王　娟，何慧娟

(陜西省農(nóng)業(yè)遙感信息中心，西安　710014)

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吳起縣2000—2013年植被NPP變化特征

王娟，何慧娟

(陜西省農(nóng)業(yè)遙感信息中心，西安710014)

摘要：利用美國蒙大拿大學(xué)運(yùn)用生物地球化學(xué)模式(Biome-BGC)估算出的凈初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)品(MOD17A3)，研究吳起縣2000—2013年植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(net primary productivety，NPP)的變化特征。結(jié)果表明：吳起縣2000—2013年年均NPP變化范圍在156.92～275.37 gC·m-2·a-1，平均值為218.27 gC·m-2·a-1，14 a植被NPP在波動(dòng)中呈顯著增加趨勢(shì)(P<0.01)；全縣85.93%面積的NPP變化百分率在10%～50%，年均NPP變化百分率<-10%的區(qū)域主要分布在吳起縣縣城周邊，年均NPP變化百分率為-10%～0%的區(qū)域主要分布在吳起縣西北部地區(qū)鐵邊城鎮(zhèn)及王坬子鄉(xiāng)等地，年均NPP變化百分率為0%～10%的區(qū)域主要分布在吳起縣城以北及以西地區(qū)，植被NPP變化百分率>50%的區(qū)域分布在吳起縣南部白豹鄉(xiāng)、樓坊坪鄉(xiāng)及長官廟鄉(xiāng)部分地區(qū)。

關(guān)鍵詞：植被NPP；MOD17A3；吳起縣

植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(net primary productivety，NPP) 是指植物在單位時(shí)間和單位面積上所積累的有機(jī)干物質(zhì)總量[1]，它是植物生長情況的重要指標(biāo)。作為地表碳循環(huán)的重要組成部分，植被凈初級(jí)生產(chǎn)力不僅能反映在自然環(huán)境條件下植物群落的生產(chǎn)力，同時(shí)也是判定地球支持能力和評(píng)價(jià)陸地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要生態(tài)參數(shù)[2-3]。植被NPP監(jiān)測可對(duì)今后復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境下植被生長的變化及其對(duì)碳循環(huán)過程的影響進(jìn)行預(yù)測，可以使全球變化研究上升到一個(gè)更高的層次[4]。開展區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)NPP研究有著十分重要的意義，因?yàn)樗c人類生活所需要的物質(zhì)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)、土地覆被變化、氣候變化等其他重要問題均有著密切聯(lián)系[5-6]。隨著遙感和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展深入到許多領(lǐng)域，利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行NPP估算已廣泛應(yīng)用于此類研究當(dāng)中。美國航天局(NASA)提供的MOD17A3數(shù)據(jù)產(chǎn)品已在全球不同區(qū)域?qū)χ脖簧L狀況、生物量的估算、環(huán)境監(jiān)測和全球變化等研究中得到驗(yàn)證和廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外應(yīng)用MOD17A3產(chǎn)品進(jìn)行不同尺度的NPP時(shí)空變化特征的研究[7-11]。李登科等應(yīng)用MOD17A3分析了2000—2006年陜西省植被NPP的變化特征，結(jié)果表明陜北地區(qū)植被NPP變化巨大。吳起縣作為全國退耕還林試點(diǎn)示范縣，自1998年以后采取“封山禁牧”的政策，全縣植被生長狀況明顯好轉(zhuǎn)，植被覆蓋水平大幅提高，水土流失情況得到較好改善。對(duì)吳起縣植被NPP的變化特征及時(shí)空分布進(jìn)行研究，全面了解該區(qū)域碳循環(huán)特征，為評(píng)估陜北退耕還林政策提供科學(xué)參考。

由于NASA提供的MOD17A3數(shù)據(jù)產(chǎn)品的時(shí)間序列為2000—2010年，2010年后未更新后續(xù)數(shù)據(jù)，因此利用美國蒙大拿大學(xué)運(yùn)用生物地球化學(xué)模式(Biome-BGC)估算出的凈初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)品(MOD17A3)分析吳起縣2000—2013年植被NPP的變化特征。

1研究區(qū)概況

吳起縣位于陜西省延安市西北部，全縣轄6鎮(zhèn)3鄉(xiāng)1個(gè)街道辦，總面積3 791.5 km2，地貌屬黃土高原梁狀丘陵溝壑區(qū)，海拔在1 233～1 809 m，從1998年開始實(shí)施退耕還林政策，林草覆蓋率達(dá)到49.6%。

2數(shù)據(jù)與方法

2.1數(shù)據(jù)來源

所用的遙感數(shù)據(jù)為美國蒙大拿大學(xué)2000—2013年的NPP數(shù)據(jù)(ftp://ftp.ntsg.umt.edu/)，空間分辨率1 km×1 km，該數(shù)據(jù)運(yùn)用生物地球化學(xué)模式(Biome-BGC)估算出全球陸地植被年凈初級(jí)生產(chǎn)力。

2.2研究方法

采用一元線性回歸分析法對(duì)吳起縣NPP時(shí)間序列進(jìn)行趨勢(shì)分析，單個(gè)像元多年回歸方程中趨勢(shì)線斜率即為年際變化率,其計(jì)算公式[10]為

(1)

式中，β為線性傾向率，n為監(jiān)測時(shí)間段的年數(shù)，n=14，NPPi為第i年的植被NPP。β的大小反映了NPP年際變化的增加或降低的速率，β為負(fù)表示NPP下降，反之則表示上升。

NPPb =β/NPPAVR×14×100%,

(2)

