茆 楊,蔣勇軍,張彩云,喬伊娜,呂同汝,邱 菊

西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,巖溶環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 重慶 400715

陸地植被凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)是單位時(shí)間、單位面積下植被光合作用產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)減去植物呼吸作用后剩下的部分[1],是表征生態(tài)系統(tǒng)的碳固存能力[2]、解釋區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、可持續(xù)性以及生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)演變過程的重要指標(biāo)[3]。作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,NPP在碳循環(huán)[4—5]、水循環(huán)[6—7]和土地利用/覆被變化[8—9]的研究中起著至關(guān)重要的作用。因此,研究植被NPP變化及其驅(qū)動(dòng)力對于了解區(qū)域環(huán)境狀況和生態(tài)環(huán)境演變具有重要意義。

對區(qū)域植被NPP的研究方法主要有實(shí)地測量法和模型模擬法,其中模擬模型主要分為四類：氣候模型、遙感模型、過程模型和遙感-過程耦合模型[10]。隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展,基于遙感-過程耦合模型的遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品由于其時(shí)間和空間分辨率高、獲取成本低等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用[11—17]。國內(nèi)學(xué)者利用MODIS-NPP產(chǎn)品對地表植被NPP進(jìn)行了大量觀測研究,結(jié)果表明地表植被NPP受到自然或人為因素的影響,如重慶巖溶區(qū)NPP與溫度、降水顯著相關(guān),且對年均溫有更強(qiáng)的敏感性[13]；太陽輻射和年均溫是廣西巖溶區(qū)NPP變化的主要影響因子[14]；溫度和降水量的分布差異是河南省NPP呈南高北低的主要原因[15]；東北地區(qū)植被NPP主要受到降水量的制約,且水熱波動(dòng)對NPP變化的影響要大于土地利用變化的影響[17]；秦巴山區(qū)NPP變化對實(shí)際蒸散量強(qiáng)烈響應(yīng)并受到人為因素的雙重控制[16]；西南巖溶區(qū)太陽輻射的降低抵消了人類活動(dòng)對NPP變化的積極作用[12]。這些特定地區(qū)的研究有利用從區(qū)域尺度上理解植被NPP的變化,但不同地區(qū)、不同時(shí)期的自然因子和人為活動(dòng)有其特殊性,而以往的研究較少關(guān)注到西南地區(qū)巖性和生態(tài)工程實(shí)施對植被NPP的影響。

我國西南地區(qū)是世界上最大裸露碳酸鹽巖連片分布地區(qū)之一。碳酸鹽巖中的土壤形成物質(zhì)含量低,且具有高度的溶解性,作為土壤母質(zhì)的碳酸鹽巖一方面不溶物含量低,成土速率慢,另一方面由于其巖石獨(dú)特的二元地質(zhì)結(jié)構(gòu),土壤極易隨水流失進(jìn)入地下河系統(tǒng),地表基巖裸露,石漠化嚴(yán)重,使之成為限制我國西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要自然因素。而我國西南地區(qū)人口密度大(217人/km2),巨大的人口壓力附加在脆弱的巖溶生態(tài)環(huán)境上,使得該地區(qū)超過20%的土壤生產(chǎn)力退化[18],進(jìn)一步加劇了西南地區(qū)人口貧困,成為脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)中最難解決的一環(huán)。植被NPP不僅反映了植被群落的生產(chǎn)能力,也是生態(tài)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)變化的重要表征,對植被NPP的研究能為生態(tài)脆弱地區(qū)治理提供科學(xué)指導(dǎo)[19]。綜上所述,了解區(qū)域NPP特征及其驅(qū)動(dòng)力對生態(tài)系統(tǒng)的研究和生態(tài)安全發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于中國西南部(97°21′—117°19′E,20°13′—34°19′N)(圖1),包括云南、貴州、四川、重慶、廣西、廣東、湖南和湖北八個(gè)省或直轄市,面積為19.5×105km2,其中28%(5.4×105km2)的區(qū)域被裸露的碳酸鹽巖所覆蓋,即為裸露型巖溶區(qū)。其中碳酸鹽巖主要由灰?guī)r(50.07%)、白云巖(8.75%)、灰?guī)r與白云互層巖(10.13%)以及碳酸鹽巖與碎屑巖互層巖(31.05%)組成。

