黄土高原表土花粉与植被覆盖度定量模型的建立及应用

摘要

黄土高原是一个气候变化敏感区,亦是一个生态环境脆弱区,更是我国人口-资源-环境矛盾最为集中的区域之一。因此,构建适合于黄土高原表土花粉与植被覆盖度定量模型对了解过去植被覆盖度的演变以及人与环境之间的关系具有重要意义。本工作基于黄土高原443个表土花粉数据和2000~2015年的归一化植被指数(NDVI),采用逐步回归法(Stepwise)、增长回归树法(BRT)、局部加权加权平均法(LWWA)、加权平均偏最小二乘法(WA-PLS)和最佳类比法(MAT),结合植被覆盖度(FVC)和年均降水量(MAP)、年均气温(Tann)、 1月月均温(T1)、 7月月均温(T7)、有效湿度(MAP/ET0)这5个气象要素数据,构建表土花粉与植被覆盖度定量模型;通过普通检验、留一交叉检验(LOO)、自助法检验(Bootstrap)和检验空间自相关性的h-block检验方法对定量模型进行检验,进而筛选出最优模型;最后,利用31个全新世地层花粉数据重建黄土高原过去植被覆盖度,探讨其变化特征。结果表明:1)FVC、 MAP、 T1、 T7和MAP/ET0是黄土高原环境变化的5个重要因子,其中,FVC的第一排序轴特征值/第二排序轴特征值(λ1/λ2)最大(0.47),单一解释变量最高(8.75),其与花粉组合的相关性最强(0.66),可用于构建表土花粉与植被覆盖度定量模型;2)采用Stepwise、 BRT、 LWWA、 WA-PLS和MAT这5种方法分别建立表土花粉-植被覆盖度定量模型,根据观测值与预测值的决定系数(R2)、最大偏差(Max.bias)和预测均方根误差(REMSP)评估构建的模型,结果显示BRT模型表现更优,可用于黄土高原过去植被覆盖度的定量重建;3)全新世FVC重建结果显示,早、中全新世黄土高原FVC较高,其中7.0 cal.ka B. P.时达到峰值(平均值为0.68);但自4.0 cal.ka B. P.开始,植被覆盖度下降,特别是3.0~2.0 cal.ka B. P.下降明显,平均值低于0.30。通过与研究区内其他气候指标和人类活动强度指标的对比,认为早、中全新世黄土高原植被覆盖度的变化主要受自然气候变化的影响,而晚全新世以来FVC的减少可能更多地与人类活动强度增加有关。