基于CASA模型的植被凈初級生產力時空演變格局及其影響因素
——以湖北省為例

陳曉杰, 張長城, 張金亭, 王 靜

(1.武漢大學 資源與環境科學學院, 武漢 430079; 2.湖北省地質局武漢水文地質工程地質大隊, 武漢 430051)

植被是連接大氣、土壤和水分的自然“紐帶”，在調節全球氣候和碳平衡等方面具有至關重要的作用[1-3]。植被凈初級生產力(NPP)是指綠色植物在單位面積、單位時間內由光合作用產生的有機物質總量扣除自身呼吸所需要有機物后的剩余部分[4-5]。它是評價陸地生態系統健康狀態的關鍵因素，也是促進生態系統物質循環和能量流動的重要角色[6]。因此，探討區域植被凈初級生產力的時空演變格局和驅動因素有助于了解氣候變化背景下的生態系統響應狀況，同時對該于區域內自然資源的合理利用以及社會經濟的可持續發展具有重要意義[7]。

伴隨著全球變化研究的不斷開展，通過植被NPP研究氣候變化對陸地生態系統得影響已成為熱點內容[8]。實地測量是植被NPP最早的測定方法，例如葉綠素測定法和生物量調查法等，由于受到多種因素的影響，這類方法很難開展[9-10]。同時，實地測量的方法無法實現對植被NPP在不同尺度尤其是大尺度上變化特征的分析，因此基于遙感數據以及數學模型估算植被NPP已經成為一種重要的研究方法[11-12]。NPP估算模型主要有生態過程模型、氣候統計模型以及光能利用率模型等。生態過程模型由于需要采集多種復雜的參數而很難實現[13]。氣候統計模型由于僅考慮氣候因子卻忽視其他因素的影響，從而產生了很大的誤差。相比較而言，光能利用率模型的計算結果精度較高，不需要繁雜的野外試驗測算步驟，數據獲取難度小，逐漸被廣泛應用于NPP的模擬估算研究中[14]。其中CASA模型運用氣象和遙感數據能實現對大尺度區域NPP的模擬，其不需要采集復雜的參數而得到廣泛應用[15-16]。

同時，國內外學者對植被凈初級生產力的時空格局、演變規律和影響機制等開展了一系列研究。張仁平等[17]對新疆地區的草地凈初級生產力及其對氣候變化的響應進行研究，得出不同草地類型的NPP存在明顯差異，降雨可以促進新疆草原NPP的增加，溫度對新疆地區草地NPP影響不大。Nemani等[18]開展了全球植被NPP與氣候因素的相關性研究，表明在研究期內全球氣候變化導致植被NPP總量增加6%。劉旻霞等[9]采用簡單差值和Hurst指數等方法，分析了青海省NPP的時空變化特征及其影響因素，結果表明青海省植被年均NPP在研究期間表現為由東到西、由南到北遞減的趨勢，在土地利用變化中，草地面積減少是導致NPP減少的主要原因。張筠等[19]利用MODIS遙感影像數據研究水熱波動和土地覆蓋變化對植被凈初級生產力的影響，表明與土地覆蓋變化的貢獻相比，水熱波動對該地區不同土地覆蓋類型NPP總量變化的貢獻更大。歐陽玲等[20]基于土地覆被數據和改進CASA模型分析內蒙古東部草地NPP時空變化，發現人類活動對草地植被凈初級生產力的干擾程度在下降。在全球氣候變化背景下，植被生長過程中受到水熱條件的影響日益明顯。以往研究有助于我們對某一特定區域植被NPP的認識和理解，然而氣候變化對植被NPP的影響具有明顯的地域差異性。因此，針對不同地區研究植被NPP的時空演變規律及其影響機制具重要意義。

