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江苏省植被净初级生产力时空分布格局研究

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文章编号:1674—7070(2012)04-0321—05 江苏省植被净初级生产力时空分布格局研究 摘要 基于MODIS植被净初级生产力 (NPP)数据产品,利用ArcGIS地理信息 系统软件和ENVI遥感软件空间分析工 具,分析了2000--2006年间江苏省NPP 的时空分布.研究结果表明:江苏省NPP 值空间分布由东南部向西北部递减,在 时间变化上,研究时段内2004年NPP值 相对较高,2003年相对较低;通过对各个 地级市及距海岸不同距离的NPP值分 析,发现随着距离海岸线的距离不断加 大,NPP值先增加后降低,最后对江苏省 NPP时空分布影响因素做了简要分析. 关键词 净初级生产力;江苏省;时空分布 中图分类号Q948 文献标志码A 收稿日期2Ol1一lO一24 资助项目江苏省高校自然科学基础研究计划 (08KJBI70004);南京信息工程大学科研基金 (20080121);江苏高校优势学科建设工程资 助项目 作者简介 王驷鹞,男,硕士生,研究方向为3S集成 与气象应用.hensonl01 1@126.coin 刘振波(通信作者),男,博士,副教授,研 究方向为资源环境遥感.1iuzhenbo@yeah.net 1南京信息工程大学遥感学院,南京,210044 王驷鹞 刘振波 0 引言 自然植被的净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是指绿 色植物在单位面积、单位时间内所累积的有机物量,表现为光合作用 固定的有机碳中扣除本身呼吸消耗的部分,也称净第一性生产 力¨ J.植被NPP能够反应出大气中温室气体尤其是CO 的含量状 况,对于研究全球变化对生态系统的响应、全球碳源/汇的分布等都 有重大的理论和现实意义,是研究全球气候变化的重要指标. 国际上有关NPP的研究可以追溯到100多年前,1876年,Eberm- erye在德国对森林的树枝落叶量和木材质量进行测定,其测量结果被 后续研究者广泛引用 .随着对全球变化研究的日益重视,自20世纪 50年代以来,NPP相关研究不断得到加强,各国学者开始陆续开展对 NPP数据的收集和测量工作.20世纪60年代开始的国际生物圈计划 (IBP),进行了全球多种植被类型NPP的测定,并在此基础上结合气 象资料建立了全球NPP的模拟模型,这就是最初的气候生产力模型. 随后,NPP研究在3大计划——国际生物圈计划(IBP)、人与生物圈 计划(MAB)、国际地圈.生物圈计划(IGBP)L4 J的推动下进入了更为深 入与全面的研究阶段.全球变化陆地生态系统(GCTE)以及京都协定 书(Kyoto Protoco1)都把植被NPP的研究确定为核心研究内容之 一 J.我国关于自然植被NPP研究开始相对较晚,1978年,李文华 提出根据我国森林资源清查结果,编制全国森林生物产量分布图以 及研究不同地带生物生产潜力模拟的设想.20世纪80年代,我国学 者也开始运用国际流行的NPP估算模型,对中国自然植被的气候生 产潜力及其对气候变化的反应进行模拟研究 . NPP是区域生态系统结构功能协调性的重要指标,是区域生态 承载力的基础.通过区域尺度NPP的计算可以对区域生态承载力进 行评价,确定生态承载力的阈值,有助于区域初级、次级生产的合理 布局和动植物资源的可持续利用,为区域社会经济和生态环境可持 续发展提供科学依据.因此,NPP估算已成为区域生态承载力估算的 一种有效手段,也是区域研究的重要内容之一.本文基于遥感MODIS NPP数据产品,利用ENVI图像处理软件和ArcGIS地理信息系统软 件,对江苏省域范围内2000--2006年的NPP值进行统计分析,研究 江苏省NPP值在时间、空间上的分布格局. 322 王驷鹞,等.江苏省植被净初级生产力时空分布格局研究 WANG Siyao.et a1.Analysis of spatio‘temporal distribution characteristics of vegetation NPP in Jiangsu province 1数据与方法 1.1研究区概况 2数据处理流程 2.1数据预处理 研究区江苏省(116。18 ~121。57 E.30。45~35。 由NASA网站下载的三级数据产品遥感图像处 20 N)位于长江、淮河下游(图1),总面积10.26万 理软件不能直接读取,需要进行数据转换处理.首先 km ,地形以平原为主,主要由苏南平原、江淮平原、 利用NASA网站提供的MRT软件¨ 对MODIS NPP 苏北黄淮平原组成.江苏是全国地势最低的一个省 数据产品进行投影转换和拼接.覆盖江苏省域的 区,绝大部分地区在海拔50 m以下,低山丘陵集中 MODIS NPP数据有两景影像,将这两景影像导入到 在北部和西南部,占全省总面积的14.3%,气候为温 MRT中,输入所需转换的Lambert投影的相关参数, 带向亚热带的过渡性气候. 