張永永,稅 偉,2,*孫曉瑞,孫 祥

1 福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,福州 350116

2 福州大學(xué)空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點實驗室,福州 350116

水的可用性是生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵要素,是植物生長和生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不可或缺的重要資源[1],隨著全球氣候問題的日益嚴(yán)峻,碳循環(huán)和水循環(huán)的機制及二者耦合關(guān)系的探索已經(jīng)成為研究熱點[2—5]。其中水分利用效率是一個了解生態(tài)系統(tǒng)新陳代謝及碳-水關(guān)系的重要參數(shù),它是指植被單位失水量的碳吸收量[6—7]。研究區(qū)域水分利用效率的模式和驅(qū)動因素,可以為深入了解全球氣候變化在區(qū)域上的響應(yīng)提供參考。學(xué)者們從不同尺度對水分利用效率(WUE)的時空特征及驅(qū)動機制進行了大量的研究。在時空變化的研究上,大部分區(qū)域呈現(xiàn)增加的趨勢,并且具有顯著的空間異質(zhì)性[8—10]。在驅(qū)動機制的研究上,已有學(xué)者從降水量、氣溫、DEM、大氣CO2濃度、土壤含水量等多個角度展開研究[11—16],結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同研究尺度不同區(qū)域具有不同的結(jié)果,有些結(jié)果甚至相悖。例如在全球尺度上Xue等[17]發(fā)現(xiàn)植被WUE沿海拔梯度先保持相對穩(wěn)定后急劇下降,在中國Zhu等[18]則發(fā)現(xiàn)植被WUE隨海拔的升高呈下降趨勢,而在西南地區(qū)Sun等[19]卻發(fā)現(xiàn)植被WUE隨著海拔的上升而升高。氣候因素對植被WUE的影響也有明顯的時空異質(zhì)性,降水和氣溫的高低可能會對WUE產(chǎn)生正效應(yīng)、負(fù)效應(yīng)或者不顯著影響的不同結(jié)果[20—23]。同時不同等級的干旱事件對WUE會產(chǎn)生不同性質(zhì)的滯后影響,并且其影響程度呈現(xiàn)加劇的趨勢[10,15]。

低緯高原地區(qū)的氣候具有低緯氣候和高原氣候相結(jié)合的特征,是世界上自然地理相當(dāng)復(fù)雜、生物資源最為多樣、特殊氣候最為集中的生態(tài)區(qū)。云南省是中國低緯高原地區(qū)的主體,作為全球10個著名低緯高原地區(qū)之一,其氣候干濕季分明,下墊面極其復(fù)雜,區(qū)域變暖的加劇對該區(qū)域產(chǎn)生了極大的影響[24—25]。而目前植被水分利用效率的研究多集中在全球、大洲、糧食主產(chǎn)區(qū)等,少有研究低緯高原地區(qū)水分利用效率的變化特征。故本文以云南省為研究區(qū),基于MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品定量估算了2000—2014年云南省植被水分利用效率,結(jié)合海拔、氣候等數(shù)據(jù),分析WUE的時空分布特征,以及對海拔和氣候因子的響應(yīng),揭示云南省植被WUE的變化特征,以期豐富全球氣候變化背景下的生態(tài)系統(tǒng)新陳代謝及碳-水循環(huán)在不同區(qū)域尺度上響應(yīng)的研究,為云南省生態(tài)建設(shè)及水資源優(yōu)化和全球低緯高原區(qū)域生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