圖1 西南地區(qū)位置示意圖

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究使用了美國國家航空航天局(NASA)提供的2001—2018年的MODIS Terra NPP數(shù)據(jù)(MOD17A3HGF)(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/),空間分辨率為500 m。數(shù)據(jù)下載完成后利用NASA官網(wǎng)提供的MRT工具進(jìn)行拼接、裁剪和重投影等預(yù)處理,再利用Arcgis 10.4軟件剔除其中的異常值后得到2001—2018年的年NPP數(shù)據(jù)。

2001—2018年中國西南地區(qū)的245個(gè)溫度、降水氣候站點(diǎn)數(shù)據(jù)來自中國氣候數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/),并使用了薄片光滑樣條插值法在ANUSPLIN4.4中對氣候站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值,得到2001—2018年的年均降水與溫度的空間分布數(shù)據(jù),空間分辨率為500 m。

由于對應(yīng)年份數(shù)據(jù)缺乏,本文使用了2000—2018年土地利用數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)來自中科院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)。為了確保數(shù)據(jù)質(zhì)量,RESDC對該數(shù)據(jù)集進(jìn)行了質(zhì)量控制,土地利用總體精度在94.3%以上[20]。

碳酸鹽巖的空間分布數(shù)據(jù)來自中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所(http://www.karst.cgs.gov.cn/)。

2.2 研究方法

2.2.1趨勢分析

使用一元線性回歸法對NPP數(shù)據(jù)進(jìn)行年際變化的趨勢分析,趨勢結(jié)果用多年柵格數(shù)值回歸方程的斜率(Slope)表示,計(jì)算公式為：

(1)

式中,n為參與計(jì)算數(shù)據(jù)年數(shù)(本研究為1—18年),Vi為第i年NPP的值?；貧w方程的斜率(Slope)表示NPP的平均時(shí)間變化：正斜率(Slope>0)表示上升趨勢,負(fù)斜率(Slope<0)則表示下降趨勢。利用等間距劃分法,將Slope劃分為五個(gè)等級：顯著增長(Slope≥15)、輕度增長(5≤Slope<15)、(-5≤Slope<5)、輕度降低(-15≤Slope<-5)以及顯著降低(Slope≤-15)[21]。

2.2.2突變分析

Mann-Kendall檢驗(yàn)是一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法,它不對數(shù)據(jù)采用任何分布形式,被廣泛用于識(shí)別所考慮的時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的變化點(diǎn)[22—23]。使用年度NPP時(shí)間序列計(jì)算前向(UF)和后向(UB)統(tǒng)計(jì)序列。

Mann-Kendall突變檢驗(yàn)過程為：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中,NPPi表示第i年NPP的值,k表示時(shí)間序列的長度。后向統(tǒng)計(jì)序列UBk由公式(2)和(5)計(jì)算得出。當(dāng)UF大于0時(shí)表示NPP呈上升趨勢,反之則表示下降趨勢。置信區(qū)間(P<0.05,區(qū)間為±1.96)內(nèi)的兩條序列曲線的交點(diǎn)被確定為NPP變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

2.2.3偏相關(guān)分析

使用偏相關(guān)分析可以在多要素系統(tǒng)中在不考慮其他要素影響的情況下研究某一要素對另一要素的影響,偏相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式為：

(6)

式中,rxy是變量x和y的簡單相關(guān)系數(shù),rxz是變量x和z的簡單相關(guān)系數(shù),ryz是變量y和z的簡單相關(guān)系數(shù)。

