基于MOD17A3的广西区植被NPP时空演变及主要影响因素分析

　　网络出版时间：2014-01-03基于MOD17A3的广西区植被NPP时空演变及主要影响因素分析周爱萍，向悟生，姚月锋，黄甫昭，李先琨（广西壮族自治区中国科学院广西植物研宄所，广西桂林541006）气候变化对其影响进分析。结果表明：（1）NPP表现出明显的年际变化，2005年植被年均NPP*小为625g.C.m-2.a-1，2003年*大，为714g.C.m-2.a-1，十年间广西植被年NPP的平均值为662g.C.m-2.a-1.（2）不同植被类型NPP有较大差异，森林，灌木，农作物的NPP平均值分别为834，614，517g.C.m-2.a-1.（3）十年间广西区年均NPP为显著下降趋势，且年均气温和降水对NPP时间变化具有显著的作用，而日照时数对NPP时间变化的作用不显著。（4）广西区NPP空间格局形成主要影响因素为坡度，其次为经度，再次为地貌特征、掉度和降水。（5）非喀斯特区域北热带季雨林、南亚热带季雨林化/季雨化常绿阔叶林年均NPP大于喀斯特地区，相反，喀斯特地区中亚热带常绿阔叶林，农作物年均NPP大于非喀斯特地区。整体而言，广西非喀斯特地区植被NPP为683g.C.m-2.a-1，喀斯特地区为620g.C.m-2.a-1.基金项目：广西自然科学基金重大专项（2010GXNSFE013003，2010GXNSFE013002）；国家科技支撑计划课题（2011BAC09B02）；国家科技支撑计划项目（2012BAC16B01）；广西植物研究所基本业务费项目（桂植业通讯作者：李先琨，研宄员，主要从事植物生态学和恢复生态学方面的研宄，（E-mail）xiankunli163.com.植被净初级生产力（netprimaryproductivity，NPP）是植被在单位时间、单位面积上所累积的有机碳，反映了植物群落生产能力，是估算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指标（王琳，2010）。陆地生态系统是全球碳循环中的重要碳汇，其碳汇功能的主要基础就是植被能通过光合作用固定二氧化碳形成生物量，因此，植被NPP己成为全球碳平衡和气候变化研究中的焦点（Caoe（fl/.，1998；Reichefl/.，1999；Koffiefl/.，2012）。自1980年以来，国内外开展了大量NPP的试验研究，并取得了一系列的研究成果，但是大多均为全球或国家尺度的研究结果（Peie（a/.，2013；Zhaoe〖a/.，2010）。由于自然和人为的影响因素不同，植被NPP在时间和空间上存在高度变异性（朱文泉等，2005），因此，在气候变化和碳循环过程关系的研究中，区域植被NPP和气候变化关系的明确和清晰的研究结果也是十分重要的。

　　植被NPP受很多影响因素控制，其中气候被认为是影响NPP时空变化的关键因子（魏靖琼等，2012）。

　　气候因子通过多种方式作用于植物的光合作用过程，进而影响到植被NPP.例如，在干旱区，降雨量的减少使得土壤湿度减小从而降低植被的NPP；同样，在湿润区，多云天气可以减少可用的光合有效辐射（PAR），进而也会降低植被NPP（蒋冲等，2013）。因此，大量基于气候因子的生态系统模型被提出来用于量化植2006；Adamsea/.，2004）。这些模型己被广泛应用到不同区域植被NPP时空变化的研究之中。由于气候系统和植被条件的复杂性，将某一模型应用到所有区域是不合适的，在区域应用时必须对模型参数进行优化。而明确区域植被NPP的主要影响因素是模型参数优化的基础。

　　遥感可以提供植被生态系统连续和系统的观测结果，因此在植被结构和NPP的研究中起到越来越重要的作用。基于遥感观测的NPP开始得到越来越多的应用，如，MODIS对陆地监测产品中提供的2000年以来分辨率为1km的年NPP产品（MOD17A3）。目前MODISNPP己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（李登科等，2011；国志兴等，2008）。李登科等利用MOD17A3分析了陕西省植被NPP变化特征，国志兴等对2000-2006年东北地区植被NPP的时空特征及影响因素进行分析。