1 l0—2 400 km : 、 图1研究区位 Fig.1 Location map of study area 1.2遥感MoDIS NPP数据 本文所采用的NPP数据来源于美国国家航空 航天局(NASA)的EOS/MODIS(对地观测系统/中分 辨率成像光谱仪)(TERRA卫星)提供的2000— 2006年MOD17A3数据 ,空间分辨率1 km. MOD17的数据产品是NASA发布的陆地四级标准 数据产品,是通过模型和综合处理三级及其以下产 品得到的结果,时间分辨率为1 a.MOD17A3 NPP数 据产品是根据TERRA卫星遥感数据通过BIOME— BGC算法计算得到的全球NPP产品.BIOME—BGC 模型是典型的生态过程模型,由FOREST-BGC(森 林动力学模型)转化而来,主要应用于估算不同气 候条件下生态系统的碳、氮和水等物质在大气一群 落一土壤之问循环¨”.BIOME—BGC模型主要驱动 因子包括3个部分: 1 一,初始化文件,主要包括研 究区经纬度、海拔、土壤有效深度、土壤颗粒组成、 大气中CO 体积分数年际变化、植被类型以及对 输入输出文件的设定等;第二,以13为步长的气象 数据,包括最高温、最低温、白天平均温、降水、饱和 蒸气压差、太阳辐射等;第三,生态生理指标参数, 包括44个参数,如叶片碳氮比、细根碳氮比、气孔 导度、冠层消光系数、冠层比叶面积、叶氮在羧化酶 中的质量分数等. 进行影像的投影转换并自动拼接,转换后的影像投 影为Lambert投影.最后利用ENVI软件将数据的影 像属性值转换为真实NPP值¨ . 2.2影像裁切与统计分析 利用研究区江苏省的边界矢量图,在ENVI软 件环境下对江苏省MODIS NPP拼接影像进行裁切, 输出江苏省2000--2006年NPP影像图,并通过波段 统计运算输出2000--2006年江苏省多年平均NPP 影像(图2),然后在ArcGIS地理信息系统软件环境 下对各年及江苏不同区域的NPP值分别进行统计. 图2江苏省2000--2006多年平均NPP影像 Fig.2 Average annual NPP image in Jiangsu province from 2000 to 2006 3结果与讨论 3.1研究区植被净初级生产力的年际变化 利用ENVI软件将预处理后的研究区NPP真实 值去除0值和异常值,然后利用ArcGIS软件进行统 计分析,得出研究区NPP年平均值.统计结果显示, 2000--2006年江苏省NPP年平均值变动范围在 506.70~643.54 gC/(m ・a)之间,多年平均NPP值 为569.28 gC/(m ・a)(图3,表1),与全国及其他区 域相比,多年NPP均值高于全国均值(345.91 gC/ 而 馐垂 学学报:自然科学版,2012,4(4):321—325 Journal of Nanjing University of Information Science and Technology:Natural Science Edition.2012,4(4):321・325 323 (in ・a))¨ ,稍低于广东省多年NPP均值(595.51 北部地区.根据江苏省13个地级市统计NPP平均值 gC/(m ・a)) ,远远高于北方吉林草地多年NPP (表2)可见,江苏省域内总体上东南部区域的NPP值 均值(232.14 gC/(m ・a))¨ ,总体上在全国属于 较高如南通市693.57 gC/(m ・a),西北部城市的NPP NPP较高区域,仅略低于南方广东区域 .在 值较低如徐州市478.72 gC/(rn ・a),这两个地区NPP 2000--2006年时段内,江苏省NPP年均值呈上升趋 值相差最大. 势,其中在2004年达到一个峰值,为643.54 gC/ (1TI ・a).植被NPP值变动的自然因素方面主要为气 表2江苏各地级市NPP均值 温和降水因子.根据江苏省气象台站气象资料显示, Table 2 The average annual NPP in prefecture-level 2000--2006年的江苏省年均气温呈曲折上升的趋 cities in Jiangsu gC/(m ・a 势,其中2004年的年平均气温达到相对最高值为 城市 均值 城市 均值 16.21 ,2003年年均气温l5.36℃是相对低谷,与 南京 550.15 扬州 560.17 年均NPP值的变化趋势(图3)基本相符.降水因素 镇江 585.97 宿迁 542.13 方面,2000--2006年江苏省平均降水量处于 常州 571.12 淮安 521.37 无锡 595.66 盐城 623.51 900~1 200 IrlII1之间稍有变动但变幅相对不大,能 苏州 611.19 连云港 528.22 满足植被正常生长的需求,因此研究时段江苏省域 南通 693.57 徐州478.72 NPP的变动主要受气温影响较大. 泰州 596.74 江苏省的地形以平原为主,主要有苏南的长江中 下游平原,苏中的江淮平原以及苏北的黄淮平原组 成,地形差异较小,因此整体上的NPP分布规律同植 被生长的水热条件有关,大体规律是自南向北,自东 向西NPP值越来越低(图2,图4).但由表2也可以看 到,苏南地区的NPP值总体稍高于苏北地区,但也有 图3江苏省NPP值年变化趋势 部分苏北地区NPP值高于苏南,这也反映了人类活动 Hg.3 Average annual NPP in Jiangsu province from 2000 to 2006 对自然植被的影响,因为苏南经济发展较苏北迅速, 城市化进程速度较快,城镇及工厂面积急剧扩张,对 表1 2000--2006年江苏省NPP年平均值 于自然植被破坏较为严重,降低了区域NPP的均值. Table 1 The average annual NPP in Jiangsu 另外,气候特征相当的城市的地表特征差异也会对 province from 2000--2006 gC/(in ・a) NPP分布产生一定的影响,比如镇江市和常州市.按 照NPP值的分布规律,镇江市的NPP值应该低于常 506.70 州市,但是镇江市以低山丘陵地形为主,其南部绵延 568.87 着大面积的宁镇丘陵,丘陵地带大多植被未遭破坏保 570.67 留较好,而常州以平原为主,并没有大面积的丘陵地 544.56 643.54 区,因此常州市的NPP值反而略低于镇江市(图4). 