【摘 要】
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青稞是青藏高原地区特有的大麦属作物,无论是作为高原地区世居人口的口粮作物,还是作为牛羊等的牲畜的饲料来源,抑或作为是宗教活动中的祭祀用品,青稞在各个领域都拥有着难以替代的地位。为了尝试在青藏高原尺度上定量评估气候变化对青稞种植的影响,本文开展了如下工作:首先,为了了解当前青藏高原青稞种植的空间分布特征,基于遥感影像并结合其他约束青稞种植条件下的面向对象的提取方法,提取青藏高原青稞种植面积,建立青稞
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“全球变化及应对”重点专项全球变化背景下主要农作物成害过程——青藏高原典型区青稞研究(项目编号:2016YFA0602402); 第二次青藏高原综合科学考察研究生物地球化学循环与环境健康考察(项目编号:2019QZKK0606);
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青稞是青藏高原地区特有的大麦属作物,无论是作为高原地区世居人口的口粮作物,还是作为牛羊等的牲畜的饲料来源,抑或作为是宗教活动中的祭祀用品,青稞在各个领域都拥有着难以替代的地位。为了尝试在青藏高原尺度上定量评估气候变化对青稞种植的影响,本文开展了如下工作:首先,为了了解当前青藏高原青稞种植的空间分布特征,基于遥感影像并结合其他约束青稞种植条件下的面向对象的提取方法,提取青藏高原青稞种植面积,建立青稞分布与海拔之间的关系,界定各分区青稞种植海拔高度的上下限;之后,遴选典型区来分析气候变化对青稞种植空间、时间以及产量的影响,基于EPIC模型定量评估气候要素变化对青稞单产的贡献率;然后,结合青藏高原各气象站点的气候要素的变幅,整体估算气候要素变化对青稞单产总的贡献率;最后,预估当前以及未来情景下的青稞种植潜在适宜区,分析青稞的潜在适宜区在时间上和空间上的变化。基于以上分析得出以下结论:(1)提出了一种适用于青稞提取的分区分类多要素融合的快速、高效的提取方法。该方法依据农业分区,通过海拔、坡度、降水和水文要素限制青稞图斑的范围,采用图像分割技术分区建立青稞提取样本,使用支持向量机模型中的高斯径向基核函数对青稞进行提取,提取结果的精度较优。从结果中,得到青稞种植总面积约为2.74×10~5ha,从空间分布来看,青藏高原的青稞主要种植于高原东部及南部地区。这一结果的获得,使青稞空间分布格局的认识从行政单元尺度提升到斑块尺度。(2)青稞的种植在不同分区内的海拔区间存在明显的空间异质性。从总体上来看,青稞主要的种植区间为海拔2500~4500 m的区域。分区来看,由于各分区的地形、温度、水分、光照、耕地的分布范围以及灌溉条件存在差异性,因此在同一海拔上不同分区的青稞种植规模存在差异。在农业土地资源稀缺的青藏高原地区,合理优化土地利用方式尤为重要,因此这一结论的提出,为气候变化背景下农作物种植海拔上限变化的研究提供数据支撑。(3)在青稞种植典型区内的样带上,1980年以前门源县鲜有小麦种植,随着气候变暖,门源县小麦种植面积逐渐扩大,替换了原本种植的青稞,因此使得小麦的种植海拔上升,逼迫青稞的下限抬升。因此随着气候变暖,小麦的种植上限从2600m提升到了2800m,上升200m;这使得青稞的种植下限从2600m上升到了2750m,上升了150m。(4)从EPIC模型模拟的青稞产量来看,1960~2020年门源县平均青稞产量约为4103 kg/ha,2020年实际的青稞单产为3750 kg/ha,模拟结果高出实际值353kg/ha。基于控制变量法通过EPIC模型模拟各气候因子对青稞单产的贡献率,结果表明,当月平均最低温度增加1℃时,青稞单产即增加约0.302t/ha;月平均降水量增加10%时,青稞单产即增加约0.206t/ha;月平均平均太阳辐射值增加10%时,青稞单产即增加约0.139t/ha。(5)青藏高原各站点在1991~2000年期间受气候变化影响所带来的总的青稞单产介于-0.38~0.75 t/ha,均值为0.09t/ha;各站点在2000~2010年期间受气候变化影响所带来的总的青稞单产介于-0.45~0.94 t/ha,均值为0.15 t/ha,相较于前一时期有微弱提升;各站点在2011~2020年期间受气候变化影响所带来的总的青稞单产介于0.40~1.69 t/ha,均值为0.85t/ha,较前一时期有了明显的提升。(6)从历史时期的青稞潜在种植适宜区分布来看,青藏高原三分之一的面积不适合青稞种植,近一半的面积为青稞潜在种植的低适宜区,中、高适宜区面积不足20%,集中在高原东部、东南部和南部。根据预估结果,随着时间的变化青稞潜在种植的高适宜区面积将不断扩大,与历史时期6%的面积相比,到未来近期面积占比将上升至12%,到未来中期时进一步扩大到14%~16%。适宜度减少或基本不变的区域面集中在青藏高原西北部以及柴达木盆地地区,适宜度显著增加的区域位于高原的南部、中部和东部,并随着时间的变化面积显著增加。。(7)青稞潜在种植适宜区各类别的平均海拔均呈现出上升的趋势,其中不适宜区和低适宜区的平均海拔上升幅度相对较缓,中、高适宜区的平均海拔上升幅度较大。在RCP 4.5情景下,从历史时期到未来近期再到未来中期,高适宜区的平均海拔从3759 m分别上升到了3937 m和4017 m,分别上升了178 m和258m。而在RCP 8.5情景下,高适宜区的平均海拔分别从3759 m分别上升到了3959m和4090 m,分别上升了200 m和331 m。
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