气候变化和人类活动对鄱阳湖流域陆地植被覆盖变化的影响研究

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随着全球气候变暖与人类活动的加剧,陆地生态系统发生了显著变化。植被作为陆地生态系统的重要组成部分,深入了解植被动态变化特征及气候变化和人类活动对植被覆盖的作用机制,对于促进生态系统健康发展、应对潜在挑战和威胁至关重要。本文基于鄱阳湖流域气象数据、MODIS EVI数据、土地利用和人口密度等数据,采用趋势分析、相关性分析和残差分析等方法,分析了流域1960—2020年间气候变化特征及2000—2020年间植被时空变化特征。在此基础上,进一步探究了流域植被覆盖变化与气候要素和干湿变化的响应机制及人类活动包括土地利用和人口密度对植被覆盖变化的影响,最后就流域气候变化和人类活动对植被覆盖变化的相对作用进行定量区分。主要结论如下:(1)近60年以来,鄱阳湖流域气候总体呈“暖化”态势。就气候要素来看,气温和降水均呈增加趋势,而太阳辐射则呈减少趋势,其中气温和辐射变化趋势显著(p<0.01)。空间上,气温大致呈自南向北、东方向增加趋势,降水呈现从流域中部分别向东、西方向减少态势,而辐射下降趋势呈自东向西逐渐减缓态势。就干湿变化来看,流域干湿交替出现,整体呈湿润化态势。年际尺度上,标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)整体呈不显著增加趋势(p>0.05),空间变化上呈现出自中心向东、西、南三个方向上逐渐下降态势;季节尺度上,春秋季节SPEI为下降趋势,夏冬季节以上升趋势为主,仅夏季上升趋势明显(p<0.05)。空间上,除春季外,其他季节干湿变化区域较为一致,在流域北部和南部分别存在不同程度变湿和变干趋势。流域干湿变化与降水呈显著正相关,而与气温和辐射因子间均以负相关为主。(2)2000—2020年间,鄱阳湖流域植被覆盖整体呈现从鄱阳湖区向四周增加态势,植被覆盖较好的区域主要位于流域四周山地,且在年、季、月尺度上EVI均呈显著增加态势(p<0.05),空间上植被变化也较为一致,流域大部分区域以增长趋势为主,而退化区域主要分布在鄱阳湖区附近。就植被稳定性来看,以较弱变异和中等变异为主,较强变异和强变异零星分布于鄱阳湖区及“五河”支流附近。(3)鄱阳湖流域植被EVI与气温、降水呈正相关关系,而与太阳辐射呈负相关关系,相关系数大小依次为:气温>辐射>降水。就EVI与SPEI相关性来看,年尺度上,EVI与SPEI以正相关为主,主要位于流域北部,负相关区域分布于流域南部。季节尺度上,春冬季节EVI与SPEI以负相关为主,夏秋季节以正相关为主。月尺度上,EVI与SPEI在4、7、8和10月份以负相关为主,而在5、6和9月份二者以正相关为主。就其时滞性来看,EVI与SPEI存在显著相关性(p<0.05),说明流域植被在1—3月中对气候变化的响应存在明显滞后性。(4)鄱阳湖流域不同土地利用类型EVI与气候变化的响应差异性明显。其中,草地EVI与气温和辐射相关性最高,而耕地EVI与降水相关性最大。就其与SPEI相关性而言,年尺度上,SPEI与耕地EVI相关性最大,其次为草地和林地,说明年尺度上耕地受气候干湿变化影响较明显;季节尺度上,春冬季节耕地、林地和草地EVI与同期SPEI均为负相关,其中冬季负相关系数值较大,依次为耕地、林地、草地;夏秋季节均为正相关,且夏季相关系数均值明显高于秋季,其中以草地EVI与SPEI相关性最高;月尺度上,4月份SPEI与林地EVI相关性最高,且在滞后1、2和3月,耕地、林地和草地EVI与SPEI在不同月份中均存在显著相关性。(5)近20年来,鄱阳湖流域人类活动整体上对植被EVI的增加起着重要的促进作用。具体而言,流域土地利用变化过程明显受到城市化进程的影响。与此同时,鄱阳湖区退田还湖效果显著,除了城镇化新扩张区域植被EVI下降外,其他土地利用类型植被EVI均呈增加趋势。就人口密度变化来看,流域植被EVI及其残差趋势总体上随着人口密度的增加而下降,但在平均人口密度100—200人/km~2的范围内时,植被EVI及其残差趋势分别出现了一个峰值。就气候变化和人类活动对植被相对作用来看,气候变化对植被生长的相对作用为67.1%,而人类活动的相对作用为32.9%,表明研究时段内鄱阳湖流域气候变化是影响植被覆盖的主要因素。
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