华北平原植被春季物候对季前干旱和变暖的响应

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zlotu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
全球气候变化对陆地生态系统的影响是生态学和环境科学的研究热点。其中,全球变化型干旱,即干旱和高温的结合,预计将对植被生长和全球碳循环产生深刻的影响。植被物候对气候变化敏感,是了解植被生长对气候变化响应的重要生物学指标。气候变暖已经显著地提前了北半球植被春季物候开始的时间。这种由气候变化驱动的植被物候变化可以通过调节碳、水和能量交换对陆地生态系统的结构和功能产生重大影响。然而,季前干旱和变暖对不同植被类型春季物候的影响差异尚不清楚,探讨植被春季物候对季前干旱和变暖的响应对预测未来全球变化型干旱情景下植被物候变化具有重要意义。
  本研究选取华北平原为研究区,基于1982~2015年GIMMSNDVI数据利用Spline-midpoint、HANTS-Maximum和Timesat-SG三种方法提取了华北平原生长季始期数据(the start of growing season,SOS),利用线性回归方法拟合了SOS的时间变化趋势。基于SPEI分析了季前干旱对华北平原植被春季物候的影响,并量化了森林、草地、小麦和其他农作物的干旱响应差异。然后,基于季前最低温(Tmin)、最高温(Tmax)和平均温(Tmean)对植被春季物候影响范围的结果,利用多元线性回归量化了森林、草地、小麦和其他农作物春季物候的温度敏感性差异。最后,为了探讨季前干旱与变暖对植被春季物候的耦合影响,在像元尺度将研究年份划分为高温干旱、高温无干旱、低温干旱和低温无干旱四种气候条件,综合比较了不同气候条件下SOS的差异。本研究主要结论如下:
  (1)华北平原不同植被类型之间SOS提前趋势的大小存在差异。总体来看,1982~2015年华北平原超过81.7%的像元春季物候开始时间提前,平均变化速率为-0.5days/yr。农作物生长季开始时间的提前趋势大于自然植被,其中,小麦的SOS表现出最大的变化速率,然后依次是其他农作物、森林以及草地。
  (2)华北平原SOS与季前SPEI主要呈负相关关系,表明频发的季前干旱可能会推迟植被春季物候开始的时间。华北平原各植被类型之间春季物候对季前干旱的响应具有差异。总的来说,季前干旱对自然植被SOS的影响大于农作物。小麦的SOS对季前干旱的抵抗力最强,其次是其他农作物、森林和草地。
  (3)在华北平原,季前Tmin对SOS的影响大于Tmax和Tmean。华北平原不同植被类型的春季物候对季前Tmin的敏感性存在显著差异。整体来看,农作物的SOS对季前温度的敏感性高于自然植被。多元回归分析表明,季前Tmin每升高1℃可分别使小麦、其他农作物、森林和草原的SOS提前10.5、7.6、2.9、2.1天。
  (4)华北平原在高温干旱年份的SOS显著晚于高温无干旱的年份,但其显著早于低温无干旱和低温干旱年份。考虑到季前干旱和变暖对春季物候的耦合影响,未来气候持续变暖将促使植被春季物候进一步提前,而频发的干旱可能会减缓这一趋势。
  (5)华北平原植被春季物候对季前干旱的响应以及其温度敏感性沿湿度梯度呈非线性。这一非线性关系表明存在一个阈值,超过这个阈值,改善的湿度条件将不再有助于植被抵抗气候变化。
  综上所述,华北平原不同植被类型之间SOS提前趋势的大小存在差异。草地的春季物候对干旱的抵抗力最小,未来频发的季前干旱可能会对草地春季物候产生更大范围的影响。小麦的春季物候对季前升温最敏感,这一结果强调了未来气候变化下提高小麦品种耐热性对粮食安全的必要性。在未来全球变化型干旱的情景下,持续的变暖将触发更早的春季植被展叶,但频率和强度增加的季前干旱可能会减缓这一趋势。本研究增进了对植被春季物候变化的理解,为物候模型中的植被对气候变化的特异性响应和非线性响应提供了科学依据,对监测陆地碳动态以及生态系统管理具有重要意义。
其他文献
厌氧发酵方式已被广泛的用于木质纤维素类生物质的无害化处理和资源化利用,并已获得了一定的效益。然而,在遗传基因与生长环境等因素的影响下,不同木质纤维素类生物质的有机组成成分(纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、脂肪等)存在较大差异,而有机组成成分是直接决定底物生物可降解性和厌氧发酵产甲烷潜能的重要因素。在实际生产中,不同种类的木质纤维素类废弃物的厌氧发酵特性因此缺乏一致性和规律性,给这类生物质的高效资