567.19 3.3 NPP与离海岸线距离的关系趋势分析 583.42 本研究通过ArcGIS缓冲区分析工具分别以距 多年均值 离海岸线3 km、3~10 km、10~30 km、30~50 km和 50~100 km之间的条带范围内NPP值进行统计分 3.2江苏省各市域NPP空间分布 析(图5).结果显示,各条带范围内的NPP均值的差 由图2可见,江苏省NPP值总体呈现出从东部沿 异明显,随着离岸距离的加大,NPP值先上升然后下 海向西部内陆地区递减的趋势,其中NPP值较高区域 降,在沿海3~30 km之间区域NPP值最高.根据江 位于盐城大丰市和东台市的沿海地区,以及南通启东 苏省海岸植被分布实际情况分析,在海岸带30 km 市东部沿海地区,而NPP值较低地区分布在徐州的西 之内主要为潮间带植被,离海岸线最近的主要分布 324 王驷鹞,等.江苏省植被净初级生产力时空分布格局研究 WANG Siyao,et a1.Analysis of spatio-temporal distribution characteristics of vegetation NPP in Jiangsu pmvince NPP值分布主要受到了气候差异的影响,其次受到 喜薹s }囹圈 图冒图圈鹪 了人为因素的影响.人为因素对植被NPP值的影响 的城市化进程需要更多地考虑对生态的影响. 作用显著,并呈现越来越大的趋势,发展越来越迅速 南京镇江常州无锡苏州扬州泰州南通 沿江城市(江南、江北) 图4沿长江主要城市NPP值 Fig.4 NPP of the main cities along the Yangtze River 有碱蓬、茅草等,植株普遍较矮,密度较低,多为零星 分布,而离海岸线稍远的植被主要演替为大面积分 布的芦苇、大米草、互花米草等植被较高、密度较大 的植被群落,在30 km距离左右则分布有以阔叶林 为主的护堤林和大面积的农田,NPP值表现为最高 值,随着离海岸线距离的加大,人类活动影响的程度 也进一步加大 ,城镇及工业用地比例逐渐加 大¨ ,NPP均值出现下降趋势. 660 7 650 640 630 600 590 墨; 8 3 3~10 1O~3O 3O~50 50~1OO 环形缓冲区范围(离海岸线距离)/kin 图5 2000--2006年NPP均值随环形缓冲区的变化趋势 Fig.5 Variation of average annual NPP from 2000 to 2006 with distance to Ring Buffer 4 结论 1)研究时段2000--2006年内,江苏省多年平 均NPP值为569.28 gC/(m ・a),在全国属于较高区 域;在研究时段内江苏省NPP值整体呈增长趋势, 2004年全省的NPP值最高,为643.54 gC/(In ・a), 研究时段内NPP值变动主要受气温影响. 2)江苏省域范围内东南部地区NPP值高于西 北部地区,沿海地区的NPP值高于内陆地区,苏南 地区整体上NPP值略高于苏北地区,但差异不大. 3)从距离海岸线的NPP值分析看出,NPP值在 30 km左右达到了一个相对的高值,主要是受到海 岸线的植被分布差异的影响,其次是受到了人为因 素的影响;从NPP值在整个江苏的南北差异看出, 参考文献 References [1] 陈利军,刘高焕,励惠国.中国植被净第一性生产力遥 感动态监测[J].遥感学报,2002,6(2):129—135 CHEN Lijun,LIU Gaohuan,LI Huiguo.Estimating net primary productivity of terrestrial vegetation in China U— sing remote sensing[J].Journal of Remote Sensing, 2002,6(2):129—135 [2]Liu J,Chen J M,Cihlar J,et a1.Net primary productivity distribution in the BOREAS region from a process model using satellite and surfaee data[J].Journal of Geophysi— cal Research,1999,104(D22):27735—27754 [3] 张俊.中国中亚热带东部森林生态系统生产力和碳储 量研究[D].杭州:浙江大学环境与资源学院,2008 ZHANG Jun.NPP and carbon storage in subtropical forest, eastenr China[D].Hangzhou:College of Environmentla& Resource Sciences of Zhejiang University,2OO8 [4] IGBP Terrestrial Carbon Working Group.The terrestrial carbon cycle:Implications for the Kyoto protocol[J].Sci— ence,1998,280(5368):1393—1394 [5]朱文泉,陈云浩,徐丹,等.陆地植被净初级生产力计 算模型研究进展[J].生态学杂志,2005,24(3): 296.300 ZHU Wenquan,CHEN Yunhao,XU Dan,et a1.Advances in terrestiral net primary productivity(NPP)estimation models[J].Chinese Journal of Ecology,2005,24(3): 296—3()0 [6] 李文华.森林生物生产量的概念及其研究的基本途径 [J].自然资源,1978(1):71-92 LI Wenhua.The concept of and approaches to forest bio— logical production[J].Journal of Natural Resources, 1978(1):71—92 [7] 贺庆棠,Baumgartner A.