论文中文题名: | 中国西南地区生态系统碳循环对干旱的响应 |
姓名: | |
学号: | 18210210071 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085215 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 测绘工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2021 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 资源与环境遥感 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2021-06-11 |
论文答辩日期: | 2021-05-31 |
论文外文题名: | Responses of ecosystem carbon cycle to drought in Southwest China |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Light Use Efficiency Models ; Net Ecosystem Productivity ; Soil Heterotrophic Respiration ; Drought ; Southwest China |
论文中文摘要: |
气候暖化和人类活动的加剧使得中国干旱问题日益突出,干旱作为影响当前陆地生态系统碳汇功能的最主要胁迫因子之一,其不仅会显著减弱生态系统碳汇功能,甚至会使之变成碳源。净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity, NEP)是植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)扣除土壤异养呼吸所消耗的光合产物之后的部分,是表征生态系统碳收支的重要指标,可定量描述陆地生态系统碳源/汇功能。因此,研究干旱影响下陆地生态系统NEP的变化特征,对于深入理解生态系统碳循环过程、区域碳汇管理及水资源合理分配具有重大现实意义。西南地区是中国的重要生态屏障以及农业主产区,近年来,在人类活动和气候变化影响下,该区域面临的水土流失、植被退化等生态问题日益突出,且干旱频发。因此,本文基于标准化降水蒸散发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)分析了2000-2018年西南地区干旱事件的发生频率、强度、影响范围以及周期等特征,对于日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced Chlorophyll Fluorescence, SIF)及植被绿度指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)在区域干旱生态胁迫监测中的有效性也做了进一步研究。同时基于光能利用率模型(Carnegie–Ames–Stanford Approach, CASA)和土壤异养呼吸模型估算了净生态系统生产力(NEP),将其作为研究生态系统碳源/汇的指标。在此基础之上,定量分析了西南地区不同植被生态系统碳循环对两类干旱事件(长期/短期)的响应,进一步评估了干旱事件对不同气候分区下典型植被生态系统碳汇的影响以及植被旱后恢复力差异。主要结论如下: (1)2000-2018年西南地区不同时间尺度的SPEI指数均呈微弱增加趋势;季节上,春季和夏季的干旱化趋势明显,秋季和冬季的湿润化趋势明显;空间上,云南省东部及四川省中部干旱发生的频率高且强度大;近19a研究区的干旱影响范围呈缓慢减小趋势,下降趋势率为-0.004/10a;西南地区SPEI指数主要存在4~5a左右、2~3a的2个时间尺度的周期变化;相比较NDVI,干旱引发的SIF负异常更为突出。 (2)2000-2018年西南地区植被NEP整体呈波动增加趋势;NPP、RH、NEP年内变化均近似“单峰型”曲线;空间上,广西壮族自治区部分地区的碳汇增加趋势明显;季节上,夏季(105.35 g C·m-2)>秋季(39.61 g C·m-2)>春季(24.62 g C·m-2)>冬季(-3.10 g C·m-2);不同植被类型NEP从高到低依次为:阔叶林>农田>草甸和草本沼泽>草原和稀树灌木草原>针叶林>灌丛和萌生矮林;当区域海拔小于200m时,生态系统的碳汇能力最高;月尺度上,西南地区的森林、农田NEP值受气温影响较大,草地生态系统NEP则受降水的影响较多;年尺度上,区域植被NEP与太阳辐射主要呈正相关,气温和降水的相关性空间分布差异较大。 (3)西南地区大部分地区的SPEI指数与植被NEP呈正相关;SIF、NDVI与植被NEP均呈现显著线性相关(P<0.01),除针叶林、草甸和草本沼泽生态系统外,其余植被生态系统的NEP与SIF线性拟合的R2均高于NDVI;灌丛和萌生矮林、农田生态系统的恢复期最长(6个月),草甸和草本沼泽的恢复期最短(3个月);草原和稀树灌木草原的碳汇功能主要受到长期干旱胁迫的影响,而草甸和草本沼泽则易受到短期干旱的影响;高原气候下的针叶林、灌丛和萌生矮林、草原和稀树灌木草原具有较强的碳汇能力,但干旱会导致亚热带气候区的针叶林以及灌丛和萌生矮林的生长期出现2个月左右的延迟。 |
论文外文摘要: |
Drought disaster has become increasingly prominent in China under the effect of climate warming and human activities. Drought, as one of the most important stress factors affecting the carbon sink function of terrestrial ecosystems, will not only weaken the carbon sink function of terrestrial ecosystems at regional and continental scales, but also make it become carbon source. As an important indicator of carbon revenue and expenditure of ecosystem, net ecosystem productivity (NEP) can quantitatively describe the carbon source/sink function of terrestrial ecosystem. It can be calculated by net primary productivity deducting soil heterotrophic respiration. Therefore, it is of great practical significance to study the variation characteristics of NEP in terrestrial ecosystems under the influence of drought. Which is helpful for in-depth understanding of ecosystem carbon cycle process, regional carbon sink management, rational allocation of water resources. As an important ecological barrier and main agricultural production area in China, the Southwest china has suffered serious ecological problems such as soil erosion, land desertification and vegetation degradation, and drought events occurred frequently in recent years under the influence of human activities and climate change. Therefore, based on the SPEI index, the