長三角植被總初級生產(chǎn)力時空動態(tài)及其驅(qū)動力研究

黃 艷，羅 揚

（1.金陵科技學(xué)院網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院，江蘇南京 211169；2.金陵科技學(xué)院軟件工程學(xué)院，江蘇南京 211169）

植被總初級生產(chǎn)力（Gross Primary Productivity，GPP）作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要指示性指標(biāo)之一，是生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的基礎(chǔ)，與全球氣候變化密切相關(guān)［1］。長三角地區(qū)是我國經(jīng)濟、科技、文化發(fā)達的地區(qū)之一，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，長三角區(qū)域GPP 自然因素和人類活動的雙重影響，區(qū)域內(nèi)資源環(huán)境承載力、碳循環(huán)和生物多樣性都面臨著挑戰(zhàn)。因此，探索長三角區(qū)域植被GPP時空變化特征及其驅(qū)動因素，能為生態(tài)學(xué)者深入理解碳循環(huán)機理和生態(tài)系統(tǒng)承載力變化等研究提供數(shù)據(jù)支撐。

目前，有學(xué)者基于MODIS GPP 數(shù)據(jù)分析了區(qū)域植被GPP 的時空變化特征。張繼平等基于MODIS GPP/NPP 數(shù)據(jù)研究了三江源地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及碳匯量時空變化［2］；何勇等基于MODIS GPP 數(shù)據(jù)研究了中國陸地植被生長及其與氣候的關(guān)系［3］；王鶴松等利用MODIS 影像數(shù)據(jù)揭示了我國北方地區(qū)植被GPP 空間分布的規(guī)律［4］；伍衛(wèi)星等利用MODIS 影像數(shù)據(jù)和氣候數(shù)據(jù)模擬中國內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力［5］。截至目前，關(guān)于長三角GPP 時空變化及其驅(qū)動力的研究相對缺乏，因此，基于MODIS MOD17A2 GPP 數(shù)據(jù)，探討2000—2016 年來長三角地區(qū)植被GPP 的時空動態(tài)特征及其驅(qū)動因子。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

長三角區(qū)域?qū)儆趤啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，年平均溫度為15～17 ℃，年降水量為1 000～1 800 mm。地貌以平原為主，西部地區(qū)和南部地區(qū)有一些山地和丘陵地貌。自然植被受到人為因素影響較大，廣大平原區(qū)域被開辟為農(nóng)田、城鎮(zhèn)，山區(qū)有一部分原生植被，主要為次生林，而在次生林中，以馬尾松等常綠針葉林為主［6-8］。該區(qū)域人口眾多、經(jīng)濟發(fā)達，是我國最具活力與競爭力的經(jīng)濟區(qū)域之一。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究所利用的數(shù)據(jù)來源于2 個方面。1）2000—2016年，長三角MODIS MOD17A2 GPP 數(shù)據(jù)集，空間分辨率為1 km，時間分辨率為8 d，數(shù)據(jù)來源于美國國家航空航天局戈達德航天中心（LAADS DAAC），網(wǎng)址為https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/。2）2000—2016 年，長三角氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（https://www.resdc.cn/）。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1.3.1年均GPP 估算

長三角地區(qū)年均GPP 估算公式為：

1.3.2 Pearon 相關(guān)系數(shù)

使用Pearson 相關(guān)系數(shù)反映GPP 與氣溫、降水之間的相關(guān)性：

式（2）中，Rxy為相關(guān)系數(shù)，n為監(jiān)測年數(shù)（n=16），xi為第i年GPP 值，yi為第i年的平均氣溫或降水量。

2 結(jié)果與分析

2.1 GPP 時間變化特征

圖1 顯示了長三角地區(qū)2000—2016 年的年均GPP、年均氣溫和年降水量時間變化趨勢。結(jié)果表明，2000—2016 年，長三角地區(qū)年均GPP由753 gC·m-2上 升 為860 gC·m-2，年均增加0.879%，其變化趨勢為波動式上升。2011 年，年均GPP 最低，為663 gC·m-2，而2014 年的年均GPP 最高，為968 gC·m-2。

圖1 2000—2016 年長三角GPP、年均降水量、年均氣溫年際變化

長三角地區(qū)GPP 受到氣溫和降水的共同影響，GPP與氣溫呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.223 1，GPP 與降水量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.309 7。這表明，在該研究區(qū)域內(nèi)GPP 與氣溫以弱負(fù)相關(guān)為主，GPP 與降水量以低度相關(guān)為主，GPP 與氣溫的相關(guān)性低于與年降水量的相關(guān)性，因此說明，長三角地區(qū)的降水量對多年的年平均GPP 的影響較大，這結(jié)果與其他研究結(jié)果相一致［9］。

2.2 GPP 空間變化特征

進一步估算了長三角地區(qū)2000—2016 年平均GPP空間分布特征及2000—2016 年GPP 年均變化量空間分布特征。結(jié)果表明，長三角南部區(qū)域年均GPP 較高，年均GPP 在1 000 gC·m-2以上，而長三角北部區(qū)域GPP 相對較低，年均GPP 在1 000 gC·m-2以下。這主要是由于南部區(qū)域森林覆蓋面積廣，植被覆蓋率高，而北部區(qū)域大量分布著城市、水體和農(nóng)田。2000—2016 年間，GPP減少較大的區(qū)域位于太湖流域，太湖流域為平原地區(qū)，城市發(fā)展進程快，GPP 減少地區(qū)集中在蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江和上海地區(qū)中心城區(qū)的四周。長江流域以北為江蘇發(fā)展較慢的幾個城市，這些區(qū)域植被資源豐富，GPP 呈現(xiàn)增加趨勢。杭州灣以南區(qū)域GPP 減少量最小，此區(qū)域以山地、丘陵為主，森林覆蓋面積廣，植被覆蓋率高，所以GPP呈現(xiàn)增加趨勢，該結(jié)果與其他研究結(jié)果相一致［9］。

3 結(jié)論

基于MODIS GPP 數(shù)據(jù)，分析了2000—2016 年長三角地區(qū)GPP 的時空變化特征及其趨勢，并對長三角地區(qū)的氣候因子與GPP 之間相關(guān)關(guān)系進行分析，得出以下結(jié)論。

1）在年際變化上，長三角地區(qū)2000—2016 年GPP年均值存在一定的波動變化，并總體呈小幅度上升趨勢。

2）在空間分布上，長三角南部區(qū)域年均GPP 較高，而長三角北部區(qū)域GPP 相對較低，GPP 減少較大的是太湖流域，杭州灣以南地區(qū)GPP 呈現(xiàn)增加趨勢。

3）長三角地區(qū)GPP 總體與降水量呈低度正相關(guān)，與氣溫呈弱負(fù)相關(guān)。