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基于CASA模型的中山峡谷区县域植被NPP时空变化研究

杜虹蓉  
【摘要】:西盟县位于云南省西南部,与缅甸毗邻,地处横断山系纵谷区南段。西盟山主体高程1900—2100m,最高海拔为2191m,最低海拔为500m,属深切割中山峡谷区,森林覆盖率较高。进入21世纪后,橡胶林、桉树人工林、茶园等经济林种植面积的快速增长,土地覆被发生变化,进而对生态环境产生了重要影响。植被净初级生产力(Net primary productivity,NPP)作为地表碳循环的重要组成部分,不仅直接反应了植被群落在自然环境条件下的生产能力,表征陆地生态系统质量状况,而且还是判定生态系统中碳源/碳汇和调节生态过程的主要因子。研究西盟县NPP及其时空变化特征,分析土地利用/覆被变化对NPP的影响,有助于人们了解区域的生态环境状况,为研究区生物多样性的保护,土地资源的合理利用,制定相应的社会和经济发展战略提供依据。 本研究在excel软件、Arcgis10.2软件、ENV14.8软件的支持下,结合2000年、2005年、2010年遥感数据、气象数据,通过分别选取归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)与简单比值植被指数(Simple Ratio Index,SR),增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index, EVI)和SR计算植被对光合有效辐射的吸收比例(fraction of photosynthetically active radiation, FPAR),进而采用CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,对研究区的NPP进行了估算和对比验证,分析了研究区NPP时空变化特征,并进一步探讨了土地利用/覆被变化对研究区NPP的影响。得到以下几点结论: (1)基于NDVI、SR估算FPAR的CASA模型适用于西南中山峡谷地区县域NPP的估算。将基于NDVI和SR及基于EVI和SR估算所得的NPP与已有研究、Modis-NPP数据进行对比验证,检验结果表明,基于NDVI和SR估算的NPP虽然与验证数据之间存在一些差异但都在合理范围之内,CASA模型估算的NPP值尺度上比Moddis-NPP更精细。 (2)2000年、2005年和2010年,西盟县NPP呈先降低后升高的趋势,且2010年高于2000年的水平;NPP季节变化为秋季最高,冬季最低,春季高于夏季。西盟县NPP年际变化是由气候因素、覆被类型变化、植被生长状况、人类活动的干扰等综合作用而引起;NPP季节变化(月变化)与其太阳辐射的季节变化、降水量及降水时间分布有关。 (3)不同覆被类型单位面积平均NPP值上看,常绿阔叶林最高,落叶阔叶林次之,耕地、草地、落叶阔叶林、灌木林地居中,城镇用地最低。随时间变化,落叶阔叶林、灌木林NPP总值呈不断增长的趋势,而其单位面积平均NPP则先降低后升高。常绿阔叶林、耕地、草地、城镇用地、水域的NPP总值与单位面积平均NPP随时间变化呈先降低后升高的趋势;所有覆被类型的月变化与西盟县总体NPP月变化趋势大体一致。 (4)2000-2005年,中部及西部、南部地区的力所乡和翁嘎科乡,NPP明显降低;而西北部的新厂乡NPP却有所上升。2005-2010年,中部、西部、南部地区的力所乡、勐卡镇和翁嘎科乡,NPP显著升高;东部的勐梭镇NPP变化最不显著。常绿阔叶林、耕地、落叶阔叶林和部分灌木林单位面积平均NPP变化是该时期全县NPP变化的主要原因。 (5)2000-2010年大面积林地、耕地转变为经济林为西盟县土地利用/覆被变化最突出的特征,土地利用/履被变化是影响NPP变化的重要因子。经济林面积由2000年的19.77km2,约占全县总国土面积的1.42%,增加到2010年的222.51km2,约占全县总国土面积的20%;主要集中在西盟县中部、西部地区。经济林林龄增长使其NPP单位面积平均值增加,经济林NPP总值的升高与经济林种植面积和林龄有关。


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