云南省位于中國西南邊陲,地理位置介于21°08′—29°15′N和97°31′—106°11′E之間,總面積39.41萬km2。其地勢呈現(xiàn)西北高、東南低的趨勢,有海拔高達5 km、終年積雪的梅里雪山,也有海拔低至70多米的熱帶河谷(圖1)。以元江谷底和云嶺山脈南段寬谷為界,東部為云貴高原的組成部分——滇東、滇中高原,具有起伏和緩的低山和渾圓丘陵；西部則是高山峽谷相間,地勢險峻,形成奇異、雄偉的山岳冰川地貌,西南部海拔一般在1500—2000 m,西北部一般在3000—4000 m之間。云南省的氣候變幅大,類型豐富,地區(qū)差異性大,垂直變化突出,立體氣候明顯,具有包括北熱帶至寒溫帶的全部氣候類型。氣溫受地形因素制約強,導(dǎo)致年溫差小,日溫差大。其特殊的地理位置和地形氣候造就了云南省“植物王國”、“藥用植物的寶庫”、“香料植物的博物館”、“天然大花園”等的地位,不到中國5%的土地面積卻擁有60%以上高等植物也成為各領(lǐng)域?qū)W者的研究熱點。但云南省也是干旱發(fā)生較頻繁的區(qū)域,并且具有頻次增多,面積增大,強度增強的趨勢。

圖1 云南省區(qū)位圖

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的云南省2000—2014年MODIS 17總初級生產(chǎn)力和MODIS 16蒸散量遙感數(shù)據(jù)均來自美國蒙大拿大學(xué)密蘇拉分校地球動態(tài)數(shù)值模擬研究組(Numerical Terradynamic Simulation Group, NTSG)提供的數(shù)據(jù)產(chǎn)品(http://files.ntsg.umt.edu),空間分辨率為1km,軌道號為h26v06和h27v06,該數(shù)據(jù)集在評估植被生產(chǎn)力、蒸散量的空間分布、年際變化和長期變化趨勢方面具有一定的可靠性[10]。

本研究使用的土地利用數(shù)據(jù)(Land Use/Cover Change, LUCC)來自中國國家基礎(chǔ)地理信息中心GlobeLand 30,空間分辨率為30 m,時間為2010年,包括10個主要的地表覆蓋類型,分別是耕地、森林、草地、灌木地、濕地、水體、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久積雪,本研究將提取其中的耕地、森林、草地和灌木地進行研究(http://www.ngcc.cn/ngcc/)[26]。DEM數(shù)據(jù)是來自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)的ASTER GDEM數(shù)據(jù)產(chǎn)品,其空間分辨率為30 m。2000—2014年的氣溫和降水的氣候數(shù)據(jù)是來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/data)的氣象站點數(shù)據(jù),利用反距離加權(quán)插值法(IDW)對全國氣象站點觀測數(shù)據(jù)進行插值得到空間分辨率為1 km的全國氣候空間分布數(shù)據(jù),再利用云南省邊界裁剪得到云南省的氣候數(shù)據(jù)[27]。

2.2 研究方法

本文的水分利用效率采用植被總初級生產(chǎn)力與蒸散量的比值來表示[28]:

WUE=GPP/ET

(1)

式中,WUE表示水分利用效率(gC mm-1m-2),GPP表示陸地生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力(gC m-2),ET表示生態(tài)系統(tǒng)蒸散量(mm)。

本文采用一元線性回歸分析方法研究云南省像元尺度上2000—2014年WUE的變化百分率,計算公式如下:

(2)

(3)

相關(guān)分析在測定地理要素之間的相互關(guān)系密切程度中被廣泛應(yīng)用,本研究通過計算WUE與降水量和氣溫的偏相關(guān)系數(shù)來揭示W(wǎng)UE對降水量和氣溫要素的響應(yīng),計算公式如下:

(4)

式中,Rxy,z表示視z要素為常數(shù),x要素與y要素的偏相關(guān)系數(shù)；Rxy、Rxz、Ryz分別為兩個變量的相關(guān)系數(shù)；其顯著性檢驗采用t檢驗法。

復(fù)相關(guān)分析法能反映各要素的綜合影響,本研究利用復(fù)相關(guān)系數(shù)衡量降水量和氣溫對WUE的復(fù)相關(guān)程度,計算公式如下:

(5)

式中,z對應(yīng)WUE要素,x和y分別對應(yīng)降水量和氣溫要素,Rzxy表示W(wǎng)UE與降水量和氣溫的復(fù)相關(guān)系數(shù)；Rzx表示降水量和WUE的相關(guān)系數(shù)；Rzyx表示氣溫的偏相關(guān)系數(shù)；其顯著性檢驗采用F檢驗法。

