“三生空间”视角下广东地区植被净初级生产力时空格局及驱动力研究.pdf

Geographical Science Research 地理科学研究地理科学研究,2023,12(3),449-462 Published Online June 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/gser https:/doi.org/10.12677/gser.2023.123042 文章引用文章引用:吕俊捷.“三生空间”视角下广东地区植被净初级生产力时空格局及驱动力研究J.地理科学研究,2023,12(3):449-462.DOI:10.12677/gser.2023.123042 “三生空间”视角下广东地区植被净初级生产“三生空间”视角下广东地区植被净初级生产力时空格局及驱动力研究力时空格局及驱动力研究 吕俊捷吕俊捷 广州大学地理科学与遥感学院，广东 广州 收稿日期：2023年5月26日；录用日期：2023年6月23日；发布日期：2023年6月30日 摘摘 要要 研究广东地区植被研究广东地区植被NPP时空演变和驱动机制，对广东地区生态文明建设具有重要意义。本研究基于“三时空演变和驱动机制，对广东地区生态文明建设具有重要意义。本研究基于“三生空间”视角，采用生空间”视角，采用CASA模型估算模型估算20102020年广东地区植被年广东地区植被NPP，分析其时空演变特征，利用分析其时空演变特征，利用地理地理探测器探测器对其空间分异驱动力对其空间分异驱动力进行研究。结果表明进行研究。结果表明：1)广东地区广东地区以生态空间为主导，以生态空间为主导，20102020年年间“三间“三生空间”面积变化明显，生态空间面积增加，生产空间和生活空间面积减少。生空间”面积变化明显，生态空间面积增加，生产空间和生活空间面积减少。2)“三生空间”植被“三生空间”植被NPP均呈先增后减趋势，但总体植被均呈先增后减趋势，但总体植被NPP均有所增加。其中均有所增加。其中，生态空间植被生态空间植被NPP值最高，为值最高，为992.91 gCm2a1，其次其次为为生产空间，为生产空间，为771.96 gCm2a1；生活空间植被；生活空间植被NPP值最低，为值最低，为518.82 gCm2a1。3)NDVI是是对植被对植被NPP空间分异影响最大的因子，其次为土地利用因空间分异影响最大的因子，其次为土地利用因子，生态空间和生产空间气温、降水和太阳辐子，生态空间和生产空间气温、降水和太阳辐射因子对植被射因子对植被NPP空间分异的影响相当，在生活区的影响差异则比较明显。空间分异的影响相当，在生活区的影响差异则比较明显。关键词关键词 植被植被NPP，三生空间三生空间，驱动机制驱动机制，广东地区广东地区 Study on Spatial-Temporal Pattern and Driving Forces of Net Primary Production of Vegetation in Guangdong from the Perspective of“Production-Living-Ecological Space”Junjie Lv School of Geography and Remote Sensing,Guangzhou University,Guangzhou Guangdong Received:May 26th,2023;accepted:Jun.23rd,2023;published:Jun.30th,2023 吕俊捷 DOI:10.12677/gser.2023.123042 450 地理科学研究 Abstract It is important to study the spatial and temporal evolution of vegetal NPP and its driving mechan-ism for the construction of ecological civilization in Guangdong.Based on the perspective of“Pro-duction-Living-Ecological Space”,this study uses the CASA model to estimate the vegetal NPP in Guangdong from 2010 to 2020,analyzes its spatial and temporal evolution characteristics,and investigates its spatial differentiation driving force by using geographic probes.The results show that:1)The ecological space is the dominant area in Guangdong,and the area of the“Produc-tion-Living-Ecological Space”changes significantly between 2010 and 2020,with the area of eco-logical space increasing and the area of production space and living space decreasing.2)The ve-getal NPP in the“Production-Living-Ecological Space”tends to increase first and then decrease,but the overall vegetal NPP increases.The highest