广东省国家级公益林NPP时空变化特征分析.pdf

142023年8 月Aug.2023CENTRAL SOUTH FOREST INVENTORY AND PLANNING第42 卷第3 期Vol.42 No.3中南林业调查规划广东省国家级公益林NPP时空变化特征分析刘金山，张蓓，李佳，徐磊？（1.国家林业和草原局中南调查规划院，湖南长沙410 0 14；2.西藏自治区林业调查规划研究院，西藏拉萨8 5 0 0 0 5)摘要：NPP是森林生态系统物质循环过程的关键参数，是表征生态系统碳收支的重要指标，对了解植被生长生物量积累和大气CO,吸收具有重要意义。采用中国科学院资源环境科学数据中心遥感监测的NPP数据，通过趋势分析、多元回归等方法，系统分析广东省国家级公益林NPP时空变化特征。结果表明，2 0 0 42 0 15 年，NPP主要分布在40 0 8 0 0 gC/（ma）区间内，所占比例超过7 0%；NPP在空间分布上较为离散，与高程联系紧密，东部地区及茂名市、阳江市的NPP相对较高；广东省国家级公益林的NPP呈波动增加趋势，年平均增加速率为4.9gC/（ma）；不同年度NPP值总体处于较稳定状态，所占比例为99.2 5%，抗干扰能力强；广东省国家级公益林的NPP经异养呼吸后仍有6 0.6%保留在生态系统中，反映了国家级公益林良好的固碳能力，为我国“碳中和”目标贡献了林业力量。关键词：国家级公益林；NPP；NE P；时间变化；空间分布；广东省中图分类号：S718.5文献标识码：A文章编号：10 0 3-6 0 7 5（2 0 2 3）0 3-0 0 14-0 4D0I:10.16166/43-1095.2023.03.004Temporal and Spatial Variation Characteristics of NPP of NationalCommonweal Forest in Guangdong ProvinceLIU Jinshan,ZHANG Beil,LI Jia,XU Lei?(1.Central South Academy of Inventory and Planning of NFGA,Changsha 410014,Hunan,China;2.Forestry Inventory and Planning Institute of Tibet Autonomous Region,Lhasa 850005,Tibet,China)Abstract:NPP of vegetation is a key parameter in the material cycle process of forest ecosystem,and is also animportant indicator to characterize the carbon budget of the terrestrial ecosystem.It is of great significance forunderstanding the accumulation of vegetation biomass and atmospheric CO,absorption.The temporal and spatialcharacteristics of NPP of national commonweal forests in Guangdong Province are studied by adopting NPP dataof remote sensing from Resources and Environment Science Data Center of Chinese Academy of Sciences,andthrough trend analysis and multiple regression,etc.The results show that from 2004 to 2015,NPP was mainlydistributed in the range of 400 800 g C/(m a),accounting for more than 70%.NPP is relatively discretein spatial distribution and is closely related to elevation.The NPP in the eastern region,Maoming City andYangjiang City is relatively high.NPP of national commonweal forest in Guangdong Province shows a fluctuatingincreasing trend,with an average annual increasing rate of 4.9 g C/(m?a).The NPP value in different yearsis generally in a relatively stable state,accounting for 99.25%,with strong anti-interference ability.60.6%ofNPP of national commonweal forest in Guangdong Province remains in the ecosystem after heterotrophic respira-*收稿日期：2 0 2 2-0 6-2 7作者简介：刘金山（198 6 一），男，山东烟台人，硕士研究生，高级工程师，主要从事森林资源与林业碳汇计量监测、林业调查规划设计等工作。