3 結(jié)果與分析

3.1 WUE的時間變化趨勢

通過對云南省2000—2014年不同土地利用類型下的植被WUE的均值變化分析可知其存在明顯的差異(圖2)?？傮w上2000—2014年間平均WUE為1.91 gC mm-1m-2,其中森林的ET、GPP和WUE均最高,平均WUE為2.00 gC mm-1m-2。灌木地的WUE僅次于森林,均值為1.87 gC mm-1m-2。草地和耕地的WUE最小,并且具有相同的均值,都為1.80 gC mm-1m-2,但耕地的ET和GPP明顯大于草地。2000—2014年云南省不同土地利用類型下的植被WUE具有相同的變化趨勢,整體上呈顯著的波動上升趨勢,增速為0.0078 gC mm-1m-2a-1(P<0.05),這主要是由于全球氣候變化引起云南省2000—2014年氣溫顯著上升(P<0.05)的同時,降水呈現(xiàn)不顯著的下降趨勢(P> 0.05)(圖3)[24]。不同土地利用類型下的植被類型具有不同的變化速率,其中灌木地增速最快,速度為0.0128 gC mm-1m-2a-1,這主要是由于灌木地GPP增加較快,同時ET又呈下降趨勢最終導(dǎo)致WUE增速較快。而耕地的增速最慢,速度為0.0066 gC mm-1m-2a-1,其主要受人為因素影響較大。四種土地利用類型下的植被WUE變化速率從大到小依次為灌木地,草地,森林,耕地。

圖2 云南省2000—2014年不同土地利用類型下的植被ET、GPP、WUE年際變化

圖3 2000—2014年云南省年均降水量和年均溫變化

2009—2013年的干旱事件對ET、GPP、WUE產(chǎn)生了一定的影響(圖2),總體上可以看出在干旱事件的影響下,植被ET出現(xiàn)了明顯低于往年的最低值,GPP和WUE則出現(xiàn)了異于往年變化規(guī)律的特征。具體來看,在干旱事件發(fā)生的第二年,ET出現(xiàn)谷值后恢復(fù)到正常范圍；GPP則呈現(xiàn)明顯的波動變化,出現(xiàn)兩個谷值；植被WUE在2000—2008年呈現(xiàn)周期性變化,而在2009—2013年植被WUE整體較低,直到干旱結(jié)束后才呈現(xiàn)增長的趨勢。

統(tǒng)計2000—2014年15年內(nèi)的各月份不同土地利用類型下的植被平均WUE,其年內(nèi)變化如圖4所示?？傮w上可以看出從1—12月WUE表現(xiàn)為“M”型的雙峰變化趨勢,峰值在3、4月和11月,谷值在1、12月和6、7月。不同土地利用類型下的植被WUE在不同的月份表現(xiàn)出一定的差異,其中森林WUE在6—12月最高；耕地則在2、3月具有最高的WUE,4—10月具有最低的WUE；在4月份,灌木地和草地具有最高的WUE,而在冬季則表現(xiàn)出最低的WUE。

圖4 云南省不同土地利用類型下的植被WUE變化

3.2 植被WUE空間分布特征

云南省2000—2014年植被平均ET、GPP和WUE具有較強的空間分異性規(guī)律(圖5)?？傮w上ET和GPP均表現(xiàn)為西南高東北低,WUE呈現(xiàn)西高東低的趨勢。ET和GPP的高值均分布在滇西南區(qū)域,在空間分布上具有高度的一致性,但是其WUE處于中間水平,介于1.5—2.5之間。WUE高值集中在云貴高原和青藏高原的連接部位——麗江,其WUE值整體上大于2.5 gC mm-1m-2。主要是由于麗江屬低緯暖溫帶高原山地季風(fēng)氣候,是太陽輻射的高值區(qū),植被接受日照的時間較長,具有較高的GPP[17]；并且麗江海拔較高(一般在2000 m以上),地處西南橫斷山區(qū),較低的年均溫和較少的年均降水量使得ET較低,最終表現(xiàn)出非常高的WUE。低值主要集中在滇東南的文山和滇東北的昭通,WUE值小于1.5 gC mm-1m-2的植被廣泛分布。三江并流區(qū)的植被WUE隨山脈走向呈現(xiàn)條狀分布變化,整體上其值較小,在2 gC mm-1m-2以下,但從2000—2014年該區(qū)域植被WUE增加明顯,達20%以上。

