定量评价人类活动对东北地区沼泽湿地植被NPP的影响

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导师姓名
王宗明
学科专业
地图学与地理信息系统
文献出处
中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)   2014年
关键词
净初级生产力论文  沼泽湿地论文  人类活动论文  东北地区论文
论文摘要

植被净初级生产力(NPP)是沼泽湿地生态系统功能的重要参数,定量区分气候变化和人类活动对NPP的影响,是全球变化背景下沼泽湿地保护、恢复与管理所面临的关键问题。东北地区是我国沼泽湿地的重要分布区,由于人类活动扰动,沼泽湿地植被净初级生产力变化显著。本文选择中国东北地区沼泽湿地为研究对象,通过实地观测、模型模拟、遥感和GIS分析相结合的方法,开展定量评价人类活动对沼泽湿地植被净初级生产力的影响研究。依托2000和2010年沼泽湿地空间分布数据,分析东北地区沼泽湿地景观格局与动态特征;基于CASA模型基本结构式和MODIS遥感数据产品等,估算和分析东北地区沼泽湿地植被实际净初级生产力和潜在净初级生产力;探讨沼泽湿地面积变化对沼泽湿地实际植被生产力的影响;基于遥感估算的沼泽湿地潜在和实际净初级生产力,构建人类活动相对影响贡献率指数(RICI),分析东北地区RICI空间格局与年际动态;探讨不同尺度上人类活动对沼泽湿地植被净初级生产力影响的空间差异。以此从沼泽湿地空间分布变化和未变化两个角度实现人类活动对沼泽湿地植被净初级生产力影响的定量评价。通过上述研究,以期加强对沼泽湿地生态系统碳收支的理解,为区域沼泽湿地的科学管理、保护与恢复提供科学依据。总结本文的主要研究结论如下:一、东北地区沼泽湿地景观格局与变化受气候差异影响和不同程度人类活动干扰,东北地区沼泽湿地分布具有明显的地域特征;以河流湿地、湖泊湿地为主要类型,沼泽湿地与区域地貌有明显的相关性。东北地区重要湿地分布区沼泽湿地景观特征差异明显,沼泽湿地覆盖率互有差异;大兴安岭地区沼泽湿地景观聚集度高,辽河流域沼泽湿地景观破碎度相对较大。东北地区2000年和2010年沼泽湿地面积分别为6.93万km2和6.72万km2;沼泽湿地覆盖率分别为5.6%和5.4%,明显高于全国平均水平;最大沼泽湿地斑块分布在松嫩平原腹地扎龙湿地区,面积约为0.24万km2;东北地区沼泽湿地保护与恢复效果显著,但退化趋势仍然严峻,2000~2010年间东北地区沼泽湿地新增面积3443km2,损失面积5629km2,整体相对退化3.15%,年损失率为198km2/年,全区沼泽湿地覆盖率下降0.2个百分点;松嫩平原沼泽湿地损失面积最大、三江平原沼泽湿地覆盖率下降最明显、辽河流域沼泽湿地景观破碎度明显增大。二、沼泽湿地植被潜在和实际净初级生产力遥感估算、验证与分析基于MODIS遥感产品,应用CASA模型基本结构式,整合VPM和TEM模型,估算并分析东北地区沼泽湿地植被实际和潜在净初级生产力发现:东北地区沼泽湿地植被潜在和实际净初级生产力空间格局特征明显,潜在净初级生产力主要受气温控制,受不同人类活动干扰类型与强度的影响,实际净初级生产力和潜在净初级生产力有着明显的空间分布特征差异;2000~2010年间,沼泽湿地植被潜在和实际净初级生产力均呈缓慢下降趋势;从年际变化波动情况看,受人类活动影响,实际净初级生产力标准差明显大于潜在净初级生产力;人类活动造成东北地区沼泽湿地植被生产力年损失量为91.8gC·m-2·yr-1。三、定量评价人类活动对沼泽湿地植被净初级生产力的影响受沼泽湿地面积变化影响,2000~2010年间,东北地区沼泽湿地植被净初级生产力损失量为1.34Pg C·yr-1。东北地区四个沼泽湿地重要分布区均呈现沼泽湿地植被碳总量减少的趋势,其中以松嫩平原沼泽湿地植被生产力变化最大,植被生产力损失0.61Pg C yr-1。11年间,沼泽湿地与耕地间转换造成沼泽湿地植被实际净初级生产力总计减少0.77Tg C·yr-1。受经济发展、城市建设等影响,沼泽湿地与建设用地间转换导致沼泽湿地植被净初级生产力碳总量损失44.3Gg C。人类活动对空间分布未变化区域沼泽湿地植被净初级生产力的影响空间差异明显,人类活动相对影响贡献率指数空间异质性强,且具有明显的地域特征,RICI高值区主要分布在松嫩平原和呼伦贝尔草原区;东北地区多年平均RICI为0.108,东北尺度上人类活动对区域沼泽湿地仍起到负面干扰作用,导致沼泽湿地植被净初级生产力显著减小;2000~2010年间东北地区沼泽湿地RICI在0.074至0.153之间波动,RICI值呈缓慢上升趋势,表明人类活动对沼泽湿地植被净初级生产力的干扰程度依然在上升,尽管相关湿地保护工作取得了阶段性进展,但是沼泽湿地生境质量下降的趋势仍在继续,湿地生态环境没有得到根本的转变。四、不同尺度上人类活动对沼泽湿地植被净初级生产力的影响空间差异分析沼泽湿地重要分布区尺度上的RICI的平均值、年际动态及其空间差异,发现:四个沼泽湿地重要分布区受人类活动影响差异明显,2000~2010年间RICI平均值最大的区域是辽河流域(0.278);松嫩平原沼泽湿地RICI呈缓慢下降趋势,说明该区域人类活动对沼泽湿地植被净初级生产力的影响逐步减小,受区域湿地保护与恢复政策影响显著;其它地区沼泽湿地RICI呈上升趋势,人类活动对沼泽湿地的干扰依然严峻。重要湿地自然保护区内沼泽湿地植被净初级生产力仍受人类活动的负面干扰(RICI>0),保护效果仍需加强;受人类活动干扰最大的国际重要湿地是达赉湖湿地自然保护区(RICI为0.495),其保护有效性需重点关注。由于北部山区人口稀少,交通可达性低,南瓮河湿地自然保护区呈现较低的RICI值,受人类活动干扰相对较小;2000~2010年间,扎龙、洪河和双台河口三个湿地自然保护区RICI呈现下降趋势,湿地自然保护区保护效果在提升,其中扎龙湿地提升效果最明显;其它7个国际重要湿地RICI值呈现上升趋势,人类活动干扰仍在加剧,保护有效性需进一步的提升。