E-mail：3 7 6 416 43 2 q q.c o m。152023年第3 期第42 卷刘金山，等广东省国家级公益林NPP时空变化特征分析tion,which reflects the good carbon sequestration capacity of national commonweal forest and has contributed tothe goal of carbon neutral in China.Key words:national commonweal forest;NPP;NEP;temporal change;space distribution;Guangdong Province植被净初级生产力（NetPrimaryProductivity，NPP）是指植物在单位时间内单位面积上由光合作用所产生的有机物质总量扣除自养呼吸后的剩余部分 1。NPP是森林生态系统碳循环过程的关键参数，能直接或间接反映出区域生态系统的碳潜力，其时空动态分布特征已成为了解地区植被生长状况和CO2固定能力、评价区域生态环境的重要内容 2-4。不同森林类型NPP表现出明显的空间异质性，在“碳达峰”“碳中和”目标下，时间尺度和空间尺度的NPP差异及变化成为生态学研究的重要方向。广东省国家级公益林类型复杂多样，林分质量较高，通过分析国家级公益林NPP空间分布特征和时间序列上的变化，了解广东省国家级公益林保护和建设对植被有机物质积累的贡献，对维持广东省生态系统碳循环和构筑生态屏障具有重要的作用 5-7 1研究方法本文基于监测年度的卫星遥感数据、广东省森林资源管理“一张图”和国家级公益林落界数据，获取广东省国家级公益林范围数据；利用中国科学院资源环境科学数据中心遥感监测的NPP数据，获取广东省2 0 0 42 0 15 年度第三季度（7 9月）的NPP数据，进而对国家级公益林的NPP指标进行监测；采用一元线性回归方程模拟每个像元的NPP随时间变化趋势，用最小二乘法得到NPP年变化的斜率（slope），结合F检验结果，分析全省国家级公益林的NPP变化趋势及其变化规律。NPP变化趋势分析与空间稳定性评价方法参考NDVI 评价方法 8 2NPP空间分布特征2004一2 0 15 年广东省国家级公益林的NPP在空间分布上较为离散，东部地区及茂名市、阳江市的NPP相对较高。根据中国生态系统评估与生态安全数据库的生态功能分区，广东省划分为4个生态区：南岭山地丘陵常绿阔叶林生态区、粤中部山地丘陵常绿阔叶林生态区、珠江三角洲城镇与城郊农业生态区和粤南部热带季雨林与雨林生态区。就4个生态区的国家级公益林的NPP来看，粤中区最高，其次是粤南区和南岭区，珠三角区最低，这与姜春等 9 的研究结果一致。结合NPP均值分布和广东省国家级公益林高程分布可知，NPP值与高程存在着密不可分的联系。NPP的低值集中出现在海拔高的区域，这主要是因为高山上温度低、降水少、空气稀薄，植被呈矮化甚至草甸化趋势，进而导致植被净初级生产力降低。相关研究结果表明，气温随海拔升高逐渐降低，导致NPP降低 10-1 众多学者对不同空间尺度的NPP时空格局及影响因子进行分析，均发现NPP与降雨、气温等气候因素及人为因素存在相关性，但影响NPP变化的主要气候因子存在明显的区域差异性 3.9.2-16 1。广东省国家级公益林的NPP值在水平尺度上的分布无明显地域差异，反映出降水对NPP的影响程度不大，这可能与广东水资源相对丰富有关。此外，由于广东省对国家级公益林实施严格的保护，NPP受人为干扰较少。3NPP变化情况3.1时间序列变化采用均值分析方法，得出2 0 0 4一2 0 15 年广东省国家级森林的NPP年平均值在5 0 8.7 2 6 5 7.7 6 gC/（m a）之间波动，结果如图1所示。由图1可知，2 0 0 4一2015年的NPP年平均值为5 6 3 gC（m a），略低于南岭山地森林的NPP年平均值 17 ，研究结果与姜春等 9应用CASA模型计算的2 0 0 0 年、2 0 0 5 年和2010年广东省NPP年平均值大体相当。2 0 0 42 0 0 8年，NPP年平均值自2 0 0 4年开始随着时间的推移持续下降，于2 0 0 8 年达到最低，此后NPP年平均值在波动中上升，于2 0 15 年达到峰值。总体来看，广东省国家级公益林的NPP年均值随着时间序列呈波动增加趋势，平均年增加速率为4.9gC/（ma），相当于全国森林植被NPP平均增加速率的2.5 倍 18 。