其中包括山西全省 106 个，宁夏全区 19 个，内 69 个，甘肃范围内 43 个，青海范围内 14 个，内蒙范围内 21 个，。近年来，随着城市化进程的加快，黄土高原地区社会经济发展有了机械化的普及促进了生产水平逐步提高。

技术路线图

本研究技术路线图
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q948

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