3 結(jié)果

3.1 西南地區(qū)NPP時(shí)間變化

2001—2018年的18年間,西南地區(qū)植被NPP呈現(xiàn)出波動(dòng)增長趨勢(圖2),從2001年的706.65 gC m-2a-1增長至2018年的756.93 gC m-2a-1,每年的年均增長為3.0424 gC m-2a-1(P<0.01),其中最低值和最高值分別出現(xiàn)在2005年和2015年,為703.2 gC m-2a-1和778.69 gC m-2a-1。

圖2 NPP時(shí)間變化趨勢

通過對西南地區(qū)2001—2018年間NPP進(jìn)行突變分析的結(jié)果顯示(圖3),UF和UB的曲線在2011年左右相交且處于置信區(qū)間(P<0.05)內(nèi),這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)可以認(rèn)為是NPP變化趨勢的突變點(diǎn)?；谕蛔兎治龅慕Y(jié)果,將NPP的時(shí)間序列分為2001—2011和2012—2018年兩個(gè)序列。對兩個(gè)時(shí)間序列的植被NPP進(jìn)行趨勢分析結(jié)果顯示2001—2011年與2012—2018年兩個(gè)時(shí)段NPP都保持增長趨勢,但兩個(gè)時(shí)間段的增長速率不同,2012—2018年的年增長速率(5.1297 gC m-2a-1)顯著高于2001—2011年(1.8097 gC m-2a-1)(圖4)。

圖3 2001—2018年M-K突變分析

圖4 2001—2011年與2012—2018年分時(shí)段NPP時(shí)間變化趨勢圖

3.2 西南地區(qū)NPP空間變化

為更加直觀了解西南地區(qū)植被NPP變化情況,本文將西南地區(qū)植被NPP變化趨勢劃分為顯著降低、輕度降低、穩(wěn)定不變、輕度增長和顯著增長5個(gè)類別,并對2001—2011年和2012—2018年兩個(gè)時(shí)段的不同變化趨勢占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

結(jié)果顯示(圖5),2001—2011年西南地區(qū)53%的區(qū)域植被NPP穩(wěn)定不變,而顯示出輕度增長和顯著增長的區(qū)域占比分別為30%和3%,而表現(xiàn)為輕度降低和顯著降低的區(qū)域占比分別為10%和4%。增長較為顯著的區(qū)域主要分布在云南東部與貴州交界處,而下降區(qū)域主要分布在云南南部和廣東東部地區(qū)。

圖5 西南地區(qū)分時(shí)段NPP變化趨勢空間分布圖

2012—2018年西南地區(qū)植被NPP變化趨勢表現(xiàn)為增長的區(qū)域相較于前一時(shí)段有所提高,輕度增長和顯著增長的區(qū)域分別占區(qū)域面積的32%和17%。顯示出穩(wěn)定不變的區(qū)域相比2001—2011年有所減少,占比為37%,而植被NPP輕度下降和顯著下降的區(qū)域分別占比12%和3%,與2001—2011年差異不大,表明在該時(shí)段西南地區(qū)植被NPP以增長為主。2012—2018年西南地區(qū)植被NPP增長區(qū)域主要分布在云南、廣西、廣東以及四川東部地區(qū),而下降的區(qū)域主要分布在云南西部和貴州中部地區(qū)。

對不同巖性下NPP增長速率的提取結(jié)果顯示,在2001—2011年和2012—2018年兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)的不同巖性下NPP變化存在明顯的差異(表1)。從2001—2011年,整個(gè)西南地區(qū)的增長率為1.78 gC m-2a-1,其中非巖溶區(qū)的增長速率為1.71 gC m-2a-1,而巖溶區(qū)的增長速率為1.80 gC m-2a-1,巖溶區(qū)NPP增長率略高于非巖溶區(qū)。在2012—2018年間,西南地區(qū)NPP年增長率為5.13 gC m-2a-1,非巖溶區(qū)增長速率為5.02 gC m-2a-1,而巖溶區(qū)為5.15 gC m-2a-1,其中增長速率最高為灰?guī)r分布區(qū),為5.54 gC m-2a-1,其次是灰?guī)r與白云巖互層區(qū),為5.37 gC m-2a-1。

