论文部分内容阅读
石羊河流域是河西典型的干旱内陆河流域,地处黄土高原、蒙新高原和青藏高原重要交汇过渡地带,是国家重点生态功能区和北方防沙带的重要组成部分。受气候变化及人为干扰等,生态环境敏感脆弱。而草地作为植被的重要组成部分,对于防护流域的生态安全具有重要的作用。流域内草地分布广泛,是河西地区重要的农牧业生产基地。近年来,随着我国市场经济体量快速增长与人们生活质量的不断提高,以草地资源为依托的产品市场拓展力度不断加强,出现了局部草地生产力衰退及草地生长质量退化的现象,逐渐影响和制约着草地资源与草地生态系统的可持续发展。评估该地区草地生长状况、变化趋势及探究草地NPP对气候因子的响应对于草地资源合理配置和实现生态环境良性发展具有重要意义。本研究基于草原综合顺序分类系统（Comprehensive and Sequential Classification System,CSCS）改进的CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach,CASA）模型模拟了2000—2020年石羊河流域草地NPP,并辅以Sen’s斜率、变异系数（Coefficient of Variation,CV）和Hurst指数探究了NPP时空动态、变化趋势、变化稳定性、未来变化趋势,并通过偏相关分析方法分析了积温和降水与NPP之间的相关关系。同时,为排除仅依靠如积温、降水等单因子之间相互作用而产生的附加影响,本文引入综合多因子的温度植被干旱指数（Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI）进一步探讨石羊河流域草地NPP对干旱格局的响应,并对影响草地生长的气候因子和非气候因子进行驱动力分区,以期为流域草地开发和经营管理,以及畜牧业的发展提供一定科学指导。本研究得到结论如下:（1）石羊河流域草地NPP变化特征A)石羊河流域草地NPP多年平均值为170.24 g C·m-2·a-1。在2000—2020年时间段内,草地NPP呈波动上升趋势,NPP增量为28.96 g C·m-2·（10 a）-1,且在未来一段时间内NPP还会有所增加。B)在不同草地类中,年均NPP最高的是山地草甸类（IIE30）,年均值为548.74g C·m-2·a-1,其次为山地草甸草原类（IID23）,年均值为454.50 g C·m-2·a-1,年均NPP最低的是温带荒漠类（IVA4）,年均值为91.65 g C·m-2·a-1。C)流域内草地生长整体稳定,中波动草地占据主体地位,仅温带典型草原类（IIIC17）存在较高波动。总的来说,南部祁连山地带是流域内NPP集中分布区域,也是NPP增加最为显著的区域,其对流域内的生态安全起着至关重要的作用。（2）石羊河流域气候因子分异与变化特征流域内水热因子分布不均,积温较高的区域降水匮乏,积温较低的区域降水较为丰沛,且在积温和降水（极）显著增加区域互补性较强。进一步从干旱方面来说,流域内干旱现象极为普遍,主要以中旱和重旱为主。A)18年间干旱平均发生频次为99.34次,中旱发生频次较高的地区主要分布于古浪县及永昌县,重旱发生频次较高的地区集中于民勤县及武威市等地。B)在2003—2020年时间段内,干旱程度有所较弱,尤其是2016年后,南部祁连山外围地带的天祝县、古浪县等地湿润化趋势明显。C)草地类型上,草原类草地湿润化较为明显,其中,山地草甸草原类（IID23）草地湿润程度明显增加。荒漠和半荒漠类草地呈现一定的干旱化趋势。（3）石羊河流域草地NPP与气候响应关系A)流域内草地NPP年际变化特征与降水变化特征总体一致,与积温变化特征相反。草地NPP对干旱响应最为敏感的区域主要分布在草地生长对降水依赖较强的区域。B)流域内草地NPP增加的主导因素是降水,对降水响应敏感的区域占流域面积的24.93%。草地NPP对干旱响应敏感的区域占流域面积的14.18%。年均NPP与干旱发生频次除轻旱外均呈现极显著负相关（P＜0.01）,其中,重旱频率与NPP的负向相关系数最大,说明干旱程度越强,对NPP的削弱作用越大。C)草地类型上,仅两类荒漠草地（IIIA3和IVA4）对降水响应关系不明显;草甸类草地NPP对积温响应最为敏感,敏感性大小依次为IE29＞IIE30＞IID23;荒漠类草地与积温呈现一定的负相关关系。多数草地NPP会受到干旱的影响,但不同草地类型受到干旱的影响程度不同,草原类草地NPP受干旱影响程度最大,半荒漠类草地（IIB9和IIIB10）受干旱影响次之,荒漠类草地受干旱影响程度最低。总的来说,流域内草地NPP对降水响应敏感,积温对草地NPP敏感性大小随草地类型变化而变化。在流域内湿润和较为湿润地区的草地NPP受干旱影响程度较大,而干旱地区的草地NPP受干旱影响程度却不明显。（4）石羊河流域草地NPP驱动因素分析A)石羊河流域草地NPP主要受人类活动、地质灾害等非气候因子的影响,面积占比为63.82%,广泛的分布于流域下游的民勤县及永昌县。受气候因子驱动面积占比为36.18%,其中受降水主驱动面积（26.05%）远远大于受积温降水双因子弱驱动（4.74%）、积温降水双因子强驱动（2.98%）和积温主驱动（2.41%）面积;受降水主驱动区域主要分布于流域上游的祁连山及外围地带的肃南县、古浪县和天祝县;受积温、降水双因子强驱动的地区主要分布在天祝县西南部及肃南县南部。B)草地类型上,草甸类草地受积温、降水强驱动明显。草原类草地主要受降水驱动,而荒漠类草地受非气候因子影响明显。总的来说,流域下游常年受干旱影响,短时降雨并不能满足草地持续生长的硬性条件,因而该地区主要受非气候因子驱动,但在流域上游的祁连山及流域中游地区,一定的气候因子条件是草地持续生长的必要条件,因此该地受气候因子驱动明显。