黄土高原植被突变对土壤湿度的影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 肖国安 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 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 | 辛良杰 |
| 关键词 | 植被突变 土壤湿度 黄土高原 气候 多期双重差分模型 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 黄土高原作为全球生态脆弱性和土地退化的典型区域，长期面临水土流失、土壤侵蚀和水资源短缺等严峻挑战。自20 世纪末以来，中国政府通过退耕还林还草工程、草原生态补偿计划等大规模生态修复项目，实现了黄土高原水土保持率提高和碳汇功能增强。尽管这一系列宏大工程显著提升了植被覆盖率，但植被快速绿化引发的蒸腾耗水增加可能加剧土壤水分亏缺，威胁区域水资源安全。然而，现有研究多基于植被线性变化趋势分析其对土壤湿度的影响，而短期突变现象（即植被绿度的非线性跃升）的关注不足。这种突变可能反映生态系统生产力的快速转变，但其驱动机制及水文效应尚未明晰。此外，植被恢复对土壤湿度的影响仍然存在争议：部分研究认为其加剧了水分亏缺，另一些研究则认为其通过增强入渗和抑制蒸发改善了水分条件，这种争议可能源于区域气候条件对植被变化与土壤湿度间关系的差异调控作用。如果能够揭示这种潜在的调控机制，就能对黄土高原未来生态恢复提供安全用水视角下的参考依据。因此，厘清黄土高原植被突变的时空特征、起因及其对土壤湿度的异质性影响，对平衡生态效益与水资源安全至关重要。 论文主要探究了“黄土高原是否存在植被突变，为什么会发生突变，对土壤湿度有什么影响，这种影响是否存在空间异质性，以及为何存在空间异质性”系列递进问题。本研究采用MODIS NDVI 数据，结合阶跃模型和广义线性模型对植被时间序列进行拟合，识别了黄土高原2000-2020 年植被突变的时空特征。利用随机森林模型和数据分析量化气候、地形、土壤及生态工程对植被突变的贡献；利用气候箱方法和多期双重差分模型，量化了植被突变对土壤湿度的影响，并结合平行趋势检验验证了因果关系。最后，结合区域气候条件，利用基于分位数回归的双重差分模型揭示了黄土高原未来植被恢复对土壤湿度的潜在影响格局。研究结果表明： （1）黄土高原约27.9%的草地和24.8%的林地经历了正向突变，其中草地突变集中于西南部、西部及北部干旱半干旱区，与草原生态补偿计划实施范围高度重叠；林地突变则较为分散。在时间上，突变事件呈现明显的年份聚集性，约三分之一的突变集中发生在2012 年，与生态工程的阶段性推进高度吻合。 （2）随机森林模型的总体分类准确率为84.57%，表明气候因素与干旱事件对植被突变具有重要影响。数据分析与文献收集的结果推断，草原生态补偿计划和自然林保护工程通过限制放牧、封山育林等修复措施推动了植被大规模突变的产生，反映生态修复工程的实施对植被恢复产生了积极而深远的影响。 （3）植被突变对土壤湿度的影响在不同气候环境中表现出异质性。草地的正向突变在相对干燥高温地区可显著提升根层土壤湿度，而林地的正向突变仅在降水较低、太阳辐射和风速较高的相对干燥多风区能够补充根层土壤水分。整体而言，草地恢复在多数气候条件下具有较高的生态适应性，而林地恢复需谨慎实施，以免加剧深层土壤水分亏缺。 （4）黄土高原约58.9%的草地和33.9%的林地在植被恢复后可能提升土壤湿度，而负面效应集中分布于北部草地和南部林区。未来的生态修复工程应根据区域气候特征和植被类型进行优化。 本研究系统分析了黄土高原植被突变的时空格局、归因、土壤湿度响应及其气候调节机制，为生态恢复成效及其水文效应提供了定量化证据，但在数据与方法上仍存在不足。如遥感监测数据存在分辨率较低的问题，可能影响量化土壤湿度响应空间的精度；生态工程实施的具体空间信息缺乏定量数据，可能影响植被突变归因分析的准确性等。 未来研究应结合高分辨率遥感、地面观测与水文-植被耦合模型，进一步评估植被恢复的可持续性及其对区域水循环的长期影响。生态管理部门应根据区域气候条件与植被功能制定差异化恢复策略，以实现生态恢复与水资源管理的平衡可持续发展。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 84 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/215717]  |
| 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 | 肖国安. 黄土高原植被突变对土壤湿度的影响研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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