從植被WUE變化百分率空間分布圖(圖5)可以看出在2000—2014年云南省整體上呈現(xiàn)北增南減的趨勢。其中呈現(xiàn)增加趨勢的比例更大,占68.10%。植被WUE增加20%以上的區(qū)域主要集中分布在三江并流區(qū)、麗江、昭通南部以及曲靖北部,面積占比29.96%。而植被WUE降低10%以上的面積占比較少,主要零星分布在滇池、撫仙湖、洱海以及瀾滄江和漾濞江的交匯處,僅占2.72%。大部分區(qū)域的變化較小,主要集中在降低10%和增加10%之間。滇西南邊界區(qū)域ET和GPP都較高,但是其WUE卻呈現(xiàn)略微下降的趨勢。文山的中部區(qū)域ET和GPP都較低,WUE大部分在1.5 gC mm-1m-2以下,但是在2000—2014年間卻呈現(xiàn)增加的趨勢。總的來看,除麗江以外,WUE高值區(qū)呈現(xiàn)下降的趨勢,WUE低值區(qū)呈現(xiàn)上升的趨勢。

圖5 2000—2014年云南省平均植被ET、GPP、WUE及WUE變化百分率空間分布

3.3 云南省植被WUE與海拔的關(guān)系

地勢差異會制約水、熱、光等因素,從而影響植被的分布[17],為研究其在云南省的響應(yīng),在像元尺度上統(tǒng)計ET、GPP、WUE隨DEM的變化(圖6)。從圖中可以看出云南省植被ET、GPP和WUE具有明顯的垂直分布異質(zhì)性。整體上,植被ET隨著海拔的上升呈先下降后上升再下降的趨勢。植被GPP隨著海拔的升高呈波動下降的趨勢,低于2000 m處波動較大。植被WUE則是先上升后下降的變化趨勢,峰值在2975 m左右,WUE值2.13 gC mm-1m-2。這與在全球尺度的研究結(jié)果具有一定的相似性,卻與中國和西南地區(qū)存在較明顯的區(qū)別[15—17]。具體來看,云南省地形對碳-水循環(huán)影響較大,在低海拔的谷底區(qū)域,溫度較高,雨水較少,植被ET和GPP都較高。隨著海拔的上升,ET驟降,GPP波動下降導(dǎo)致WUE持續(xù)增加。直至海拔3000 m左右,ET變化平穩(wěn),甚至有上升的趨勢,但是同時GPP驟降導(dǎo)致WUE不斷下降。海拔高于5000 m,WUE幾乎為0 gC mm-1m-2,主要是由于高海拔氣溫和降水量都極低,冰雪覆蓋,不利于植被的生長,也導(dǎo)致GPP幾乎為0[17]。

圖6 云南省植被ET、GPP、WUE與海拔的關(guān)系

為分析WUE變化百分率與海拔的關(guān)系,繪制密度散點圖(圖7)。圖中可以看出隨著海拔的升高植被WUE變化百分率呈現(xiàn)增加的趨勢,海拔每升高1 m,植被WUE增加0.01%左右。在低海拔區(qū)域植被WUE較高,但是其增加趨勢不明顯甚至下降；而在海拔較高的區(qū)域(3000 m以上)植被WUE隨著海拔的升高而下降,但是其WUE變化百分率卻不斷上升(圖6)。說明暖濕化的全球氣候變化對云南省植被WUE產(chǎn)生了復(fù)雜的影響[16,29]。對不同土地利用類型下的植被WUE的變化百分率進行統(tǒng)計(圖8)發(fā)現(xiàn)不同土地利用類型中均有20%以上的區(qū)域植被WUE呈下降趨勢,其中森林最多,占35.66%,耕地次之,占29.62%,四種土地利用類型下的植被WUE變化隨著海拔的升高其變化百分率相差不大。耕地主要分布在海拔3700 m以下,草地和森林則在5000 m以下都有所分布。相較于耕地、草地和森林而言,灌木地WUE的波動范圍則較小。

