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地表覆盖变化对南京市生态系统净初级生产力的影响

邢白灵  
【摘要】:人类活动所导致的土地利用与覆盖变化(Land Use and Land Cover Change, LUCC)的影响是全球变化研究的一个重要内容。作为土地利用与覆盖变化的一个重要的驱动因子,城市化改变了城市地表自然景观面貌的同时,也引起了城市生态系统的组成和结构的改变。植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)作为表征陆地生态过程的关键参数,是地表碳循环过程的一个重要分量,同时又是估算地球支撑能力和评价陆地生态系统可持续发展的一个重要指标。因此,研究城市化导致的地表覆盖变化对生态系统NPP的影响具有十分重要的意义。 本研究以江苏省南京市为研究区,利用2001-2010每年的Landsat TM/ETM+影像数据进行地表覆盖分类;在此基础上,使用基于4-尺度几何光学模型的叶面积指数(Leaf area index, LAI)反演算法和MODIS反射率数据生成研究区每8天的250m LAI数据;最后以生成的地表覆盖和LAI数据,结合研究区的气象、土壤和DEM数据,驱动BEPS遥感过程模型模拟不同年份的植被NPP,分析了2001-2010年地表覆盖变化对NPP空间格局和变化的影响。通过本研究得到的主要结论如下: (1)地表覆盖数据变化特征 2001-2010年,研究区内城区面积由主城区向外不断地扩张,主城区和江宁区建筑面积增加最为明显,而植被覆盖面积在不断缩小,农田面积减少最明显。城镇用地面积由2001的684.4km2增加为2010年的1236.9km2,同时农田面积减少了约689.2km2,常绿针叶林减少了约86.5km2左右,高郁闭度落叶阔叶林面积减少了85.2km2,灌木面积减少了一半,而混交林和草地面积变化不大。由于人工湖泊和水产养殖的增多,2010年水体面积比2001年增加了287.8km2。 (2)地表覆盖变化对LAI的影响 采用基于4-尺度几何光学模型的LAI反演方法得到的LAI具有很明显的时空分布特征。森林区的LAI明显高于农田。LAI季节变化明显,在生长季(5-10月份)较高,而LAI在12-2月份为全年最低。在年际变化上,可以看出2001-2010年随着城镇用地和裸土面积的扩大,LAI为0值的像元个数不断递增。主城区、江宁区和高淳区的年平均LAI呈减小趋势(每年LAI年平均下降速度大于0.2m2m-2y-1),而浦口区、六合区和溧水区的LAI呈增加趋势(每年LAI年平均增加速度在0-0.1m2m-2y-1之间)。 (3)地表覆盖变化对NPP的影响 使用BEPS模型模拟的NPP在季节上呈双峰变化的特征,11-2月份NPP较低,NPP多在1g C m-2d-1以下;3-5月份,随着气温的上升,植被的NPP逐渐增大,其中森林的NPP大于农田的NPP;8月农田的NPP达到最大。 2001-2010年期间NPP的变化趋势存在空间差异,与地表覆盖数据变化有关,主城区、江宁区和高淳县部分地区每年NPP下降速度大于60g C m-2y-2,而浦口区、六合区和溧水县的部分地区NPP呈增大趋势,每年NPP增加速度大于4gCm-2y-2)。 2001-2010年南京市的NPP总量呈下降趋势。主城区和江宁区由于城镇用地的增加,森林和农田的NPP总量都呈现非常显著的下降趋势,其中森林每年NPP的平均下降速度分别为3.370×103t Cy-2,4.244×103t Cy--2,农田NPP下降的速度分别为6.594×103t Cy-2,9.779×103t Cy-2;浦口区和与六合区森林NPP总量都呈明显的下降趋势,下降速度分别是1.410×103t Cy-2和1.155×103t Cy-2,而农田NPP的总量呈出增加特征,增大的速度分别为4.047×103t Cy-2和1.175×103t Cy-2。


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