目前關于湖北省植被NPP的研究并不多，相關學者如趙林等[21]分析干旱對湖北省森林植被凈初級生產力的影響，發現在干旱嚴重的年份，森林NPP的低值面積明顯增加，同時干旱面積分布越廣，森林NPP均值越低。車風等[22]利用MOD17A3H NPP時序數據，分析了2004—2015年湖北省植被NPP時空分布特征以及驅動機制，但并未對植被NPP的重心分布以及遷移軌跡進行分析。王翠翠等[23]基于2000—2010年湖北武漢城市圈NPP數據和土地覆蓋數據，分析研究武漢城市圈建設用地擴張及其對NPP的影響。李慶君等[24]分析了湖北省2000—2012年植被凈初級生產力的時空變化特征并借助多元統計分析方法定量探究自然因素和人為因素對NPP變化的影響，但是沒有分析土地利用變化對植被NPP的影響量及貢獻率。以往關于湖北省植被NPP的研究主要分析植被NPP對單一因素的響應，很少同時關注氣候因子和土地利用變化對植被NPP的影響。本文以湖北省為研究對象，基于改進CASA模型、重心引力模型以及貢獻率指數等方法，結合氣候因子和土地利用變化分析2000—2018年湖北省植被NPP時空演變格局及其驅動機制。研究成果有望為湖北地區生態環境保護、生態系統健康評估等提供科學依據。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

湖北省位于我國中部地區，地理位置介于29°01′—33°06′N，108°21′—116°07′E，東西長約740 km，南北寬約470 km，總面積18.59萬km2，占中國總面積的1.94%(圖1)。湖北省地勢表現為中間低平，而東、西、北三面環山，總體為向南敞開的不完整盆地。湖北省內地勢高低相差懸殊，其中東部平原的監利縣譚家淵附近，地勢較低，地面高程為零；而西部地勢較高，其中神農架最高峰神農頂，海拔高達3 105 m。在全省總面積中，山地面積最大，占比56%，其次為丘陵占24%，而平原湖區占20%，屬長江水系。湖北省除高山地區外，大部分為亞熱帶季風性濕潤氣候，雨熱同季，降水充沛，光能充足，無霜期長。區域內多年平均氣溫為15～17℃，多年平均降水量在800～1 600 mm。區域內具有獨特的地形特征，隨著海拔的上升，降水量、溫度以及植被類型等呈現出不同程度的變化差異。

1.2 數據來源

1.2.1 遙感數據 土地覆蓋數據來自資源環境科學與數據中心(http:∥www.resdc.cn/)，空間分辨率為1 km。該數據為Land use and land cover change(LUCC)分類體系，分為兩級，一級為6類，二級為25類。將土地利用數據重分類為耕地、草地、林地、建設用地、水域和未利用土地。植被覆蓋數據來源于中國科學院寒旱區科學數據中心(http:∥westdc.westgis.ac.cn/)。NDVI數據來源于資源環境科學與數據中心(http:∥www.resdc.cn/)，空間分辨率為1 km，時間分辨率為2000—2018年。

1.2.2 氣象數據 氣象數來源于中國氣象數據網(http:∥data.cma.cn/)，主要包括2000—2018年逐月平均氣溫、月累積降水、太陽總輻射等數據。根據數據的可獲得性，氣溫和降雨數據選取湖北省及周邊省份總計116個站點的數據，輻射數據是選取包括湖北省在內的中國中東部2 422個站點的數據，在ArcGIS環境下，對上述數據采用Kriging插值方法進行空間插值，并統一定義為Albers投影，經過柵格計算、重采樣和掩膜提取等方法獲得空間分辨率為1 km的氣象分布空間柵格數據集。

2 研究方法

2.1 植被NPP的估算方法

本研究運用朱文泉等改進的CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算植被NPP[25]。其計算公式如下：

NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)

(1)

式中:NPP(x,t)為植物在像元x處t月份的有機物質累積總量[g C/(m2·month)];APAR(x,t)為在像元x處t月份所吸收的有效光合輻射[MJ/(m2·month)];ε(x,t)表示植物在像元x處t月份的實際光能利用率。

APAR(x,t)=SOL(x,t)×FPAR(x,t)×0.5

(2)

