三峡库区植被碳源/汇的时空分布及其变化的驱动机制

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气候变化是人类面临的全球性问题,由此碳循环问题成为近年来研究的热点问题之一。碳循环影响着一个国家的生态、环境与经济的可持续发展,在今年的两会上,碳达峰碳中和被首次写进政府工作报告中,成为各级政府今后的一项重要工作。植被碳循环作为碳循环中的重要组成部分,开展植被碳源/汇的相关研究具有重要的理论与实际意义。三峡库区位于长江上游流域,是因三峡水电站的修建而形成的区域,20多年来,随着电站的建设,库区植被受到人类活动的较大影响,基于此,笔者针对三峡库区碳源/汇的时空分布以及气候变化和人类活动对其变化的影响机制进行了研究。在采用归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)来分析研究库区的植被覆盖状况的基础上,基于改进CASA模型和Bond-Lamberty模型对表征植被碳源/汇的净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity,NEP)指标的时空分布进行了模拟;应用趋势线分析法、BFAST检测法和Hurst指数法探讨库区NDVI和NEP的时空分布特征;通过偏相关系数法以及回归分析法,研究气候和人类活动对NDVI和NEP变化的影响。主要研究成果为:(1)三峡库区NDVI的时空分布格局1999-2018年库区整体逐年NDVI呈波动上升趋势,速率为0.0046/a.多年月均NDVI中,1月最小为0.3419,7月最大为0.7592。库区整体植被覆盖度较高,呈现西南低东北高。三峡库区整体NDVI不存在明显突变点,仅在大坝周边存在趋势断点,主要发生于2005年12月。1999-2018年库区各空间像元中NDVI随时间增加的占总数的92.42%.春季NDVI平均变化率是0.007。夏季NDVI呈上升趋势的占比91.56%.秋季占比最大的是显著改善。冬季共有96.45%的区域NDVI呈上升趋势。三峡库区有85.45%的区域呈改善及强持续性。在三峡大坝周边区域断点前后NDVI均为增长趋势的面积占比最大。(2)三峡库区NEP的时空分布格局1999-2016年库区整体逐年年均NEP的变化速率为4.0413 g C/(m~2·a),整体表现为碳汇状态。NEP由库区西南到东北逐渐减少,呈现高低相间的分布特征。春季、夏季、秋季和冬季逐像元NEP随时间的平均变化率分别是1.455、2.277、-0.077和0.577 g C/(m~2·season).年际NEP平均增长率为2.231 g C/(m~2·a).库区NEP主要呈改善及强持续性和弱持续性,占比分别是35.38%和44.18%.大坝周边区域突变点前后,春、夏和年际的NDVI均为增长趋势的面积占比分别为94.48%、89.8%和92.31%.(3)气候因素对库区NDVI和NEP变化的影响1999-2018年库区平均气温是17.495℃,增幅为0.0164℃/a.年降雨量均值是1138.13 mm,增幅是5.4569 mm/a.库区中部和东北部温度要小于西南部。年降雨量总体呈西南低东北高。植被NDVI对气温和降雨响应的滞后时间分别为2个月和1个月,都呈显著正相关,且受气温的影响要更大。NEP对气温的响应不存在滞后性,平均偏相关系数是0.099;对降雨的变化具有时滞性,滞后时间为1个月,此时偏相关系数为0.113,相对来说降雨与NEP变化的相关性更高。(4)人类活动对NDVI和NEP变化的影响三峡库区的土地利用方式主要是耕地、林地和草地。在2000-2018年,土地利用方式变化最明显的是耕地、草地减少和林地、建设用地增加。土地利用方式中,林地的NDVI值最大。2000-2018年,由于土地利用方式自身NDVI的变化和方式间的转变,使得库区NDVI总体增长了0.082943。四种土地利用方式中耕地的NEP值最大。2000-2016年,林地、耕地和草地的NEP值分别上升了112.477、111.327和105.31 g C/m~2,由于土地利用方式自身NEP的变化和方式间的转变,使得库区的NEP增加了104.95226 g C/m~2.人类活动对NDVI的影响程度主要介于20%-40%,面积占比为79.62%.库区NEP受人类活动的影响较大,影响程度大多超过80%.大坝周边区域在发生突变后,人类活动对NDVI和NEP的影响程度明显提高。
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