全球喀斯特区与非喀斯特区植被NEP时空变化特征及驱动因素分析

作     者：刘茂 

作者单位：贵州师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗娅

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：NEP 时空变化 驱动因素 喀斯特区 非喀斯特区 

摘      要：净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity,NEP）是定性和定量表征生态系统碳源/汇特征的重要指标。喀斯特区和非喀斯特区有不同的地质、地貌、水文、气候、人类活动强度等条件,植被类型千差万别,植被固碳能力也有差别。然而,已有研究多关注区域整体的植被NEP变化,少有研究就喀斯特区与非喀斯特区对植被NEP的差异进行对比分析。此外,现有研究多聚焦单一气候因素对植被NEP变化的影响,少有结合地形、人文等因子来综合探讨植被NEP变化的驱动因素。喀斯特区与非喀斯特区的植被NEP时空变化特征尚不明确,人文因素与地形因素是否影响植被固碳能力也尚不清楚。 因此,以全球喀斯特区与非喀斯特区为研究区,获取全球植被NEP数据,运用Mann-Kendall趋势检验、Theil-Sen斜率估计、Hurst指数分析等方法,揭示全球喀斯特区与非喀斯特区植被NEP时空变化特征;获取LAI、气候、人文和地形数据,采用偏相关分析、地理探测器等方法,阐明不同气候带植被NEP与气候因子的相关性,分析影响全球喀斯特区与非喀斯特区植被NEP的驱动因素。主要研究结论如下: （1）2000～2020年,喀斯特区植被NEP以低碳汇为主,且呈显著的上升趋势。从总体上看,全球喀斯特区大部分区域植被NEP在0～300g Cm-2yr-1之间,处于低碳汇阶段,以每年0.5g Cm-2yr-1的速度显著上升（P0.001）,在2006年发生突变。在空间变化趋势上,植被NEP呈上升趋势的面积占比最大（58.94%）,植被NEP发生突变后呈显著上升趋势与呈显著下降趋势的面积占比分别比突变前增长了10.03%和减少了33.43%。在未来,植被NEP趋于退化,退化的面积占比（51.74%）大于改善的面积占比（48.26%）。分气候带分析喀斯特区的植被NEP分布,结果显示,热带的植被NEP值最高,干旱带的植被NEP值最低;热带、干旱带和温带寒温带的植被NEP均呈上升趋势且有明显的突变点,亚热带的植被NEP呈明显上升趋势但无突变点,极地带的植被NEP既无明显变化也无突变点。在未来,热带、干旱带的植被NEP趋于稳定,亚热带、温带寒温带的植被NEP趋于退化,极地带的植被NEP趋于改善。 （2）2000～2020年,非喀斯特区植被NEP均值整体高于喀斯特区,呈显著的上升趋势,以低碳汇为主,碳汇区面积占比（70.4%）小于喀斯特区（74.12%）。从总体上看,植被NEP以每年0.43g Cm-2yr-1的速度显著上升,上升速率小于喀斯特区,在2006年发生突变,突变前后的植被NEP均呈不显著的上升趋势。在空间变化趋势上,植被NEP呈上升趋势的面积（58.63%）与喀斯特区（58.94%）相差不大。在未来演进中,植被NEP趋于退化的面积占比为52.06%,比喀斯特区大0.32%。从不同气候带来看,非喀斯特区与喀斯特区相同,热带的植被NEP值最高,干旱带的植被NEP值最低;植被NEP在热带、亚热带和温带寒温带呈上升趋势,上升速率均小于同气候带的喀斯特区;干旱带的植被NEP也呈显著上升趋势,上升速率大于同气候带的喀斯特区;热带、干旱带、亚热带和温带寒温带的植被NEP均有明显的突变点;极地带NEP呈不显著的下降趋势,在2013年发生突变,同气候带的喀斯特区无明显变化。在未来,与喀斯特区相同的是,植被NEP在亚热带、温带寒温带趋于退化,极地带趋于改善,与喀斯特区不同的是,植被NEP在热带、干旱带趋于退化。热带、干旱带、亚热带和温带寒温带是未来防止植被NEP退化工作的重点区域。要重视非喀斯特区植被保护工作,减少因植被破坏导致的植被NEP降低的问题。 （3）在全球喀斯特区,各因素驱动植被NEP的力度差距呈现缩小态势,植被NEP空间差异的核心因素趋向多元化,人文因子、地形因子与气候因子结合后对全球喀斯特区植被NEP的解释力要比自身作为单因素驱动因子时的解释力更强;不同气候带植被NEP变化与植被绿度、降水、气温均存在相关性。从地理探测器单因子探测的结果来看,植被绿度、降水和气温是驱动全球喀斯特区植被NEP变化的核心因素,其中,植被绿度是喀斯特区解释力最强的因子,气温、降水、国内生产总值的解释力在增强,二氧化碳排放量的解释力先增后减,人口密度在所有因子中解释力最小,坡度和海拔的解释力略有增强。从交互探测的结果来看,喀斯特区降水和气温交互作用最强,对全球喀斯特区植被NEP变化的解释力最好,国内生产总值、人口密度、二氧化碳排放量三个人文因子与其他因素的交互作用显著增强。从影响植被NEP变化的核心因素来看,热带（R2=0.342,P=0.003）、干旱带（R2=0.418,P=0.001）、亚热带（R2=0.562,P=0.002）和温带寒温带（R2=0.531,P=0.01）植被NEP变化与植被