式中，NPPb為NPP變化百分率(%)，NPPAVR為2000—2013年NPP平均值。

3結(jié)果與分析

3.1NPP時(shí)間變化特征

由圖1可見，2000—2013年吳起縣年均植被NPP變化范圍為156.92～275.37 gC·m-2·a-1，平均值為218.27 gC·m-2·a-1，最低出現(xiàn)在2001年， 最高出現(xiàn)在2012年，2013年植被NPP較2000年高出108.18 gC·m-2·a-1。2000—2013年植被NPP在波動(dòng)中呈顯著增加趨勢(shì)(P<0.01)，2008—2013年除2011年低于平均值以外，其他年份吳起縣植被NPP均高于多年平均值。

圖1　2000—2013年吳起縣植被NPP年變化

由表1可以看出， 2000、2001年吳起縣大部分區(qū)域的年均植被NPP主要集中在100～200 gC·m-2·a-1區(qū)間，其中，2000年年均植被NPP集中在該區(qū)間的區(qū)域占吳起縣總面積的97.87%，而2013年僅為1.43%；2002—2008年吳起縣大部分區(qū)域的年均植被NPP主要集中在150～250 gC·m-2·a-1區(qū)間，2009—2013年(除2011年外)主要集中在200～300 gC·m-2·a-1區(qū)間，其中，2013年年均植被NPP集中在該區(qū)間的區(qū)域占吳起縣總面積的88.31%，而2000年僅占2.07 %。由此可見，2000—2013年吳起縣植被NPP水平大幅提高。

表1　2000—2013年不同區(qū)間范圍吳起縣年均植被NPP面積百分比　%

由圖2可見，2000—2013年吳起縣年均植被NPP在200～300 gC·m-2·a-1和>300 gC·m-2·a-1兩個(gè)區(qū)間的區(qū)域所占面積百分比呈上升趨勢(shì)，在<200 gC·m-2·a-1區(qū)間呈顯著下降趨勢(shì)。

圖2　2000—2013吳起縣不同區(qū)間范圍年均植被NPP面積百分比變化趨勢(shì)

3.2NPP變化趨勢(shì)特征

應(yīng)用一元線性回歸分析方法分析2000—2013年吳起縣年均植被NPP的變化趨勢(shì)。一元線性回歸法可消除特定年份的極端值，更能真實(shí)地反映植被在14 a間的變化特征。

由圖3可以看出，吳起縣年均NPP變化百分率為10%～50%的區(qū)域占全縣面積的85.93%。年均NPP變化百分率<-10%的區(qū)域主要分布在吳起縣縣城周邊，吳起縣西北部地區(qū)王坬子鄉(xiāng)也有分布，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，吳起縣縣城建成區(qū)在這14 a間也得到了很大的擴(kuò)張，周圍植被覆蓋略有下降；年均NPP變化百分率為-10%～0%的區(qū)域主要分布在吳起縣西北部地區(qū)鐵邊城鎮(zhèn)及王坬子鄉(xiāng)等地；年均NPP變化百分率為0%～10%的區(qū)域主要分布在吳起縣城以北及以西地區(qū)，西部的廟溝鄉(xiāng)分布較多；植被NPP變化百分率>50%的區(qū)域分布在吳起縣南部白豹鄉(xiāng)、樓坊坪鄉(xiāng)及長官廟鄉(xiāng)部分地區(qū)，東北部地區(qū)也有零星分布?？梢?000—2013年吳起縣植被NPP變化顯著，全縣境內(nèi)99.78%的國土面積植被NPP均呈增長趨勢(shì)，植被生長狀況顯著改善。

圖3　2000—2013年吳起縣植被NPP變化百分率示意圖

4結(jié)論

(1)2000—2013年吳起縣年均植被NPP變化范圍為156.92～275.37 gC·m-2·a-1，平均值為218.27 gC·m-2·a-1，14 a間植被NPP在波動(dòng)中呈顯著增加趨勢(shì)(P<0.01)，植被NPP大幅提高。

(2)2000—2013年吳起縣植被NPP水平不斷上升，2000、2001年大部分區(qū)域的年均植被NPP主要集中在100～200 gC·m-2·a-1區(qū)間，2002—2008年主要集中在150～250 gC·m-2·a-1區(qū)間，2009—2013年(除2011年外)主要集中在200～300 gC·m-2·a-1區(qū)間。2000—2013年吳起縣年均植被NPP在200～300 gC·m-2·a-1和>300 gC·m-2·a-1兩個(gè)區(qū)間的區(qū)域所占面積百分比呈上升趨勢(shì)，在<200 gC·m-2·a-1區(qū)間呈顯著下降趨勢(shì)。

(3)吳起縣年均NPP變化百分率為10%～50%的區(qū)域占全縣面積的85.93% ；年均NPP變化百分率<-10%的區(qū)域主要分布在吳起縣縣城周邊，年均NPP變化百分率為-10%～0%的區(qū)域主要分布在吳起縣西北部地區(qū)鐵邊城鎮(zhèn)及王坬子鄉(xiāng)等地，年均NPP變化百分率為0%～10%的區(qū)域主要分布在吳起縣城以北及以西地區(qū)，植被NPP變化百分率>50%的區(qū)域分布在吳起縣南部白豹鄉(xiāng)、樓坊坪鄉(xiāng)及長官廟鄉(xiāng)部分地區(qū)。

(4)應(yīng)用MOD17A3數(shù)據(jù)產(chǎn)品分析吳起縣2000—2013年植被NPP 的變化特征，有助于了解該區(qū)域碳循環(huán)的變化特征，為吳起縣全面評(píng)估退耕還林工程生態(tài)價(jià)值提供科學(xué)依據(jù)。

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作者簡介：李靜睿(1991—)，女，漢族，陜西安康人，學(xué)士，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)。

收稿日期：2015-06-02

文章編號(hào)：1006-4354(2015)06-0010-04

中圖分類號(hào)：Q948

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A