劉桂村 楊渺 吳瑕 陶丹 吳昉

（四川省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，四川 成都 610041）

1 引言

植被是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，由于其對(duì)生態(tài)環(huán)境變化敏感，被認(rèn)為是監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境變化的綜合指示器。此外，植被可通過(guò)光合作用吸收環(huán)境中的二氧化碳，在實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)中能發(fā)揮重要作用。四川省地處長(zhǎng)江上游，是我國(guó)重要的生態(tài)屏障，區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)資源豐富，還分布了眾多國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，也是大熊貓重要的棲息地之一。植被信息作為地表生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)之一，研究其時(shí)空變化趨勢(shì)，可掌握生態(tài)系統(tǒng)變化情況，從而為生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理決策提供支撐。因此，對(duì)全省范圍內(nèi)開(kāi)展植被監(jiān)測(cè)并對(duì)其時(shí)空變化進(jìn)行評(píng)估是很有必要的。然而，四川省面積廣闊，地形復(fù)雜多樣，人工監(jiān)測(cè)植被變化情況存在一定困難。遙感監(jiān)測(cè)因其具有迅速、范圍大和容易獲取等優(yōu)勢(shì)，為大范圍監(jiān)測(cè)植被參數(shù)提供了良好的解決辦法，目前已被廣泛用于監(jiān)測(cè)大區(qū)域范圍內(nèi)植被參數(shù)變化情況［1-3］。歸一化植被指數(shù)（NDVI）、總初級(jí)生產(chǎn)力（GPP）、葉面積指數(shù)（LAI）和植被覆蓋度（FVC）是遙感中常用的植被參數(shù)監(jiān)測(cè)指標(biāo)［4-7］。GPP 是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其對(duì)維持全球碳平衡至關(guān)重要［8］。由于GPP 可在一定程度上反映某一地區(qū)植被的固碳能力，目前已有一些研究者將GPP 用于區(qū)域內(nèi)植被監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。例如，林小丁等［9］估算了2000—2019 年青海地區(qū)的GPP，并分析了其時(shí)空分異特征及對(duì)氣候變化的響應(yīng)。李亮等［10］使用光能利用率模型對(duì)2005—2017 年甘肅省植被GPP 進(jìn)行了估算。目前，還未有研究者對(duì)四川省全省范圍內(nèi)GPP 的時(shí)空變化趨勢(shì)進(jìn)行研究。本文選擇GPP 這一植被參數(shù)，利用ArcGis，ENVI 等軟件對(duì)2015—2020 年四川省GPP 的時(shí)空變化趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)與時(shí)間序列分析方法，定量分析了2015—2020 年四川省GPP 時(shí)空變化趨勢(shì)，為四川省生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理提供借鑒。

2 研究區(qū)域概況

四川省地處我國(guó)西南，位于97°21＇～108°12＇E，26°03＇～34°19＇N。地勢(shì)高差懸殊，呈西高東低的特點(diǎn)，最高海拔為7 556 m（貢嘎山）；地貌地形復(fù)雜多樣，由川西北高原區(qū)、川西高山峽谷區(qū)、川西南山地區(qū)、盆周山地區(qū)、成都平原區(qū)和盆地丘陵區(qū)構(gòu)成。氣候主要為川西北高山高原高寒氣候、川西南山地亞熱帶半濕潤(rùn)氣候和四川盆地中亞熱帶濕潤(rùn)氣候。全省范圍內(nèi)河流眾多，以長(zhǎng)江水系為主。四川省總面積48.6 萬(wàn)km2，下轄18 個(gè)地級(jí)市和3 個(gè)自治州，常住人口8 367.49 萬(wàn)人。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

植被GPP 是指單位時(shí)間內(nèi)綠色植物通過(guò)光合作用途徑所固定的有機(jī)碳總量，表征了進(jìn)入陸地生態(tài)系統(tǒng)的初始物質(zhì)和能量［11］。本文所用的GPP 數(shù)據(jù)集來(lái)源于北京師范大學(xué)全球陸表特征參量（GLASS）產(chǎn)品的GPP 數(shù)據(jù)集［12］，該數(shù)據(jù)集采用貝葉斯多算法集成方法，集合8 個(gè)國(guó)際主流的GPP 算法（CASA，CFix，CFlux，EC-LUE，MODIS，VPM，VPRM，Two-leaf），通過(guò)檢驗(yàn)各種光能利用率模型的模擬精度，利用全球155 個(gè)渦相關(guān)碳通量站點(diǎn)的觀測(cè)資料，檢驗(yàn)了算法中所涉及的8 個(gè)光能利用率模型的模擬精度，分別開(kāi)展了每日植被生產(chǎn)力的模擬能力、植被生產(chǎn)力空間差異的模擬能力、植被生產(chǎn)力年際變異的模擬能力和在不同云覆蓋條件下的模擬能力檢驗(yàn)。本研究通過(guò)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、影像裁剪、柵格計(jì)算、空間分析等處理，得到四川省2015—2020 年GPP 年值數(shù)據(jù)集。

