论文题目：植被GPP变化的趋势贡献及其归因分析 ——以我国典型林业生态工程区为例
摘要：植被是全球陆地生态系统中的一个重要组分,与人类生存环境息息相关。植被变化受到气候和人类活动的共同作用,是一种复杂的非线性变化,存在着长期趋势和年际波动。然而,植被变化长期趋势对整体变化的贡献及其对气候和人类活动的非线性响应仍然未知。本文利用1982-2015年GLASS GPP（总初级生产力）长时间序列数据,基于EEMD（集合经验模式分解）模型,分析我国生态工程区植被GPP的非线性变化趋势及其对植被变化的相对贡献;基于BRT（增强回归树模型）,定量分析自然因子和人类活动对我国典型生态工程区植被GPP非线性变化趋势的影响及其相对重要性。主要结论如下:（1）我国植被GPP变化趋势以单调增加为主（占37%）,主要分布在我国的华中、华南和南部沿海地区。有26%的区域发生了趋势转换,其中14%的地区植被GPP呈由增到减变化,分布在新疆北部、东北漠河、长江中下游和我国西南地区;12%的地区植被趋势为由减到增,分布在三北防护林中部、黄河中游防护林、珠江流域的少数地区。我国植被GPP趋势变化类型在八大林业生态工程区的分布上,除了黄河中游防护林以趋势由减到增为主外,其他区域都以单调增加为主。植被GPP由减到增趋势转换中的突变年份依次集中在1985-1990年、1990-1995年和1995-2000年,基本对应了1987-2000年间各个生态工程启动和逐步发展的时间段。（2）我国植被GPP变化由趋势主导的面积比例在30%左右,主要分布在华北、黄河中游、华中和南部沿海地区,以三北防护林、辽河流域防护林、黄河中游防护林、淮河太湖流域防护林和珠江流域防护林等林业生态工程区为主,与植被趋势单调增加和由减到增的分布大致相同。说明这些地区的植被GPP变化以趋势变化为主,植被生态系统稳步得到恢复和改善,不易受外界干扰。植被GPP变化非趋势主导,而受年际波动主导的区域在70%左右,尤其近55%的区域年际波动的贡献是趋势的2倍,主要分布在新疆北部、东北地区、青藏高原、长江流域和东南沿海地区。其中,长江中上游防护林、三北防护林东北部年际波动的主导作用尤为明显。因此,尽管生态工程对植被生态系统有着积极的恢复作用,但由于趋势贡献较小,生态系统容易受外界干扰影响,仍需进一步加强生态工程建设强度,以更好地维护生态工程的成效。（3）在我国四大典型林业生态工程区中,自然因子和人类活动共同影响着植被GPP的变化。其中,在三北防护林生态工程区中,自然因子的重要性总体大于人类活动。对于趋势单调增加来说,自然因子的贡献略大于人类活动（55.65%vs 44.35%）,但在不同驱动因子中依然是以土地利用变化（20.20%）和人口密度（14.52%）的影响最为重要,体现了三北防护林工程对植被恢复的生态意义;对于植被趋势由增到减和由减到增来说,自然变量的重要性总体高于人类活动,土地利用变化、气候因素和地形因素是主要的影响因素。在黄河中游防护林生态工程区中,对于植被GPP单调增加和由减到增来说自然因子总体的重要性较高,以降水、太阳辐射为主,但在趋势单调增加中,人口密度（9.56%）和土地利用变化（8.14%）的影响较高,位于三、四位;在趋势由减到增中,土地利用变化（17.19%）的重要性远高于其他驱动因子,说明生态工程对黄河中游地区的植被恢复有着重要贡献。在长江中上游防护林生态工程区中,植被GPP单调增加受人类活动影响为主（59.57%）,人口密度（29.88%）和GDP（20.39%）的重要性远大于其它驱动因子,即长江中上游防护林建设工程区的植被恢复是由人类活动所驱动的;对于植被趋势由增到减来说,是受自然因子主导的,以降水和太阳辐射为主。在珠江流域防护林生态工程区中,对于植被GPP单调增加和趋势由减到增来说,自然要素的重要性都远高于人类活动,但在趋势单调增加中,土地利用变化（7.03%）和CO2排放浓度（6.95%）重要性较高,位于三、四位;在趋势由减到增中,土地利用变化（8.74%）是最主要的驱动因子,说明珠江流域防护林生态工程建设对植被恢复起到了积极影响。（4）我国四大典型林业生态工程区植被变化趋势对主要驱动因子的非线性响应研究表明:在三北防护林生态工程区中,人为因素（林地和草地的增加、人口密度的适度增加）以及自然因素（低海拔地区、最暖月最高温的降低、大气水分的增加和降水季节性变异的适度增加）有利于植被绿化和恢复。