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目录

摘要

ABSTRACT

引言

第一章 绪论

第一节 选题背景与研究意义

一、 选题背景

二、 研究目的与意义

第二节 研究进展

一、 湿地信息提取与制图

二、 湿地景观动态与潜在人为干扰因素

三、 植被净初级生产力估算

四、 湿地植被净初级生产力时空格局与驱动因素

五、 定量区分气候变化和人类活动对植被生产力的影响

六、 沼泽湿地保护与评价

第三节 研究内容、技术路线与创新点

一、 研究内容

二、 技术路线

三、 研究创新点

第二章 研究区概况与数据预处理

第一节 研究区概况

一、 地理位置与行政区划

二、 人口与经济

三、 地形与地貌

四、 气候状况

五、 湿地概况

第二节 数据收集与预处理

一、 沼泽湿地空间分布数据

二、 野外实测数据

三、 MODIS 遥感数据集

四、 气象数据集

五、 其它地理空间数据

第三章 东北地区沼泽湿地空间制图与变化分析

第一节 沼泽湿地景观制图与变化分析方法

一、 沼泽湿地景观特征分析

二、 沼泽湿地景观变化分析

第二节 东北地区沼泽湿地空间制图

一、 沼泽湿地景观制图与特征分析

二、 小结与讨论

第三节 2000 和 2010 年沼泽湿地景观特征分析

一、 沼泽湿地景观特征分析

二、 小结与讨论

第四节 2000-2010 年间沼泽湿地景观变化特征分析

一、 沼泽湿地景观变化特征分析

二、 小结与讨论

第五节 本章小结

第四章 沼泽湿地植被 ANPP 和 PNPP 遥感估算与时空格局分析

第一节 沼泽湿地植被净初级生产力估算方法

一、 太阳辐射子模型

二、 光能利用率子模型

第二节 沼泽湿地植被生产力估算结果验证

一、 模型估算结果验证方法

二、 沼泽湿地植被 ANPP 和 PNPP 估算验证结果

第三节 沼泽湿地植被 ANPP 和 PNPP 时空格局分析

一、 沼泽湿地植被净初级生产力空间格局分析

二、 沼泽湿地植被净初级生产力年际动态分析

三、 小结与讨论

第四节 本章小结

第五章 定量评价湿地面积变化对沼泽湿地植被 ANPP 的影响

第一节 湿地面积变化对沼泽湿地生产力影响

一、 湿地面积总体变化对沼泽湿地生产力的影响

二、 湿地面积变化对沼泽湿地生产力影响空间差异分析

三、 小结与讨论

第二节 沼泽湿地与耕地和建设用地间转换对植被 ANPP 的影响

一、 沼泽湿地与耕地间转换对湿地植被 ANPP 的影响

二、 沼泽湿地与建设用地间转换对湿地植被 ANPP 的影响

三、 小结与讨论

第三节 本章小结

第六章 定量评价人类活动对沼泽湿地空间分布未变化区域植被生产力的影响

第一节 人类活动相对影响贡献率指数构建

第二节 人类活动相对影响贡献率空间格局分析

一、 RICI 空间格局分析

二、 小结与讨论

第三节 人类活动相对影响贡献率年际动态分析

一、 RICI 年际动态分析

二、 小结与讨论

第四节 人类活动相对影响贡献率空间差异

一、 重要沼泽湿地分布区 RICI 空间格局差异分析

二、 小结与讨论

第五节 本章小结

第七章 人类活动对重要湿地保护区沼泽湿地 NPP 的影响

第一节 东北地区重要湿地保护区 RICI 均值对比

一、 重要湿地自然保护区 RICI 均值比较

二、 小结与讨论

第二节 东北地区重要湿地保护区 RICI 年际变化趋势

一、 重要湿地保护区 RICI 年际变化趋势比较

二、 小结与讨论

第三节 本章小结

第八章 研究结论与展望

第一节 主要研究结论

第二节 研究不足与展望

一、 存在的不足

二、 未来工作展望

参考文献

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致谢

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