旱区植被动态与气候变化的协同关系
文献类型：学位论文
| 作者 | 赵玮 |
| 答辩日期 | 2023-09 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 于秀波 |
| 关键词 | 干旱阈值 植被-气候协同 土壤水分 长期定位监测 生态遥感 社会-生态系统 可持续发展 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 本研究主要以中国西北和全球旱区为研究区域，结合遥感数据，气象数据和长期地面监测数据，运用地理探测器、趋势分析等方法，基于地表-大气系统之间的生物地球化学循环和生物地球物理反馈，分析旱区生态系统植被-气候协同关系的时空格局，揭示这种协同关系对植被生长与主导气候因子耦合的调节作用，探索植被-气候协同关系的影响机制，为深入理解陆地生态系统碳循环及其模拟预测提供科学依据。（1）植被对干湿变化趋势的响应模式存在干旱阈值。从1982年至2015年，中国旱区及其亚型的面积和干旱指数（AI）的变异性较低；在空间干旱梯度上，每个AI区间内，湿润趋势的面积和幅度是干旱趋势的两倍，整体呈现出湿润趋势。干湿变化调节旱区陆地生态系统生产力，较干燥的地区相对于湿润地区具有较小且较窄的NDVI变化范围。在AI达到0.4时，AI趋势和NDVI趋势在空间干旱梯度上发生了转变，植被响应干湿变化的模式不同。研究结果强调旱区亚型的变化可能会被整个旱区的变化所掩盖，从而导致无法识别亚型之间的转变，陆地碳循环变异性的预测应考虑空间干旱梯度，以降低植被响应差异而产生的不确定性。（2）植被-气候协同增强促进植被生长与气候变化的耦合。1999年，中国旱区植被动态出现明显拐点，与1999年之前相比，植被动态在1999年之后表现出较弱的绿化趋势和更强的空间异质性。其中，黄土高原在引领绿化趋势方面起到了重要作用，但青藏高原在1999年之后呈现出明显的褐变趋势，这表明气候变化和植被趋势的耦合因时空变化而异。与1999年之前相比，在1999年之后植被生产力与气候变化的协同关系更强，降水（PPT）和大气饱和水汽压差（VPD）是植被生长的主要限制因素，水分可利用性决定旱区植被生长进而影响生态系统碳循环。在 1999年之后，NDVI趋势增加的模式与降水增加和VPD减少的模式一致，反之亦然。然而，在1999年之前未观察到相同的规律，这是由于气候变化和NDVI变异之间的关联较弱。这表明气候变化与植被动态的协同，对于预测未来气候变化下因为主导因素和趋势的转变而导致的潜在碳封存具有重要意义。（3）土壤湿度对全球旱区植被-气候协同具有指示作用。结果表明，降水对旱区植被动态的贡献超过温度，全球旱区南半球的PRE-VI关联大于北半球。研究了土壤湿度对降水-植被指数（PRE-VI）和温度-植被指数（TEM-VI）的指示效应，发现随着土壤湿度的增加，PRE-VI呈现凸形抛物线，而TEM-VI没有显著的趋势。这表明适度的土壤湿度通过维持合理的地表-大气反馈来增强PRE-VI关联，以平衡植物生长和能量分配。在过去的三十年里，随着土壤湿度的增加，PRE-VI关联减弱，土壤湿度对PRE-VI关联的影响的时空模式一致。植被-气候协同关系随土壤湿度的变化规律，为旱区基于自然解决方案的生态保护恢复，以及生态系统碳汇能力提升管理提供科学依据。（4）社会生态系统（SES）管理在脆弱干旱地区的陆地碳动态和人类福祉中发挥着重要作用。在过去的四十年里，中国生态系统研究网络在基础设施保护、植被恢复和流域改善方面积累了宝贵经验，并在生物多样性、土地利用和气候变化研究方面取得了实质性进展，这些经验可以为明确而定量的SES指标体系提供数据和理论基础。本研究强调社会和自然环境中的长期定位监测的辐射效应，将政策制定者与增强SES 要素平衡联系起来，提出SES可持续发展的概念框架。促进跨站点和跨学科研究的更多富有成效的合作，以推动SES可持续性管理领域的发展。 （5）数据挖掘是野外定位长期监测联网研究、揭示生态机理和科学规律的重要手段。利用中国生态系统研究网络(CERN)长期定位监测数据，分析了土壤碳氮特征沿干旱梯度的时空规律。结果表明：空间上，典型荒漠草原生态系统随着干旱加剧，土壤有机碳和全氮含量减少，土壤有机碳对干旱响应的敏感性降低，而土壤全氮对干旱响应的敏感性增加，土壤有机碳随土壤全氮含量的增加而增加。时间上，2005-2018年，荒漠草原生态系统土壤有机碳和全氮含量变化速率沿干旱梯度表现出由负转正的增加趋势。从影响因素来看，土壤碳氮特征对降水量增加的敏感性沿干旱梯度呈现出先增强后减弱的“上凸”抛物线趋势，温度变化对土壤碳氮特征的调控没有表现出明显的干旱梯度效应。不同干旱梯度土壤碳氮特征的变化规律为未来气候变化下生态系统结构与功能预测提供科学依据。 （6）提出了生态系统物质供给能力影响评估的量化方法和指标体系，支撑联合国可持续发展目标评估。人口密度和气候因子对全球旱区植被生产力动态的总贡献率超过65%，明确要关注人口对生态系统植被生产力供给动态的影响；阐明了全球干旱区植被生产力动态主控因子的空间格局，明确要根据植被生产力动态的主控因子开展因地制宜的可持续发展应对。降水和人口为植被生产力动态主控因子的区域面积各占全球干旱区总面积的三分之一，温度为主控因子的区域占20%，提出根据植被生产力动态的主控因子开展因地制宜的生态系统管理是实现社会-生态系统可持续发展的重要策略。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 129 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209381]  |
| 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 | 赵玮. 旱区植被动态与气候变化的协同关系[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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