式中:SOL(x,t)表示太陽在像元x處t月份的總輻射量[MJ/(m2·month)];FPAR(x,t)為植被在像元x處t月份吸收有效光合輻射比;0.5表示光合有效輻射和太陽總輻射之比。

ε(x,t)=Tε1(x,t)×Tε2(x,t)×Wε(x,t)×εmax

(3)

式中:Tε1(x,t)和Tε2(x,t)分別為低溫和高溫脅迫影響系數;Wε(x,t)表示水分脅迫影響系數;εmax為理想狀態下最大光能利用率(%)。

2.2 變化趨勢分析

本文利用一元線性回歸方法分析2000—2018年湖北省每個柵格的年均植被NPP、年降水和年均溫的變化趨勢，其計算公式如下[26-27]：

(4)

式中:θslope是趨勢斜率;NPPi為第i年的NPP[g C/(m2·a)];i為年變量;n為監測年數(n=19)。

2.3 相關性分析

相關性分析用于反映要素之間的相關方向和相關程度，本文通過Pearson相關系數法分析植被年NPP與氣溫、降水量的相關性及其顯著性水平，其計算公式如下[27-28]：

(5)

2.4 重心模型

重心模型是通過重心點、重心移動距離和重心移動方向等指標描述區域地理現象空間差異及其動態演變規律的方法。本文運用重心模型分析植被NPP的重心軌跡，分析其變化程度和變化特征。其計算公式如下[29-30]：

(6)

式中:X,Y分別表示區域內相應的重心坐標;Gi為區域內某一屬性的值(NPP);xi,yi為次級區域單元的地理中心坐標;n為次級單元的數量。

年際間區域重心空間區位移動距離和方向的計算公式[31-32]：

(7)

(8)

式中:Di-j與θi-j表示兩個不同年份間空間現象重心移動的距離與方向;xi和yi表示第i年研究區域重心的地理坐標;xj和yj表示第j年研究區域重心的地理坐標;i,j表示兩個不同的年份。

2.5 貢獻指數

本文通過Hick等[33]提出的貢獻率指標分析2000—2010年，2010—2018年土地利用類型轉變對植被NPP的影響。土地利用變化對植被NPP的相對貢獻(Rlucc)表示土地利用類型不變的情況下估算的NPP與實際NPP之間的差異，具體公式如下：

(9)

式中:S0為研究初期土地利用類型的面積;NPP0為研究初期的NPP值;ΔS為研究期內不同土地利用類型面積的變化量;ΔNPP為研究期內土地利用類型的NPP變化量;ΔS×NPP0為土地利用變化對區域內NPP總量的影響量。

3 結果與分析

3.1 植被NPP時空演變特征

3.1.1 年均植被NPP空間分布格局 湖北省2000—2018年近19 a植被NPP表現出較強的空間分異規律(圖2)，整體表現出由西北向東南遞減的趨勢，區域內植被凈初級生產力均值為598 g C/(m2·a)。2000—2018年植被NPP的高值區分布在湖北省的西部，平均植被NPP高于950 g C/(m2·a)，主要包括神農架林區、十堰、恩施和宜昌等地區，這些地區海拔相對較高，且植被覆蓋度較高。在湖北省東南部以武漢市為中心形成了包括鄂州、黃岡等地區在內的低值區域，平均植被NPP小于350 g C/(m2·a)。湖北省大部分區域植被NPP介于350～750 g C/(m2·a)，其主要分布在湖北省中部江漢平原地區，主要包括荊門、潛江以及荊州東部等地區。植被NPP的空間分布差異特征與該地區的植被類型、氣候、海拔和人類活動等影響因素息息相關。湖北省東部地區經濟發展較為迅速，人類活動頻繁，植被覆蓋率較低，因此植被NPP較低。湖北省西部地區主要為海拔較高的林區或山區，植被類型豐富，植被NPP相對較高。

