陕西省植被生态防护功能与环境变化的时间同步性研究

论文摘要

净化大气、保持水土和防风固沙是林草植被的三种重要的生态防护功能。然而,这种生态防护功能的发挥却是存在条件的,从时间序列上看,只有当植被的防护能力与环境因素的变化保持很高的时间同步性时,其生态功能才将得以充分地发挥。大气污染、水土流失和土壤风蚀都存在着时间上的强弱变化,而植被由于自身的生长,也存在着节律变化规律,如果两者的时间匹配性不好,将会使植被的生态功能发挥的效率降低。本文在实地考察的基础上,以西安、延安和榆林为例,分析植被生态防护功能与环境问题的时间同步性关系。研究的主要内容如下:（1）西安市大气污染物浓度的年内变化呈现“U”字型特征,在冬季的12月和1～2月份,大气污染最为严重。而植被净化大气污染能力主要通过其稠密的树叶实现,其高低由叶面指数确定,叶面指数又受到气候条件的影响,在一年之中呈现“抛物线”型特征。两者在时间上的变化特征恰好相反,将严重制约植被净化大气功能的发挥,因而,利用传统方法估算的植被净化能力往往偏高。（2）延安市水土流失问题严重,降雨侵蚀动力的年内变化呈“单峰”型,在6～8月份,降雨侵蚀力最强。植被覆盖的季相变化也呈现“单峰”型特征,在7～9月份,植被指数最大。两者在时间上的同步关系较好,使植被保持水土生态功能得以充分发挥,防护效果非常明显。（3）榆林市风沙活动强烈。在一年之内,风蚀气候囚子Cwe的分布变化呈急增缓减的“单峰”型特征,其峰值的出现月份为春季的3～5月份。而植被覆盖的季相变化则呈现缓增急减的“单峰”型,植被指数在8～9月份达到峰值。两者在时间上存在着“错位”关系,同步关系较差。综合三地区的环境问题与植被覆盖的时空动态变化特征及规律发现:1)三地区主要环境问题的最严重月份存在差异,其中西安大气污染最严重的时期为冬季12、1、2月份,延安水土流失在7、8月份最严重,而榆林风沙侵蚀在4、5月份最强烈。2)三地区植被年内节律变化的茂盛期时间长短不同,其中西安最长、延安次之、榆林最短。这种茂盛期的不同体现着植被节律特征在地理分布上的南北差异,即随着地理位置的北移,其植被的茂盛期长度存在着缩短的趋势。在此基础上,构建出相关分析、灰色关联以及相位比较三种同步性协调模型,为时间同步性的度量提供了较为合理的方法,并利用模型对植被三种生态防护功能的时间同步性进行了定量地比较分析,三种模型的计算结果均显示:植被三种生态防护功能的时间同步性关系,以与保持水土功能的时间同步性最好,防治土壤风蚀功能次之,而净化大气污染能力最差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 问题的提出与研究方法
• 1.1 选题背景
• 1.2 植被生态防护功能的研究进展
• 1.2.1 植被净化大气污染功能的研究进展
• 1.2.2 植被保持水土生态功能的研究进展
• 1.2.3 植被防风固沙生态功能的研究进展
• 1.3 以往研究工作的不足之处
• 1.4 本文研究的目标、内容和技术路线
• 1.4.1 研究的目标与内容
• 1.4.2 研究的方法与技术路线
• 第2章 西安市植被净化大气污染的时间同步性
• 2.1 区域概况及环境问题诊断
• 2.1.1 西安市概况
• 2.1.2 大气污染状况
• 2.2 植被净化大气污染机理分析
• 2.2.1 吸收与吸附
• 2.2.2 代谢降解
• 2.2.3 植物转化和固化
• 2.2.4 中和缓冲作用
• 2.3 西安市大气污染的年内变化
• 10浓度的年内变化'>2.3.1 PM₁₀浓度的年内变化
• 2浓度的年内变化'>2.3.2 SO₂浓度的年内变化
• 2.3.3 NO浓度的年内变化
• 2.4 植被的构成与叶面指数的季相变化
• 2.4.1 植被的构成
• 2.4.2 叶面指数的季相变化
• 2.5 植被净化大气污染物的相互作用模型及净化量的测定
• 2.5.1 植被净化大气污染物的相互作用模型
• 2.5.2 净化量的测定
• 2.6 西安市植被净化大气污染的时间同步性分析
• 2.7 小结
• 第3章 延安市植被水土保持功能的时间同步性
• 3.1 区域概况与环境问题诊断
• 3.1.1 延安市概况
• 3.1.2 延安市水土流失状况
• 3.2 植被水土保持的机理分析
• 3.2.1 防止溅蚀的功能
• 3.2.2 防治土壤面蚀的功能
• 3.2.3 防治沟蚀的功能
• 3.3 土壤侵蚀模型与降水量、暴雨日数的年内变化
• 3.3.1 基于日降雨量的降雨侵蚀力的估算模型
• 3.3.2 降雨量及降雨侵蚀力因子R的月分布
• 3.4 以NDVI为代表的植被指数的季节变化
• 3.4.1 以NDVI为代表的植被指数的季节变化
• 3.4.2 植被水土保持作用系数的季相变化
• 3.5 延安市植被水土保持功能的时间同步性关系
• 3.6 小结
• 第4章 榆林市植被防风固沙功能的时间同步性
• 4.1 区域概况及环境问题诊断
• 4.1.1 榆林市概况
• 4.1.2 榆林市土壤风蚀状况
• 4.2 植被防风固沙机理分析
• 4.2.1 防风原理
• 4.2.2 固沙作用
• 4.2.3 阻沙作用
• 4.2.4 对风沙土的改良作用
• 4.3 风蚀气候模型及气象要素的年内变化
• 4.3.1 风蚀气候模型
• 4.3.2 气象要素的年内变化
• 4.3.3 风蚀气象因子的年内动态变化
• 4.4 以NDVI为代表的植被指数的季节变化
• 4.5 榆林市植被防风固沙功能的时间同步性关系
• 4.5.1 土壤风蚀量的测算
• 4.5.2 植被防风固沙生态功能的时间同步性分析
• 4.6 小结
• 第5章 三地区植被生态防护功能时间同步性综合分析
• 5.1 时间同步性概念及其度量模型
• 5.1.1 时间同步性概念
• 5.1.2 相关系数模型
• 5.1.3 灰色关联度模型
• 5.1.4 相位比较模型
• 5.2 三地区植被生态防护功能总结
• 5.2.1 三地区环境问题的时空变化
• 5.2.2 三地区植被覆盖的时空变化
• 5.3 三地区植被节律与环境问题变化关系定量分析
• 5.3.1 相关系数模型的计算结果分析
• 5.3.2 灰色关联度模型的计算结果分析
• 5.3.3 相位比较模型的计算结果分析
• 5.4 对策与建议
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果