中国植物的可能生产力:农业 和林业的气候产量[J].北京林业大学学报,1986, (2):84-98 HE Qingtang,Baumgartner A.The possible productivity of Chinese plants:The climatic yield of forest and agricul— ture[J].Journal of Beijing Forestry University,1986, (2):84-98 [8] 张宪洲.我国自然植被净第一性生产力的估算与分布 [J].自然资源,1992(1):l5—21 ZHANG Xianzhou.Estimation and distirbution of net pri— mary productivity of terrestrial vegetation in China  IJ I. Journal of Natural Resources,1992(1):15—21 [9]Xing X X,Xu X L,Zhang X Z,et a1.Simulating net pri— mary production of grasslands in northeastern Asia using MODIS data from 2000 to 2005『J].Journal of Geograph— ical Sciences,2010,20(2):193—204 [10] 曾慧卿,刘琪塬,冯宗炜,等.基于BIOME—BGC模型的 红壤丘陵区湿地松(Pinus elliottii)人工林GPP和NPP 未馐鏖 学学报:自然科学版,2012,4(4):321—325 Journal of Nanjing University of Information Science and Technology:Natural Science Edition,2012,4(4):321_325 325 [J].生态学报,2008,28(11):5314—5321 ZENG Huiqing,LIU Qijing,FENG Zongwei,et a1.GPP and NPP study of Pinus elliottii forest in red soil hilly re一 [J].Journal of Glaciology and Geocryology,2006,28 (4):512—518 gion based on BIOME—BGC model[J].Acta Ecologica Sinica,2008,28(11):5314—5321 徐瑞松,陈或,等.广东省植被NPP时空特征变 [15 j 蔡睿,化分析[J].农机化研究,2009(2):9—11 CAI Rui.XU Ruisong.CHEN Yu.et a1.Analysis of tem— poral—spatial characteristics of vegetation NPP in Guang- 国志兴,王宗明,张柏,等.2000--2006年东北地区植 被NPP的时空特征及影响因素分析[J].资源科学, 2008,30(8):1226—1235 dong province[J].Journal of Agricultural Mechanization Research,2009(2):9—11 GUO Zhixing,WANG Zongming,ZHANG Bai,et a1.A一 nalysis of temporal—spatial characteristics and factors in— lfuencing vegetation NPP in Northeast China from 2000 to 宋开山,等.2000--2005年三江平原 [16] 王宗明,国志兴,土地利用:覆被变化对植被净初级生产力的影响研究 [J].自然资源学报,2009,1(1):136—146 WANG Zongming,GUO Zhixing,SONG Kaishan,et a1. Effects of land use:Cover change on net primary produc— 2006『J].Resources Science,2008,30(8):1226—1235 [12] Zhao M S,Heinsch F A,Nemani R R,et a1.Improve— ments of the MODIS terrestrial gross and net primary pro— duction global data set【J.Remote Sensing of Environ— ment,2005,95(2):164—176 宋开山,等.吉林省西部草地NPP时空 [13] 罗玲,王宗明,特征与影响因素[J].生态学杂志,2009,28(11): 2319-2325 tivity of Sanjiang Plain,during 2000--2005[J].Journal of Natural Resources,2009,1(1):136—146 董文杰,郭晓寅,等.1971--2000年中国陆地植 [17j ,被净初级生产力的模拟[J].