青藏高原农用地变化及其关键驱动机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 于庆 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 卢宏玮 |
| 关键词 | 农业用地 青藏高原 气候变化 人类活动 驱动机制 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 近些年来，青藏高原气候暖湿化明显，变暖为主的气候变化使当地水热资源得以改善，使高原农牧业适宜区增加。然而，随着社会经济的发展，高原农牧民在面对人口压力和气候变化等困境时，生计方式逐渐转向非农活动及雇佣劳动，使传统山地农牧业和轮耕农业面积减少，农业向集约化方向发展。与此同时，“退耕还林”、“退耕还草”政策的实行，以及农户自发地调整种植结构，使得农用地内部结构发生改变。农用地资源是土地资源中最重要的组成部分，其数量和肥力是该地区民生的基本保证。因此，在全球变化的背景下，准确认识青藏高原农用地变化及其驱动机制具有十分重要的意义。本文以青藏高原农用地（农林牧用地）的数量、肥力及其覆被（绿度和总初级生产力）为研究对象，围绕“变化—驱动”的科学问题，深入分析了2001-2018年高原农用地资源数量演变趋势，科学诊断了高原典型农用地肥力分异特征，深入探究了高原农用地地表植被变化规律，并系统甄别了气候变化和人类活动对高原农用地植被变化的相对影响及其空间异质性。主要研究成果和结论包括： （1）运用空间叠加分析、转移矩阵、正向/逆向转化率等方法系统研究了2001-2018年青藏高原农用地类型的时空格局与空间结构变化，并利用单一/综合动态度、热点分析等方法在30 km×30 km格点尺度上进行了高原农用地类型动态度热点分析。研究结果显示：2018年青藏高原农用地面积约180.564×104 km2，占高原总面积的69.898%，较2001年增加17256.076 km2（0.965%）。整体上看，高原农用地的综合动态变化程度较低，整体转移较小。在不同农用地类型中，耕地的动态度最高，高原大部分耕地周围都出现耕地扩张现象，而在河湟谷地、祁连山地、青海湖盆地等地区出现较多耕地转出现象。川西藏东高山深谷转出到草地的地类面积占比较大，祁连山地区大面积的荒漠转向草地。受气候暖湿化的影响，高原农用地动态度热点区域集中分布在青南高原宽谷、羌塘高原湖盆地区，主要发生从荒漠向草地的转变；而受生态保护工程的影响，三江源国家自然保护区是动态度冷点区域。 （2）基于微分处理的Landsat 8 OLI影像数据，构建了考虑环境变量（土壤水热因子、地形因子和植被因子）影响的青藏高原农用地肥力遥感估测模型，实现了高原典型农业地肥力指标（有机质、全氮、全磷和全钾含量）的无损估测。研究结果显示：对影像波段进行一阶微分处理后，引入环境变量建立的BP神经网络模型（FDR-BPNN-Envir）估测能力最强，是进行农用地肥力指标含量估算的最优模型。根据最优模型反演结果，该典型农业区土壤有机质含量范围为2.014-132.732 g·kg-1，全氮含量在0.068-7.430 g·kg-1之间，全磷含量在0.277-2.814 g·kg-1，全钾含量在9.366-56.843 g·kg-1之间。典型农业区温度相对较高、降水条件较好，再加上河谷两岸森林遍布，土壤富含腐殖质、有机质等肥料，因此该典型农用地肥力略高于高原其他地区。 （3）利用趋势分析等方法分析了2001-2018年青藏高原不同农用地植被的时空变化特征，并利用集合经验模态分解（EEMD）模型对不同农用地植被参数的多尺度变化和周期规律进行研究。研究结果显示：2001-2018年70%以上的高原农用地绿度（NDVI）和总初级生产力（GPP）都呈增加趋势。具体而言，41.95%（34.12%）的农用地NDVI不显著（显著）增加，NDVI增幅较大的区域集中在柴达木盆地南部、东部和东北部边缘地带以及西藏南部；67.35%（4.24%）的农用地GPP呈现不显著（显著）增长趋势，不显著（显著）增长趋势主要分布在高原东北部、中部以及高原南部部分地区。从不同农用地类型来看，林地NDVI总体呈上升趋势，以28和730天的周期波动为主；草地NDVI缓慢增加，年内周期为38天，不存在明显年际周期；耕地NDVI呈现略微下降的长期趋势，年内周期为42天，无明显年际周期。林地GPP逐年增加，年内周期为12天，年际周期为2208天；草地GPP先下降后增加（以2007年为拐点），具有明显的年内周期（13天）和年际周期（389天）；耕地GPP呈增加趋势，年内周期为14天，年际周期为1324天。 （4）联合偏相关分析、时滞分析、随机森林模型以及地理加权回归模型等方法系统评估了气候变化和人类活动对青藏高原农用地植被的相对影响及其空间异质性。研究结果显示：2001-2018年影响农用地NDVI的主要因子为降水、人口密度、短波辐射、第一产业增加值和气温等；影响农用地GPP的主要因子包括降水、气温、长波辐射、空气比湿和短波辐射等。可见，降水是高原农用地NDVI和GPP变化的主导因素，对二者均具有正向促进作用，其中对农用地NDVI变化的相对重要性在22.1-37.7%之间，对农用地GPP变化的相对重要性约为20%。从降水对不同农用地NDVI和GPP的最强正向促进作用区域来看，林地NDVI发生在横断山南部和川西地区，林地GPP发生在高原南部；草地NDVI主要分布在祁连山和青海湖地区，草地GPP分布在高原中部；耕地NDVI主要分布在河湟谷地，耕地GPP主要分布在拉萨河流域。人口密度是仅次于降水的影响因子，第一产业增加值对农用地NDVI的影响程度也较大。比较而言，气候因子是影响农用地GPP的主要因子，而各人类活动因子对农用地GPP影响的相对重要性均仅在2-3%之间，影响程度较低。因此，应充分利用青藏高原的气候资源，因地制宜地发展高原农业。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 156 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199788]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 于庆. 青藏高原农用地变化及其关键驱动机制研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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