表1 西南地區(qū)不同巖性NPP分時(shí)段增長表

3.3 西南地區(qū)氣候因子時(shí)空變化

對西南地區(qū)氣溫和降水的趨勢分析結(jié)果(圖6)表明,2001—2018年間西南地區(qū)的溫度和降水除特殊年份外都表現(xiàn)為平穩(wěn)趨勢(溫度和降水的R2分別為0.0492和0.0072),溫度范圍為15.27—16.05℃,最高溫度出現(xiàn)在2006年為16.05℃,最高溫度出現(xiàn)在2011年為15.27℃。降水的范圍為1066.42—1414.61 mm,2002年降雨量最高,為1414.61 mm,2011年最低,為1066.42 mm。

圖6 2001—2018年西南地區(qū)溫度降水變化趨勢

根據(jù)NPP的突變點(diǎn)將降水和溫度的變化趨勢分為2001—2011年和2012—2018年兩個(gè)時(shí)間段。2001—2011年的11年間,西南地區(qū)的降水量顯示出略微下降趨勢,在2011年出現(xiàn)最低值,而溫度較為穩(wěn)定。2012—2018年間,降雨量呈略微上升趨勢,而溫度相比于2001—2011年間也有略微上升。

從空間上看(圖7),2001—2018年間西南地區(qū)有占總面積66%的區(qū)域溫度呈現(xiàn)上升趨勢,而下降區(qū)域占總面積34%,上升的區(qū)域顯著大于下降的區(qū)域。在降水方面,增長和下降的區(qū)與占比差距不大,占總面積52%的區(qū)域表現(xiàn)為上升趨勢,其余48%表現(xiàn)為下降趨勢。

圖7 西南地區(qū)溫度、降水變化趨勢空間分布

4 討論

4.1 氣候因子對NPP變化影響

氣候通過改變環(huán)境條件在植被的生理結(jié)構(gòu)、過程等方面控制植被NPP的形成,因而NPP的變化能直接反映植被生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境氣候條件的響應(yīng)[24]。本文選取了西南地區(qū)2001—2018年的溫度、降水?dāng)?shù)據(jù)與NPP數(shù)據(jù)進(jìn)行偏相關(guān)分析,討論氣候因子對植被NPP變化的影響。

溫度對植被NPP的影響是一個(gè)復(fù)雜的過程,溫度的升高對植被的光合作用有促進(jìn)作用[25]。Quan等人[26]的控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,溫度增長1.5℃和2.5℃分別能使NPP增長20.05%和38.70%,表明溫度增長對NPP有正向作用。本文對溫度與NPP的偏相關(guān)分析結(jié)果表明,溫度與植被NPP存在正相關(guān)性,2001—2011和2012—2018年的平均相關(guān)系數(shù)分別為R=0.19和R=0.26(圖8),說明2012—2018年溫度變化對西南地區(qū)NPP的影響比2001—2011年更強(qiáng)。溫度升高有助于促進(jìn)植被的光合作用,進(jìn)而有利于提高植被凈初級生產(chǎn)力,本文對西南地區(qū)溫度以及NPP的變化的研究結(jié)果表明,2012—2018年的溫度相較于2001—2011有輕度升高,而NPP也保持著增長趨勢。

圖8 西南地區(qū)溫度與NPP偏相關(guān)分析

對不同巖性分區(qū)溫度與NPP的平均偏相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,在整個(gè)2001—2011年間,巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)的NPP與溫度都保持正相關(guān),而巖溶區(qū)NPP與溫度的相關(guān)性(R=0.23)高于非巖溶區(qū)(R=0.18),其中白云巖區(qū)明顯高于非巖溶區(qū)(R=0.31),而在2012—2018年期間,巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)NPP與溫度相關(guān)性比2001—2011年更高,而巖溶區(qū)的增長幅度大于巖溶區(qū),說明巖溶區(qū)植被NPP對溫度變化的響應(yīng)強(qiáng)于非巖溶區(qū)。

