气候变化和人类活动影响下川西高原植被碳利用率变化特征

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植被碳利用率(CUE)定义为植被净初级生产力和植被总初级生产力的比值,代表着植被从大气中吸收二氧化碳的能力,CUE越高说明植被的固碳能力越强,CUE越低则表明植被的固碳能力越弱。川西高原是典型的生态敏感区,是青藏高原生态屏障和黄土高原川滇生态屏障的重要组成部分,也是长江、黄河上游重要的生态屏障与水源涵养地。川西高原植被碳利用效率不仅决定着当地的生态环境和畜牧业发展,对整个四川盆地以及长江流域的生态安全和经济发展也具有重要影响。本文以MODIS GPP、NPP数据为基础,分析了川西高原植被CUE的时空变化特征及其对气候因子的响应。此外,还分析了人类活动对川西高原植被CUE的影响。主要研究内容和成果如下:(1)利用MODIS GPP、NPP数据估算了2001~2018年川西高原植被CUE并采用Sen’s趋势分析对植被CUE的变化趋势进行分析。结果表明:2001~2018年川西高原植被CUE呈不显著降低趋势,变化率为-0.001/10a,CUE均值为0.843。CUE年内变化特征为先升高后降低,5月份CUE达最大值。不同植被类型的CUE存在差异,其中高山植被CUE最高,沼泽CUE最低。生长季植被CUE的年际变化特征和年植被CUE相似,但生长季植被CUE的均值为0.846,略高于年CUE均值。(2)对比分析了植被CUE、NPP和GPP的空间分布特征。结果表明:川西高原植被CUE呈现由西北向东南逐渐升高的空间分布格局,与植被NPP、GPP的空间分布格局相反。CUE高值区主要集中分布在川西高原南部的巴塘县、理塘县、雅江县和中部的金川县、丹巴县、道孚县和新龙县等区域。CUE低值区主要分布若尔盖县、红原县、阿坝县,色达县中部、德格县、甘孜县和石渠县中部等区域。生长季植被CUE的空间分布特征与年植被CUE类似。(3)分别统计了不同海拔梯度和不同纬度梯度下植被CUE的均值,以此来分析植被CUE的地带性特征。结果表明:整体上,植被CUE随海拔的升高而升高,随纬度的升高而降低,不同植被类型CUE随海拔和纬度的变化特征与全区相似。生长季植被CUE随纬度和海拔的变化特征与年CUE相似,但是生长季森林和沼泽CUE与海拔相关性极强,相关系数分别为0.86和0.96。(4)对气象数据进行空间插值并对气候因子的变化趋势进行分析,采用灰色关联分析研究了植被CUE对气候因子的空间响应特征。结果表明:研究时段内,川西高原气温呈波动增加趋势,变化率为0.4℃/10a;川西高原的降水量呈波动增加趋势,变化率为45mm/10a;年累计日照时数呈波动降低趋势,变化率为-28.7h/10a。生长季气温和降水量呈现波动增加趋势,日照时数则呈现波动降低趋势。灰色关联分析结果表明,植被CUE对降水量的滞后响应不明显,对气温和日照时数的滞后响应时长为1~2个月。气候因子对年植被CUE的影响为降水量>日照时数>气温;气候因子对生长季植被CUE的影响为日照时数>降水量>气温。(5)使用残差分析分析了人类活动对植被CUE的影响。结果表明:人类活动对植被CUE影响为正的区域主要分布在石渠县北部、丹巴县、小金县和金川县的部分区域,人类活动对植被CUE的影响为负的区域主要分布在汶川县、茂县和德格县的部分区域,整体看来人类活动对川西高原年植被CUE的影响为正。人类活动对生长季植被CUE影响为正的区域主要分布在石渠县北部和色达县中部,人类活动对生长季植被CUE影响为负区域主要分布在黑水县、茂县、九寨沟县和汶川县等区域,整体看来人类活动对生长季植被CUE有轻微的负影响。
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