基于MODIS数据的天龙山灌丛土壤呼吸研究

论文摘要

随着全球气候变暖的现象的出现,研究碳循环已成为社会各界的首要任务,然而土壤呼吸作为碳循环研究中的一个重要环节,认识相对薄弱,运用遥感技术对生态系统呼吸及土壤呼吸更加鲜于报道。探索基于MODIS数据加强对各个领域各种生态系统土壤呼吸速率的动态变化及其影响因子研究,可以为全球碳循环精确估算提供一种新思路和新依据。MODIS数据可以免费获得全年的数据,遥感卫星能瞬时获取大区域和连续分布的地表温度、陆地表面水分指数、归一化植被指数,具有及时性、经济性的特点,同时要求研究区的尺度相对较大。天龙山灌丛作为一个独特的生态系统,占天龙山的植被区域面积将近40%,其土壤呼吸及环境影响与固碳效益息息相关。本研究以天龙山灌丛为样地,在2005-2011年间对该样地进行野外测定土壤呼吸速率,利用MODIS产品MOD09A1、 MOD11A2、 MOD13A1获得该样地的地表温度、陆地表面水分指数、归一化植被指数,目的在于研究该天龙山灌丛样地土壤呼吸速率的季节和年际动态变化,并利用经典模型对土壤呼吸速率与地表温度、土壤呼吸速率与陆地表面水分指数、土壤呼吸速率与归一化植被指数之间的关系进行分析。主要研究结果包括：（1）灌丛土壤呼吸速率表现出明显的季节变化,呈单峰曲线,测定期间土壤呼吸速率随日期变化的高斯方程均达到了显著水平。但是土壤呼吸速率的年际变化不显著。而且地表温度也表现出呈单峰曲线的季节变化,在冬季和春初温度较低,而在夏季则温度较高,随大气温度而变化,且测定期间地表温度随日期变化的高斯方程均达到了显著水平。陆地表面水分指数、归一化植被指数也有明显的规律性。研究期间,地表温度、陆地表面水分指数、归一化植被指数的年际变化均不显著。（2）2005-2011年,2009年土壤呼吸速率与地表温度表现出显著的直线模型和指数模型相关,其余年份表现出极显著相关。但总体上讲直线模型好于指数模型。2009年、2010年、2011年土壤呼吸与陆地表面水分指数的线性关系为显著相关,其余年份均达到极显著相关；2010年其指数关系达到显著相关,其余年份均达到极显著相关。其结果指数模型优于直线模型。土壤呼吸与归一化植被指数的线性关系2011年为不显著相关,2009年和2010年为显著相关,其余年份为极显著相关；其指数关系2011年呈现不显著相关,2010年为显著相关,其余年份均为极显著相关。其结果亦是指数模型优于直线模型。（3）用两种直线模型对土壤呼吸与地表温度、陆地表面水分指数；土壤呼吸与地表温度、归一化植被指数；土壤呼吸与陆地表面水分指数、归一化植被指数的双因素关系的研究显示,各自的线性关系大多为显著相关,模型Rs=a+bT+cLSWI、 Rs=a+bT+cNDVI、 Rs=a+bLSWI+cNDVI的拟合效果较好。通过土壤呼吸与地表温度、陆地表面水分指数、归一化植被指数的多元回归分析表明,2005年、2006年、2007年的复合关系为极显著相关,2008年、2009年、2010年、2011年的复合关系为不显著相关。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 序
• 1.1 研究背景
• 1.2 问题的提出
• 1.3 国内外研究进展
• 1.4 土壤呼吸测定方法
• 1.5 土壤呼吸的时空特点及其变化
• 1.6 土壤呼吸的影响因子
• 1.6.1 土壤温度
• 1.6.2 土壤水分
• 1.7 遥感与MODIS
• 1.8 研究意义、内容和目的
• 1.8.1 研究意义
• 1.8.2 研究内容和目的
• 第2章 研究区概况与研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气候特征
• 2.1.3 地质地貌及土壤特征
• 2.1.4 植被特征
• 2.1.5 人类活动
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 土壤呼吸的测定
• 2.2.2 MODIS数据的获取
• 2.2.3 数据分析
• 第3章 灌丛土壤呼吸的季节和年际变化及其MODIS数据的影响因子研究
• 3.1 地表温度、陆地表面水分指数、植被覆盖度指数与土壤呼吸的季节和年际变化
• 3.1.1 地表温度的季节和年际变化
• 3.1.2 陆地表面水分指数（LSWI）的季节和年际变化
• 3.1.3 归一化植被指数（NDVI）的季节和年际变化
• 3.1.4 土壤呼吸的季节和年际变化
• 3.2 土壤呼吸与地表温度、陆地表面水分指数、归一化植被指数的关系
• 3.2.1 土壤呼吸与地表温度的单因素分析
• 3.2.2 土壤呼吸与陆地表面水分指数（LSWI）的单因素分析
• 3.2.3 土壤呼吸与归一化植被指数（NDVI）的关系
• 3.2.4 土壤呼吸与地表温度、陆地表面水分指数、归一化植被指数的复合关系
• 第4章 结论与展望
• 4.1 主要结论
• 4.1.1 土壤呼吸值的变化特征
• 4.1.2 土壤呼吸与地表温度的关系
• 4.1.3 土壤呼吸与陆地表面水分指数的关系
• 4.1.4 土壤呼吸与归一化植被指数的关系
• 4.1.5 土壤呼吸与地表温度、陆地表面水分指数、归一化植被指数的复合关系
• 4.2 研究存在的不足
• 4.2.1 研究方法的不足
• 4.2.2 研究结论的不足
• 4.3 研究的展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简况及联系方式