大宁河流域植被净初级生产力时空变化分析及驱动力研究

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长江流域上游的三峡库区生态环境脆弱敏感,随着国家保护力度的提升和修复保护政策的实施,生态系统的质量和稳定性得到不同程度的巩固和恢复,但其修复保护工作依旧任重道远。大宁河流域是三峡库区“山地-森林”生态系统的典型代表,近年一直实行退耕还林、建设森林工程等措施以达到提升生态环境质量的目的,目前需要一个较为系统和定量的方法来评估区域生态的恢复情况,而植被净初级生产力(Net Primary Productivity,简称NPP)可以有效反映生态系统状况,研究长时间序列植被NPP变化能够反映区域生态环境的变化情况。基于此本文模拟了大宁河流域2008-2020年植被NPP时空变化的过程,进而评估各阶段的生态环境质量,根据植被NPP的变化提出针对性对策,对三峡库区生态系统的研究具有典型代表意义。本研究基于Landsat数据、MODIS数据、气候、地形、土地利用、人类活动等数据,采用ESTARFM模型(Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)、CASA模型(Carnegie Ames Stanford Approach)、Thornthwaite Memorial模型、M-K(Mann-Kendall)检验法和S-M(Sen-Median)趋势分析法、地理探测器等方法,探究了大宁河流域2008-2020年陆地植被NPP时空变化特征及影响因素的驱动力。主要成果为:(1)使用Landsat和MODIS影像,利用ESTARFM算法对不同分辨率的NDVI融合成兼具时间和空间分辨率优势的NDVI。然后将融合结果精度验证,定量分析得到相关系数高于0.90,整体融合精度较高。最后得到2008-2020年逐月ESTARFM NDVI时序数据集用于植被NPP的估算研究。(2)本研究分别对改进光能利用效率的CASA模型和Thornthwaite Memorial模型估算的植被NPP进行精度验证。在P<0.001的情况下,改进光能利用效率的CASA模型精度优于Thornthwaite Memorial模型,更适合本研究区的植被NPP估算。(3)从时间角度来看:大宁河流域植被NPP变化可分为两个阶段,2008-2012年波动呈下降,2012-2020年呈波动上升趋势,13年间植被NPP均值增长了28.28g C·m-2·a-1。从空间角度来看:靠近河流的地区植被NPP较低,低值中心从西南部转移至东南部,整体来看2008-2020年年均植被NPP呈波动上升趋势。从时间序列角度来看:大宁河流域植被NPP弱显著上升面积最大,上升区域大于下降区域。(4)影响植被NPP空间分布的主导因素是人类活动、植被覆盖度和高程(Digital Elevation Model,简称DEM);影响植被NPP时间分布的主导因素是植被覆盖度、气温和人类活动因素的变化;动态因子贡献率低于静态贡献率。两因素交互后的决定力高于单因素;空间角度来看,人类活动∩降雨决定力最大;在时间角度上,高程∩植被覆盖度。与植被NPP值呈正相关的因子有高程、降水、植被覆盖,呈负相关的有气温、土壤侵蚀、土地利用、人类活动,相关性较小的因子为坡度、太阳辐射。(5)根据实地考察和相关资料查阅,本研究主要在土地利用规划和污染治理两方面提出对策和建议。具体措施为:植被NPP低值区分布于河流两岸,主要以污染治理和落实土地利用规划为主;中值地区距河流一定距离,主要以人工保护和地质灾害治理为主;高值区海拔较高,主要以人工巡查预防火灾和虫灾为主。
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