圖2 2000-2018年湖北省植被NPP年平均值的空間分布

3.1.2 年均植被NPP空間演變特征 由于研究期較長，本文以5 a或3 a為時間節點分析湖北省年植被NPP的變化特征，結果發現2000—2018年湖北省NPP空間變化趨勢整體為由西到東、由北到南呈現逐漸增加趨勢，然而不同時段的植被NPP有不同的空間變化特征。2000—2005年，植被NPP增加區域主要分布在湖北省北部地區，主要包括襄陽、隨州和黃岡等地區，NPP增加值最高達到379 g C/m2。植被NPP減少區域主要分布在湖北省西部和南部地區，主要包括神農架林區和恩施等地區。2005—2010年，湖北省植被NPP的增加區域主要為十堰北部地區、恩施西部地區和咸寧地區。而湖北省北部地區的植被NPP表現為減少趨勢，其減少的NPP值最高為529 g C/m2。2010—2015年，湖北省東部如黃石、黃岡和咸寧等區域植被NPP表現為增加的趨勢，最大增加值為473 g C/m2。然而十堰、襄陽以及中部江漢平原地區的植被NPP表現為減少趨勢。2015—2018年，神農架林區、潛江以及荊門北部成為植被NPP減少較多的區域，而一場北部地區、武漢東部地區以及鄂州地區呈現出增加的趨勢，增加值最高達到555 g C/m2。

重心模型可以有效的描述區域地理現象空間差異以及動態演變規律，本文通過2000—2018年各年植被NPP重心和19 a平均植被NPP重心，分析湖北省植被NPP空間分布的偏向性和不均衡性。由于研究年數較多，為了使重心點的分布以及遷移軌跡能清晰表達出來，本文以3 a為間斷點，繪制湖北省2000—2018年植被NPP重心軌跡遷移圖(圖3)。湖北省植被NPP的重心主要分布在襄陽、宜昌和荊門交界處，即湖北省偏西部地區，表明湖北省西部地區的植被NPP高于東部地區，與前文年均植被NPP空間分布結果相一致。湖北省植被NPP重心遷移可分為2000—2003年、2003—2006年、2006—2012年及2012—2018年4個階段，不同時期植被NPP的遷移方向和路徑不盡相同，遷移路徑總體呈現為M型。2000—2003年植被重心向西北方向遷移，表明該時間段內西北地區植被NPP的增量和增速高于東南部地區。而2003—2006年植被NPP的重心又向東南方向遷移，表明東南地區植被NPP的增量有所提升。2006—2012年植被NPP的重心在6 a間持續向東北方向遷移，表明東北地區植被NPP的增量和增速高于西南地區。2012—2018年植被NPP的重心又返回西南方向，說明該時期西南區域的植被NPP增速高于東北區域。

圖3 2000-2018年湖北省植被NPP空間變化

本文運用極坐標系分析湖北省逐年植被NPP重心到19 a植被NPP均值重心原點的偏移距離(極半徑)和偏移角度(極角)(圖4)。4個象限重心數目所占的百分比分別為東北象限(26.31%)、西北象限(31.58%)、西南象限(21.05%)和東南象限(21.05%)，由此可見植被NPP在西北地區的增量和增速較大。而湖北省西北部地區主要為神農架是十堰地區，該區域植被覆蓋度較高，可以有效的解釋上一現象。按照南北象限劃分，位于坐標軸北部的重點占比為57.89%，可見北部地區植被NPP的增量和增速高于南部地區。同時，2001年、2004年、2010年、2014年植被NPP重心距原點偏移距離較小，表明這些年份植被NPP的變化情況相似。而2002年、2003年、2011年、2012年植被NPP與原點的偏移距離較大，說明這些時期的植被NPP的增量顯著。

