土地利用变化研究论文提纲

论文题目：黄土高原地区干旱及土地利用变化对植被净初级生产力影响的量化研究

摘要：植被净初级生产力（Net primary production—NPP）不仅是表征植物活动的重要变量,而且是判定生态系统碳源/汇和调节生态过程的主要因子,主要受气候、土地利用等环境因子的影响。黄土高原位于我国半干旱半湿润地带,水土流失严重,是典型的生态脆弱区,NPP变化对干旱和土地利用变化响应敏感。因此,掌握并理解黄土高原植被NPP时空变化及其与气候、土地利用等环境因子之间的定量关系,有助于我们深入认识和准确预测区域碳循环的变化,对黄土高原生态系统的可持续发展至关重要。本文首先利用中科院资源与环境数据平台的GLOPEM模型,黄土高原气象站点降水、气温数据和MODIS 土地利用/覆被数据分析了 2000-2015年16年间黄土高原NPP、干旱和土地利用类型的时空变化特征。在此基础上,量化了干旱和土地利用对NPP变化的贡献率,特别是进一步细化了主要土地利用类型和不同旱情程度加剧或缓解对NPP变化的贡献率,并选择典型区域评估了当前黄土高原退耕还林/还草和沙地治理等生态修复措施的实施效果。最后,采用FLUS模型,选取12个自然和社会经济因素作为土地利用变化驱动力,在设定的未来基准、经济高速发展和生态保护情景下,模拟了未来2025年土地利用的时空格局,并以现有16年各种地类生产NPP的平均值为参照尺度,预测了未来不同情境模拟下NPP的变化,量化了不同土地利用类型转移对NPP的影响。主要研究结论如下:（1）不同时期、不同区域的NPP、干旱和土地利用类型时空变化特征差异显著。NPP年际变化总体上呈波动增长趋势,具有明显阶段性。NPP平均值总体偏低,由东南至西北呈递减分布,大部分区域呈线性增长趋势,少部分区域呈线性减少趋势,线性变化量与变化率呈反向变化趋势;SPEI平均值总体上呈波动变化,其波动幅度逐渐减小,各省区间差异较大。轻度干旱、中度干旱是研究区内干旱的主要表现形式。干旱与NPP线性变化趋势趋于一致;土地利用变化较为剧烈,各种土地类型变化幅度、方向不同。土地利用变化区域主要分布于耕地、林地、草地交错地带。（2）降水、气温的耦合作用是促使黄土高原NPP变化的主要因素,总量达2/3左右的NPP变化归因于降水、气温的耦合作用。降水、气温的耦合作用对NPP变化的贡献率因土地利用类型、区域不同而差异明显。其中,六大地类中,林地、耕地和草地NPP变化受降水、气温的耦合作用影响较大,NPP减少受其影响的强度依次是草地＞耕地＞林地,NPP增加受其影响的强度依次为耕地＞草地＞林地。从行政区来看,各省区、各地市NPP变化受降水、气温的耦合作用均较高,不同省区、不同地市之间因土地利用差异较大而影响程度不同。（3）降水、气温耦合作用引起的干旱是制约植被生产NPP的重要因素。约33%的植被NPP变化受干旱影响。干旱的发生、加剧对NPP的抑制作用较强,相较于重旱,轻旱、中旱由于其发生频次较多、持续时间较长,对NPP变化影响较大。干旱对主要生态用地（耕地、林地、草地）NPP变化均有较大影响,对NPP减少的影响强度依次为草地＞耕地＞林地,对NPP增加的影响强度依次为草地＞林地＞耕地。其中,轻旱对耕地NPP的影响较大,中旱对草地NPP的影响较大。从行政区来看,各省区、各地市NPP变化受干旱影响均较大,随干旱等级加剧,不同省区、不同地市之间影响程度的差异性逐渐增强。（4）土地利用变化较为显著的区域,其NPP变化主要由人类活动（沙地治理、退耕还林/还草等）导致的土地利用类型转移引起。土地利用类型转移主要发生在局部区域,呈聚集性“点状”分布,分散于黄土高原不同区域,对NPP变化整体影响较小,但就局部区域而言,部分高值点贡献率超过45%,甚至超过60%,其是这些区域NPP变化的主导因素。土地利用变化对NPP减少的影响弱于其对NPP增加的影响,表明生态修复政策已取得一定成效。土地利用变化对省级、地市级尺度NPP的影响程度总体呈由西至东波动增加趋势,对NPP变化的平均贡献率均较低。西北部的内蒙古自治区和宁夏回族自治区沙地治理、陕西省退耕还林效果较好;东部省区生态保护整体效果相对较弱,但部分区域相对较好,山西省、河南省属于太行山区的区域退耕还林/还草、水域修复效果较好,属于山西的汾河谷地、河南的部分耕地生态保护相对较弱。（5）三种模拟情景下,土地利用类型转移主要发生在生态用地（耕地、林地、草地、水域）、未利用地与生态用地之间,土地利用的空间分布格局大致相同,NPP均呈增长趋势,其中生态保护情景下NPP增长最多（212.45gC/km2）。基准情景下NPP呈增长趋势的地市最多,经济高速发展情景次之,生态保护情境下大范围退耕还草、水域修复使得NPP呈增长趋势的地市相对最少,但增长量高值最多。NPP呈减少趋势的地市减少量普遍较低,经济高速发展情景下平均减少量最多,基准情景次之,生态保护情景相对最少。不同情境、不同土地利用转移引起的NPP变化反映了生态保护成效差异明显。其中生态保护情景下,经济社会发展理念发生转变,生态修复效果最为显著,能最好地保护林地、草地、水域,治理沙地。

