青藏高原草地物候动态及其对驱动因子的响应_吉珍霞.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2021-0566吉珍霞，裴婷婷，陈英，侯青青，谢保鹏，吴华武.青藏高原草地物候动态及其对驱动因子的响应.草业科学,2023,40(1):4-14.JIZX,PEITT,CHENY,HOUQQ,XIEBP,WUHW.GrasslandphenologicaldynamicsanditsresponsetodrivingfactorsontheQinghai-TibetPlateau.PrataculturalScience,2023,40(1):4-14.青藏高原草地物候动态及其对驱动因子的响应吉珍霞1，裴婷婷1,2，陈英1,2，侯青青3，谢保鹏2，吴华武4,5（1.甘肃农业大学资源与环境学院,甘肃兰州730070；2.甘肃农业大学管理学院,甘肃兰州730070；3.甘肃农业大学草业学院,甘肃兰州730070；4.草业生态系统教育部重点实验室/甘肃农业大学,甘肃兰州730070；5.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京210008）摘要：植被物候动态是多重因子影响的结果，尤其在对外界扰动响应敏感的青藏高原草地生态系统。本研究利用20002020 年 MODIS16d 合成的归一化植被指数(normalizationdifferencevegetationindex,NDVI)数据，选用动态阈值法提取了青藏高原逐年的植被物候期，探究了青藏高原草地物候动态变化及其对驱动因子的响应。结果表明：1)20002020 年青藏高原草地生长季始期(startofthegrowingseason,SOS)从西北向东南呈提前趋势，每年提前约 0.19d；草地生长季末期(endofthegrowingseason,EOS)整体呈推迟趋势，每年推迟约 0.19d；草地生长季长度(lengthofthegrowingseason,LOS)由西北向东南逐渐增长。2)风速和连续 5d 最大降雨(yearlymaximumfive-dayprecipitation,RX5day)是影响草地 LOS 的主要因素，且因子间两两交互作用要强于单个因子对植被物候的影响，尤其表现在 RX5day 与温度和风速与温度之间的交互。3)草地 LOS 与风速和 RX5day 的回归系数有明显的空间异质性。藏北高原草地 LOS 随风速增大而变长，随 RX5day 增大而变短。青海高原和藏南谷地的草地 LOS 随风速增大而变短。川藏高山峡谷区草地LOS 随 RX5day 增大而变长。综上，本研究可为研究区内生态系统保护和畜牧业的发展提供一定科学依据。关键词：草地物候；地理探测器；地理加权回归模型；动态阈值法；风速；RX5day；青藏高原文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)01-0004-11Grassland phenological dynamics and its response to driving factorson the Qinghai-Tibet PlateauJIZhenxia1,PEITingting1,2,CHENYing1,2,HOUQingqing3,XIEBaopeng2,WUHuawu4,5(1.CollegeofResourcesandEnvironment,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,Gansu,China;2.CollegeofManagement,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,Gansu,China;3.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,Gansu,China;4.KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem,MinistryofEducation/GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,Gansu,China;5.NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,Jiangsu,China)Abstract:Thephenologicaldynamicsofvegetationaretheresultofmultiplefactors,especiallyinthealpinegrasslandecosystem of the Qinghai-Tibet Plateau(QTP),which is sensitive to external disturbances.In this study,we used theNormalizationDifferenceVegetationIndex(NDVI)datageneratedbyMODISfrom2000to2020andthedynamicthresholdmethodtoextractthevegetationphenologyintheQTP,andexploredthedynamicchangeofgrasslandphenologyandits收稿日期：2021-09-15接受日期：2022-03-17基金项目：甘肃省青年科技基金项目(21JR7RA853)；甘肃农业大学青年导师扶持基金项目(GAU-QDFC-2021-06)；甘肃农业大学公招博士科研启动项目(2017RCZX-35)第一作者：吉珍霞(1996-)，女，甘肃渭源人，在读硕士生，研究方向为生态遥感。E-mail:通信作者：裴婷婷(1989-)，女，甘肃静宁人，副教授，博士，研究方向为生态水文、生态遥感。