圖4 2000-2018年湖北省植被NPP重心遷移軌跡

3.1.3 植被NPP時間演變特征 2000—2018年湖北省植被NPP均值整體表現為上升趨勢(圖5)，NPP值的波動幅度達124.30 g C/(m2·a)。其中2008年出現最大值為656.49 g C/(m2·a)，2001年出現最小值為532.19 g C/(m2·a)。對年均植被NPP的整體變化趨勢進行總結發現，2000—2004年、2006—2008年、2012—2015年年均植被NPP表現為波動上升趨勢，2004—2006年、2008—2012年、2015—2018年年均植被NPP表現為波動下降趨勢。上述現象與區域水熱條件相關，例如降水是區域植被所需水分的主要來源，同時降水也是植被生長的主要限制因子，研究區降水充沛，則有助于植被的恢復和生長，降水減少和氣候干旱將會導致區域內植被NPP降低。

圖5 2000-2018年湖北省植被NPP重心分布比例

3.2 植被NPP主要影響因素分析

3.2.1 氣候因子對植被NPP的影響 本文對湖北省的年平均氣溫和年累計降水量進行統計，進而分析氣象因子與植被NPP的相關性。由圖6—7可以看出，湖北省2000—2018年平均氣溫在16.24～17.35℃，多年均值為16.85℃，其中最大值在2006年，最小值在2012年。湖北省2000—2018年年降水量在854.02～1 334.51 mm，多年均值為1 138.37 mm，年降水量最大值出現在2002年，最小值在2001年。總體看來，近19 a來湖北省氣溫呈緩慢上升趨勢，變化率為0.01℃/a，空間上表現為東南地區溫度較高，西北地區溫度較低；年降水量呈上升趨勢，變化率為2.57 mm/a，在空間上表現出由西北向東南遞增的趨勢。

圖6 2000-2018年湖北省植被NPP均值年際變化

圖7 湖北省氣候因子年際變化特征

水熱波動對植被生長起到關鍵作用，本文從像元角度出發，對2000—2018年湖北省植被NPP與氣象因子的相關性進行分析(圖8)。結果表明，湖北省植被NPP與平均氣溫的相關系數范圍為-0.71～0.80，平均數為0.02。湖北省年均NPP與年均氣溫呈正相關的區域面積為54.49%，主要分布在荊門、荊州地區以及宜昌東南部地區，這些區域溫度相對適中，適當范圍的溫度增加可以延長植物的生長季節，提高光合作用效率以及植物的生產力。負相關區域占總面積的45.51%，主要分布在湖北省東部武漢城市圈地區以及西部神農架林區，隨著氣溫的升高，植物的蒸騰以及呼吸作用得到了促進，加快了植物養分的分解并縮短了葉片的壽命，最終導致地表干旱不利于植物的生長發育。總體而言，對植被NPP與平均氣溫的相關性進行分析，研究表明呈正負相關的區域面積基本持平，可見植被NPP與平均氣溫的相關性不顯著。湖北省植被NPP與年降雨量的相關系數范圍為-0.78～0.79，平均值為0.26。年均NPP與年降水量呈正相關的面積高達87.65%，主要分布在隨州、襄陽和孝感北部地區，該區域是農產品主產區，耕地數量排在全省前列，由于植被根系較短，其對降水變化非常敏感，因此降水成為該地區植被生長發育的關鍵制約因素。年均NPP與降雨量呈負相關的地區面積為12.35%，主要集中在武漢、鄂州仙桃等東南經濟發展較好、受人類活動干擾較多的區域。同時十堰西北部地區植被NPP與降雨量呈負相關，該地區的主要植被類型為草地和森林，而降雨量卻是湖北省最低的區域，因此其植被NPP與降雨量的相關性較低。總體來看，植被NPP與降雨量在絕大部分區域表現出正相關，表明湖北省植被NPP與降雨量的相關性較為顯著。

圖8 湖北省植被NPP與年均溫度和降水相關系數空間分布格局

3.3.2 土地利用變化對植被NPP的影響 土地利用變化是人類活動在地理空間上強度大小的直觀變現，土地利用方式在人類生產和生活過程中發生了改變，這直接影響了植物的呼吸作用和光合作用，從而使得植被NPP也受到影響。

