长三角植被总初级生产力时空动态及其驱动力研究

黄 艳，罗 扬

（1.金陵科技学院网络安全学院，江苏南京 211169；2.金陵科技学院软件工程学院，江苏南京 211169）

植被总初级生产力（Gross Primary Productivity，GPP）作为陆地生态系统的重要指示性指标之一，是生态系统碳循环的基础，与全球气候变化密切相关［1］。长三角地区是我国经济、科技、文化发达的地区之一，随着经济的飞速发展，长三角区域GPP 自然因素和人类活动的双重影响，区域内资源环境承载力、碳循环和生物多样性都面临着挑战。因此，探索长三角区域植被GPP时空变化特征及其驱动因素，能为生态学者深入理解碳循环机理和生态系统承载力变化等研究提供数据支撑。

目前，有学者基于MODIS GPP 数据分析了区域植被GPP 的时空变化特征。张继平等基于MODIS GPP/NPP 数据研究了三江源地区草地生态系统碳储量及碳汇量时空变化［2］；何勇等基于MODIS GPP 数据研究了中国陆地植被生长及其与气候的关系［3］；王鹤松等利用MODIS 影像数据揭示了我国北方地区植被GPP 空间分布的规律［4］；伍卫星等利用MODIS 影像数据和气候数据模拟中国内蒙古草原生态系统总初级生产力［5］。截至目前，关于长三角GPP 时空变化及其驱动力的研究相对缺乏，因此，基于MODIS MOD17A2 GPP 数据，探讨2000—2016 年来长三角地区植被GPP 的时空动态特征及其驱动因子。

1 研究区域与数据

1.1 研究区概况

长三角区域属于亚热带湿润季风气候，年平均温度为15～17 ℃，年降水量为1 000～1 800 mm。地貌以平原为主，西部地区和南部地区有一些山地和丘陵地貌。自然植被受到人为因素影响较大，广大平原区域被开辟为农田、城镇，山区有一部分原生植被，主要为次生林，而在次生林中，以马尾松等常绿针叶林为主［6-8］。该区域人口众多、经济发达，是我国最具活力与竞争力的经济区域之一。

1.2 数据来源

研究所利用的数据来源于2 个方面。1）2000—2016年，长三角MODIS MOD17A2 GPP 数据集，空间分辨率为1 km，时间分辨率为8 d，数据来源于美国国家航空航天局戈达德航天中心（LAADS DAAC），网址为https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/。2）2000—2016 年，长三角气温、降水数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（https://www.resdc.cn/）。

1.3 数据统计

1.3.1年均GPP 估算

长三角地区年均GPP 估算公式为：

1.3.2 Pearon 相关系数

使用Pearson 相关系数反映GPP 与气温、降水之间的相关性：

式（2）中，Rxy为相关系数，n为监测年数（n=16），xi为第i年GPP 值，yi为第i年的平均气温或降水量。

2 结果与分析

2.1 GPP 时间变化特征

图1 显示了长三角地区2000—2016 年的年均GPP、年均气温和年降水量时间变化趋势。结果表明，2000—2016 年，长三角地区年均GPP由753 gC·m-2上 升 为860 gC·m-2，年均增加0.879%，其变化趋势为波动式上升。2011 年，年均GPP 最低，为663 gC·m-2，而2014 年的年均GPP 最高，为968 gC·m-2。

图1 2000—2016 年长三角GPP、年均降水量、年均气温年际变化

长三角地区GPP 受到气温和降水的共同影响，GPP与气温呈负相关，相关系数为0.223 1，GPP 与降水量呈正相关，相关系数为0.309 7。这表明，在该研究区域内GPP 与气温以弱负相关为主，GPP 与降水量以低度相关为主，GPP 与气温的相关性低于与年降水量的相关性，因此说明，长三角地区的降水量对多年的年平均GPP 的影响较大，这结果与其他研究结果相一致［9］。

2.2 GPP 空间变化特征

进一步估算了长三角地区2000—2016 年平均GPP空间分布特征及2000—2016 年GPP 年均变化量空间分布特征。结果表明，长三角南部区域年均GPP 较高，年均GPP 在1 000 gC·m-2以上，而长三角北部区域GPP 相对较低，年均GPP 在1 000 gC·m-2以下。这主要是由于南部区域森林覆盖面积广，植被覆盖率高，而北部区域大量分布着城市、水体和农田。2000—2016 年间，GPP减少较大的区域位于太湖流域，太湖流域为平原地区，城市发展进程快，GPP 减少地区集中在苏州、无锡、常州、镇江和上海地区中心城区的四周。长江流域以北为江苏发展较慢的几个城市，这些区域植被资源丰富，GPP 呈现增加趋势。杭州湾以南区域GPP 减少量最小，此区域以山地、丘陵为主，森林覆盖面积广，植被覆盖率高，所以GPP呈现增加趋势，该结果与其他研究结果相一致［9］。

3 结论

基于MODIS GPP 数据，分析了2000—2016 年长三角地区GPP 的时空变化特征及其趋势，并对长三角地区的气候因子与GPP 之间相关关系进行分析，得出以下结论。

1）在年际变化上，长三角地区2000—2016 年GPP年均值存在一定的波动变化，并总体呈小幅度上升趋势。

2）在空间分布上，长三角南部区域年均GPP 较高，而长三角北部区域GPP 相对较低，GPP 减少较大的是太湖流域，杭州湾以南地区GPP 呈现增加趋势。

3）长三角地区GPP 总体与降水量呈低度正相关，与气温呈弱负相关。