基于IOCSG的黑河上游潜在植被NPP空间格局研究

摘要

当前全球气候变化日益显著，许多自然系统正在受到区域气候变化的影响。以“全球变暖”为突出标志的全球环境变化及其可能对生态系统产生的严重影响，已经引起了科学家、各国政府与社会各界的极大关注。准确地预测气候变化以及未来气候变化对生态系统的可能影响已经成为国际地圈与生物圈计划(IGBP)的主要研究目标。在众多的植被—气候研究中，潜在植被由于其在生态学中的特殊意义，受到地理学、植物学、气候学及生态学等领域学者的格外重视。
　　本文以综合顺序分类法(IOCSG)和NPP分类指数模型为基本理论基础，在GIS研究方法支持下，采用黑河上游及其周边12个气象台站的1960~2009年逐日气温、降水量以及各气象台站名、经度、纬度和海拔数据，定量分析黑河上游潜在植被及NPP空间分布格局，结论如下：
　　（1）黑河上游气候特征地带性显著，尤其受垂直地带性影响明显，除此之外，年均温和≥0℃年积温受纬度地带影响，降水量和湿润度受干湿地带影响。年均温与海拔呈显著负相关，气温直减率为0.57℃/100m；降水量与海拔呈显著正相关，降水量递增率为14.16mm/100m。随着海拔的变化，黑河上游各地年均温与降水量差异明显。黑河上游分寒冷、寒温、微温三个热量级，其中寒冷等级分布面积最大，占研究区总面积的69.43％；微温等级分布面积最小，只占总面积的8.56%。湿润度分为干旱、微干、微润、湿润、潮湿五个等级，其中潮湿等级分布面积最大，占研究区总面积的86.07%；干旱等级分布面积最小，只占研究区总面积的1.45%。在肃南站附近海拔2400~2500m内的区域比研究区内其他同海拔地区更冷更干，这可能与该地区的地形有关。不同等级的热量和湿润度形成了黑河上游比较丰富的潜在植被类型。
　　（2）黑河上游潜在植被共有寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类(ⅠF)，寒温潮湿寒温性针叶林类(ⅡF)，寒温湿润山地草甸类(ⅡE)，寒温微润山地草甸草原类(ⅡD)，微温湿润森林草原、落叶阔叶林类(ⅢE)，微温微润草甸草原类(ⅢD)，微温微干温带典型草原类(ⅢC)，微温干旱温带半荒漠类(ⅢB)等8种类型。其中，寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类(ⅠF)分布面积最广，占研究区总面积的69.43%；寒温微润山地草甸草原类(ⅡD)分布最少，仅分布在梨园河流域海拔2400~2500m的中山区，占研究区总面积的0.41%。除ⅡD外，其余潜在植被类型沿祁连山北坡近似带状分布。黑河上游潜在植被类型基本没有受到纬度地带性和干湿地带性影响，而是呈现出明显的垂直地带性分布，潜在植被结构自上而下依次为ⅠF→ⅡF→ⅡE→ⅡD→ⅢE→ⅢD→ⅢC→ⅢB，即朝着暖干的方向发展。
　　（3）黑河上游潜在植被NPP年总量约为2.97TgC，单位面积NPP平均积累量约为107.91gC/m2；研究区NPP最大单位年积累值约为208.68gC/m2，最小值为0gC/m2。NPP总体分布格局与黑河流域水系分布及其水量分配有很高的相关性，且西段NPP年累积量明显低于中段和东段。潜在植被NPP积累量与海拔相关性很强，海拔对NPP积累量空间分布的贡献率最高，为经度贡献率的18倍、纬度贡献率的38倍。随着海拔的升高，其相应的NPP积累量先增加后减小，在海拔2670m以下，NPP与海拔呈正相关，但相关性较差；在海拔2670m以上，NPP与海拔呈负相关，且相关性显著。
　　（4）按各潜在植被类型NPP总量计算，ⅠF的NPP总量最多，为1.62TgC，占黑河上游潜在植被NPP总量的54.57%；ⅡD的NPP总量最少，只有0.02TgC，占黑河上游潜在植被NPP总量的0.52%。按各潜在植被类型单位面积NPP计算，ⅡF的NPP平均积累量最多，为171.46gC/m2；ⅢB的NPP平均积累量最少，只有81.85gC/m2。随着≥0℃年积温或湿润度的增加，潜在植被NPP积累量均表现出近似抛物线的变化趋势，且两个抛物线形状相反。随着≥0℃年积温增加，NPP积累量在寒冷和寒温级内增加，在微温级内减少；随着湿润度增加，NPP积累量在干旱、微干、微润和湿润四个等级内增加，在潮湿级内减少。研究区内潜在植被NPP积累量与气候因子的相关趋势是受垂直地带性影响下的综合表现。
　　（5）黑河上游各潜在植被类型NPP积累量总的变化趋势特点：随着≥0℃年积温和湿润度的增加，NPP积累量呈现扇形递增趋势。NPP积累量最大值出现在年积温2300℃和湿润度3.65的条件下；最小值出现在≥0℃年积温为0℃的条件下。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究进展

1.3 研究意义

1.4 研究思路

第2章 研究方法

2.1 研究区域概况

2.2 数据来源

2.3 理论依据

2.4研究方法

第3章 黑河上游潜在植被类型及其空间分布

3.1 黑河上游气候特征

3.2 黑河上游潜在植被空间分布特征

3.3 黑河上游潜在植被的地带性分布

第4章 黑河上游潜在植被NPP空间格局

4.1 黑河上游潜在植被NPP空间分布特征

4.2 黑河上游潜在植被NPP的地带性分布

第5章 黑河上游潜在植被类型与NPP相关性分析

5.1 潜在植被类型与NPP积累量的相关性分析

5.2 气候因子与NPP跟随性分析

5.3 各潜在植被类型下的NPP增长趋势分析

第6章 结论与展望

6.1 讨论

6.2 结论

6.3 展望

参考文献

附 录

致谢