黄淮海流域植被变化及驱动机制研究

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植被作为陆地生态系统的主体,在调节全球碳平衡、减缓大气温室气体浓度上升中具有不可替代的作用。长时序大范围的植被变化体现了自然和人类活动对生态环境的作用。黄淮海流域是我国重要的生态屏障、经济发展区域和农业生产基地,但区域生态环境脆弱,水土流失严重。在全球变暖的背景下,区域气候发生了显著变化。为了改善区域生态环境,我国政府在该地区实施了多项重大生态恢复工程。在气候变化和人类活动(生态工程建设和城镇化建设等)的多重影响下,区域的植被变化及驱动机制更加复杂。随着黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家战略,迫切需要开展区域近34年的植被变化及驱动机制研究。研究结果对黄淮海流域生态环境保护及社会经济可持续发展具有重要的指导意义。本文以黄淮海流域为研究区,基于1982-2015年GIMMS NDVI(global inventory modeling and mapping studies normalized difference vegetation index)数据,结合气象数据、土地利用数据、夜间灯光数据与水土保持措施等数据,采用趋势分析法、转移矩阵法、偏相关分析法和残差法等方法,从全流域、子流域、省域和像元尺度4方面出发,系统分析了近34年黄淮海流域植被变化特征及驱动机制。主要结论如下:(1)黄淮海流域植被覆盖在增加全流域尺度上,研究区近34年NDVI随时间呈波动增加趋势,增加趋势为0.0139/10a(P<0.05),NDVI在2002年发生突变。子流域尺度上,NDVI均呈增加趋势,淮河流域增速最快且均值最高,其80.55%的区域呈显著增加趋势。省域尺度上,NDVI都呈增加趋势,安徽省增速最快且均值最高,其94.76%的区域呈显著增加趋势。像元尺度上,黄淮海流域NDVI显著增加区域占总面积的73.72%,主要分布在甘肃省东部、陕西省北部、内蒙古自治区南部、山东省北部、河南省南部与安徽省。(2)黄淮海流域降水与气温呈波动上升趋势全流域尺度上,研究区近34年降水与气温随时间呈波动增加的趋势,增加趋势分别为8.6586 mm/10a(P=0.39)与0.4142℃/10a(P<0.05),子流域尺度上,降水量增速最快且均值最高的均为淮河流域;气温增速最快的为黄河流域,均值最高的为淮河流域。省域尺度上,降水量增势最快的为山东省,均值最高的为湖北省;气温增速最快的为青海省,均值最高的为安徽省。像元尺度上,降水量呈现由西北向东南递增的趋势,气温呈现自西向东递增的趋势。(3)黄淮海流域土地利用与夜间灯光发生明显变化,重点治理区水土保持措施初见成效1980-2015年土地利用变化表明,研究区除建设用地与林地增加外,耕地、草地、水域、未利用地均呈减少趋势。林地主要转化来源为草地和耕地,约为3022 km~2,建设用地的主要转化来源为耕地,约为19159 km~2。夜间灯光变化分析表明,研究区夜间灯光呈增加趋势,城市化进程在加速。位于淮河流域为主的省域在2002年前城市化速度较快,位于黄河流域的省域2002年后城市化速度较快。水土保持措施概况表明,在植被破坏严重的背景下,该区域水保措施以工程措施、林草措施与耕作措施为主,先后实施了小流域治理、坡耕地治理等水土保持项目,效果明显。(4)气温是限制黄淮海流域植被变化的主要气象因子;人类活动对区域植被增加起到了积极作用黄淮海流域植被变化受气候要素与人类活动双重影响。偏相关分析结果表明:研究区NDVI与降水量和气温均呈正相关关系,且NDVI对气温的敏感性高于对降水量的敏感性。土地利用变化表明:以实施生态工程措施为驱动的土地利用变化,对植被变化有积极作用;以城市扩张为驱动的土地利用变化,对植被变化有消极作用。夜间灯光变化表明:城市化对植被变化有消极作用,城市扩张导致了周边植被覆盖的下降。水土保持措施效果分析表明:平原区自然条件变化不明显,水土保持措施对植被变化起一定的促进作用;山地丘陵区植被变化受水土保持措施和自然修复的综合作用;高原区的植被覆盖呈一定程度的退化趋势,且气候变化对植被变化起主导作用,水土保持措施的实施效果不明显。晋陕蒙丘陵沟壑区域的水保措施效果最为明显;若尔盖-江河源高原山地区受气候变化影响显著,植被退化未得到有效遏制。本文的研究结果丰富了近34年来黄淮海流域植被变化规律的认识,加深对研究区长时序植被动态变化及驱动机制的理解,为促进区域的可持续发展和加强流域生态保护,尤其是地方部门对植被的保护和治理提供参考。
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