Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 疏勒河流域净初级生产力与土壤含水量耦合关系研究 | |
| 郭晓娟 | |
| 出版年 | 2019 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 导师 | 岳东霞 |
| 学位授予单位 | 兰州大学 |
| 中文摘要 | 干旱区植被与土壤水分之间的关系极为密切,土壤水分是植被生长的主要限制因素,植被同样能够影响土壤水分的时空分布,但在流域尺度上两者之间的复杂关系尚缺乏深入认识,因此在流域尺度探究两者之间的相互作用关系已成为当前宏观生态水文研究的热点和难点,相关研究成果对于流域水资源优化配置及生态环境保护也具有重要的现实指导意义。鉴于此,本文以我国西北干旱区内陆河流域——疏勒河流域为研究区,利用气象、遥感等数据,基于CASA模型估算了疏勒河流域2001-2015年的植被净初级生产力(NPP);利用遥感数据、实测数据等,基于遥感反演及统计降尺度方法获取了疏勒河流域2001-2017年夏季土壤含水量数据;进而利用GIS空间分析技术,分析了两者的时空演变格局,探究了2001-2015年疏勒河流域夏季NPP与土壤含水量之间时空耦合关系。基于此,建立了流域夏季NPP与气象水文因素之间的偏最小二乘回归模型,开展了基于土壤含水量变化的NPP情景分析,进一步揭示了NPP对土壤含水量变化的响应关系。主要结论如下:(1)2001-2015年疏勒河流域NPP呈波动上升趋势,流域生态环境整体向好的方向发展,但流域内敦煌、瓜州灌区的部分区域NPP呈不显著下降趋势。流域多年平均NPP具有明显的空间异质性。其中,流域大部分区域NPP均在50gC/(m2·a)以下,流域中下游各个灌区及疏勒河干流源头处NPP较高,均在250gC/(m2·a)以上。在海拔3000m-4500m左右NPP达到最大。流域内耕地NPP最大,其次为林地。夏季是植被生长的最佳季节,其NPP占年总NPP的54.58%-64.44%,空间异质性远高于其它季节,且其上升趋势最为明显。(2)2001-2017年疏勒河流域夏季土壤含水量整体呈上升趋势。流域干流上游和中下游灌区土壤含水量最高。除敦煌灌区及上游高寒区土壤含水量存在不显著下降趋势外,其余区域主要呈上升趋势。夏季土壤含水量存在6月<7月<8月的趋势,且6月土壤含水量的增加趋势最显著。整体来看,流域土壤含水量随海拔升高而增加,耕地土壤含水量普遍高于草地和林地。(3)从流域尺度来看,2001-2015年夏季土壤含水量与NPP之间存在极显著的正相关关系,相关系数达0.8942(p<0.01)。但各个月份土壤水分与植被之间的相互作用存在差异,其中6月土壤含水量与NPP的相关性最大。流域夏季土壤含水量对NPP的影响存在滞后,不同月份的滞后时间存在差异。反过来,流域植被对土壤水分也同样具有显著影响,其中7月NPP与8月土壤含水量之间的相关性最大。(4)从地理分区来看,2001-2015年流域南部、中部、北部的夏季NPP与土壤含水量之间都存在显著的正相关关系。其中,北部马鬃山区两者的相关性最高,中部平原区最低。(5)从栅格尺度来看,2001-2015年流域中下游各灌区、南部上游山区(除高寒区)、北部马鬃山区中部夏季NPP与土壤含水量存在极显著正相关关系,而敦煌灌区以东的盐碱地存在显著负相关关系。在海拔3000m-3500m之间两者的相关性最大,草地两者的相关性高于耕地和林地。流域内不同区域植被与土壤水分之间的作用关系存在差异,大部分区域植被NPP对土壤含水量的响应存在滞后效应,而荒漠戈壁区较其它地区植被NPP对土壤含水量的影响要大。(6)通过构建的流域夏季NPP与气象水文因素(气温、降水、太阳辐射和土壤含水量)的偏最小二乘回归模型,在设定的两种情景下模拟NPP与土壤含水量之间的响应关系。结果显示:1)当气候条件不变时(情景一),流域夏季土壤含水量按照原有趋势每变化±1%,相较于0%的情景(土壤含水量与气候条件均不变),夏季NPP增加约2.08%,且NPP空间异质性不断加强。NPP增加最明显的区域为流域南部上游山区及出山口附近、中下游各大灌区、北部马鬃山区中部。2)当气温增加1℃,降水增加2%时(情景二),随着土壤含水量变化幅度的增大,流域夏季NPP增加幅度小于情景一,说明气候变化会在一定程度上削弱土壤水分对植被生长的促进作用,特别是对林地的影响较大,并会导致中下游荒漠戈壁NPP减少区域的面积增大。说明在未来气候变化情况下只有及时补充土壤水分,才能更好地促进流域NPP的增长,提高植被生产力。以上研究成果深化了我们对疏勒河流域不同时空尺度上生态环境和水资源耦合关系的认识,并为制定更详细的流域水资源优化配置与生态环境恢复和保护措施提供科学依据。 |
| 中文关键词 | 疏勒河流域 ; 净初级生产力 ; 土壤含水量 ; 耦合关系 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=1019874164.nh&DbName=CMFD2019 |
| 来源机构 | 兰州大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/258043 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郭晓娟. 疏勒河流域净初级生产力与土壤含水量耦合关系研究[D]. 兰州大学,2019. |
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