【摘要】：陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)是全球碳循環(huán)的重要組成部分,土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間C02交換的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。盡管目前土壤呼吸的野外觀測(cè)已經(jīng)從基于樣地尺度的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)轉(zhuǎn)向土壤呼吸大尺度的區(qū)域模擬,但是基于遙感影像數(shù)據(jù)模擬土壤呼吸的研究還相對(duì)較少。本研究從影響土壤呼吸的環(huán)境因子和生物因子入手,以土壤呼吸的野外測(cè)定為基礎(chǔ),利用遙感數(shù)據(jù)獲取了與土壤溫度有關(guān)的地表溫度(LST)和與植被生長(zhǎng)有關(guān)的植被指數(shù)(VI)、總初級(jí)生產(chǎn)力(GPP)、葉面積指數(shù)(LAI),探討了這些基于遙感數(shù)據(jù)的地表參數(shù)在土壤呼吸模擬中的應(yīng)用,為遙感技術(shù)應(yīng)用于土壤呼吸的模擬提供一種思路和方法。研究在龐泉溝國(guó)家自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)選取了保護(hù)區(qū)不同海拔、不同植被類型的31個(gè)樣地,對(duì)其土壤呼吸以及10 cm深度(T10)的土壤溫度進(jìn)行了3個(gè)時(shí)期(7月、9月、11月)的野外觀測(cè)。同時(shí)下載了同期的MODIS遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù),包括地表溫度(LST)、植被指數(shù)(EVI和NDVI)、總初級(jí)生產(chǎn)力(GPP)和葉面積指數(shù)(LAI)。通過相關(guān)分析和回歸分析篩選出與土壤呼吸關(guān)系最為密切的溫度和生物因素的指示因子,分別構(gòu)建了土壤呼吸的單因子模型與復(fù)合模型。利用評(píng)價(jià)指標(biāo)選取了最優(yōu)的單因素模型和復(fù)合模型,并對(duì)模型的精度進(jìn)行了驗(yàn)證,對(duì)龐泉溝自然保護(hù)區(qū)的土壤呼吸進(jìn)行了空間尺度的擴(kuò)展。主要研究結(jié)果如下：(1)3個(gè)時(shí)期各樣地的土壤呼吸速率時(shí)空變異性基本一致。7月、9月、11月的平均值分別為8.70 μmol CO2 m-2 s-1,6.65 μmol CO2 m-2 s-1、2.82μmol CO2m-2s-1;均值比較表明,3個(gè)時(shí)期的土壤呼吸差異極顯著(P0.01)。7月、9月、11月土壤呼吸的變異系數(shù)分別為16.99%、26.19%和36.40%,隨著測(cè)定時(shí)間的變化,從7到11月土壤呼吸的空間變異程度增大。土壤溫度(T10)和地表溫度(LST)具有較強(qiáng)的相關(guān)性,表明LST在一定程度上可以替代土壤溫度用于土壤呼吸的模擬。(2)3個(gè)時(shí)期土壤呼吸(Rs)與地表溫度(LST)、10 cm土壤溫度(T10)都呈極顯著相關(guān)(P0.01),且Rs與LST的相關(guān)系數(shù)(0.55～0.72)均高于與T10的(0.55～0.69)；在土壤呼吸與植物生長(zhǎng)有關(guān)的遙感參數(shù)的關(guān)系分析中,土壤呼吸與植被指數(shù)(NDVI/EVI)的相關(guān)性最強(qiáng),其中：7月份Rs與EVI極顯著相關(guān)、與NDVI相關(guān)不顯著；9月、11月土壤呼吸速率與NDVI和EVI都極顯著相關(guān)。單因素回歸分析進(jìn)一步表明,土壤呼吸與LSTav的關(guān)系好于與兩個(gè)衛(wèi)星過境時(shí)的4個(gè)瞬時(shí)溫度的,與NDVI的關(guān)系好于與EVI的。因此,在建立土壤呼吸的復(fù)合模型時(shí),地表溫度采用Aqua和Terra衛(wèi)星過境時(shí)4個(gè)瞬時(shí)溫度的平均值LSTav,'植被指數(shù)采用NDVI。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于LSTav與NDVI雙變量的6個(gè)復(fù)合模型,通過R2、RMSE、AIC3種指標(biāo)對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià),確定了雙變量線性模型為最優(yōu)模型。利用復(fù)合模型模擬的土壤呼吸與實(shí)測(cè)的土壤呼吸線性回歸方程的決定系數(shù)略高于單因素模型的,3種模型都可以用于龐泉溝自然保護(hù)區(qū)土壤呼吸的模擬。(3)基于模型模擬的土壤呼吸空間分布格局可知,土壤呼吸速率的高值分布在保護(hù)區(qū)的西北部和東南部,主要植被為楊樹、遼東櫟等,低值分布在東北部的草甸,與野外測(cè)定結(jié)果一致。利用2012年7月到11月在研究區(qū)其他樣地的土壤呼吸數(shù)據(jù)對(duì)空間擴(kuò)展模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明基于遙感數(shù)據(jù)構(gòu)建的模型可以用于土壤呼吸的空間尺度擴(kuò)展。
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【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S714.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 付剛;沈振西;張憲洲;石培禮;何永濤;武建雙;周宇庭;;利用MODIS影像和氣候數(shù)據(jù)模擬藏北高寒草甸的土壤呼吸[J];草地學(xué)報(bào);2011年03期

2 ;Dependence of Soil Respiration on Soil Temperature and Soil Moisture in Successional Forests in Southern China[J];Journal of Integrative Plant Biology;2006年06期

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本文編號(hào)：2372652