在“互联网+”现代农业和智慧农业的时代背景下,畜牧业也正逐步进入到以信息化、智能化和无人值守为特征的4.0时代。奶牛养殖业作为畜牧业的重要组成部分,近年来得到了迅速发展,在国民经济和社会发展中具有重要地位。然而在奶牛养殖过程中由于对日粮饲喂效果缺乏准确的预测和正确的评价,进而导致缺乏精准的日粮配合、饲喂管理和科学决策,并由此表现出日粮利用率低、饲喂浪费严重、粪污排放大和环境污染重等现象普遍存在,对
学位
中国是一个传统的农业大国,农作物产量居世界首位,每年都要产生数亿吨的农作物秸秆。近年来,随着我国农业经济的迅速发展,农民的生产和生活方式的巨大转变,农作物秸秆的污染和处理问题日趋突出。另一方面,秸秆又是十分宝贵的可利用资源,目前农作物秸秆综合利用主要有5种途径。基于秸秆有多元化利用方式,秸秆的收集就显得尤为重要,恰逢国家近年来注重环境保护,对秸秆的回收有很大的补贴力度,秸秆回收迫在眉睫。秸秆回收最
学位
油菜除油用外,其饲用、菜用、肥用、花用和蜜用等功能不断被开发和利用。针对饲用油菜生物量变化大、含水率高,缺乏适用的收获机械的问题,结合饲用油菜植株高粗、脆嫩的生物学特性,研制了一种适用于小地块经营模式的饲用油菜收获机,确定了其基本结构、工作过程及工艺流程。为实现物料在切碎过程滑切省力,提出了一种“人”字形排布的滚刀式切碎器结构和一种交错排布的甩刀式切碎器结构,开展了台架对比试验确定了滚刀式切碎装置
随着近几十年人口剧增与社会经济的快速发展,大量含有氮磷等元素的营养物质输入水体,水体富营养化愈加严重,导致某些藻类及蓝细菌异常增殖,形成蓝细菌水华现象。铜绿微囊藻是水华蓝细菌中的优势种,它在生长过程中会产生微囊藻毒素,使水体水质受到影响,直接危害人类健康。蓝细菌水华的发生受到多种环境因子的影响,如氮磷营养盐的浓度、温度、光照等。而蓝细菌这一古老的微生物本身也具有应对外界环境变化的响应机制,比如细胞
含油废水作为工业生产的副产品来源广泛,其来源包括石油和天然气、食品和饮料、航运和海事、制革、纺织、金属和机械加工等行业。含油废水的肆意排放会对生态环境造成不利影响,导致巨大的经济损失。含油废水的处理是环境工程领域亟需解决的问题。  与传统技术相比,膜技术具有渗透通量高,占地面积小,自动化程度高,不需要额外的化学品投入等优点,是一种经济有效处理乳化含油废水的技术。然而,传统的膜技术由于油滴在膜表面沉
学位
硫化氢是一种无色,具有毒性、腐蚀性和臭鸡蛋气味的气体。它主要存在于自然界和工业生产活动中。硫化氢不仅会增加天然气、合成气等有价值的能源或化学产品转化的成本,还会破坏臭氧层,造成严重的温室效应,对人的眼睛和呼吸系统以及农作物造成严重的损害。该研究为了解决生产工艺过程中释放的二次污染物中普遍存在恶臭气体硫化氢的问题,共构建了三种绿色新型的脱硫体系,分别为W、V取代型的杂多化合物/水溶液的体系、以硫为中
学位
菜籽油是我国需求量和消费量最大的食用油之一,近年来,人们对菜籽油的需求量逐年递增,我国菜籽油产业快速发展,我国也成为了全球最大的食用菜籽油生产国和消费国。然而由于中国的菜籽油生产全过程中(包括农业种植过程、工业加工生产过程和运输等过程)面临着不可忽视的环境问题,且随着国家对环境保护工作的愈加重视,对菜籽油产业的环境影响进行评价势在必行。因此,本研究以生命周期评价方法为框架,对菜籽油生产全过程的能源
学位
本研究以生物质浒苔为主要原料,分别采用水热-冷冻铸造和热解碳化技术制备出不同类型的浒苔基气凝胶,用于溢油清理和油水分离。探究不同制备条件对浒苔基气凝胶结构和性能的影响,筛选出最佳性能的样品。利用现代仪器对样品进行表证分析,明确样品改性前后变化规律。结合含油废水的物理化学特性,评估浒苔基气凝胶在不同油/水环境中的处理效果,揭示其吸附机理和分离过程,为浒苔在溢油清理和油水分离领域的应用提供理论基础和技
学位
醛类化合物含有醛基官能团,既具有较强的还原性,又具有一定的氧化性,故而在实际生产生活中有着广泛的应用。丙醛、丁醛作为石油化工中重要的原辅料,在各类石化产品的生产有着广泛的应用,有研究表明丙醛、丁醛会对人体呼吸道产生刺激与伤害,对肝脏等器官也会产生损伤,导致机体组织发生溶血现象。本文从细胞层面上评价丙醛、丁醛诱发小鼠原代肝细胞氧化损伤的毒性效应与机理,并从分子层面上研究了与氧化损伤直接相关的过氧化氢
学位