三江并流區(qū)植被格局與物候動(dòng)態(tài)及其驅(qū)動(dòng)因子研究獲得系列進(jìn)展
作者:王春雅,王金牛 時(shí)間:2022-03-01

 植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,其格局動(dòng)態(tài)變化受到生物、非生物和人類活動(dòng)等因素的多重驅(qū)動(dòng)。山地生態(tài)系統(tǒng)是最脆弱的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一,對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)十分敏感,而山地植被動(dòng)態(tài)過(guò)程和驅(qū)動(dòng)因素的分析也一直是全球氣候變化和山地研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。山區(qū)地形復(fù)雜、可達(dá)性差,遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得監(jiān)測(cè)山區(qū)大尺度植被變化成為可能。 英國(guó)植物學(xué)家、地理學(xué)家、探險(xiǎn)家F. Kingdon Ward19111950年的這40年里,曾八次考察藏東南、滇西北、川西南秘境,并首次發(fā)現(xiàn)三江并流這一世界地理大奇觀。該區(qū)域地處青藏高原東南緣向云貴高原過(guò)渡的橫斷山脈的縱谷地帶核心區(qū),屬于東喜瑪拉雅與西南山地兩大國(guó)際生物多樣性熱點(diǎn)區(qū)域交匯地帶,也是國(guó)內(nèi)外著名的風(fēng)景名勝區(qū)和世界自然遺產(chǎn)地,因此備受關(guān)注。世界自然遺產(chǎn)名錄描述的“三江并流”僅包括云南境內(nèi)的三江并流國(guó)家公園,而真正的三江并流區(qū)域應(yīng)該遠(yuǎn)不止如此。怒江、瀾滄江和金沙江(長(zhǎng)江上游)均發(fā)源于青藏高原北部,自昌都地區(qū)開(kāi)始向東南并進(jìn),南至滇藏邊界。現(xiàn)有研究更多的是局限于云南省三江并流國(guó)家公園或者某一子流域,嚴(yán)重制約了對(duì)于上下游之間流域關(guān)聯(lián)性的有機(jī)理解,也不符合基于景觀地貌特征而維持陸地生態(tài)系統(tǒng)原真性與完整性的科學(xué)原則。因此,對(duì)于三江并流區(qū)域整體以及西藏片區(qū)的植被時(shí)空格局變化及其驅(qū)動(dòng)力分析的進(jìn)一步探討尤為迫切。 

 高寒草地與濕地生態(tài)項(xiàng)目組的聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生王春雅同學(xué)(成都理工大學(xué))在王金牛副研究員、吳寧研究員的共同指導(dǎo)下,依托西藏芒康野外生態(tài)監(jiān)測(cè)站(“一站多點(diǎn)”分布見(jiàn)附圖),與國(guó)內(nèi)外相關(guān)科研工作者深度合作,對(duì)藏東南三江并流核心區(qū)的植被時(shí)空格局變化及其氣候因子、地形特征等進(jìn)行了分析探討。基于MODIS NDVI遙感數(shù)據(jù)、中國(guó)氣象網(wǎng)數(shù)據(jù)、DEM高程數(shù)據(jù),并結(jié)合主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),利用Sen+Mann-Kendall趨勢(shì)分析方法,結(jié)合地理加權(quán)模型綜合探究了區(qū)域植被時(shí)空格局的變化情況以及相關(guān)驅(qū)動(dòng)因子。結(jié)果表明,20002016年間,該區(qū)植被覆蓋整體呈緩慢增加趨勢(shì),不同植被類型覆蓋空間異質(zhì)性明顯。另外,區(qū)域植被覆蓋變化以穩(wěn)定不變和改善趨勢(shì)為主,總體呈穩(wěn)中向好態(tài)勢(shì)(圖1A)。與氣候因子的相關(guān)性分析表明,植被NDVI增加主要與氣候暖化有關(guān),與降水量相關(guān)性較小(圖1B)。此外,人類活動(dòng)對(duì)植被影響存在雙重性:大多地區(qū)植被改善受生態(tài)工程和圍欄禁牧政策影響,局部地區(qū)植被退化則與城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快有關(guān)。 

 在高山峽谷云嶺縱深的三江并流區(qū)域,復(fù)雜的地形特征(海拔、坡度、坡向等)對(duì)植被格局的影響更為顯著,因此進(jìn)一步深入分析了地形因子對(duì)藏東南三江并流區(qū)域植被動(dòng)態(tài)變化的作用。20002019年間,除瀾滄江流域外,整個(gè)流域NDVI呈不顯著增加趨勢(shì),流域整體及各子流域的NDVI2004年左右共同發(fā)生突變。近20年來(lái),隨著海拔的升高,植被格局沿海拔梯的空間異質(zhì)性顯著,南部地區(qū)植被覆蓋整體高于北部;植被覆蓋主要集中在8-35°的坡度范圍內(nèi),除平地外,各坡向植被分布格局無(wú)明顯差異。另外,三江并流區(qū)植被NDVI在各地形因子影響下均以輕微改善為主(36.10%),改善區(qū)域具體分布在金沙江流域河源區(qū)和整個(gè)流域的南部(圖2)。地理加權(quán)回歸分析結(jié)果表明,海拔高度與大多數(shù)地區(qū)的NDVI趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān),特別是怒江流域和金沙江流域中游,坡度和坡向?qū)?/span>NDVI變化的影響明顯小于海拔(圖3)。 