對(duì)于研究時(shí)期內(nèi)GPP 的變化情況采用一元線性回歸斜率［13］表示，公式如下：

式中，slope 為GPP 年際變化斜率；n 為總年份（n＝6，即2015—2020 年）；Gi為GPP 在第i 年的值。

當(dāng)slope＞0 時(shí)，表示在研究時(shí)期內(nèi)GPP 呈增加趨勢(shì)；當(dāng)slope＜0 時(shí)，表示在研究時(shí)期內(nèi)GPP 呈減少趨勢(shì)。

4 結(jié)果與討論

4.1 GPP 空間分布特征

4.1.1 四川省各區(qū)域GPP 分布情況

GPP 可在一定程度上反映某一地區(qū)的固碳能力，從2020 年四川省的GPP 數(shù)據(jù)來(lái)看，其空間差異較明顯，以岷山—橫斷山脈為中心向北向南延伸的山地地區(qū)年GPP 值較高，以此為界，東西兩側(cè)區(qū)域的年GPP 值較低。

根據(jù)2020 年GPP 均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由大至小依次為：川西南山地區(qū)［214.00（g·c）/m2］＞盆周山地區(qū)［212.09（g·c）/m2］＞盆地丘陵區(qū)［184.69（g·c）/m2］＞成都平原區(qū)（147.00（g·c）/m2］＞川西高山峽谷區(qū)［120.38（g·c）/m2］＞川西北高原區(qū)［104.51（g·c）/m2］。

4.1.2 四川省各市州GPP 分布情況

從市州尺度來(lái)看，2020 年GPP 均值高于200（g·c）/m2的有巴中市、攀枝花市、達(dá)州市、廣元市、樂(lè)山市、瀘州市、涼山州、宜賓市，其中最大為巴中市［226.05（g·c）/m2］，它們均位于盆周山地區(qū)和川西南山地區(qū)；其余13 個(gè)市州的GPP 均值介于100～200（g·c）/m2之間；甘孜州的GPP 均值最低，僅有103.72（g·c）/m2，因其高海拔以及常年積雪的區(qū)域較多，植被生長(zhǎng)受氣候和地勢(shì)因素影響較大，所以固碳能力較低。2020 年四川省各市州GPP 均值見(jiàn)圖1。

圖1 2020 年四川省各市州GPP 均值

4.2 GPP 時(shí)間變化分析

將GPP 值分為5 級(jí)用以分析2015—2020 年四川省植被固碳能力變化情況，見(jiàn)表1。

表1 2015—2020 年四川省不同GPP 值的面積及占比

數(shù)據(jù)顯示，四川省固碳能力為中高和高的區(qū)域面積［GPP 值大于150（g·c）/m2］占比大于50%，且GPP 值小于100（g·c）/m2的區(qū)域面積占比減少了3.41%，GPP 值大于200（g·c）/m2的區(qū)域面積占比增加了1.14%，說(shuō)明2015—2020 年四川省總體植被狀況在變好，植被生物量增加，固碳能力在增強(qiáng)。

基于2015—2020 年的GPP 數(shù)據(jù)，計(jì)算出2015—2020 年四川省GPP 變化斜率，即植被固碳能力增強(qiáng)或減弱的幅度，見(jiàn)圖2。

圖2 2015—2020 年四川省GPP 年均值

如圖2 所示，從空間分布來(lái)看，GPP 變化斜率與現(xiàn)狀呈現(xiàn)截然相反的分布態(tài)勢(shì)，GPP 值高的區(qū)域其GPP 值正在下降，GPP 值低的區(qū)域其GPP 值呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明四川省植被生物量變化受環(huán)境影響較大，在進(jìn)行區(qū)域植被恢復(fù)的同時(shí)，也要注意在岷山—橫斷山脈等GPP 本底值較高的區(qū)域開(kāi)展植被群落的保護(hù)，防止其生物量減少。

總體來(lái)看，2015—2020 年四川省的GPP 年均值由155.19（g·c）/m2上升至157.35（g·c）/m2，在波動(dòng)中上升了2.16（g·c）/m2，說(shuō)明四川省的植被生物量呈增加的趨勢(shì)，植被固碳能力有所增強(qiáng)。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)2015—2020 年四川省的GPP 時(shí)空變化趨勢(shì)分析，可得到如下結(jié)論：

（1）2020 年四川省的GPP 空間差異較明顯，以岷山—橫斷山脈為中心向北向南延伸的山地地區(qū)年GPP值較高，以此為界東西兩側(cè)區(qū)域的年GPP 值較低。

（2）高海拔以及常年積雪的區(qū)域較多，植被生長(zhǎng)受氣候和地勢(shì)因素影響較大，導(dǎo)致固碳能力較低。

（3）2015—2020 年四川省的植被生物量呈增加的趨勢(shì)，植被固碳能力有所增強(qiáng)，植被狀況整體呈現(xiàn)向好的趨勢(shì)發(fā)展。