3.2NPP空间变化趋势用趋势分析法得到广东省国家级公益林2 0 0 4一2015年NPP值变化趋势统计表，如表1所示。2 0 0 4一2015年间，NPP值增加的区域面积占国家级公益林总面积的9.5 0%，减少的区域面积占国家级公益林总面积的1.8 4%，无明显变化的区域面积占国家级公益林总面积的8 8.6 6%。总体来看，2 0 0 4一162023年第3 期中南林业调查规划第42 卷660(z)/研6406206005805605405205002004200620082010201220142016年份图120042015年NPP平均值年际变化注：虚线为NPP平均值年际变化趋势。2015年广东省国家级公益林的NPP值增加的区域面积略大于NPP值减少的区域面积，整体维持稳定状态。通过2 0 0 42 0 15 年各NPP区间的国家级公益林面积变化情况（表2）可知，2 0 0 4一2 0 15 年NPP年度平均值主要分布在40 0 7 99gC（ma）区间内。NPP区间为0 5 99gC（ma）的国家级公益林面积减少17 2 6 3 1hm，占2 0 15 年国家级公益林总面积的12.2 6%；NPP区间为6 0 0 7 99gC/（ma）、8001 000 g C/（ma)、1 0 0 0 g C/（ma）的表12004一2 0 15 年NPP值变化的面积占比统计slopePNPP变化超势面积占比/%P00.01 P0.05显著增加7.56P0.05不显著变化88.66slope00.01 P0.05显著减少0.51P0.01极显著减少1.33注：Sslope为为小二乘法得到NPP年变化的斜率，P为F检验的结果显著性。表22004一2 0 15 年各NPP区间的国家级公益林面积变化情况NPP/2004年2015年动态变化g C/(m a)面积/hm比例/%面积/hm比例/%面积/hm?比例/%1 00054 4933.87116 7308.2962.2374.42国家级公益林面积分别增加12 6 7 3 hm、97 7 2 1h m、62237hm，分别占国家级公益林总面积的0.90%、6.94%、4.42%。3.3NPP空间稳定性评价变异系数（CV）大小反映了国家级公益林抗干扰能力强弱，NPP的CV值越小，说明该区域多年的NPP值离散程度小，NPP越稳定，生态风险越小16 对2 0 0 42 0 15 年广东省国家级公益林的NPP值变异系数（CV）进行计算，来反映NPP变化幅度的大小（表3）。由表3 可以看出，2 0 0 42 0 15 年广东省国家表320042015年NPP变异系数统计CV变异程度比例/%0,0.05非常稳定0.54(0.05,0.1 较稳定99.25(0.1,1)不稳定0.2117下转第6 6 页）2023年第3 期第42 卷刘金山，广东省国家级公益林NPP时空变化特征分析级公益林的NPP值总体处于较稳定状态，所占比例为99.2 5%，不稳定状态区域仅占0.2 1%，说明广东省国家级公益林抗干扰能力强、生态风险低。4NPP 与 NEP净生态系统生产力（NetEcosystemProductivity，NEP）是指净初级生产力减去异养呼吸所消耗的光合产物碳所剩下的部分。NPP包含群落生长量与年调落量，NEP包含群落生长量与调落物非分解的部分（枯落物、土壤有机质年增加量）。NEP既是生态系统极为重要的特征量，又是陆地生态系统与大气之间碳交换的物理量。在不考虑各种扰动影响的情况下，NEP的数值反映了陆地生态系统的净碳交换量。2004一2 0 15 年，广东省国家级公益林的NPP平均值为5 6 3 gC/（ma）。综合应用实测林分数据、生物量模型、枯落物数据文献数据计算NEP，广东省国家级公益林植被碳汇为3 18 gC/（ma），枯落物碳汇为2 3 gC/（ma）。其中，乔木林植被碳汇为370gC/(ma)，枯落物碳汇为2 5 gC/（m a)。壤有机质变化很小，此处不进行计算，则广东省国家级公益林的平均NEP为3 41gC/（ma），乔木林平均NEP为3 95 gC（ma），广东省国家级公益林的NPP经异养呼吸后仍有6 0.6%保留在生态系统中。对比周平等 18 1 对南亚热带典型人工林的碳收支情况研究结论（桉树的NPP90 2 g C/（ma)马占相思659g C/(ma)木荷 6 43 g C/(ma)熏508 g C/(ma);桉树的 NEP399gC/(ma)马占相思 3 18 gC(ma)木荷 3 0 6 g C/（ma)141gC/（m a)），人工阔叶林的NPP经异养呼吸后比例低于5 0%，国家级公益林的NPP略低于人工阔叶林，而NEP高于人工阔叶林，反映国家级公益林具有良好的生长和固碳能力。同时对比安相等 19通过对东亚地区采用2 0 0 0 2 0 14年的10 5 个有效站点年碳通量数据进行研究，东亚地区森林生态系统的NEP平均为3 2 8.6 4gC/（ma），低于广东省NEP水平，侧面反映了广东省多年的公益林建设和保护取得显著成效。