气候变化和人类活动对祁连山草地演变影响程度的研究

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草地演变进程中驱动力研究是草地演变研究的基础。气候变化和人类活动作为草地演变过程中主要的两大驱动力,在不同的长时间序列尺度下评价两者在草地演变过程中的相对作用,对于草地模式管理和草地演变理论研究有着重大的意义。气候变化和人类活动两大类驱动因素在草地演变过程中相对作用由定性到定量化研究的转变,对于准确研究长时间序列草地演变的动态进程、研究分析气候变化对区域草地演变的影响和基于现状制定草地变化发展对策及草地退化防治机制奠定了扎实的基础。本研究以祁连山为研究区,基于遥感影像数据、气象数据等,以月为单位,通过一元线性回归、CASA模型、NDVI数据插补、趋势变化等方法和模型,对祁连山草地NPPA(实际NPP)时空变化特征及趋势变化做了分析;同时与气象因子相结合,分析气候变化对区域草地NPPA的影响;基于残差分析法,以像元为单位,构建气候因子与NPPA的回归模型,将影响草地NPPA变化的两大驱动因素分离开来,最后,从不同时间尺度上将这两大类驱动因素在草地NPPA变化过程中起得相对作用进行了分析,研究结论如下:(1)通过建立MODIS-GIMMS两影像交叉时期的回归模型,y=0.8748x+0.0147(R=0.9259 P<0.01),对GIMMS NDVI 2006年后的数据进行插补。通过CASA模型模拟祁连山草地的净初级生产力(NPPA),运用近3年野外实测数据对模拟结果进行验证,相关系数R2为0.7539,相关性极高,说明CASA模型适用于祁连山草地NPPA的估算。本研究对估算所得的交叉时期NPPA进行校正,建立了校正公式为y=1.042x+1.219(相关系数高达0.982(P<0.01)),并对GIMMS NDVI数据进行了校正。(2)1985-2015年祁连山草地NPPA整体上呈现波动上升趋势,增长速率达2.62gC·m-2a-1。过去 31 年里平均 NPPA在 204.92-336.8 之间变化。2000 年前 NPPA增长趋势明显,2001年开始到2015年,在经过2000年前高速增长后,增速开始逐渐变缓;祁连山年内草地NPPA呈现明显的单峰型,在空间上,整体上均显示西北——东南走向逐增的空间分布格局;季节变化趋势中,祁连山四季草地NPPA均呈现增长趋势,夏季增长趋势最明显,春秋次之,在空间上,均呈现由西北低东南高,其中夏季相对增加显著,高值区分布在天峻县中部——祁连县南北轴以东地区。(3)1985-2015年间降水量整体上呈现出增加趋势,增长速率为8.5mm/10a,空间上,表现为西北少东南多。平均气温增速缓慢,增速为0.46/10a,在空间分布上呈现由中心向四周辐散降低的分布特征;年尺度上,1985-2015年祁连山草地NPPA与降水量变化态势相一致,除2011和2015年外,随着降水量的增加,研究区域内NPPA也表现出增加趋势;与年均气温存在着对应关系,大体上气温升高,草地NPPA增加,但部分年份则表现出草地NPPA的曲线变化与气温的曲线变化方向吻合度较低。季节尺度上,草地NPPA对夏季降水的响应最高,夏季降水量作为草地NPPA变化的主导气候因子之一。降水对祁连山地区NPPA的影响更为显著,但是气温对其的影响也不容忽视,尤其是秋季气温的变化。(4)对1988-2015NPPH进(残差NPP,即人类活动下NPP)行统计,在时间上祁连山草地NPPH整体上表现出上升趋势;空间上,祁连山中部的祁连县、刚察县及东部的达坂山大通河、拉脊山一带NPPH呈现增长态势。在年际尺度上,人类活动使得59.84%的区域草地NPP不同程度的提高;在季节尺度上,夏季NPPH变化趋势更加显著,NPPH的高值区与倾向率变化显著区及稳定性格局分布有着一定的对应关系,表现为高值区,变化趋势明显,变化幅度大,稳定性弱的空间分布态势。选取西宁市、海北藏族自治州两大区域作为研究人类活动影响样区,从人类活动6个因子中选取出影响草地NPPA的主要影响因素:牧业人口和粮食播种面积,其相关系数分别达到-0.652、-0.824。(5)通过设定草地变化区域内气候变化和人类活动不同的四种情景,计算两大类驱动因素相对作用,在不同的时间尺度下进行定量化统计及划分。1988-2000年和2000-2012年草地变化区域中改善区面积远远大于退化区。1988-2000年期间,气候变化是使得该时期草地改善的主导因素。2000-2012年期间,人类活动是这一时期内草地NPPA发生变化主导因素。1988-2015年期间,气候变化在祁连山草地发生变化中起着主导作用。在这一长的时间尺度下,祁连山区域生态修复和人类不合理行为对草地的破坏共存,在很大程度上弱化了气候变化在草地植被改善中的促进效果。样区中影响因子对草地NPPA变化解释由强到弱依次为粮食播种面积、牧业人口、降水量、气温。
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