水分在植物生長發(fā)育過程中起著重要作用,水分需求、水分平衡影響著植物光合作用,從而對NPP產(chǎn)生影響。而水分脅迫能導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度降低甚至關(guān)閉,植物蒸騰和光合作用都顯著下降,植物在防止葉片失水的同時(shí)也減少了干物質(zhì)的積累[24]。綜合來看,干旱地區(qū)降水量的增長能緩解水分脅迫,對NPP增長有促進(jìn)作用,而在濕潤地區(qū),當(dāng)降水量達(dá)到一定閾值后NPP會(huì)隨降水量增長而下降[27]。對西南地區(qū)NPP與降水的偏相關(guān)分析結(jié)果顯示,2001—2018年,降水與植被NPP總體呈正相關(guān)關(guān)系,但對比2001—2011年與2012—2018年兩個(gè)時(shí)間段的相關(guān)性結(jié)果可知,2001—2011年的相關(guān)程度高于2012—2018年(圖9)。2001—2011年西南地區(qū)降水量處于下降趨勢,而2012—2018年,降水量表現(xiàn)出輕微上升趨勢,西南地區(qū)常年降水充沛,植物生長茂盛,但降水持續(xù)增長會(huì)影響植物接受到的陽光,降低環(huán)境溫度,影響植被的光合作用,最終阻礙NPP的增長。

圖9 西南地區(qū)降水與NPP偏相關(guān)分析

對不同巖性分區(qū)NPP與降水的偏相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(表2),在2001—2011年間,巖溶區(qū)NPP與降水平均相關(guān)系數(shù)高于非巖溶區(qū)(分別為R=0.17和R=0.03),而在2012—2018年,巖溶區(qū)的相關(guān)系數(shù)有所下降,不同巖性分區(qū)下的NPP與降水相關(guān)性差異減小,灰?guī)r分布區(qū)甚至出現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢,而巖溶區(qū)的平均相關(guān)系數(shù)也低于非巖溶區(qū)(R=0.02和R=0.06),這表明降水對巖溶區(qū)植被NPP的影響程度在下降。

表2 2001—2011年、2012—2018年不同巖性溫度、降水與NPP相關(guān)性統(tǒng)計(jì)

綜上,西南地區(qū)溫度對NPP變化的影響要強(qiáng)于降水,因?yàn)闇囟鹊某掷m(xù)增長會(huì)促進(jìn)植被的光合作用,對植被的初級生產(chǎn)力增長有促進(jìn)作用。Liu等人[14]的研究結(jié)果表明,廣西西北巖溶地區(qū)的植被NPP與該地區(qū)的年均溫和日照時(shí)數(shù)顯示出顯著的相關(guān)性,而與年降水量的相關(guān)性則不顯著。而Wang[28]等人也發(fā)現(xiàn),中國西南地區(qū)的NDVI與NPP受到溫度變化的影響比降水的影響顯著,這些研究結(jié)果與本文的研究結(jié)果相似。

4.2 土地利用變化對西南地區(qū)植被NPP的影響

人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的土地利用和覆蓋變化深刻的改變了地表自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。人類活動(dòng)不僅使地表景觀發(fā)生改變,也導(dǎo)致地表生態(tài)系統(tǒng)的碳通量發(fā)生改變[29]。植被NPP是地表碳循環(huán)的主要組成部分之一,代表了生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力[30]。評估土地利用變化對植被NPP的影響對于了解人類活動(dòng)對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能變化的作用至關(guān)重要。

如表3所示,2000—2018年,西南地區(qū)耕地和草地面積持續(xù)減少,兩種土地類型分別減少16989 km2和13100.56 km2。而林地、水域和城市用地的面積持續(xù)增長,分別增加6907.97 km2、4487.40 km2和21763.92 km2。

