吳起縣2000—2013年植被NPP變化特征

王　娟，何慧娟

(陜西省農業遙感信息中心，西安　710014)

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吳起縣2000—2013年植被NPP變化特征

王娟，何慧娟

(陜西省農業遙感信息中心，西安710014)

摘要：利用美國蒙大拿大學運用生物地球化學模式(Biome-BGC)估算出的凈初級生產力產品(MOD17A3)，研究吳起縣2000—2013年植被凈初級生產力(net primary productivety，NPP)的變化特征。結果表明：吳起縣2000—2013年年均NPP變化范圍在156.92～275.37 gC·m-2·a-1，平均值為218.27 gC·m-2·a-1，14 a植被NPP在波動中呈顯著增加趨勢(P<0.01)；全縣85.93%面積的NPP變化百分率在10%～50%，年均NPP變化百分率<-10%的區域主要分布在吳起縣縣城周邊，年均NPP變化百分率為-10%～0%的區域主要分布在吳起縣西北部地區鐵邊城鎮及王坬子鄉等地，年均NPP變化百分率為0%～10%的區域主要分布在吳起縣城以北及以西地區，植被NPP變化百分率>50%的區域分布在吳起縣南部白豹鄉、樓坊坪鄉及長官廟鄉部分地區。

關鍵詞：植被NPP；MOD17A3；吳起縣

植被凈初級生產力(net primary productivety，NPP) 是指植物在單位時間和單位面積上所積累的有機干物質總量[1]，它是植物生長情況的重要指標。作為地表碳循環的重要組成部分，植被凈初級生產力不僅能反映在自然環境條件下植物群落的生產力，同時也是判定地球支持能力和評價陸地生態系統可持續發展的一個重要生態參數[2-3]。植被NPP監測可對今后復雜的生態環境下植被生長的變化及其對碳循環過程的影響進行預測，可以使全球變化研究上升到一個更高的層次[4]。開展區域尺度的生態系統NPP研究有著十分重要的意義，因為它與人類生活所需要的物質及生態環境保護、土地覆被變化、氣候變化等其他重要問題均有著密切聯系[5-6]。隨著遙感和計算機技術的發展深入到許多領域，利用遙感數據進行NPP估算已廣泛應用于此類研究當中。美國航天局(NASA)提供的MOD17A3數據產品已在全球不同區域對植被生長狀況、生物量的估算、環境監測和全球變化等研究中得到驗證和廣泛應用，國內外應用MOD17A3產品進行不同尺度的NPP時空變化特征的研究[7-11]。李登科等應用MOD17A3分析了2000—2006年陜西省植被NPP的變化特征，結果表明陜北地區植被NPP變化巨大。吳起縣作為全國退耕還林試點示范縣，自1998年以后采取“封山禁牧”的政策，全縣植被生長狀況明顯好轉，植被覆蓋水平大幅提高，水土流失情況得到較好改善。對吳起縣植被NPP的變化特征及時空分布進行研究，全面了解該區域碳循環特征，為評估陜北退耕還林政策提供科學參考。

由于NASA提供的MOD17A3數據產品的時間序列為2000—2010年，2010年后未更新后續數據，因此利用美國蒙大拿大學運用生物地球化學模式(Biome-BGC)估算出的凈初級生產力產品(MOD17A3)分析吳起縣2000—2013年植被NPP的變化特征。

1研究區概況

吳起縣位于陜西省延安市西北部，全縣轄6鎮3鄉1個街道辦，總面積3 791.5 km2，地貌屬黃土高原梁狀丘陵溝壑區，海拔在1 233～1 809 m，從1998年開始實施退耕還林政策，林草覆蓋率達到49.6%。

2數據與方法

2.1數據來源

所用的遙感數據為美國蒙大拿大學2000—2013年的NPP數據(ftp://ftp.ntsg.umt.edu/)，空間分辨率1 km×1 km，該數據運用生物地球化學模式(Biome-BGC)估算出全球陸地植被年凈初級生產力。

2.2研究方法

采用一元線性回歸分析法對吳起縣NPP時間序列進行趨勢分析，單個像元多年回歸方程中趨勢線斜率即為年際變化率,其計算公式[10]為

(1)

式中，β為線性傾向率，n為監測時間段的年數，n=14，NPPi為第i年的植被NPP。β的大小反映了NPP年際變化的增加或降低的速率，β為負表示NPP下降，反之則表示上升。

NPPb =β/NPPAVR×14×100%,

(2)

