GIS方法对中国西部地区植物碳同位素组成与环境因子之间关系的反演研究

摘要

植物稳定碳同位素在生态学、农学、生物地球化学等领域中应用是上世纪50年代随着质谱技术的发展而产生的，经过几十年的努力，目前已取得了很大的进展。植物稳定碳同位素组成对于生态恢复和可持续发展有重要作用，主要建立在对环境影响因子的响应。由此对植物同位素组成与环境因子之间关系的现代过程研究，是理解两者之间关系的基础。由于在自然环境中大量的环境参数无法直接获得，影响了这方面的工作。然而，GIS技术可以利用强大的数据模拟和处理功能，为该项研究提供必要的空间环境参数数据。
　　 本文通过对中国西部地区植物生长季节中降水量、温度、气压和光照等环境参数的数据生成和提取，分析植物碳同位素组成与环境因子间的关系，从而认识环境对植物碳同位素组成的影响。
　　 环境因子拟合的研究过程表明：由于加入了生长季持续时间的影响，降水量、气温、日照时数的空间变异特征显著。对2000年到2004年间西部地区气象站点观测数据的分析表明，生长季持续时间的空间变异性最为稳定，日照时数次之，降雨量、气温的空间变异的年际变化明显，表明受非结构性因素的影响较大；气压的空间自相关性较强，空间变异的特征也较为稳定。对生长季天数、气压和日照时数的拟合采用基于他们相关参数的多元回归法，经栅格图层运算获得；对降水量和气温的插值则应采用综合的方法，以消除非结构性因素的影响。
　　 利用基于GIS拟合生成的环境因子分布图，提取了2000年到2004年间147个植物采样点的环境因子数据，结合SPSS的统计分析能力，对植物稳定碳同位素组成与降水、温度、气压和日照时数等环境因子之间的相关性进行分析。结果表明，在我国西北干旱-半干旱地区，由于受水力胁迫的作用，降水与C3植物的δ13C值的相关性最强，温度和气压次之，日照时数的相关性最弱；降水和气压与δ13C呈负相关关系，气温和日照时数则呈正相关关系。生长季环境因子与δ13C总体上存在下述数值关系：降雨量升高100mm，δ13C约偏负0.1‰～0.3‰；气压增加100hPa，δ13C约偏负1‰；生长季平均气温约升高10℃，δ13C偏正0.19‰左右；日照时数增加100小时，δ13C约偏正0.2‰。但是，不同生长型和营养型的植物表现程度有所差异。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2本文的选题依据及拟解决的问题

1.3研究区域概况

1.4数据来源和软件环境的相关说明

1.5研究内容及技术路线图

第二章研究方法

2.1研究中所涉及的几个问题

2.2空间插值及相关分析方法综述

2.3环境因子连续分布数据的生成方法综述

2.4生长季环境因子分布拟合和拟合效果检验的方法

2.5环境因子与植物稳定碳同位素间关系的反演方法

第三章 环境因子数据的拟合与分析

3.1数据预处理

3.2生长季持续时间

3.3生长季降水量

3.3生长季气温

3.4生长季气压

3.5生长季日照时间

第四章 植物碳同位素与环境因子相关关系的分析

4.1采样点空间数据库的生成

4.2研究区植物稳定碳同位素组成与环境因子间相关性的总体特征

4.3典型植物δ13C值与环境因子的关系

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2不足与展望

参考文献

附录：

致 谢

在研期间参与的科研项目和发表的学术论文