基于遥感和LPJ模型模拟的长江流域植被净初级生产力格局及驱动力分析

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植被是生态系统的重要组成部分,其覆盖度对生态环境质量起着重要影响。植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)作为植被生长的重要指标已成为陆地生态系统研究中不可缺少的指标和内容。NPP不仅是评估碳平衡的重要因子,还是衡量植被生态质量及评估生态系统功能与结构的重要指标。影响植被覆盖的驱动因子有很多,其中气候因素和人为因素是比较重要的因素。利用LPJ模型(Lund-Potsdam-Jena Model)估算长江流域净初级生产力,对长江流域1982-2013年植被NPP时空演变格局及其影响因素进行分析,为长江流域的植被监测与生态建设提供依据。利用残差趋势法,结合2000-2013年植被NPP遥感数据和模拟数据探讨气候变化和人类活动对植被的相对作用,为长江流域的生态环境、经济和社会的可持续发展提供理论基础。主要结论如下:(1)长江流域NPP在空间分布上具有异质性,1982-2013年植被NPP大致呈自东南向西北递减的趋势。年均植被NPP值为475.76 gC·m-2·y-1,长江上、中、下游植被NPP年均值大小排序为:长江下游>长江中游>长江上游;NPP总量排序为:长江上游>长江中游>长江下游。不同类型的植被NPP在时间上呈波动上升的趋势。植被NPP随着海拔的增高呈现波动起伏的特点。(2)气候因素对植被NPP变化具有重要影响。从时间尺度上看,1982-2013年长江植被NPP与气温呈显著正相关,而与降水则呈较弱的负相关性。在空间尺度上,研究区超过70%的地区NPP与气温和降水的相关性为正相关;不同植被类型NPP与气温呈正相关性的面积比例排序:草地>灌丛>林地>农田,与降水呈正相关性的面积比例排序:农田>林业>灌丛>草地。极端洪涝和极端干旱致使长江部分区域植被NPP减少,因此大规模极端气候事件可能导致植被NPP减少。长江上、中、下游地区对气温和降水均存在敏感性,但对气温存在较强的敏感性,而对降水的敏感性不强。(3)2000-2013年长江流域NPP增加的区域主要分布在长江上游中部及东部、洞庭湖西部和长江下游北部,NPPres(即残差NPP)为正,人类活动起到积极作用;人类活动导致青海省南部到四川西北部、汉江流域、洞庭湖东部及江西省等地植被NPP减少,NPPres为负。2002-2008年人类活动对NPP变化主要表现为积极影响,再加上2000年以后鄱阳湖、洞庭湖、金沙江、嘉陵江、乌江和汉江的NDVI增长率高于NPP模拟值,说明重大的生态工程使得植被覆盖率增加。(4)2000-2013年长江流域植被改善区域面积在总体变化面积中所占的比重为60.42%,退化区域面积在总体变化面积中所占的比重为39.58%,人类活动作为主导因素在植被改善和退化中的影响是最大的。农田、森林NPP的增加主要受人类活动为主导因素的影响,草地和灌丛NPP的增加主要受气候变化为主导因素的影响,四种植被类型退化主要受人类活动为主导因素的影响。(5)2000-2013年长江流域气候变化与人类活动贡献率在空间分布上存在差异。人类活动对长江植被NPP变化的相对贡献在一定程度上高于气候,因此,人类活动是长江流域植被NPP变化的主要驱动因素。
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