王斌等 2 0 1 应用森林资源清查资料、不同森林类型样地生物量实测资料、年调落物量样地资料对森林植被净生产量（干物质计）进行研究，其研究结果表明，我国森林植被的平均NPP为95 3 gC/（ma），其中群落生长量为6 2 5 gC/（ma），占6 5.5 8%；年凋落物量为3 2 8 gC/（ma），占3 4.42%。广东省森林植被的平均NPP为10 0 5 gC/（m a），其中群落生长量为7 6 2 gC/（ma），占7 5.8 5%；年调落物量为2 43 gC/（ma），占2 4.15%。根据其研究结论可以看出，广东省森林植被群落生长量高于全国平均水平，而年凋落物量低于全国平均水平，从而有利于有机物质和碳的固存。按含碳率0.45%0.5%计算，王斌等 2 0 研究中的广东省森林植被碳汇量为343381gC/（m a），与本研究中乔木林植被碳汇370gC/（ma)基本一致，略高于江西省森林平均碳汇量 2 1 因为研究方法的不同及数据获取的限制，本文仅对NPP和NEP进行了初步比较，仍有待进行同一时间序列下实测数据与遥感数据的比较。5结语2004一2 0 15 年，广东省国家级公益林的NPP年平均值在5 0 8.7 2 6 5 7.7 6 gC/（m a）之间波动。从时间序列变化上来看，2 0 0 4一2 0 0 8 年，广东省国家级公益林的NPP均值自2 0 0 4年开始随着年份持续下降，于2 0 0 8 年达到最低，此后NPP均值在波动中上升，于2 0 15 年达到峰值。广东省国家级公益林的NPP年均值随着时间序列呈波动增加趋势，平均年增加速率为4.9gC/（ma），相当于全国森林植被的NPP平均增加速率的2.5 倍，反映了多年的公益林建设和保护取得显著成效。从空间变化来看，2 0 0 4一2 0 15 年广东省国家级公益林植被净初级生产力增加的区域略大于减少的区域，整体维持稳定状态，反映了国家级公益林抗干扰能力强、生态风险低的特点。从固碳能力看，广东省国家级公益林的NPP经异养呼吸后仍有6 0.6%保留在生态系统中，反映了其良好的生长和固碳能力。参考文献：1朱志辉。我国自然植被生产力功能和地带性结构的气候耦合J.地理学报，1996（S1)：6 6-7 2.2 Hicke J A,Asner G P,Randerson J T,et al.Trends in North A-merican Net Primary Productivity Derived from Satellite Observations19821998J.Clobal Biogeochemical Cycles,2002,16(2):1018 1032.66上接第17 页）中南林业调查规划2023年第3 期第42 卷2015【S 北京：中国标准出版社，2 0 15.【17 】易善军，曾伟生，森林资源连续清查中四种一元材积估计方法的对比分析J中南林业调查规划，2 0 17，3 6（3）：5-7,12.3崔林丽，杜华强，史军，等中国东南部植被NPP的时空格局变化及其与气候的关系研究J地理科学，2 0 16，3 6(5):787 793.【4谭森，周启刚.2 0 0 0-2 0 15 年典型山地区域净初级生产力时空分布特征J.水土保持研究，2 0 19，2 6（6）：3 3 9-3 46.5刘金山，张蓓，彭泰来，等广东省国家级公益林NDVI时空变化特征分析J中南林业调查规划，2 0 2 2，41（2）：32-35.6姜春，吴志峰，程炯，等。广东省土地覆盖变化对植被净初级生产力的影响分析J自然资源学报，2 0 16，3 1（6）：961972.7】张静，任志远汉江流域植被净初级生产力时空格局及成因J生态学报，2 0 16，3 6（2 3)：7 6 6 7-7 6 7 7.8李金珂，杨玉婷，张会茹，等。秦巴山区近15 年植被NPP时空演变特征及自然与人为因子解析J：生态学报，2 0 19，3 9(22):8504-8515.9谢宝妮，秦占飞，王洋，等，黄土高原植被净初级生产力时空变化及其影响因素J农业工程学报，2 0 14，3 0（11）：244253.10吴珊珊，姚治君，姜丽光，等：基于MODIS的长江源植被NPP时空变化特征及其水文效应J自然资源学报，2 0 16，31(1):39-51.11张珺，任鸿瑞人类活动对锡林郭勒盟草原净初级生产力的影响研究J自然资源学报，2 0 17，3 2（7）：112 5-113 3.12王强，张廷斌，易桂花，等横断山区2 0 0 42 0 14年植被18曾伟生，国家森林资源连续清查中的材积估计问题探讨J.中南林业调查规划，2 0 0 7，2 6（2）：1-3，6.【19曾伟生，杨学云，陈新云单木和林分水平一元与二元材积模型的预估精度对比J中南林业调查规划，2 0 17，3 6（4)：1-6.NPP时空变化及其驱动因子J.生态学报，2 0 17，3 7(9):3084-3095.13姬盼盼，高敏华，杨晓东中国西北部干旱区NPP驱动力分析：以新疆伊犁河谷和天山山脉部分区域为例J：生态学报，2 0 19，3 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