　　广西的气候随经掉度变化明显，气候带包含了热带、南亚热带和中亚热带；同时广西的地形地貌复杂，喀斯特地貌与其他地貌类型镶嵌分布，因此广西的地带性植被类型非常丰富（李先琨等，1996）。但目前对广西区域植被净初级生产力的相关研究还少有报道，植被NPP的主要影响因素也不明确。本文利用MOD17A3数据，分析2001-2010年广西植被NPP的特征及其时空变化，并探讨气候、地形、地貌等因子对植被生产力的影响，从而为广西生态环境监测与植被保护提供依据，并为区域植被NPP的模型模拟提供基础。

　　1研宄区域与研宄方法1.1研究区概况广西地处21.36'26.21，104.28'112°05'E，总面积23.6km2，属云贵高原向东南沿海丘陵过渡地带，总的地势概貌是西北高，东南低，四周多山，呈盆地状，有“广西盆地”之称。其植被地理分布主要有以下几个特点：（1）随着掉度的变化、温度的差异，从南到北包含北热带、南亚热带和中亚热带；由于经度的变化、离海的远近，自东向西也出现东部亚热带和西部亚热带的差异。（2）由于石灰岩发育的喀斯特地貌分布广泛，石灰性土壤与酸性土壤交替出现，在同一地带内不同的土壤上生长着不同的植被类型，例如在亚热带，酸性土是常绿阔叶林，而在石灰岩上就是常绿一落叶阔叶混交林；在北热带即使两种土壤上都是季节性雨林，但建群种不同。（3）广西无高山，中山地貌普遍，植被类型的垂直分布在不同地带内也具有差异性。

　　如在酸性土壤上，北热带的季节性雨林之上生长常绿阔叶林；在南亚热带则上下均为常绿林，只是建群种不同；在中亚热带常绿林之上则为常绿一落叶阔叶混交林（何妙光等，1981）。

　　1.2数据源及处理本文所用植被净初级生产力数据为美国蒙大拿大学数字地球动态模拟研究组发布的（http://www.ntsg.umt.edu/proect/modisdata-product），选择2001-2010年MOD17A3NPP产品，空间分辨率为1km，时间分辨率为1a，该数据是NASA-MOD17数据的升级版，这个版本的NPP纠正了MODIS LAI-FPAR（是NPP算法中重要的输入数据）受云层和气溶胶的影响。在ENVI4.8软件中，把HDF格式的广西区NPP数据转换为GEOTIFF格式，并完成图像的投影转换与空间拼接处理。为了方便后续的统计分析计算，将1km分辨率的2010年NPP数据转换成0.02°x0.02°的经掉网格数据，同时也统计出广西每个市级行政区域的逐年的年均NPP.气象数据来源于中国气象科学数据共享网的中国地面气候资料年值数据集（http://cdc.cma.gov.cn），包括广西区25个气象站点的年降水量、年平均气温、年日照时数等数据，在ARCGIS中运用kngrng插值方法，获取全区0.02°x0.02°经掉网格的2010年气象数据以及各市级行政区的逐年气象数据；SRTM90m分辨率高程数据及Landsat遥感影像来源于美国马里兰大学数据库（ftp.glcf.umd.edu）。运用ARCGIS10.0完成广西区48幅SRTM高程数据拼接工作，并用拼接好的高程数据提取全区的坡度数据，进行重采样获取全区0.02°x0.02°经掉网格的2010年坡度与坡向数据。土地覆盖数据为地球系统科学数据共享网的中国1：25万土地覆盖遥感调查数据集（http://www.geodata.cn）。

　　10.0中，根据处理好的遥感影像，结合地质图中岩层分布范围和广西岩溶石漠化分布图（蒋忠诚等，2011），进行广西区喀斯特地貌分布的目视解译，获取广西喀斯特地貌的分布范围，具体解译方法见