表3 2000—2018年分時(shí)段土地轉(zhuǎn)移矩陣/km2

2000—2010年間,耕地減少7405.26 km2,其主要的損失形式是轉(zhuǎn)化為城市用地,約42%的耕地轉(zhuǎn)化為城市用地,其次是轉(zhuǎn)化為林地,約有35%的耕地轉(zhuǎn)化為林地。草地和耕地轉(zhuǎn)化為林地是林地增長的主要形式,分別占增長面積的50%和47%。

2010—2018年,耕地面積的主要損失形式是轉(zhuǎn)化為林地(127614.05 km2),這也是林地面積的主要增長方式。城市用地面積在這一時(shí)期增長15648.01 km2,主要是由耕地轉(zhuǎn)化而來(62%)。

土地利用變化對植被NPP的影響表現(xiàn)為：當(dāng)高植被生產(chǎn)力的土地利用類型(如林地、草地等)向低植被生產(chǎn)力的土地利用類型(如：城市用地、水域等)轉(zhuǎn)化時(shí)會(huì)使得NPP總量降低,反之則會(huì)帶來NPP總量的增加[31]。對不同NPP總量變化情況的計(jì)算可用來衡量不同土地利用類型面積變化造成的NPP的增加/損失情況[16]。由表4可知：2001—2011年土地利用轉(zhuǎn)變造成西南地區(qū)NPP總量變化0.2248 Tg C,其中,向林地轉(zhuǎn)化帶來的NPP總量增長占總增長的62%。各種土地利用類型轉(zhuǎn)化中,向城市用地的轉(zhuǎn)換造成了NPP總量減少,減少量為0.0999 Tg C。而在2011—2018年,土地利用變化使得NPP總量增長12.7870 Tg C,其中向耕地和林地的轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)最高,而其他土地利用類型向未利用地轉(zhuǎn)化造成了NPP總量的減少,減少量為0.1827 Tg C。不同土地利用變化下NPP總量變化情況說明林地和耕地面積的增加促進(jìn)了西南地區(qū)NPP總量的增長,而城市用地面積和未利用地面積的增加分別導(dǎo)致2001—2011年和2012—2018年兩個(gè)時(shí)期西南地區(qū)NPP總量的減少。

表4 西南地區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)化下NPP總量變化矩陣/Tg C

4.3 西南地區(qū)生態(tài)工程對NPP的影響

為改善生態(tài)環(huán)境,中國政府于1999年實(shí)施了一項(xiàng)名為“退耕還林”的生態(tài)工程,目的是減輕中國的土壤侵蝕、荒漠化和其他生態(tài)問題。研究結(jié)果顯示[32],在中國政府制定的退耕還林計(jì)劃顯著增加了中國的綠化面積。Chen等[11]的研究結(jié)果表明,造林工程促進(jìn)了中國的綠化趨勢,這種趨勢在中國西南地區(qū)尤為顯著,而人工林?jǐn)?shù)量的快速增長導(dǎo)致了LAI和NPP的快速增長。2001—2018年間,西南地區(qū)造林增加面積是非?？捎^的(圖10),而利用造林面積年累計(jì)數(shù)據(jù)與各年NPP均值進(jìn)行相關(guān)性分析結(jié)果顯示,西南地區(qū)造林面積與NPP變化存在顯著正相關(guān)性(R=0.7,P<0.01),說明“退耕還林”生態(tài)工程對西南地區(qū)植被NPP增長存在顯著促進(jìn)作用。