 在過(guò)去幾十年中,全球氣候變暖使得青藏高原植被春季/秋季物候出現(xiàn)不同程度的提前/延遲現(xiàn)象。青藏高原是世界上僅次于南北極外最大的永久凍土和季節(jié)性凍土區(qū),在高寒草地生態(tài)系統(tǒng)中,凍土的變化會(huì)對(duì)植被物候產(chǎn)生一定的影響。因此,有必要監(jiān)測(cè)凍土區(qū)域的植被物候時(shí)空格局,并探討其對(duì)氣候因素、凍土變化等的響應(yīng),以闡明植被物候在高山生態(tài)系統(tǒng)中的作用。20002019年間藏東南三江并流地區(qū)季節(jié)性凍土區(qū)域高寒草地的植被物候(主要指返青期SOS、枯黃期EOS以及生長(zhǎng)季長(zhǎng)度LOS)變化特征及其相關(guān)驅(qū)動(dòng)因素的研究結(jié)果表明,三個(gè)物候參數(shù)的多年均值空間分布均存在顯著的南北差異;多年平均SOS 隨海拔升高逐漸從第100天推遲到160天,EOS整體提前(從第320天到280天),LOS縮短(從210天到130天)(圖4)。在過(guò)去20年中,SOS提前0.16 d·yr-1EOS延遲0.08 d·yr-1LOS0.07d·yr-1的速度延長(zhǎng),這可能與區(qū)域的氣候暖干化有關(guān)。此外,年平均氣溫(AMT)與SOS呈負(fù)相關(guān),與EOSLOS呈正相關(guān);年平均總降水量(AMP)與SOSEOS正相關(guān),與LOS負(fù)相關(guān)。此外,凍結(jié)指數(shù)的增加導(dǎo)致SOS延遲和EOS提前,進(jìn)一步使得LOS縮短。與AMT類似,融化指數(shù)的增加使得SOS提前,EOS延遲,LOS延長(zhǎng)(圖5)。該研究證實(shí)了氣候因子和凍土變化對(duì)植被物候過(guò)程的重要性,也有助于進(jìn)一步理解高寒生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化響應(yīng)的復(fù)雜性。 

 本研究得到中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境研究院羅棟梁研究員、王旭峰研究員、魏彥強(qiáng)博士,蘭州大學(xué)崔霞博士等諸位同行的大力協(xié)助,受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31971436, 41661144045);中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境與資源研究院冰凍圈國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(SKLCSOP-201807);芒康野外監(jiān)測(cè)站中國(guó)生物多樣性監(jiān)測(cè)與研究網(wǎng)絡(luò)(SinoBon)”平臺(tái)項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。階段性系列成果以王春雅為第一作者,王金牛副研究員為通訊作者分別發(fā)表在國(guó)內(nèi)外主流學(xué)術(shù)期刊《地理研究》、Remote SensingIF=4.84Frontiers in Earth ScienceIF=3.49 

 原文鏈接1

 原文鏈接2

 原文鏈接3 

  1  20002016年研究區(qū)NDVI變化趨勢(shì)及其與氣候因子的關(guān)系(A, B 

  2  2000-2019年流域植被變化趨勢(shì)情況分析 

  3  地形因子對(duì)植被變化趨勢(shì)的影響的回歸系數(shù)和顯著性空間分布 

  4  2000-2019年研究區(qū)植被物候空間分布格局(SOS(A)EOS(B)LOS(C)) 

  5  2000-2019年研究區(qū)氣候因子(氣溫(A)、降水量(B))、凍土變化(這里主要指凍融指數(shù))(C)與植被物候(SOSEOSLOS)之間的關(guān)系和顯著性檢驗(yàn) 

 

  附圖  西藏芒康生態(tài)監(jiān)測(cè)臺(tái)站“一站多點(diǎn)”圖示 

  注:西藏自治區(qū)生態(tài)環(huán)境廳為了長(zhǎng)期有效監(jiān)測(cè)西藏生態(tài)安全屏障的功能發(fā)展態(tài)勢(shì),依照《西藏生態(tài)安全屏障保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃》(2008-2030年)設(shè)立西藏生態(tài)安全屏障生態(tài)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)(Tibet Ecological Security Monitor NetworkTESMN),共計(jì)11個(gè)站,吸納了國(guó)內(nèi)院所校技術(shù)支撐單位。芒康野外生態(tài)監(jiān)測(cè)站為我所與西藏自治區(qū)生態(tài)環(huán)境廳共建臺(tái)站,站點(diǎn)覆蓋芒康(總站)、左貢、八宿三縣域共計(jì)10處監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)。自治區(qū)生態(tài)環(huán)境廳累計(jì)投入基建以及科研儀器平臺(tái)資金達(dá)3000萬(wàn)。臺(tái)站自2017年開(kāi)始建設(shè),2019年正式運(yùn)行,由我所生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生物多樣性領(lǐng)域主任江建平研究員擔(dān)任站長(zhǎng),累計(jì)爭(zhēng)取科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)2000萬(wàn)。 

 

 

 

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