圖7 云南省植被WUE變化百分率與海拔的關(guān)系

圖8 云南省不同土地利用類型下的植被WUE變化百分率與海拔的關(guān)系

3.4 云南省植被WUE與氣候因子的關(guān)系

研究表明氣候變化對生物多樣性會產(chǎn)生負(fù)面影響[30—31],為分析云南省WUE與氣候因子的關(guān)系,利用相關(guān)分析法在像元尺度上計算年均降水量和年均溫與WUE的偏相關(guān)系數(shù)及復(fù)相關(guān)系數(shù),并進行顯著性檢驗(圖9),發(fā)現(xiàn)云南省植被WUE對年均降水量和年均溫要素的響應(yīng)存在明顯的空間異質(zhì)性。植被WUE與年均溫的偏相關(guān)系數(shù)介于-0.90到0.94之間,統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),正偏相關(guān)區(qū)域主要集中分布在滇西北和滇東北,占比60.89%；負(fù)偏相關(guān)區(qū)域主要集中分布在普洱和西雙版納,占比39.11%。其中通過顯著性檢驗的(P<0.01)的正偏相關(guān)區(qū)域分別占7.10%,主要分布在三江并流區(qū)及滇東北的昭通,負(fù)偏相關(guān)區(qū)域占1.63%。植被WUE與年均降水量的偏相關(guān)系數(shù)介于-0.91到0.85之間。與年均溫不同,植被WUE與年均降水量的相關(guān)分布更加分散,呈現(xiàn)正偏相關(guān)關(guān)系的主要零星分布在滇東南的文山及紅河的耕地內(nèi),占比68.71%；其中通過顯著性檢驗(P<0.01)的僅占1.02%,主要分布在洱海東北部。

植被WUE與年均溫和年均降水量的復(fù)相關(guān)空間分布情況如圖9所示,其復(fù)相關(guān)系數(shù)介于0.00到0.97之間。WUE與氣候因子復(fù)相關(guān)較強的區(qū)域主要集中在三江并流區(qū)及昭通。WUE與氣候因子復(fù)相關(guān)系數(shù)較弱的區(qū)域主要分布在滇東南的文山及曲靖南部。為了研究年均溫和年均降水量對植被WUE的綜合影響,通過疊加處理得到氣象因子影響顯著性分布,統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)大部分區(qū)域植被WUE與年均溫和年均降水量均不顯著,占比90.39%。與年均溫呈顯著正相關(guān)且與年均降水量不顯著相關(guān)的區(qū)域面積次之,占比7.06%,主要集中在三江并流區(qū)及昭通。與年均溫顯著負(fù)相關(guān)且與年均降水量不顯著相關(guān)的面積占比1.43%,主要分布在滇南的西雙版納；其他類型面積占比均小于1%。整體上相較于降水因子,云南省植被WUE受氣溫影響更大,主要分布在三江并流區(qū)及昭通,該地區(qū)海拔較高,多處冰雪覆蓋,受全球氣候變化的影響其WUE變化明顯,而其他地區(qū)則受非氣候因素影響較大。

圖9 2000—2014年云南省植被WUE與年均溫、年均降水量的偏相關(guān)系數(shù)空間分布以及復(fù)相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗的空間分布