分析湖北省土地利用面積變化情況，結果表明(圖9)：研究期內來耕地面積減少最多，面積總計減少4 287 km2，變化率為-6.16%，由于建設用地占用耕地以及國家實施退耕還林等導致耕地面積大幅減少。其次面積減少較多的用地類型是林地和草地，其中林地面積減少了612 km2，變化率為-0.66%；草地面積減少了207 km2，變化率為-2.94%，主要是由于耕地開墾、建設占用等因素，導致草地面積大幅銳減。水域面積增加較為明顯，研究期內水域面積增加了1 420 km2，變化率為12.95%，主要是由于受降雨等影響，湖北省內湖泊的面積在不斷擴大。建設用地為增加面積最多的地類，總計增加了3 737 km2，變化率為75.25%，可見19 a來湖北省經歷了大規模的城鎮擴張使得大量的耕地、林地和草地都轉化為建設用地。未利用地面積也有多減少，主要轉化為耕地和水域用地。

圖9 2000年和2018年湖北省土地利用現狀

根據2000—2018年研究區域內土地利用變化，對其引起的NPP損益情況進行分析，從NPP總量變化矩陣可以看出(表1)，地類由林地、草地和耕地等NPP較高的土地類型向水域和建設用地等NPP較低的土地利用類型轉變時，NPP總量大多表現為減少的趨勢；相反，NPP總量則表現為增加的趨勢。其中，地利用變化如耕地轉林地(26.32×10-2Tg C)、耕地轉草地(2.03×10-2Tg C)等地類轉換使得NPP在不同程度上有所增加。這是由于國家實施“退耕還草”和“退牧還草”政策以來，該地區植被的覆蓋度有所提高。而其他地類轉為建設用地或水域等使得NPP總量表現為減少趨勢，例如耕地轉為建設用地(-26.60×10-2Tg C)以及林地轉為建設用地等(-1.18×10-2Tg C)等。主要是由于隨著城市化進程的推進，建設用地大幅擴張，大量占用耕地、林地和草地面積，致使NPP總量降低。總體而言，在地類轉化的背景下，2000—2018年研究區域內NPP總量增加19.86×10-2Tg C，主要由其他土地類型向林地、耕地和草地轉換引起。

不同時期土地覆蓋變化對NPP總量的影響量和貢獻率見圖10，2000—2010年，大部分土地覆蓋類型的NPP總量均表現為減少趨勢，其中林地NPP減少量最多，為-1.26 Tg C，其次為耕地NPP減少0.87 Tg C；而建設用地和水域面積有所增加，其相應地類NPP也表現為增加的趨勢，分別增加0.25，0.35 Tg C。2010—2018年，由于退耕還林政策的廣泛實施，耕地NPP呈現減少趨勢(-1.87 Tg C)，而林地NPP增加了2.13 Tg C。同時隨著城市化進程的推進，建設用地大幅擴張，建設用地NPP增加了1.34 Tg C。2000—2010年不同土地覆蓋變化對各土地利用類型NPP變化的貢獻有所差異，其中建設用地的貢獻率最高，為53.81%，其次是耕地(43.53%)和水域(47.59%)。2010—2018年，土地利用變化對各土地利用類型NPP變化的貢獻與上一時期比較有增有減，其中耕地和林地的貢獻率表現為增加的趨勢，而其他土地利用類型的貢獻率均表現為降低的趨勢。耕地的貢獻率由53.53%增加到61.53%，而建設用地的貢獻率由53.81降低到47.25%。總體而言，由于耕地和建設用地面積較大，從而耕地和建設用地的地類變化對其NPP的貢獻率相對較高。