E-mail:4-14草业科学第40卷第1期1/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.1http:/responsetodrivingfactors.Theresultsshowedthat:1)From2000to2020,thestartofthegrowingseasonontheQTPshowedanearliertrendfromnorthwesttosoutheast,withanannualadvanceof0.19d,andtheoveralltrendwasdelayedbythesameamountattheendofthegrowingseason.Thelengthofthegrasslandgrowingseasonincreasedgraduallyfromnorthwest to southeast.2)Wind speed and yearly maximum five-day precipitation(RX5day)were the main factorsinfluencingthegrasslandlengthofthegrowingseason(LOS),andthepairwiseinteractionbetweenthefactorswasstrongerthantheinfluenceofasinglefactoronvegetationphenology.RX5dayandwindspeedbothinteractedwithtemperature.3)TheregressioncoefficientsofgrasslandLOSwithwindspeedandRx5dayshowedobviousspatialheterogeneity.ThegrasslandLOSinthenorthernTibetanPlateauincreasedwithwindspeedanddecreasedwithRX5day,whilethatintheQinghaiPlateauandSouthTibetValleybecameshorterwiththeincreaseofwindspeed.ThegrasslandLOSincreasedwiththe increase of RX5day in the Sichuan-Tibet alpine valley area.This study provides a scientific basis for ecosystemprotectionandthedevelopmentofanimalhusbandryinthestudyarea.Keywords:grassland phenology;geographic detector;geographically weighted regression model;dynamic thresholdmethod;windspeed;RX5day;Qinghai-TibetPlateauCorresponding author:PEITingtingE-mail:植被物候通常是指生物受其所处环境影响出现周期性变化的自然现象，是植物长期适应季节性变化而形成的生长发育节律，被认为是全球气候变化的敏感指示器1-2，在陆地生态系统碳收支平衡中发挥了重要作用。因此，探究植被物候及其相关因子的时空格局变化对区域生态系统平衡和社会经济发展具有重要意义3。气候变化背景下，植被动态变化及其对环境响应的研究已成为生态学研究中的热点问题之一。有研究表明，植被物候变化不仅可以通过改变植被光合作用长度和持续时间来影响陆地生态系统碳收支4，而且可以通过改变陆地和大气之间水分能量，对气候产生重要的影响及反馈5，甚至还可以通过改变植被生产力大小对人类活动和社会经济发展造成影响6。青藏高原草地生态系统在调节全球气候变化和水资源方面发挥着重要作用，其更以复杂的地形和独特的气候特征以及日益增加的人口数量和人类经济活动，共同控制着植被物候动态变化7-8。目前，国内外学者对青藏高原植被物候与不同环境因子之间的相互关系做了大量研究，但由于数据源、提取方法和时间序列的差异，导致当前对于青藏高原植被物候变化依然没有统一的定论。如 Sun 等9研究青藏高原 19812017 年植被物候变化时发现植被生长季末期(EOS,endofthegrowingseason)以每 10 年 5d 的速率显著推迟，植被生长季始期(SOS,startofthegrowingseason)以每10 年0.17d的速率缓慢提前，而 Li 等10认为青藏高原 19822012 年植被 EOS 没有明显的时间变化趋势，Shen等11报告指出青藏高原植被 SOS 在 1998 年前后出现了从提前到延迟的现象。关于植被物候的研究主要集中于植被 SOS 或植被 EOS 对水、热条件响应的分析。如 Li 等10指出青藏高原植被物候是受到温度、降水和日照时长的影响。Ganjurjav 等12研究青藏高原植被 SOS 受降水和温度的影响时发现土壤水分的年际变化决定了春季物候对气候变暖响应的大小和方向。Wang等13研究发现青藏高原高山地区积雪覆盖的时间越早，植被生长季长度(lengthofthegrowingseason,LOS)越长。李鹏14通过研究青藏高原植被枯黄期对极端气候的响应，结果表明极端温度升高可以使植被枯黄期延迟，大部分极端降水指标对以草原和草地为主的生态区枯黄期的延迟具有促进作用。但由于物候对环境响应的复杂性，以及青藏高原地理环境的特殊性，物候变化还可能受风速的影响15。综上所述，植被物候影响因素的分析仍多基于单个驱动因子的研究，植被物候受多因素影响及多因子间交互影响的研究仍有不足。因此，本研究利用 20002020 年 MODISNDVI(normalizationdifferencevegetationindex,NDVI)数据，采用动态阈值法提取关键物候参数，进而分析青藏高原草地物候时空动态变化，并运用地理探测器和地理加权回归模