西藏草地动态遥感监测及其驱动机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chengxiulong33
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草地作为西藏地区最主要的生态系统类型,发展草原畜牧业、保障食品安全和保护区域生态环境等方面发挥着重要作用,是西藏畜牧业发展乃至区域经济发展的重要基础。然而,由于气候变化、土地资源的不合理利用以及人口增长等因素的影响,西藏地区草地生态系统出现不同程度的退化,不仅导致草地的生态服务功能不断丧失,还引发了许多严重的环境问题。因此,定量评估西藏草地植被指数和草地生产力对气候变化和人类活动的时空响应,对于区域退化草地的恢复和草地资源管理部门制定草地保护政策具有科学的理论支撑价值。本研究以西藏草地生态系统为研究对象,基于Global Land Cover 2000土地利用数据,获取西藏草地类型及分布区域。采用气象数据、植被遥感数据、人为因素数据和高程数据等辅以模型模拟等,探究西藏地区草地NDVI和NPP的动态变化及其对气候变化和人类活动的响应。首先基于Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall突变检验,在年尺度上系统分析了2000-2018年西藏草地NDVI的时空动态格局;运用残差分析和相关性分析探讨了西藏草地对气候变化和人类活动的双重响应机制,并从年尺度探讨了西藏草地NDVI与气温、降水的相关性。在此基础上,利用改进的CASA模型来模拟估算草地生产力,采用趋势分析、变异性分析及Hurst指数等方法系统分析了西藏草地NPP的时空动态格局,并从年尺度探究了西藏草地NPP与气温、降水的相关性。最后,估算草地潜在NPP,并根据实际NPP计算人类活动所占有的草地NPP,通过计算上述3种NPP的变化率,构建8种草地NPP动态变化驱动机制评估情景,定量评估气候变化和人类活动对西藏草地NPP变化的相对影响及贡献度。主要结论如下:(1)近20年间西藏草地年平均NDVI为0.21,最大的年平均NDVI出现在高山亚高山草甸(0.36),而最小的年平均NDVI出现在荒漠草地(0.10)。此外,草地年平均NDVI在空间上呈现从东南向西北递减的趋势。NDVI呈增加趋势的面积(61.01%)大于呈减少趋势的面积(38.99%),其中,高山亚高山草甸呈增加趋势的面积最大(57.54%)。在时间上,草地NDVI总体呈轻微但不显著的上升趋势,年平均增长率为0.0005,其中高山亚高山草甸的NDVI增加趋势最为明显,平均增长速率为0.0008。从变异性来看,草地NDVI整体较为稳定。具体来看,较低波动(0.05<Cv<0.1)的区域占49.41%,而高波动(Cv>0.2)的区域仅占4.65%。其中,高山亚高山草甸处于中等波动状态,其他草地均处于较低波动状态。(2)西藏草地NDVI的变化受气候变化、地形因素和人类活动的影响。草地NDVI与气温呈显著正相关的区域主要集中在阿里和那曲西北部,同时分散在昌都等地,而与降水呈显著正相关的区域则分布在西藏各地。该地区降水是NDVI变化的主要驱动因素,对NDVI变化的积累起着关键的推动作用。随着海拔的升高,草地NDVI出现先减少后增加的趋势,其中DEM>6000 m梯度上的草地NDVI增长率较高。坡度为2.5~10°的草地NDVI增长率较高。西坡和西南坡的平均NDVI增长率较高。社会发展水平的提高在一定程度上推动了人工种草、草地保护等活动,从而促进草地的生长。(3)研究期内西藏草地NPP年均值为136.46 g C·m-2·a-1,并以1.57 g C·m-2·a-1的变化率显著增加;草地NPP呈现由东南到西北方向递减的变化趋势。未来那曲等地的草地NPP将出现持续增加趋势,而日喀则、阿里和那曲交界处的草地NPP未来将出现反向变化趋势。不同类型的草地NPP表现不同,其中高山亚高山草甸最高,平原草地最低;草地NPP与气温呈正相关关系,与降水量相关性不显著,说明气温是该区域草地NPP的限制性气候因子;人类活动如划区轮牧及围栏封育等政策的实施对于近年来西藏草地NPP的增加具有重要的促进作用。(4)草地ANPP结果总体上呈轻微增加趋势(37.85%vs 36.13%)。对于草地ANPP的增加,气候变化的贡献占17.60%,主要集中在阿里和那曲西部。人类活动的贡献占14.66%,主要分布在日喀则、那曲和西藏东部等地。草地ANPP的减少主要是气候变化和人类活动共同造成的(15.71%)。对于不同草地类型,气候主导的ANPP增加和人为主导的ANPP减少主要发生在高山亚高山草地。此外,虽然气候主导的高山亚高山草甸植被ANPP减少,但人为主导的ANPP增加。在不同气候区,人类活动对草地ANPP增加的贡献大于气候变化,主要发生在半干旱、半湿润和湿润区。
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