亚洲丝绸之路经济带土地退化时空格局及驱动力

摘要

土地作为一种非可再生资源，是人类基本的生产资料和生存环境，是生态系统中一切生命存在的物质基础。土地退化是在自然因素和人类活动影响下土地生产能力和利用价值显著下降的过程。土地沙化、生物多样性退化和水土流失等土地退化现象日趋普遍和严重，破坏了自然生态系统物质和能量的动态平衡，威胁着全球食物安全和人类健康，并且严重阻碍着经济社会的可持续发展，探究气候变化背景下土地退化的驱动机制是实现自然和人类社会和谐发展的迫切需要和人类亟待解决的问题。干旱地区脆弱的生态系统对气候变化极为敏感，在气候变异和人类不合理的生产活动影响下，土地容易发生退化。新丝绸之路经济带主要位于亚洲内陆干旱区，其严重的水土流失和土地荒漠化等土地退化问题不利于区域经济的合作和可持续发展，因此有必要对该区域内土地退化现状进行监测和评价，该研究对区域生态系统恢复、区域经济合作以及新丝绸之路的顺利推进具有重要的理论意义。 本文基于GIMMS3g和MODIS植被指数(NDVI)遥感数据，结合多种气象因子栅格数据，选用线性拟合、多元回归和残差多种方法开展研究区土地退化现状评价，并探究土地变化的驱动机制，定量分析人类活动对不同区域土地退化的影响，为制定丝绸之路土地退化防治措施提供科学依据。主要研究结果如下: (1)研究区内温度和潜在蒸散呈显著上升趋势，降水上升趋势不显著。不同的生态区内地中海林地和灌丛、沙漠和旱生灌丛温度增长较快，热带亚热带低纬度地区的降水变化幅度较大。研究区潜在蒸散增加趋势和干旱指数的减少趋势表明区域干旱程度增加。 (2)研究区NDVI高值区位于中国东北、印度半岛和土耳其，植被覆盖较好，低值区集中分布在中国内蒙东部、青藏高原南部、中亚西部和阿拉伯半岛，植被覆盖较差。1982-2013NDVI年均值呈增加趋势的像元比例为63.76％，主要分布在土耳其、印度半岛大部分地区。NDVI经历了上升-下降-上升的变化趋势，地中海林地和灌丛生态区增加幅度最大，斜率为0.18/100a，气候区内近赤道热带草原变化幅度也较大，趋势率空间均值为0.14/100a。 (3)植被年均NDVI与温度、降水空间上主要表现为正相关，正相关像元比例分别为69.64％和74.50％。其中与降水显著相关的像元主要分布在中亚北部和南部，印度西部和蒙古高原东部。与潜在蒸散空间上以负相关为主，负相关显著的区域集中分布在中亚、印度半岛北部、蒙古和中国内蒙北部。与干旱指数的相关系数空间均值为0.19，呈显著正相关的像元比例高达41.47％，集中分布在中亚、印度、蒙古高原和土耳其西部地区。植被NDVI与干旱指数的偏相关系数最高，与温度和标准化降水蒸发指数呈负相关，与降水和潜在蒸散呈正相关。 (4)亚洲丝绸之路经济带土地退化指数高值区位于印度半岛、土耳其北部和中国的东北，植被较好，低值区则分布在中国西北、中亚西部和阿拉伯半岛，植被较差，整个区域土地退化呈严重和较严重的像元比例分别为53.29％和32.66％。多年来人类活动对植被变化呈正向作用的区域主要分布在南亚印度、中亚中部和西亚土耳其，负向作用则集中分布在中亚北部等。热带亚热带地区的土地退化现状指数较高，该区域土地退化程度较轻，山地草原、灌丛和荒漠土地退化指数较小，区域土地退化程度较严重。土地退化动态指数表明人类活动对区域植被变化主要起促进作用，其中对山地草原和灌丛的植被生长促进作用最强。 (5)回归方程模拟气候-植被关系表明80年代人类活动对区域植被呈负作用，90年呈正向作用。热带森林、草原和灌丛残差呈显著增加趋势，人类活动促进了区域植被生长。季节性淹没草原和稀树草原NDVI残差呈显著下降趋势，人类活动对该区域植被呈抑制作用。寒带气候区和苔原气候区NDVI残差表现为降低趋势，其他气候区NDVI残差呈增加趋势，近赤道热带草原区和热带稀树草原气候区增加趋势显著，表明人类活动对该区域植被生长影响强烈。 (6)中国北方NDVI和初级生产力(NPP)空间均值分布呈东南高，西北低的空间格局，NDVI和NPP呈显著的增加趋势，趋势率分别为0.07/100a和148gC/m2/100a2。人类活动促进了中国东北和陕西南部NDVI的增加，抑制了内蒙中北部和新疆北部的增加。气候变化抑制了东北和新疆北部NDVI的增加，促进了内蒙东部、陕甘南部和青藏高原东部的植被变好。潜在NPP(PNPP)和NPP残差(RNPP)在空间上均以增加趋势为主表明气候变化和人类活动对植被NPP的促进作用，趋势率范围为0-10gC/m2/y2的像元所占比例分别为68.59％和57.03％，主要分布在研究区的东部和中部。人类活动对植被NPP呈抑制作用的区域主要集中在新疆北部和内蒙东北部。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1．1研究背景

