長(zhǎng)三角植被總初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)空動(dòng)態(tài)及其驅(qū)動(dòng)力研究

黃 艷，羅 揚(yáng)

（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(jí)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(zhǎng)三角地區(qū)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技、文化發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，長(zhǎng)三角區(qū)域GPP 自然因素和人類(lèi)活動(dòng)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(zhǎng)三角區(qū)域植被GPP時(shí)空變化特征及其驅(qū)動(dòng)因素，能為生態(tài)學(xué)者深入理解碳循環(huán)機(jī)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(shí)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(chǔ)量及碳匯量時(shí)空變化［2］；何勇等基于MODIS GPP 數(shù)據(jù)研究了中國(guó)陸地植被生長(zhǎng)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(guó)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(guó)內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力［5］。截至目前，關(guān)于長(zhǎng)三角GPP 時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力的研究相對(duì)缺乏，因此，基于MODIS MOD17A2 GPP 數(shù)據(jù)，探討2000—2016 年來(lái)長(zhǎng)三角地區(qū)植被GPP 的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征及其驅(qū)動(dòng)因子。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)三角區(qū)域?qū)儆趤啛釒駶?rùn)季風(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(kāi)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(jì)發(fā)達(dá)，是我國(guó)最具活力與競(jìng)爭(zhēng)力的經(jīng)濟(jì)區(qū)域之一。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所利用的數(shù)據(jù)來(lái)源于2 個(gè)方面。1）2000—2016年，長(zhǎng)三角MODIS MOD17A2 GPP 數(shù)據(jù)集，空間分辨率為1 km，時(shí)間分辨率為8 d，數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德航天中心（LAADS DAAC），網(wǎng)址為https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/。2）2000—2016 年，長(zhǎng)三角氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)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(jì)

1.3.1年均GPP 估算

長(zhǎng)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(cè)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(shí)間變化特征

圖1 顯示了長(zhǎng)三角地區(qū)2000—2016 年的年均GPP、年均氣溫和年降水量時(shí)間變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，2000—2016 年，長(zhǎng)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(shì)為波動(dòng)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(zhǎng)三角GPP、年均降水量、年均氣溫年際變化

長(zhǎng)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(shuō)明，長(zhǎng)三角地區(qū)的降水量對(duì)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(jìn)一步估算了長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)三角北部區(qū)域GPP 相對(duì)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?yàn)槠皆貐^(qū)，城市發(fā)展進(jìn)程快，GPP 減少地區(qū)集中在蘇州、無(wú)錫、常州、鎮(zhèn)江和上海地區(qū)中心城區(qū)的四周。長(zhǎng)江流域以北為江蘇發(fā)展較慢的幾個(gè)城市，這些區(qū)域植被資源豐富，GPP 呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。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(shì)，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(zhǎng)三角地區(qū)GPP 的時(shí)空變化特征及其趨勢(shì)，并對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)的氣候因子與GPP 之間相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

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

2）在空間分布上，長(zhǎng)三角南部區(qū)域年均GPP 較高，而長(zhǎng)三角北部區(qū)域GPP 相對(duì)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(shì)。

3）長(zhǎng)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)。