基于动态植被模型的延河流域潜在植被分布及生境适宜度研究

Vegetation restoration on the Loess Plateau is the important initiative to control soil erosion and to improve ecological environments. Studying the spatial distribution of potential vegetation can provide important guidance for the vegetation restoration. Previous studies have presented the distribution of potential vegetation in the Loess Plateau. The methods used in the studies, however, cannot accurately describe the effects of climate change and increase in atmospheric CO2 concentration on the distribution of potential vegetation. Moreover, studies are still lacked in identifying the areas with priority for vegetation restoration based on the distribution area of potential vegetation. In view of these knowledge gaps, this project selects Yanhe River basin on the Loess Plateau as a representative area and investigates the typical natural vegetation in this area. In details, this project will focus on: ① using a spatial downscaling tool (i.e., Downscaling Package) to accurately estimate the historical and future climate data with the high spatial resolution in this area; ② using a process-based dynamic vegetation model (i.e., LPJ-GUESS) to predict the continuous changes of potential vegetation distribution/productivity under scenarios of climate change and increase in atmospheric CO2 concentration from the current period to the end of the century; ③ quantifying the habitat suitability of potential vegetation based on the vegetation productivity, and then dividing the areas with priority for vegetation restoration based on the habitat suitability. Overall, the results in this project could provide a scientific basis for the planning and implementation of vegetation construction on the Loess Plateau.

黄土高原植被恢复重建是控制水土流失、改善生态环境的重要举措。研究潜在植被的空间分布可为植被恢复规划提供重要参照。已有研究虽模拟分析了该区潜在植被分布，但现有方法不能准确地描述气候与大气CO2浓度变化对潜在植被分布的影响，同时如何在潜在植被分布区中确定植被优先恢复区缺乏探讨。因此，本项目拟以黄土高原典型区延河流域为研究区，以该区典型自然植被为研究对象，重点研究以下内容：①利用气候数据空间降尺度工具（Downscaling Package）精确估算该区历史与未来时期高空间分辨率的气候数据；②利用基于机理过程的动态植被模型（LPJ-GUESS）预测和模拟气候与大气CO2浓度变化背景下潜在植被分布的长时间序列演变；③根据模拟的潜在生产力量化潜在植被的生境适宜度，并根据适宜度划分植被优先恢复区。研究结果可为黄土高原的植被建设规划与实践提供科学依据。

黄土高原植被恢复重建是控制水土流失、改善生态环境的重要举措。研究潜在植被的空间分布可为植被恢复规划提供重要参照。已有研究虽模拟分析了该区潜在植被分布，但现有方法不能准确地描述气候与大气CO2浓度变化对潜在植被分布的影响，同时如何在潜在植被分布区中确定植被优先恢复区缺乏探讨。因此，本项目在黄土高原的延河流域开展了区域气候数据降尺度、潜在植被格局及其生境适宜度、植被优先恢复区方面的研究。相关成果如下：（1）利用Delta空间降尺度方案生成了1901-2100年黄土高原和1901-2017年中国1km逐月气候数据集，这为本项目的执行提供了基础数据，也为中国气候变化相关研究提供数据支撑；（2）在延河流域，相比于落叶阔叶林和常绿针叶林，落叶阔叶灌木在气候变化背景下将占据更多的生存面积以及更高的生境适宜度，是适宜研究区的木本植物，可作为该区植被恢复的首选，并且流域南部可作为优先恢复区；（3）在1981-2014年，黄土高原潜在森林与草地分别占研究区面积的29.8%和68.2%，并且随着年份的增加，森林的面积在减少而草地的面积在增加；该区未来潜在植被格局将发生明显变化，变化区的面积占黄土高原面积的27.6~31.7%，其中森林占比将下降至15.3±8.0%，而草地占比将增加至82.7±8.1%，这是该区未来暖干气候引起的；（4）黄土高原的林草分布是不合理的，其中，55.2%的林地与潜在林地分布一致，而其余林地应该为草地，主要分布在黄土高原北部；78.4%的草地与潜在草地分布一致，其余草地有潜力发展为林地，主要分布在黄土高原南部和西部；另外，40.6%和58.7%的坡耕地可分别退为林地和草地。本项目的研究成果可为气候变化背景下黄土高原植被建设的整体规划提供理论依据。