冰川冻土,2007,29(2): 226—232 HE Yong,DONG Wenjie,GU0 Xiaoyin,et a1.The Chi— LUO Ling,WANG Zongming,SONG Kaishan,et a1.Spa— tiotemporal characteristics and related affecting factors of nese terrestrial NPP simulation from 1971 to 2000[J]. Journal of Glaciology and Geocyolrogy,2007,29(2): 226—232 grassland net primary productivity in western Jilin prov— ince[J].Chinese Journal of Ecology,2009,28(11): 23 19-2325 [18] 江志红,叶丽梅.近十年南京城市热岛演变的遥感研 究[J].南京信息工程大学学报:自然科学版,2010,2 (2):148—154 JIANG Zhihong,YE Limei.A study of the urban heat is・ [14] 郭晓寅,,沈永平,等.基于MODIS资料的20O0— 2004年江河源区陆地植被净初级生产力分析[J].冰 川冻土,2006,28(4):512—518 GUO Xiaoyan,HE Yong,SHEN Yongping,et a1.Analysis land changes of Nanjing in the past decade based on re— mote sensing[J].Journal of Naziing University of hffor- mation Science&Technology:Natural Science Edition, of the terrestrial NPP based on the MODIS in the source regions of Yangtze and Yellow Rivers from 2000 to 2004 2010.2(2):148—154 Analysis of spatio-temporal distribution characteristics of vegetation NPP in Jiangsu province WANG Sivao LIU Zhenbo 1 School of Remote Sensing,Nanjing University of Information Science&Technology,Nanjing 210044 Abstract Net Primary Productivity(NPP)is the accumulation of organic matter by green plants per unit of space and time.Using Geographic Information System and Remote Sensing spatial analysis software,this paper analyzes the spatio—temporal distribution characteristics of vegetation NPP in Jiangsu province from 2000 to 2006 based on NPP data from EOS/MODIS.Results show a decreasing spatial trend from southeast to northwest and a temporal trend with higher NPP in 2004.The average annual NPP in Jiangsu province(569.28 gC/(m ・a))was higher than the national average NPP during the same period(345.91 gC/(In ・a))and a little lower than the average NPP in Guangdong(595.5 1 gC/(nl ・a)).Analyzing NPP of different city and different buffer of shoreline shows that the NPP increases firstly and then decreases with the increasing distance to shoreline.NPP of Nantong(a city in the Southeast of Jiangsu)was highest(693.57 gC/(m ・a)),while NPP of Xuzhou(a city in the Northwest of Jiangsu)was lowest(478.72 gC/(m ・a)).NPP grows to the highest when the distance to the Ring Buffer increa— ses to 30 km,and land cover change is an influential factor affecting changes in vegetation NPP based on Ring Buff- er.Analysis of vegetation NPP shows that climate factors were the key factors controlling the NPP in Jiangsu,and the human influence is becoming more and more important. Key words net primary productivity;Jiangsu province;spatio—temporal distribution 

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