長三角植被總初級生產力時空動態及其驅動力研究

黃 艷，羅 揚

（1.金陵科技學院網絡安全學院，江蘇南京 211169；2.金陵科技學院軟件工程學院，江蘇南京 211169）

植被總初級生產力（Gross Primary Productivity，GPP）作為陸地生態系統的重要指示性指標之一，是生態系統碳循環的基礎，與全球氣候變化密切相關［1］。長三角地區是我國經濟、科技、文化發達的地區之一，隨著經濟的飛速發展，長三角區域GPP 自然因素和人類活動的雙重影響，區域內資源環境承載力、碳循環和生物多樣性都面臨著挑戰。因此，探索長三角區域植被GPP時空變化特征及其驅動因素，能為生態學者深入理解碳循環機理和生態系統承載力變化等研究提供數據支撐。

目前，有學者基于MODIS GPP 數據分析了區域植被GPP 的時空變化特征。張繼平等基于MODIS GPP/NPP 數據研究了三江源地區草地生態系統碳儲量及碳匯量時空變化［2］；何勇等基于MODIS GPP 數據研究了中國陸地植被生長及其與氣候的關系［3］；王鶴松等利用MODIS 影像數據揭示了我國北方地區植被GPP 空間分布的規律［4］；伍衛星等利用MODIS 影像數據和氣候數據模擬中國內蒙古草原生態系統總初級生產力［5］。截至目前，關于長三角GPP 時空變化及其驅動力的研究相對缺乏，因此，基于MODIS MOD17A2 GPP 數據，探討2000—2016 年來長三角地區植被GPP 的時空動態特征及其驅動因子。

1 研究區域與數據

1.1 研究區概況

長三角區域屬于亞熱帶濕潤季風氣候，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，西部地區和南部地區有一些山地和丘陵地貌。自然植被受到人為因素影響較大，廣大平原區域被開辟為農田、城鎮，山區有一部分原生植被，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］。該區域人口眾多、經濟發達，是我國最具活力與競爭力的經濟區域之一。

1.2 數據來源

研究所利用的數據來源于2 個方面。1）2000—2016年，長三角MODIS MOD17A2 GPP 數據集，空間分辨率為1 km，時間分辨率為8 d，數據來源于美國國家航空航天局戈達德航天中心（LAADS DAAC），網址為https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/。2）2000—2016 年，長三角氣溫、降水數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心（https://www.resdc.cn/）。

1.3 數據統計

1.3.1年均GPP 估算

長三角地區年均GPP 估算公式為：

1.3.2 Pearon 相關系數

使用Pearson 相關系數反映GPP 與氣溫、降水之間的相關性：

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

2 結果與分析

2.1 GPP 時間變化特征

圖1 顯示了長三角地區2000—2016 年的年均GPP、年均氣溫和年降水量時間變化趨勢。結果表明，2000—2016 年，長三角地區年均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GPP 受到氣溫和降水的共同影響，GPP與氣溫呈負相關，相關系數為0.223 1，GPP 與降水量呈正相關，相關系數為0.309 7。這表明，在該研究區域內GPP 與氣溫以弱負相關為主，GPP 與降水量以低度相關為主，GPP 與氣溫的相關性低于與年降水量的相關性，因此說明，長三角地區的降水量對多年的年平均GPP 的影響較大，這結果與其他研究結果相一致［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。結果表明，長三角南部區域年均GPP 較高，年均GPP 在1 000 gC·m-2以上，而長三角北部區域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域森林覆蓋面積廣，植被覆蓋率高，而北部區域大量分布著城市、水體和農田。2000—2016 年間，GPP減少較大的區域位于太湖流域，太湖流域為平原地區，城市發展進程快，GPP 減少地區集中在蘇州、無錫、常州、鎮江和上海地區中心城區的四周。長江流域以北為江蘇發展較慢的幾個城市，這些區域植被資源豐富，GPP 呈現增加趨勢。杭州灣以南區域GPP 減少量最小，此區域以山地、丘陵為主，森林覆蓋面積廣，植被覆蓋率高，所以GPP呈現增加趨勢，該結果與其他研究結果相一致［9］。

3 結論

基于MODIS GPP 數據，分析了2000—2016 年長三角地區GPP 的時空變化特征及其趨勢，并對長三角地區的氣候因子與GPP 之間相關關系進行分析，得出以下結論。

1）在年際變化上，長三角地區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，長三角南部區域年均GPP 較高，而長三角北部區域GPP 相對較低，GPP 減少較大的是太湖流域，杭州灣以南地區GPP 呈現增加趨勢。

3）長三角地區GPP 總體與降水量呈低度正相關，與氣溫呈弱負相關。