frequency, intensity, influence range and period of drought events in the study area were analyzed. The effectiveness of solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF) and normalized difference vegetation index (NDVI) in the ecological stress monitoring of regional drought has also been further studied. Then, The net ecosystem productivity (NEP) were calculated based on Carnegie–Ames–Stanford Approach (CASA) terrestrial ecosystem model and soil heterotrophic respiration model, and it was used as the index to study the carbon cycle of terrestrial ecosystems. On this basis, the response of carbon cycle of different vegetation ecosystems to two types of drought events ( long-term / short-term ) in southwest China was quantitatively analyzed, and the impact of drought events on carbon sinks of typical vegetation ecosystems under different climatic zones and the difference of vegetation resilience after drought were further evaluated. The main conclusions are as follows : (1) The SPEI indexes at different time scales in Southwest China showed a slight increase trend from 2000 to 2018; Seasonal, drought trend of spring and summer is obvious, autumn and winter showed a trend of wetting; Spatially, the frequency and intensity of drought in eastern Yunnan and central Sichuan are more serious; The influence range of drought in the study area showed a slow downward trend in the past 19 years (the downward trend rate was -0.004/10a); The SPEI index in southwest China has two periodic changes in time scales of 4 ~ 5 a and 2 ~ 3 a; Compared with NDVI, the negative SIF anomaly caused by drought is more significant. (2) From 2000 to 2018, the overall vegetation NEP in Southwest China showed a fluctuating increase trend; The annual variation of NPP, RH and NEP roughly showed a mono-peak curve; Spatially, the carbon sink in some regions of Guangxi Zhuang Autonomous Region has an obvious increase trend; Seasonally, the average NEP values ranked as summer (105.35 g C·m-2) > autumn (39.61 g C·m-2) > spring (24.62 g C·m-2) > winter (-3.10 g C·m-2); The averaged NEP values of different vegetation types ranked as broadleaf forest > Croplands > meadow > grassland > Needleleaf forest > Shrublands; The carbon sink capacity of the ecosystem is the highest when the regional altitude is less than 200 m; On the monthly scale, the NEP values of forests and farmlands in Southwest China are greatly affected by temperature, and precipitation has a great influence on the NEP of grassland ecosystem; At the annual scale, the NEP of regional vegetation mainly positively correlated with solar radiation, and the spatial distribution of the correlation between temperature and precipitation has strong heterogeneity. (3) The SPEI index was positively correlated with vegetation NEP in most areas of southwest China; SIF, NDVI and vegetation NEP showed a significant linear correlation (P<0.01). The linear fitting R2 of NEP and SIF in other vegetation ecosystems were higher than NDVI except needleleaf forest and meadow ecosystems; Shrublands, croplands ecosystems have the longest recovery period (6 months) and meadow have the shortest recovery period (3 months); The carbon sink function of grassland is mainly affected by long-term drought stress, while meadow are susceptible to short-term drought; The needleleaf forest, shrublands, grassland in the plateau climate have strong carbon sink capacity. however, drought will lead to the delay of growth period of needleleaf forest and shrublands in subtropical climate area for about 2 months. |
参考文献: |
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中图分类号: | P237 |
开放日期: | 2021-06-17 |