圖10 累計(jì)造林面積和石漠化面積

由于西南地區(qū)特殊巖溶環(huán)境和高人口壓力,導(dǎo)致西南地區(qū)石漠化現(xiàn)象十分嚴(yán)重,為了防治西南地區(qū)巖溶區(qū)的石漠化問題,中央政府在西南八個(gè)省份啟動(dòng)了《關(guān)于全面解決巖溶石漠化的總體規(guī)劃綱要(2006—2015年)》,旨在恢復(fù)西南地區(qū)的植被狀況。2005年以來的3次石漠化治理監(jiān)測結(jié)果顯示,2005—2011年間,石漠化土地面積減少了96萬公頃,減少率為7.4%,年均縮減率為1.27%；2011年—2016年間,石漠化土地面積減少了193.2萬公頃,減少率為16.1%,年均縮減率為3.45%(數(shù)據(jù)來自國家林業(yè)與草原局《中國巖溶地區(qū)石漠化狀況公報(bào)》)。2011—2016年間的石漠化減少率明顯高于前一個(gè)時(shí)間段,說明2011—2016年間西南地區(qū)的生態(tài)環(huán)境顯著改善,而本文研究結(jié)果顯示,西南地區(qū)NPP變化趨勢于2011年存在突變點(diǎn),2011年后NPP增長趨勢顯著高于2011年之前,這一結(jié)果與西南地區(qū)石漠化變化情況存在一致性,因此可以認(rèn)為,西南地區(qū)石漠化治理工程對NPP的增長有重要的促進(jìn)作用。

5 結(jié)論

本文利用MODIS遙感數(shù)據(jù)研究了中國西南地區(qū)植被NPP的時(shí)空格局及其變化。結(jié)果表明：

(1)2001—2018年西南地區(qū)植被NPP保持增長趨勢。從2001—2018年,植被NPP以3.0424 gC m-2a-1(P<0.01)的速度增長,并在2011年后顯著增加。與非巖溶區(qū)相比,巖溶區(qū)的植被NPP增長的更快,其中石灰?guī)r地區(qū)在兩個(gè)時(shí)段的增長率為2.21 gC m-2a-1和5.54 gC m-2a-1,顯著高于其他區(qū)域。

(2)西南地區(qū)植被NPP對溫度的響應(yīng)程度要強(qiáng)于對降水的響應(yīng)程度。植被NPP與氣候數(shù)據(jù)的相關(guān)分析結(jié)果顯示,在兩個(gè)時(shí)段,植被NPP與溫度的平均相關(guān)系數(shù)分別為R=0.19和R=0.26,而與降水的平均相關(guān)系數(shù)為R=0.07和R=0.05,說明溫度對植被NPP變化的影響要強(qiáng)于降水。不同巖性下植被NPP與氣候因子相關(guān)性結(jié)果表明,巖溶區(qū)對溫度的響應(yīng)要強(qiáng)于非巖溶區(qū),其中白云巖地區(qū)在兩個(gè)時(shí)段都高于其他區(qū)域。

(3)城市用地和未利用地面積的增加造成了西南地區(qū)植被NPP總量的降低。對兩個(gè)時(shí)期土地利用變化下NPP總量的變化情況的研究結(jié)果顯示,在2001—2011年和2012—2018年兩個(gè)時(shí)間段當(dāng)土地利用類型向林地、耕地轉(zhuǎn)變時(shí)NPP總量增加,2001—2011年期間土地利用方式向城市用地轉(zhuǎn)變時(shí)NPP總量下降,2012—2018年土地利用方式向未利用地轉(zhuǎn)變時(shí)NPP總量下降。

(4)西南地區(qū)植被NPP增長與研究區(qū)內(nèi)生態(tài)工程實(shí)施顯著正相關(guān)?！巴烁€林”工程實(shí)施后西南地區(qū)綠化面積顯著增長,2001—2018年西南地區(qū)累計(jì)造林面積372800 km2,在石漠化治理工程的影響下2005—2016年西南地區(qū)石漠化面積減少28900 km2。累計(jì)造林面積與NPP存在顯著正相關(guān)性(R=0.7,P<0.05)。不同時(shí)期石漠化面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,2011年后石漠化面積減少率明顯快于2011年前,而這一結(jié)果與本研究NPP的突變分析結(jié)果一致,說明石漠化治理對西南地區(qū)NPP變化有重要作用。