1．1．2国内外研究现状

1．1．3项目来源与经费支持

1．2研究目的和主要内容

1．2．1研究目的

1．2．2关键科学问题

1．3研究的主要内容

1．4研究技术路线

第二章研究区概况和数据处理

2．1研究区概况

2．1．1地理位置

2．1．2地形地貌

2．1．3气候

2．1．4水资源

2．1．5土壤植被

2．1．6人口经济

2．2数据来源与处理

2．2．1 NDVI数据

2．2．2气象数据

2．2．3土地覆盖数据

2．3研究方法

2．3．1趋势分析

2．3．2植被对气候响应分析

2．3．3 NPP遥感估算

第三章亚洲丝绸之路经济带气候背景分析

3．1温度变化特征

3．1．1温度年际变化

3．1．2温度空间变化

3．2降水变化特征

3．2．1降水年际变化

3．2．2降水空间变化

3．3潜在蒸散变化特征

3．2．1降水年际变化

3．3．2潜在蒸散空间变化

3．4帕默尔干旱指数(PDSI)变化特征

3．4．1 PDSl年际变化

3．4．2 PDSI空间变化

3．5标准化降水蒸发指数(SPEI)变化特征

3．5．1 SPEl年际变化

3．5．2 SPEI空间变化

3．6不同分区气象因子变化特征

3．6．1不同生态区气象因子变化特征

3．6．2不同气候区气象因子变化特征

3．7小结

第四章亚洲丝绸之路经济带植被指数时空动态

4．1 NDVI空间变化特征

4．2 NDVI时间变化特征

4．2．1研究区NDVI变化趋势

4．2．2不同生态区NDVI变化趋势

4．2．3不同气候区NDVI变化趋势

4．3小结

第五章亚洲丝绸之路经济带植被指数对气象因子响应

5．1 NDVI与气象因子相关性的空间变化

5．1．1 NDVI与温度相关性空间特征

5．1．2 NDVI与降水相关性空间特征

5．1．3 NDVI与潜在蒸散相关性空间特征

5．1．4 NDVI与PDSI相关性空间特征

5．1．5 NDVI与SPEI相关性空间特征

5．2不同区域尺度NDVI与气象因子相关性分析

5．2．1研究区变化规律

5．2．2不同生态区变化规律

5．2．3不同气候区变化规律

5．3不同区域尺度NDVI与气象因子偏相关分析

5．3．1研究区变化规律

5．3．2不同生态区变化规律

5．3．3不同气候区变化规律

5．4小结

第六章亚洲丝绸之路经济带土地退化现状评价

6．1土地退化空间格局

6．1．1土地退化现状指数和土地退化动态指数空间分布

6．1．2不同分区土地退化现状指数和土地退化动态指数

6．2 NDVI残差趋势时间变化

6．2．1二元二次回归方程

6．2．2多元回归方程

6．3小结

第七章中国北方土地退化时空格局及驱动力分析

7．1中国北方NDVI和NPP时空变化

7．1．1 NDVI和NPP时间变化

7．1．2 NDVI和NPP空间变化

7．2中国北方土地退化驱动力分析

7．2．1 NDVI残差时空特征

7．2．2 NPP残差时空特征

7．3小结

第八章结论与讨论

8．1结论

8．2讨论

参考文献

在读期间的学术研究

致谢