【引子】水分利用效率（Water Use Efficiency,简称WUE）作为全球变化科学研究的核心问题，受到广泛关注。观测WUE向不同尺度发展，观测技术和模拟模型也在不断提升和改进。然而，区域尺度的研究受下垫面差异和气候变化影响，传统的点尺度观测已无法满足大范围碳水耦合过程要求。遥感技术的出现，为在大时空尺度上研究碳水循环相互作用提供了可能。基于遥感的WUE的研究已经在全球及区域尺度开展了广泛而深入的研究，但在喀斯特地区的研究鲜见报道，已有研究也仅在站点或植物单株尺度进行，在喀斯特空间区域尺度上研究水分利用效率，是全面理解和认识WUE的重要补充。

本期推送的研究成果，以中国南方喀斯特的中心区域——贵州高原为例，利用遥感技术的方法探究贵州高原不同地貌区、植被类型的WUE时空分异特征。该作者团队的研究工作成果于2019年4月15日发表在《山地学报》。

【成果名称】贵州高原不同地貌区和植被类型水分利用效率的时空分异特征

【成果作者】张继, 周旭^*, 蒋啸, 等

【成果简介】生态系统水分利用效率（简称WUE）是指植物消耗单位质量的水分所能固定CO₂或生产干物质的量，常用算法为WUE=GPP/ET或WUE=NPP/ET（GPP—Gross Primary Productivity/总初级生产力，NPP—Net Primary Production/净初级生产力，ET —Evapotranspiration/蒸散发)。显然，WUE作为联系生态系统碳水循环过程的重要变量，也是评价和预测植被生态耗水量效益及植被生态恢复可持续性的综合性生理生态指标。贵州开展了大量的生态恢复工程，但其碳水耦合效益如何还鲜有文献报道。

为准确评估WUE，作者团队基于遥感二次开发语言IDL，运用时间序列谐波分析法对NDVI数据进行序列重构，结合MODIS产品质量控制文件进行订正，消除云和噪声对光学遥感数据的影响；利用在复杂地表插值效果较好的ANUSPLIN软件对气象要素进行插值，以降低对气象站点数据外推的不确定性；进而利用CASA模型计算NPP，结合MODIS-ET数据求得WUE；最后应用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验和稳定性分析等方法，定量化对比分析贵州高原2000-2014年间各地貌区、不同植被类型的WUE时空分异特征。

研究结果表明：(1)近15年来，贵州省WUE均值和趋势的空间格局都呈西部高于东部的特点，WUE趋势呈显著增加态势 (R²=0.63, P<0.001)。(2)从各地貌区来看，多年WUE均值排序为：断陷盆地>岩溶峡谷>峰丛洼地>非喀斯特地貌>岩溶高原>岩溶槽谷，其中断陷盆地和岩溶峡谷呈显著（P<0.05）增加趋势。(3)从不同植被类型来看，WUE大小呈混交林>阔叶林>耕地>针叶林>草地>灌丛排序。针叶林和灌丛变异系数（CV）值较高，但前者对气候波动的抵挡能力更强，增加速率更快。草地CV值最低，变化速率最慢，不易受气候波动的影响。由于退耕还林等生态工程的实施效果显著，使耕地WUE的变化速率最快。

研究结果较好地揭示了贵州高原生态系统WUE的时空分异特征，厘清了WUE在不同地貌区和不同植被类型中的分布特点，从而为不同地貌条件下不同植被类型的生态恢复工程调整及植被生态耗水管理等提供科学参考。

【成果图表】

图1  研究区地势（a）及2010年土地利用现状图（b）

Fig.1 Topography map (a) and 2010 land use status map (b) in the study area

图2  2000—2014年贵州高原NPP(a)、ET(b)均值及NPP(c)、ET(d)变化趋势空间分布格局

Fig.2 Spatial pattern of average NPP (a), ET (b) and change trends of NPP (c), ET (d) in Guizhou Plateau from 2000 to 2014

图3  2000—2014年贵州高原WUE均值（a）、变化趋势（b）、趋势的显著性P值（c）和CV值（d）空间分布格局

Fig.3 Spatial patterns of average WUE (a), change trends(b), P value of WUE trend(c), CV value(d) in Guizhou Plateau from 2000 to 2014