式中，NPPb為NPP變化百分率(%)，NPPAVR為2000—2013年NPP平均值。

3結果與分析

3.1NPP時間變化特征

由圖1可見，2000—2013年吳起縣年均植被NPP變化范圍為156.92～275.37 gC·m-2·a-1，平均值為218.27 gC·m-2·a-1，最低出現在2001年， 最高出現在2012年，2013年植被NPP較2000年高出108.18 gC·m-2·a-1。2000—2013年植被NPP在波動中呈顯著增加趨勢(P<0.01)，2008—2013年除2011年低于平均值以外，其他年份吳起縣植被NPP均高于多年平均值。

圖1　2000—2013年吳起縣植被NPP年變化

由表1可以看出， 2000、2001年吳起縣大部分區域的年均植被NPP主要集中在100～200 gC·m-2·a-1區間，其中，2000年年均植被NPP集中在該區間的區域占吳起縣總面積的97.87%，而2013年僅為1.43%；2002—2008年吳起縣大部分區域的年均植被NPP主要集中在150～250 gC·m-2·a-1區間，2009—2013年(除2011年外)主要集中在200～300 gC·m-2·a-1區間，其中，2013年年均植被NPP集中在該區間的區域占吳起縣總面積的88.31%，而2000年僅占2.07 %。由此可見，2000—2013年吳起縣植被NPP水平大幅提高。

表1　2000—2013年不同區間范圍吳起縣年均植被NPP面積百分比　%

由圖2可見，2000—2013年吳起縣年均植被NPP在200～300 gC·m-2·a-1和>300 gC·m-2·a-1兩個區間的區域所占面積百分比呈上升趨勢，在<200 gC·m-2·a-1區間呈顯著下降趨勢。

圖2　2000—2013吳起縣不同區間范圍年均植被NPP面積百分比變化趨勢

3.2NPP變化趨勢特征

應用一元線性回歸分析方法分析2000—2013年吳起縣年均植被NPP的變化趨勢。一元線性回歸法可消除特定年份的極端值，更能真實地反映植被在14 a間的變化特征。

由圖3可以看出，吳起縣年均NPP變化百分率為10%～50%的區域占全縣面積的85.93%。年均NPP變化百分率<-10%的區域主要分布在吳起縣縣城周邊，吳起縣西北部地區王坬子鄉也有分布，隨著經濟的發展，吳起縣縣城建成區在這14 a間也得到了很大的擴張，周圍植被覆蓋略有下降；年均NPP變化百分率為-10%～0%的區域主要分布在吳起縣西北部地區鐵邊城鎮及王坬子鄉等地；年均NPP變化百分率為0%～10%的區域主要分布在吳起縣城以北及以西地區，西部的廟溝鄉分布較多；植被NPP變化百分率>50%的區域分布在吳起縣南部白豹鄉、樓坊坪鄉及長官廟鄉部分地區，東北部地區也有零星分布。可見2000—2013年吳起縣植被NPP變化顯著，全縣境內99.78%的國土面積植被NPP均呈增長趨勢，植被生長狀況顯著改善。

圖3　2000—2013年吳起縣植被NPP變化百分率示意圖

4結論

(1)2000—2013年吳起縣年均植被NPP變化范圍為156.92～275.37 gC·m-2·a-1，平均值為218.27 gC·m-2·a-1，14 a間植被NPP在波動中呈顯著增加趨勢(P<0.01)，植被NPP大幅提高。

(2)2000—2013年吳起縣植被NPP水平不斷上升，2000、2001年大部分區域的年均植被NPP主要集中在100～200 gC·m-2·a-1區間，2002—2008年主要集中在150～250 gC·m-2·a-1區間，2009—2013年(除2011年外)主要集中在200～300 gC·m-2·a-1區間。2000—2013年吳起縣年均植被NPP在200～300 gC·m-2·a-1和>300 gC·m-2·a-1兩個區間的區域所占面積百分比呈上升趨勢，在<200 gC·m-2·a-1區間呈顯著下降趨勢。

(3)吳起縣年均NPP變化百分率為10%～50%的區域占全縣面積的85.93% ；年均NPP變化百分率<-10%的區域主要分布在吳起縣縣城周邊，年均NPP變化百分率為-10%～0%的區域主要分布在吳起縣西北部地區鐵邊城鎮及王坬子鄉等地，年均NPP變化百分率為0%～10%的區域主要分布在吳起縣城以北及以西地區，植被NPP變化百分率>50%的區域分布在吳起縣南部白豹鄉、樓坊坪鄉及長官廟鄉部分地區。

(4)應用MOD17A3數據產品分析吳起縣2000—2013年植被NPP 的變化特征，有助于了解該區域碳循環的變化特征，為吳起縣全面評估退耕還林工程生態價值提供科學依據。

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作者簡介：李靜睿(1991—)，女，漢族，陜西安康人，學士，主要從事短期天氣預報。

收稿日期：2015-06-02

文章編號：1006-4354(2015)06-0010-04

中圖分類號：Q948

文獻標識碼：A