吴起县2000—2013年植被NPP变化特征

王　娟，何慧娟

(陕西省农业遥感信息中心，西安　710014)



吴起县2000—2013年植被NPP变化特征

王娟，何慧娟

(陕西省农业遥感信息中心，西安710014)

摘要：利用美国蒙大拿大学运用生物地球化学模式(Biome-BGC)估算出的净初级生产力产品(MOD17A3)，研究吴起县2000—2013年植被净初级生产力(net primary productivety，NPP)的变化特征。结果表明：吴起县2000—2013年年均NPP变化范围在156.92～275.37 gC·m-2·a-1，平均值为218.27 gC·m-2·a-1，14 a植被NPP在波动中呈显著增加趋势(P<0.01)；全县85.93%面积的NPP变化百分率在10%～50%，年均NPP变化百分率<-10%的区域主要分布在吴起县县城周边，年均NPP变化百分率为-10%～0%的区域主要分布在吴起县西北部地区铁边城镇及王坬子乡等地，年均NPP变化百分率为0%～10%的区域主要分布在吴起县城以北及以西地区，植被NPP变化百分率>50%的区域分布在吴起县南部白豹乡、楼坊坪乡及长官庙乡部分地区。

关键词：植被NPP；MOD17A3；吴起县

植被净初级生产力(net primary productivety，NPP) 是指植物在单位时间和单位面积上所积累的有机干物质总量[1]，它是植物生长情况的重要指标。作为地表碳循环的重要组成部分，植被净初级生产力不仅能反映在自然环境条件下植物群落的生产力，同时也是判定地球支持能力和评价陆地生态系统可持续发展的一个重要生态参数[2-3]。植被NPP监测可对今后复杂的生态环境下植被生长的变化及其对碳循环过程的影响进行预测，可以使全球变化研究上升到一个更高的层次[4]。开展区域尺度的生态系统NPP研究有着十分重要的意义，因为它与人类生活所需要的物质及生态环境保护、土地覆被变化、气候变化等其他重要问题均有着密切联系[5-6]。随着遥感和计算机技术的发展深入到许多领域，利用遥感数据进行NPP估算已广泛应用于此类研究当中。美国航天局(NASA)提供的MOD17A3数据产品已在全球不同区域对植被生长状况、生物量的估算、环境监测和全球变化等研究中得到验证和广泛应用，国内外应用MOD17A3产品进行不同尺度的NPP时空变化特征的研究[7-11]。李登科等应用MOD17A3分析了2000—2006年陕西省植被NPP的变化特征，结果表明陕北地区植被NPP变化巨大。吴起县作为全国退耕还林试点示范县，自1998年以后采取“封山禁牧”的政策，全县植被生长状况明显好转，植被覆盖水平大幅提高，水土流失情况得到较好改善。对吴起县植被NPP的变化特征及时空分布进行研究，全面了解该区域碳循环特征，为评估陕北退耕还林政策提供科学参考。

由于NASA提供的MOD17A3数据产品的时间序列为2000—2010年，2010年后未更新后续数据，因此利用美国蒙大拿大学运用生物地球化学模式(Biome-BGC)估算出的净初级生产力产品(MOD17A3)分析吴起县2000—2013年植被NPP的变化特征。

1研究区概况

吴起县位于陕西省延安市西北部，全县辖6镇3乡1个街道办，总面积3 791.5 km2，地貌属黄土高原梁状丘陵沟壑区，海拔在1 233～1 809 m，从1998年开始实施退耕还林政策，林草覆盖率达到49.6%。

2数据与方法

2.1数据来源

所用的遥感数据为美国蒙大拿大学2000—2013年的NPP数据(ftp://ftp.ntsg.umt.edu/)，空间分辨率1 km×1 km，该数据运用生物地球化学模式(Biome-BGC)估算出全球陆地植被年净初级生产力。

2.2研究方法

采用一元线性回归分析法对吴起县NPP时间序列进行趋势分析，单个像元多年回归方程中趋势线斜率即为年际变化率,其计算公式[10]为

(1)

式中，β为线性倾向率，n为监测时间段的年数，n=14，NPPi为第i年的植被NPP。β的大小反映了NPP年际变化的增加或降低的速率，β为负表示NPP下降，反之则表示上升。

NPPb =β/NPPAVR×14×100%,

(2)

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

3结果与分析

3.1NPP时间变化特征

由图1可见，2000—2013年吴起县年均植被NPP变化范围为156.92～275.37 gC·m-2·a-1，平均值为218.27 gC·m-2·a-1，最低出现在2001年， 最高出现在2012年，2013年植被NPP较2000年高出108.18 gC·m-2·a-1。2000—2013年植被NPP在波动中呈显著增加趋势(P<0.01)，2008—2013年除2011年低于平均值以外，其他年份吴起县植被NPP均高于多年平均值。

图1　2000—2013年吴起县植被NPP年变化

由表1可以看出， 2000、2001年吴起县大部分区域的年均植被NPP主要集中在100～200 gC·m-2·a-1区间，其中，2000年年均植被NPP集中在该区间的区域占吴起县总面积的97.87%，而2013年仅为1.43%；2002—2008年吴起县大部分区域的年均植被NPP主要集中在150～250 gC·m-2·a-1区间，2009—2013年(除2011年外)主要集中在200～300 gC·m-2·a-1区间，其中，2013年年均植被NPP集中在该区间的区域占吴起县总面积的88.31%，而2000年仅占2.07 %。由此可见，2000—2013年吴起县植被NPP水平大幅提高。