 

 

 

图4  WUE年际变化趋势类型空间分布（a）及各地貌区中变化趋势类型的面积比例（b）

Fig.4 Spatial distribution of WUE interannual change trend types (a) and area ratio of change trend types in each landform regions (b)

 

图5  2000—2014年贵州高原主要植被类型WUE的年际变化（a）及WUE均值、CV值和变化速率（b）

Fig.5 inter-annual variation (a), average value, CV value and variation rate (b) for main vegetation types in Guizhou Plateau during 2000-2014

 

【项目资助】该研究得到贵州省科技支撑计划项目“地理大数据支撑贵州喀斯特流域生态环境综合管理研究”（[2017]2855）、贵州省科学技术基金项目“基于多源遥感数据融合的喀斯特地区高时空分辨率植被盖度可视化反演”（[2017]1195）和全球最大顶级体育平台2016年博士科研启动项目“喀斯特植被恢复对蒸散变化的影响研究”资助。

【期刊简介】《山地学报》创刊于1983年，为中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所和中国地理学会共同主办的山地研究领域的综合性学术刊物，科学出版社出版，CSCD收录。重点报道山地资源开发利用与保护、山地环境演变、山区工程建设与山地灾害（崩塌、滑坡、泥石流、水土流失、山洪等）防治、山区社会发展与城镇规划、山区可持续发展与产业结构调整、大型工程实践经验等方面的理论、应用技术、研究和实验方法等国际国内最新研究成果。

【第一作者简介】张继（1993-），男，中共党员，贵州正安人，全球顶级体育综合平台2017级地图学与地理信息系统专业硕士研究生，指导教师周旭副教授，研究方向为地理信息系统与遥感，邮箱zhangji@gznu.edu.cn。2019年度研究生国家奖学金、贵州省三好学生获得者。参与导师“地理大数据支撑贵州喀斯特流域生态环境综合管理研究”、“基于多源遥感数据融合的喀斯特地区高时空分辨率植被盖度可视化反演”和“贵阳市一河一策方案编制”等科研项目6项。目前以第一作者发表论文两篇：

（1）张继,周旭^*,蒋啸,杨江州,罗雪.贵州高原不同地貌区和植被类型水分利用效率的时空分异特征.山地学报,2019,37(02):173-185. （CSCD）

（2）张继,周旭^*,蒋啸,杨江州,牛潜.生态工程建设背景下贵州高原的植被变化及影响因素分析.长江流域资源与环境,2019,28(07):1623-1633.（CSCD /CSSCI）

【通讯作者简介】周旭（1981-)，男，中共党员，四川古蔺人，博士，副教授，硕士生导师，邮箱：zxzy8178@163.com。主要担任《遥感原理与应用》《地图学》和《空间分析》等课程教学工作，长期从事水资源与水环境遥感及流域综合管理研究。主持省厅级教改研究项目2项，发表教改研究论文5篇，获省厅级教育教学成果奖励2项；主持贵州省基础研究计划1项、科技支撑计划1项，参研国家级项目8项，发表论文42篇，其中SCI收录6篇、CSCD收录24篇；作为核心成员参与获得2016年黄委会科技进步奖一等奖1项、2017年大禹水利科学技术奖一等奖1项、2018年度贵州自然科学奖一等奖1项。

成果链接

本期推送“贵州高原不同地貌区和植被类型水分利用效率的时空分异特征”文章原文下载：https://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2019&filename=SDYA201902003&uid=WEEvREcwSlJHSldRa1FhcTdWa2FjVDJnNnhpaHg0M3JKWG90T3BadjdWaz0=$9A4hF_YAuvQ5obgVAqNKPCYcEjKensW4IQMovwHtwkF4VYPoHbKxJw!!&v=MjI0ODFyQ1VSTE9lWnVkbkZ5amxWN3ZNTmluU2I3RzRIOWpNclk5Rlo0UjhlWDFMdXhZUzdEaDFUM3FUcldNMUY=

 

 

 

 

编辑| 熊  玲

责编| 熊  勇

审核| 赵翠薇