表1 湖北省2000-2018年土地類型轉移下NPP總量變化矩陣 10-2 Tg C

圖10 2000-2018年湖北省不同土地利用變化對NPP總量的影響量和貢獻率

4 討論與結論

4.1 討 論

本文選擇湖北省為研究對象，基于CASA模型估算湖北省2000—2018年植被凈初級生產力，利用重心模型以及相關性分析等方法分析植被NPP時空演變格局以及驅動因素，探討氣候變化和人類活動對植被NPP的影響。2000—2018年湖北省植被NPP整體表現出由西北向東南遞減的趨勢，植被NPP的高值區分布在湖北省的西部，主要包括神農架林區、十堰、恩施和宜昌等地區，這些地區水熱條件好，生物多樣性非常豐富，遍布常綠落葉闊葉混交林，其植被覆蓋度較高。湖北省中部江漢平原以及鄂東南地區的植被NPP普遍低于其他地區，主要是由于這些地區年降水量相對較低，并且土地利用類型多以耕地為主，其生態結構穩定性偏低，容易受到人類活動的影響。

從氣候因素變化對植被NPP產生的影響來看，湖北省年均NPP與年均氣溫呈正相關的區域主要分布在鄂西南以及鄂中部的荊門、荊州以及宜昌東南部地區。分析原因，主要是由于如鄂西南的恩施土家族苗族自治州等地區屬于植被覆蓋度較高的山區，適當范圍的溫度升高可以延長植物的生長季節，提高光合作用效率以及植物的生產力，因此這些地區的植被NPP與氣溫呈正相關。對于湖北省東部武漢城市圈地區以及西部神農架林區，隨著氣溫的升高，植物的蒸騰以及呼吸作用得到了促進，最終導致地表干旱不利于植物的生長發育，因此這些地區的植被NPP與氣溫呈負相關。湖北省年均NPP與年降水量呈正相關的地區主要分布在隨州、襄陽和孝感北部地區，該區域是農產品主產區，土地類型以耕地為主，由于農作物根系較短，其對降水變化非常敏感，因此降水成為該地區植被生長發育的關鍵制約因素。年均NPP與降雨量呈負相關的地區主要集中在武漢、鄂州仙桃等東南經濟發展較好、受人類活動干擾較多的區域。

從土地利用變化對植被NPP產生的影響來看，在地類轉化的背景下，2000—2018年研究區域內NPP總量增加19.86×10-2Tg C，主要由耕地以及其他土地類型向林地和草地轉換引起。這是由于國家實施“退耕還草”和“退牧還草”政策以來，該地區的植被固碳能力有所增強；但隨著城市化進程的推進，建設用地大幅擴張，大量占用耕地、林地和草地面積，致使NPP總量降低。不同時期土地覆蓋變化對NPP總量的貢獻率有所差異，2000—2010年建設用地貢獻率最高為53.81%，2010—2018年耕地貢獻率最高為61.53%。因此土地利用變化對植被NPP的影響可分為積極效應和消極效應，積極效應表現為退耕還林還草政策有助于提高植被NPP，而消極效應表現為城市擴張以及人類不合理利用方式導致植被NPP降低的現象。

4.2 結 論

(1) 2000—2018年湖北省植被NPP年均值空間分布上總體表現為由西北向東南遞減的趨勢。19 a來年均植被NPP的空間變化過程中，NPP減少的區域按照西北、西南、東南又向西北遷移的順序。

(2) 2000—2018年湖北省植被NPP重心遷移軌跡呈M型，在極坐標系中可以看出，植被NPP在西北地區的增量和增速較大高于東南地區。在年際變化上，近19 a來植被NPP總體呈波動上升趨勢，在2006年波動幅度最大。

(3) 湖北省植被NPP與氣象因子相關性具有一定的局域差異性，其中植被NPP與氣溫顯著相關的區域主要分布在荊門、荊州地區以及宜昌東南部地區，而植被NPP與氣溫顯著相關的區域主要分布隨州、襄陽和孝感北部地區。總體來看，湖北省植被NPP與降雨的相關性比與氣溫的相關性更為顯著。

(4) 地類由林地、草地和耕地等NPP較高的土地類型向水域和建設用地等NPP較低的土地利用類型轉變時，NPP總量大多表現為減少的趨勢；相反，NPP總量則表現為增加的趨勢。土地覆蓋變化對各土地利用類型NPP變化的貢獻中，耕地和建設用地的貢獻率最高。