西南高山亚高山区植被水分利用效率时空变化特征及其与环境因子的关系

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pldpl
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近年来,气候变化及其所带来的一系列生态问题引起人们的极大关注,气候变化对植被分布和陆地碳平衡有很大的影响,相应地,陆地生态系统的生态反馈将大大加速二十一世纪的气候变化。在陆地生态系统中,水、碳循环是地表物质和能量交换的核心,土壤-植物-大气间的水碳交换对于生态系统的水平衡和碳收支十分关键。水分利用效率(Water use efficiency,WUE)一般可定义为总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和蒸散发(Evapotranspiration,ET)的比值,它是深入理解生态系统水、碳耦合的重要指标,可反映植被生态系统对全球气候变化的响应策略。西南高山亚高山区位于青藏高原东南缘,是响应气候变化敏感的区域,该区域的森林和草地生态系统在水源涵养和维持西南高山亚高山地区生态环境方面起着及其重要的作用,估算植被WUE时空变化特征及其与环境因子的关系,将有助于理解生态系统水、碳循环过程对气候变化的响应特征。本研究以西南高山亚高山区植被生态系统为研究对象,利用2000~2014年MODIS数据和气象数据,运用趋势分析、单因素方差分析和相关分析等方法,研究了西南高山亚高山区2000~2014年植被GPP、ET和WUE的时空变化特征;并探讨了WUE与温度、降水和海拔的关系。初步得到以下结论:(1)西南高山亚高山区2000~2014年GPP范围在0.2~2701.4 gC·m–2之间,多年平均值为553.3 gC·m–2,近15年GPP主要呈增加趋势;空间上,GPP呈东南部高西北部低的分布特征。在不同植被类型中,常绿阔叶林的年平均GPP最高,其值为1541.7 gC·m–2,草地的年平均GPP最低,其值为303.6 gC·m–2。研究区ET范围在13.3~1275.5 mm之间,多年平均值为585.3 mm,近15年ET呈下降趋势;空间上,ET呈东部和西南部高,中部和西北部低的空间分布特征,不同植被类型中,常绿阔叶林的年平均ET最高,其值为880.1 mm,郁闭灌丛的年平均ET最低,其值为511.1 mm。(2)西南高山亚高山区2000~2014年WUE范围为0.01~3.96 g·m–2·mm–1,多年平均值为0.95 g·m–2·mm–1,空间分布差异明显,整体上呈东南高、西北低的分布特征。WUE呈上升和下降趋势的面积分别占整体区域的85.84%和14.16%,其中WUE呈显著上升的区域占27.79%。不同植被类型中,常绿针叶林WUE平均值最高,为1.77 g·m–2·mm–1,草地的WUE最低,仅为0.56 g·m–2·mm–1。近15年,研究区温度呈上升趋势,各植被类型WUE均呈上升趋势,表明西南高山亚高山区植被对于目前的气候变化具有较好的适应性。(3)西南高山亚高山区2000~2014年大部分地区WUE与降水负相关,相关系数为负值和正值的区域分别占整体区域的92.54%和7.46%,通过显著性检验的面积占43.56%和0.21%。不同植被类型WUE均与降水负相关,除常绿阔叶林、落叶阔叶林、和混交林外,其它植被类型WUE均与降水显著负相关,有林草原WUE与降水量的相关系数最高,其相关系数为-0.732,常绿阔叶林WUE与降水的相关性最低,其相关系数为-0.192。(4)西南高山亚高山区2000~2014年大部分区域WUE与温度正相关,相关系数为正值和负值的区域分别占整体区域的89.56%和10.44%,通过显著性检验的面积分别占48.51%和0.95%。不同植被类型WUE均与温度正相关,除常绿阔叶林和农田WUE与温度的相关性不显著外,其他植被类型WUE均与温度显著正相关,草地WUE与温度的相关性最高,其相关系数为0.815,常绿阔叶林WUE与温度的相关性最低,其相关系数为0.254。(5)西南高山亚高山区不同植被类型WUE高值区域的海拔有所差异,除郁闭灌丛WUE最高值在3400–3600 m外,其他植被类型均在海拔1000–2400 m具有较高的WUE,这表明该海拔区间可能是西南高山亚高山区植物生理生长的最适应区域。常绿针叶林在海拔1200–4400 m间WUE稳定较高,这可能意味着该区域的常绿针叶林对具有较强的海拔适应性及应对气候变化的能力。西南高山亚高山区温度呈上升趋势,降水量呈下降趋势,该区域的生态系统固碳能力有所增强,其WUE显著上升,表明该区域生态系统对当前的气候变化有较好的应对策略。
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