4 討論與結(jié)論

4.11 云南省不同土地利用類型下的植被WUE時空特征分析

相較于其他土地利用類型,森林具有最高的ET、GPP和WUE。這主要是由于森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,根系更加發(fā)達,具有更高的光合作用速率。并且云南省低緯高原氣候顯著,具有復(fù)雜的山原地貌,豐富的熱量資源,廣袤的喀斯特地貌,充沛的降水量,兼寒、溫、熱的氣候帶,這種得天獨厚的自然條件為森林提供了充足的生長條件[32]。在空間上不同區(qū)位的森林WUE存在較大的差異。哀牢山以西的森林具有更高的ET、GPP值,這主要是受西南季風(fēng)的影響,且多數(shù)為國有林或者自然保護區(qū)。位于滇東南的山地苔蘚常綠闊葉林,雖然終年氣候濕潤,熱量充足,但其易受氣候影響,GPP值較低,ET卻較高,因而導(dǎo)致其WUE處于低值水平。分布在滇中、滇西南、滇西和滇西北的中山濕性常綠闊葉林WUE具有明顯的差異,從滇中到滇西南到滇西北不斷下降,滇中和滇西北的植被ET都極低,但是由于滇中GPP較高,最終使得其WUE形成較大的差異。而滇西南中山濕性常綠闊葉林WUE情況與滇南的季風(fēng)常綠闊葉林具有相同的分布趨勢。

雖然草地與耕地WUE相差不大,但是其ET和GPP卻不盡相同。草地的ET和GPP都最低,這主要是由于草地生物量較低,光合作用能力弱,需水量少。而耕地在人為控制下,具有充足的營養(yǎng)物質(zhì)和水分來保證作物生長,在全球尺度的WUE研究發(fā)現(xiàn),耕地的WUE僅次于森林,高于草地,占據(jù)中間值的位置[17]。雖然在農(nóng)業(yè)政策的引導(dǎo)下,我國的耕地管理辦法得到了較好的改善[33],但是在云南省有69.79%為坡耕地,其水土流失嚴(yán)重,作物產(chǎn)量較低,所以GPP較低,ET較高,導(dǎo)致耕地WUE較低[34—36]。所以該地區(qū)還需要不斷加強治理,因地制宜制定水土保持、生態(tài)建設(shè)辦法、措施,進行綜合科學(xué)的管理[37]。

4.2 干旱對云南省植被WUE的影響分析

云南省在2009—2013年發(fā)生了連續(xù)四年的連旱,其中2009—2010的旱情最嚴(yán)重,2012—2013次之,此次干旱具有持續(xù)時間長、影響范圍大、干旱程度重的特征,其中在秋、冬、春季節(jié)的干旱對人民生產(chǎn)生活均產(chǎn)生了顯著的影響。研究表明當(dāng)植被受到干旱脅迫時,根長和葉片氣孔導(dǎo)度形態(tài)均會產(chǎn)生一定的變化,使得植被的光合速率、蒸騰速率、呼吸作用等都會出現(xiàn)下降的趨勢[38]。因此在2009—2010年ET驟降,但2009年年均溫較高,加之秋冬干旱對植被的生產(chǎn)力影響較小,從而2009年GPP沒有明顯下降,而2010年的春季植被生產(chǎn)力則受到嚴(yán)重影響。但是WUE在2012年才反映出明顯的下降趨勢,可以看出植被對干旱的響應(yīng)具有一定的滯后性[15]。2012—2013年的干旱沒有對植被ET產(chǎn)生明顯的影響,說明植被對干旱的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的適應(yīng)性,水資源是限制植被固碳的重要因素。而2013年植被WUE較高,體現(xiàn)出干旱對植被WUE具有一定的滯后正效應(yīng)[10]。

4.3 瀾滄江上游的三江并流區(qū)域WUE特征

三江并流區(qū)氣候環(huán)境復(fù)雜且敏感,具有獨特的地形特征和豐富的資源[39]。而其植被WUE卻較低(圖5),這主要是由于該區(qū)域的山峰海拔較高,冰雪覆蓋的低溫環(huán)境不利于植被的生長。并且北部的金沙江峽谷、瀾滄江峽谷和怒江峽谷整體上山體坡度較大,在印度洋暖濕氣流的影響下,植被覆蓋度也較低,從而使得其WUE較低[40]。而同時該區(qū)域植被WUE增加10%以上,主要是由于隨著全球氣候變暖,該區(qū)域植被覆蓋度顯著增加,WUE也呈現(xiàn)增加的態(tài)勢[41]。對WUE與氣候因子的相關(guān)分析(圖9)可以看出該區(qū)域植被生長主要受氣溫的影響,說明全球氣候變暖引起氣溫顯著上升(圖3),整體上對該區(qū)域植被表現(xiàn)出正面效應(yīng)。這可能是氣溫升高引起冰川凍土融化的同時為植被生長提供了較好的水熱條件,植被覆蓋度顯著增加[42]。而三江并流區(qū)原本就具有豐富的生物量,在2003年被列入《世界遺產(chǎn)名錄》之后生態(tài)保護工程實施效果顯著,植被生長環(huán)境得到改善。