人为因素（城市化发展和农耕活动导致的城乡用地面积不断扩大）以及自然因素（年总降水量减少、太阳辐射增强和大气水分干旱）则会促使植被退化。在黄河中游防护林生态工程区中,人为因素（人口密度的适度增长和林地、草地的增加）以及自然因素（最干季降水的增多、大气干旱程度减弱和适度增温）会促进植被绿化和恢复。在长江中上游防护林生态工程区中,人为因素（人口密度的适度增长、社会经济与生态环境的协调发展和林地的不断增加）以及自然因素（较低海拔、大气水分增多和年均温适度增温）会促进植被绿化。而城乡用地扩增,降水的减少和地表净太阳辐射的快速增强则使植被由恢复转向退化。在珠江流域防护林生态工程区中,人为因素（草地和林地的增加、经济生态协同发展）以及自然因素（降水增加、地表净太阳辐射减弱、温度的季节性变异降低）促进了植被绿化和恢复。通过研究长期趋势对植被GPP的贡献发现,尽管我国生态工程区的植被得到了恢复和改善,但部分区域的植被趋势贡献较低,植被生态系统不稳定,容易受外界干扰影响,仍需进一步采取生态保护措施,巩固生态工程成效。而通过分离自然和人为要素对植被GPP趋势的非线性影响,可以定量评估自然和人为要素对植被变化影响的相对重要性,揭示出植被趋势变化的驱动机制。本文研究可以很好地评估生态工程对我国植被变化的生态成效及其持续性,并为林业生态工程区的后续管理提供一些理论参考。
关键词：植被GPP;生态工程;趋势变化;自然因子;人类活动
学科专业：自然地理学
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 植被趋势变化研究
1.2.2 植被趋势变化归因分析研究
1.2.3 生态工程对植被趋势的影响
1.3 研究目标及内容
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.4 研究关键问题、技术路线及创新点
1.4.1 研究关键问题
1.4.2 技术路线
1.4.3 论文结构
第二章 研究区概况和研究方法
2.1 研究区概况
2.1.1 地理位置
2.1.2 自然环境概况
2.1.3 社会经济概况
2.2 数据来源
2.2.1 植被GPP数据
2.2.2 植被类型
2.2.3 地形变量
2.2.4 气候变量
2.2.5 人类活动
2.3 研究方法
2.3.1 Spearman相关分析
2.3.2 线性回归分析
2.3.3 Mann-Kendall趋势检验
2.3.4 集合经验模式分解
2.3.5 增强回归树模型
第三章 植被GPP趋势变化分析
3.1 我国植被GPP趋势变化分析
3.1.1 基于M-K的植被GPP趋势分析
3.1.2 基于EEMD的植被GPP非线性趋势分析
3.1.3 植被GPP线性和非线性趋势比较
3.2 植被GPP趋势在不同生态工程区的空间分布
3.3 植被GPP趋势转换突变年份的空间分布
3.4 本章小结
第四章 趋势对植被GPP变化的贡献
4.1 趋势对植被GPP变化的方差贡献
4.2 不同生态工程区趋势对植被GPP变化的贡献
4.3 本章小结
第五章 典型林业生态工程区植被GPP趋势变化归因分析
5.1 三北防护林体系建设工程
5.1.1 自然和人为要素对植被GPP单调增加和趋势转换的相对重要性
5.1.2 植被GPP趋势对主要驱动因子的非线性响应曲线分析
5.2 黄河中游防护林体系建设工程
5.2.1 自然和人为要素对植被GPP单调增加和趋势转换的相对重要性
5.2.2 植被GPP趋势对主要驱动因子的非线性响应曲线分析
5.3 长江中上游防护林体系建设工程
5.3.1 自然和人为要素对植被GPP单调增加和趋势转换的相对重要性
5.3.2 植被GPP趋势对主要驱动因子的非线性响应曲线分析
5.4 珠江流域防护林体系建设工程
5.4.1 自然和认为要素对植被GPP单调增加和趋势转换的相对重要性
5.4.2 植被GPP趋势对主要驱动因子的非线性响应曲线分析
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 创新点
6.3 不足与展望
参考文献
致谢