关键词：净初级生产力（NPP）;干旱;土地利用;未来情景模拟;定量分析;黄土高原

学科专业：地图学与地理信息系统

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 净初级生产力(NPP)研究进展

1.2.2 干旱监测及其对净初级生产力(NPP)影响的研究进展

1.2.3 土地利用变化及其对净初级生产力的影响研究进展

1.2.4 未来土地利用模拟模型研究进展

1.2.5 目前研究中的不足

1.3 研究目标

1.4 研究内容

1.5 技术路线

第二章 研究区概况与数据处理

2.1 自然地理概况

2.1.1 地理位置

2.1.2 地形地貌

2.1.3 气候特征

2.1.4 土壤植被及其区域特征

2.1.5 水资源概况

2.2 社会及经济概况

2.3 数据来源与处理

2.3.1 气象数据

2.3.2 土地利用数据

2.3.3 净初级生产力(NPP)数据

2.3.4 其他数据

第三章 黄土高原NPP及其影响因素的时空变化特征

3.1 研究方法

3.1.1 净初级生产力(NPP)估算模型

3.1.2 标准化降水指数SPEI计算方法

3.1.3 简单差值法

3.1.4 趋势分析法

3.1.5 面积比

3.1.6 土地利用转移矩阵

3.2 净初级生产力(NPP)的时空变化特征

3.2.1 NPP年际变化特征

3.2.2 NPP空间变化特征

3.3 干旱的时空变化特征

3.3.1 干旱年际变化特征

3.3.2 干旱空间变化特征

3.4 土地利用的时空变化特征

3.4.1 土地利用类型的年际变化特征

3.4.2 土地利用类型的空间变化特征

第四章 干旱对NPP时空变化影响的定量分析

4.1 研究方法

4.1.1 相关分析

4.1.2 降水、气温耦合作用对NPP变化的贡献率

4.1.3 干旱加剧或缓解对NPP变化的贡献率

4.1.4 不同干旱等级变化对NPP变化的贡献率

4.2 降水、气温耦合作用对NPP变化的贡献率

4.2.1 SPEI与NPP的相关性

4.2.2 降水、气温耦合作用对NPP减少的贡献率

4.2.3 降水、气温耦合作用对NPP增加的贡献率

4.3 干旱对NPP变化的贡献率

4.3.1 干旱发生或加剧对NPP减少的贡献率

4.3.2 干旱缓解对NPP增加的贡献率

4.4 不同干旱等级对NPP变化的贡献率

4.4.1 不同干旱等级变化对NPP减少的贡献率

4.4.2 不同干旱等级变化对NPP增加的贡献率

4.5 本章讨论

第五章 土地利用变化对NPP时空变化影响的定量分析

5.1 研究方法

5.1.1 土地利用变化对NPP变化的贡献率

5.1.2 主要土地利用类型变化对NPP变化的贡献率

5.2 土地利用的数量转移特征

5.3 土地利用变化对NPP变化的贡献率

5.3.1 土地利用变化对NPP减少的贡献率

5.3.2 土地利用变化对NPP增加的贡献率

5.4 主要土地利用类型变化对NPP变化的贡献率

5.4.1 主要土地利用类型变化对NPP减少的贡献率

5.4.2 主要土地利用类型变化对NPP增加的贡献率

5.5 本章讨论

第六章 基于多情景土地利用类型模拟的NPP变化分析

6.1 研究方法

6.1.1 马尔可夫(Markov)模型

6.1.2 未来土地利用模拟(FLUS)模型

6.1.3 未来多情景土地利用模拟下NPP的变化

6.2 FLUS模型的精度验证

6.3 黄土高原2005-2015年土地利用的时空变化

6.4 未来多情景模拟下的土地利用时空变化

6.4.1 整体空间分布特征

6.4.2 土地利用的转移特征

6.5 未来多情景土地利用模拟下的NPP变化

6.5.1 基准情境下NPP的变化

6.5.2 经济高速发展情境下NPP的变化

6.5.3 生态保护情境下NPP的变化

6.6 多情景模拟下不同土地利用类型转移引起的NPP变化

6.6.1 耕地转移引起的NPP变化

6.6.2 草地转移引起的NPP变化

6.6.3 林地转移引起的NPP变化

6.6.4 水域转移引起的NPP变化

6.6.5 未利用地转移引起的NPP变化

6.7 本章讨论

第七章 结论与讨论

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 不足和展望

参考文献

致谢