全球变化因子和人类活动对中国陆地生态系统植被生长和生产力的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 吕妍 |
| 答辩日期 | 2023-12 |
| 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 | 何洪林 |
| 关键词 | 叶面积指数 净初级生产力 全球变化因子 人类活动 中国陆地生态系统 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 植被是陆地生态系统的重要组成部分，在调节全球碳平衡和维持气候稳定方面发挥着关键作用，同时也在生态系统服务的提供中至关重要。随着全球气候的持续变暖，以及人类活动的加剧，植被正在发生巨大变化。植被变化由两个过程决定：由人类活动主导的植被恢复过程，由全球变化因子调节的植被增长轨迹。关注植被变化对全球变化因子和人类活动的响应机制，对于陆地生态系统的可持续发展具有重要意义。 在全球变化因子和人类活动的共同影响下，中国大部分地区的植被出现变绿，植被生产力也显著增加。有利于以其为对象，研究全球变化和人类活动背景下植被的变化。先前的研究已经解开了全球变化因子和人类活动对植被变化的影响。实际上，二者对植被变化的影响在不同时段存在差异。因此，量化全球变化因子和人类活动对植被变化的影响在不同时段的差异，对于做出有效的决策至关重要。 区分全球变化因子和人类活动对植被的影响是生态学的研究热点。残差趋势分析法是一种区分植被影响因子的重要方法。然而由于模型结构的不一致，存在着不确定性。使用模型设计情景试验，解决了模型结构不一致的问题，但对管理和干扰等因子的影响研究不足。因此，需要开发一种新的方法来检测和归因全球变化因子和人类活动对植被变化的影响。 本研究结合残差趋势分析法和模型情景试验两种方法的优势，提出基于结构一致的生态系统过程模型的残差分析法。既保留了残差趋势分析法的核心内涵，又克服了模型结构不一致带来的误差。在对中国陆地生态系统2000年人类足迹进行评估、理解影响叶面积指数模拟的关键过程的基础上，在几乎不受人类活动影响的区域进行生态系统过程模型CEVSA-CLIM的构建。采用参数优化后的CEVSA-CLIM模型，与遥感LAI和CEVSA-ES模型相结合，利用情景试验的差值量化人类活动对2001-2021年中国陆地生态系统植被生长和生产力变化的影响，分析全球变化因子对人类活动影响植被生长和生产力变化的调节作用。主要研究结论如下： （1）基于人类足迹的评估及对落叶森林物候模拟的改进，在几乎不受人类活动影响的区域内分植被类型对CEVSA-CLIM模型模拟叶面积指数（LAI）、物候、分配和凋落过程进行了参数优化。之后利用野外观测数据和遥感数据对模型模拟结果进行验证，发现本研究发展的模型能够较好地模拟LAI。中国陆地生态系统的人类足迹平均值为9.19，只有5.68%的区域被归类为荒野。与国家级自然保护区外部区域（9.61）相比，国家级自然保护区有着更低的人类足迹（6.15），肯定了国家级自然保护区的成效。对于落叶森林展叶期的模拟，交替展叶期模型的性能优于春季变暖、顺序和平行展叶期模型。与其他常用的模型相比，本研究提出的夏季影响秋季落叶期模型能够更好地模拟落叶森林的落叶期。 （2）2001-2021年MODISLAI和CEVSA-CLIMLAI均显著增加，增速分别为0.011和0.0043/yr。森林覆盖比例高的区域分布着更高的LAI，LAI的增速也较快。对于MODISLAI来说，中国陆地生态系统51%的区域MODISLAI增加显著，主要位于东部和中部的森林和农田，贡献了中国陆地生态系统植被变绿增速的75%。在植被显著变绿区，全球变化因子和人类活动均起到促进作用。全球变化因子导致MODISLAI增加了0.055m2/m2，贡献率为41±14%。其中，气候变化、大气CO2浓度和大气氮沉降分别贡献了12±8%、23±6%和6±4%。近20年间大气CO2浓度和大气氮沉降的影响逐年增强；气候变化的影响存在波动。与全球变化因子相比，人类活动对植被变绿的促进作用更大，导致MODISLAI增加了0.079m2/m2，贡献率为59±14%。其中，LUCC和残差分别贡献了49±11%和10±8%。在黄土高原、西南喀斯特和东南丘陵的森林，LUCC的促进作用较大，并且由于森林面积的增加和农田面积的减少，促进作用逐年增强。此外，管理和干扰因子能够解释MODISLAI残差时间变化的54%。在植被类型发生变化的区域内，全球变化因子将LUCC对植被变绿的影响从0.058放大到0.067m2/m2，贡献率从43±11%放大到49±11%。其中，气候变化、CO2施肥和大气氮沉降分别导致LUCC诱导的植被变绿增加了0.0027、0.0034和0.0025m2/m2。大气CO2施肥和大气氮沉降在黄土高原、西南喀斯特和东南丘陵的森林区域的放大作用较强，且逐年增加。气候变化在东南丘陵的森林地区起到抑制作用，但由于降水的增加，抑制作用逐年减弱。 （3）2001-2021年中国陆地生态系统CEVSA-ESNPP和CEVSA-CLIMNPP均显著增加，增速分别为4.45和2.52gC/m2/yr2。森林覆盖比例高的区域有着更高的NPP，NPP的增速也较快。对于CEVSA-ESNPP来说，中国陆地生态系统69%的区域NPP增加显著，主要位于东部和中部的森林和农田。在植被生产力显著增加的区域内，全球变化因子和人类活动均对植被生产力增加起到促进作用。全球变化因子导致CEVSA-ESNPP增加了30.79gC/m2/yr，贡献率为54±13%。其中，气候变化、大气CO2浓度和大气氮沉降分别贡献了13±8%、34±8%和7±5%。大气CO2浓度和大气氮沉降的影响逐年增强；气候变化的影响存在波动。人类活动导致CEVSA-ESNPP增加了26.43gC/m2/yr，贡献率为46±13%。其中，LUCC和残差分别贡献了42±8%和4±2%。在黄土高原、西南喀斯特和东南丘陵的森林区域，LUCC的促进作用比较明显，且由于森林面积的增加而逐渐增强。此外，管理和干扰因子能够解释CEVSA-ESNPP残差时间变化趋势的84%。在植被类型发生变化的区域内，全球变化因子将LUCC对植被生产力增加的影响从20.94放大到24.26gC/m2/yr，贡献率从36±8%放大到42±14%。其中，气候变化、CO2施肥和大气氮沉降分别导致LUCC诱导的植被生产力增加了0.97、1.29和1.07gC/m2/yr。全球变化因子对LUCC诱导植被生产力增加的放大作用在近20年间逐渐增强。黄土高原、西南喀斯特和东南丘陵的森林区域气候变化和大气CO2施肥的放大作用较强，且逐渐增加。大气氮沉降在西南喀斯特的森林地区起到放大作用，但由于氮沉降的减少而逐渐减弱。 本研究提出了基于一致的生态系统过程模型的残差分析法，发展了能够模拟不受人类活动影响的植被生长的CEVSA-CLIM模型，有助于更好地探究全球变化因子和人类活动对植被变化的影响机制，提高生态恢复工程的治理成效评估的可靠性，为更好地实施生态系统管理提供参考。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 162 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209347]  |
| 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 | 吕妍. 全球变化因子和人类活动对中国陆地生态系统植被生长和生产力的影响[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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