表1　2000—2013年不同区间范围吴起县年均植被NPP面积百分比　%

由图2可见，2000—2013年吴起县年均植被NPP在200～300 gC·m-2·a-1和>300 gC·m-2·a-1两个区间的区域所占面积百分比呈上升趋势，在<200 gC·m-2·a-1区间呈显著下降趋势。

图2　2000—2013吴起县不同区间范围年均植被NPP面积百分比变化趋势

3.2NPP变化趋势特征

应用一元线性回归分析方法分析2000—2013年吴起县年均植被NPP的变化趋势。一元线性回归法可消除特定年份的极端值，更能真实地反映植被在14 a间的变化特征。

由图3可以看出，吴起县年均NPP变化百分率为10%～50%的区域占全县面积的85.93%。年均NPP变化百分率<-10%的区域主要分布在吴起县县城周边，吴起县西北部地区王坬子乡也有分布，随着经济的发展，吴起县县城建成区在这14 a间也得到了很大的扩张，周围植被覆盖略有下降；年均NPP变化百分率为-10%～0%的区域主要分布在吴起县西北部地区铁边城镇及王坬子乡等地；年均NPP变化百分率为0%～10%的区域主要分布在吴起县城以北及以西地区，西部的庙沟乡分布较多；植被NPP变化百分率>50%的区域分布在吴起县南部白豹乡、楼坊坪乡及长官庙乡部分地区，东北部地区也有零星分布。可见2000—2013年吴起县植被NPP变化显著，全县境内99.78%的国土面积植被NPP均呈增长趋势，植被生长状况显著改善。

图3　2000—2013年吴起县植被NPP变化百分率示意图

4结论

(1)2000—2013年吴起县年均植被NPP变化范围为156.92～275.37 gC·m-2·a-1，平均值为218.27 gC·m-2·a-1，14 a间植被NPP在波动中呈显著增加趋势(P<0.01)，植被NPP大幅提高。

(2)2000—2013年吴起县植被NPP水平不断上升，2000、2001年大部分区域的年均植被NPP主要集中在100～200 gC·m-2·a-1区间，2002—2008年主要集中在150～250 gC·m-2·a-1区间，2009—2013年(除2011年外)主要集中在200～300 gC·m-2·a-1区间。2000—2013年吴起县年均植被NPP在200～300 gC·m-2·a-1和>300 gC·m-2·a-1两个区间的区域所占面积百分比呈上升趋势，在<200 gC·m-2·a-1区间呈显著下降趋势。

(3)吴起县年均NPP变化百分率为10%～50%的区域占全县面积的85.93% ；年均NPP变化百分率<-10%的区域主要分布在吴起县县城周边，年均NPP变化百分率为-10%～0%的区域主要分布在吴起县西北部地区铁边城镇及王坬子乡等地，年均NPP变化百分率为0%～10%的区域主要分布在吴起县城以北及以西地区，植被NPP变化百分率>50%的区域分布在吴起县南部白豹乡、楼坊坪乡及长官庙乡部分地区。

(4)应用MOD17A3数据产品分析吴起县2000—2013年植被NPP 的变化特征，有助于了解该区域碳循环的变化特征，为吴起县全面评估退耕还林工程生态价值提供科学依据。

参考文献：

[1]穆少杰,李建龙,周伟,等.2001—2010年内蒙古植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系[J].生态学报,2013,33(12):3753-3764.

[2]张杰,潘晓玲.天山北麓山地-绿洲-荒漠生态系统净初级生产力空间分布格局及其季节变化[J].干旱区地理,2010,33(1): 78-86.

[3]郝成元,杨志茹.基于MODIS数据的潞安矿区NPP时空格局[J].煤炭学报,2011,36(11):1840-1844.

[4]袁博,白红英,章杰,等.秦岭山地植被净初级生产力及对气候变化的响应[J].植物研究,2013,33(2)：225-231.

[5]李红梅,周秉荣,李林,等.基于AVIM的中国陆地生态系统净初级生产力变化规律及其未来变化趋势[J].生态学杂志,2011,30(2):215-220.

[6]赵东升,吴绍洪,尹云鹤.气候变化情况下中国自然植被净初级生产力分布[J].应用生态学,2011,22(4): 897-904.

[7]李军玲,陈怀亮,邹春辉,等.1994—2008年河南省植被净第一性生产力及其时空变化[J].生态环境学报,2011,20(10):1424-1429.

[8]周广胜,张新时.自然植被净第一性生产力模型初探[J].植物生态学报,1995,19(3):193-200.

[9]ITO A,OIKAWA T. A simulation model of the carbon cycle in land eosystems(Sim-CYCLE):A description based on dry-matter production theory and plot-scale validation[J]. Eeologleal Modelling,2002(151):143-176.

[10]李登科,范建忠,王娟.基于MOD17A3的陕西省植被NPP变化特征[J].生态学杂志,2011,30(12): 2776-2782.

[11]李传华,赵军.2000—2010年石羊河流域NPP时空变化及驱动因子[J].生态学杂志,2013,32(3): 712-718.

李静睿，李定安，刘佩佩，等.安康市近45年汛期降水变化特征分析[J].陕西气象，2015(6)：10-13.

作者简介：李静睿(1991—)，女，汉族，陕西安康人，学士，主要从事短期天气预报。

收稿日期：2015-06-02

文章编号：1006-4354(2015)06-0010-04

中图分类号：Q948

文献标识码：A