NPP value was 992.91 gCm2a1 in ecological space,followed by 771.96 gCm2a1 in production space,and the lowest NPP value was 518.82 gCm2a1 in living space.3)NDVI was the most influential factor on the spatial variation of vegetal NPP,fol-lowed by land use factor.The effects of temperature,precipitation and solar radiation on the spa-tial variation of vegetal NPP were comparable in ecological space and production space,and the dif-ferences were more obvious in living areas.Keywords Vegetal NPP,“Production-Living-Ecological Space”,Driving Mechanism,Guangdong Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 植被净初级生产力(Net Primary Production,NPP)是指绿色植被在单位时间和面积上由光合作用所产生的有机物总量中所固定的部分1。它是气候变化和人类活动对陆地植被综合作用的结果，其不仅是生态系统中物质和能量运转研究的基础，还是调节生态系统过程及判定生态系统碳收支的主要因子2。近年来，国内外学者在植被 NPP 估算方法、时空分异及驱动机制等方面都取得了显著的进展。目前，关于植被 NPP 的研究多集中在从国家3 4 5、区域6、特殊地域7 8、植被类型9 10等尺度分析其时空演变。通常，用于估算植被 NPP 的模型有 3 种，即统计模型、过程模型和光能利用率模型。其中，基于光能利用率，从植被的生理过程出发而建立植被 NPP 的 CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型11 12，在全球及区域生产力的估算中发挥了很大的作用。相对于其他模型来说，CASA 模型所需要的参数少、易于获取，且可以根据不同地区的地域情况对参数进行优化和改进，模拟精度高。国内学者使用 CASA 模型对我国不同时空植被 NPP 进行模拟研究与讨论，均取得了显著的成果13。朴世龙等基于地理信息系统和卫星遥感应用技术，利用 CASA 模型估算了我国 1997 年植被第一性生产力及其分布，得到 1997 年我国植被第性生产力为 1.95 PgC，约是世界陆地植被年净第一生产力的 4%14。高清竹等采用 CASA 模型模拟分析藏北地区草地植被 NPP 及其时空变化特征，得到受水热条件的制约，藏北地区草地植被 NPP 空间分布规律呈水平地带性分布，由东南向西北逐渐减少15。周妍妍等采用 MOD17A3 数据集从气候变化和人类活动两个方面研究对疏勒河流域植被 NPP 的相对影响，指出气候变化和人类活动对植被 NPP 的相对影响均表现出明显的空间异质性，其中人类活动是疏勒河流域植被变化的主要驱动因Open AccessOpen Access吕俊捷 DOI:10.12677/gser.2023.123042 451 地理科学研究 素16。朱士华等对中亚植被 NPP 时空格局进行研究，评估不同环境因子的相对贡献率及交互效应，研究得到新疆南部地区是中亚的关键生态脆弱区，其区域生态安全面临气候变化的挑战，但 21 世纪的升温不大可能因刺激自养呼吸而对中亚区域 NPP 造成显著影响17。以上研究都从不同的时空尺度上验证了CASA 模型的准确性和应用的广泛性，同时也证明了植被 NPP 研究的价值性和科学性。植被 NPP 驱动因素的研究一直是国内外科学界普遍关注的问题之一，国内外学者从不同角度分析了植被 NPP 的驱动因素，可以分为气候18 19 20和人类活动12 21两个方面。这些学者的研究均不同程度地验证了气候变化和土地覆被变化对植被 NPP 的影响，同时也证明这些因子的响应特征表现出较大的空间异质性22。但目前对于植被 NPP 驱动因素的研究主要是从单因子采用相关或回归统计的方法研究，缺乏对于多因子交互作用的研究，而植被 NPP 的时空分异并不是单因素作用的结果。地理探测器作为一种探测空间分异性并揭示其背后驱动因子的一种新的统计方法，它既可以揭示自变量对因变量的解释力，又可以评估因子之间的相互作用是否会增强或者减弱对因变量的解释力22。“三生空间”作为社会经济活动发展的基础，从土地功能视角划分为生产空间、生活空间、生态空间，表征了人类活动对土地利用方式的改变。目前，已有研究基于“三生空间”探索景观生态风险、生态环境效应、碳储量效应、城市人居环境质量等。证实“三生空间”可作为研究切入点的可行性、可靠性与科学性。广东地区作为我国经济发展迅速的区域，一方面它水热资源充沛，生态类型多样，具有很高的气候生产潜力；另一方面经济的快速发展，城市化的推进也使得广东地区具有复杂的土地覆被状况，由此导致其复杂的生态环境21。近年来，已有学者对广东地区的植被 NPP 研究23 24 25 26，得到了广东地区植被 NPP 的动态变化及土地利用对植被 NPP 的影响。但这些研究未考虑气候环境对植被 NPP 的影响，且没有研究因子之间交互作用的影响，研究时段也都在 2010 以前。除此之外，作为人类活动的代表因素，土地利用的变化一直是植被 NPP 影响因素的主要研究内容，但目前的研究主要集中在不同土地利用类型之间相互转换