4.4 不確定因素分析

本文采用MODIS 16(ET)和MODIS 17(GPP)產(chǎn)品來估算云南省植被WUE,但其估算結(jié)果具有一定的誤差。主要是由于GPP數(shù)據(jù)反演時的最大光能利用率為常數(shù),未考慮不同植被之間的差異,導(dǎo)致在高生產(chǎn)力地區(qū)的值易被低估[43]；ET數(shù)據(jù)反演的過程中需要結(jié)合氣候、植被等多項參數(shù),其原數(shù)據(jù)的不確定性一定程度上也會影響ET數(shù)據(jù)反演的準(zhǔn)確性[44]。盡管如此,該數(shù)據(jù)集依然被廣泛應(yīng)用于WUE的研究,因其在某種程度上依然能夠反映植被WUE的時空變化特征[45]。在研究不同土地利用類型的WUE變化特征中,由于數(shù)據(jù)源獲取限制,只能選擇中間年份的土地利用數(shù)據(jù)進行分析,在一定程度上存在不確定性。在影響因素方面,云南省在地形和氣候方面特征突出,其他因素如二氧化碳濃度[9,46]、干旱[38]、太陽輻射[17]等也會對WUE產(chǎn)生重要的影響,在未來的研究中,應(yīng)該考慮這些因素來更全面的研究其對植被WUE的影響,從而提高我們對全球氣候變化在區(qū)域尺度上響應(yīng)的理解。同時在分析WUE與氣溫、降水等因素的關(guān)系時,僅做了有限的相關(guān)分析和討論,缺乏對其驅(qū)動因素機制機理的深入研究,在未來的研究中應(yīng)綜合各影響因素對其影響機制展開進一步深入的研究。

5 結(jié)論

本研究基于MODIS數(shù)據(jù)定量估算了2000—2014年云南省水分利用效率,分析了其WUE的時空演變規(guī)律及對海拔和氣候因子之間的響應(yīng),可以得到如下結(jié)論:

(1)2000—2014年云南省植被WUE呈波動上升的趨勢,在年內(nèi)表現(xiàn)為“M”型的變化趨勢。森林的WUE最高,灌木地的WUE增速最快,耕地與草地的WUE相差不大,并且增速最慢,所以還需要合理規(guī)劃利用坡耕地資源,開展坡耕地水域生態(tài)環(huán)境治理。2010—2013年的干旱對云南省植被WUE影響明顯,表現(xiàn)為滯后的正效應(yīng)。

(2)云南省植被WUE具有較強的空間分異規(guī)律,整體上表現(xiàn)為西高東低。麗江為植被WUE高值的集中區(qū),整體上大于2 gC mm-1m-2,文山和昭通為WUE的低值區(qū),整體上小于1.5 gC mm-1m-2。三江并流區(qū)域植被WUE隨著山脈走勢呈現(xiàn)條狀變化分布。除麗江以外,其他WUE高值區(qū)呈下降的趨勢,WUE低值區(qū)成上升的趨勢。

(3)植被WUE隨著海拔的升高呈現(xiàn)先增加后下降的變化趨勢,其變化百分率則呈現(xiàn)隨著海拔的升高而增加的趨勢,高海拔植被WUE受環(huán)境影響更加敏感。三江并流區(qū)在全球氣候變化及生態(tài)保護工程的影響下,其WUE在2000—2014年整體上增加10%以上。

(4)整體上相較于降水因子,云南省植被WUE受氣溫影響更大,北部植被WUE主要與氣溫呈正相關(guān),南部則呈負(fù)相關(guān)。受氣候因子影響顯著的區(qū)域主要分布在三江并流區(qū)及昭通,其他地區(qū)則受非氣候因素影響更大。