三峡库区土地利用/覆被变化对净初级生产力的影响
植被净初级生产力(NPP)是生态系统物质和能量循环的基础，也是碳循环的重要组成部分。土地利用/覆被变化(LUCC)是影响NPP的主要驱动因素之一。从全球或者区域尺度研究人类活动导致的LUCC对植被NPP的影响，不仅有利于对全球碳循环及其调节机制的了解，而且对深刻地理解其对全球气候变化的响应和反馈更是具有重要意义。因此，本文分析三峡库区1990-2015年土地利用/覆被时空变化特征，揭示库区土地利用/覆被长期演变规律，并基于CASA模型估算2000-2015年库区NPP，分析库区NPP时空动态变化，进一步探讨15年来土地利用变化对库区NPP的影响。主要研究结论如下: (1)林地和耕地是三峡库区主导地类，两者合计占土地总面积93.82％以上。1990-2015年间，三峡库区土地利用/覆被发生了显著的变化，主要特征为:林地面积增加了12842.82km2，增幅为71.02％;耕地面积减少最多，共减少14948.81 km2，减幅为39.05％;草地的变化数量最少，面积共减少254.80 km2;水域增加了86.40％，建设用地面积增加了10.06倍。林地集中连片分布在库首湖北四县，库腹东北部的巫山、巫溪和奉节，库腹西南部的石柱、丰都和武隆，以及库尾江津南部;耕地绝大部分分布在库腹北半部的平行岭谷地区和库尾地区;水域集中于长江主河道和主要支流流域;建设用地重点分布在重庆“一小时经济圈”。 (2)1990-2015年三峡库区土地利用转移矩阵分析结果表明:林地、耕地、建设用地之间的转入转出较频繁，减少的耕地主要转换为林地和建设用地，其中耕地退为林地的面积高达12974.52 km2，同时存在少量的林地开垦为耕地;耕地被建设用地占用的面积为1387.34 km2;另外有小部分耕地流向水域和未利用地;草地面积有所减少，主要转换为林地。土地利用变化过程中，库区耕地面积持续减少，而人口数量不断增长，人均耕地面积减少，人地矛盾日益突出。 (3)三峡库区6类景观类型中林地和耕地景观始终占据主要优势。1990-2015年林地最大斑块指数增加，斑块数、斑块密度增加，形状指数减少，林地对库区的影响程度不断变大，林地破碎化程度减少，形状趋于简单化;耕地斑块数和斑块密度增加，聚集度明显减小，边缘密度增加，耕地变得更加破碎，斑块间的隔离程度增加;草地斑块数与斑块密度减少，聚集度增加，表明草地破碎化程度下降;水域、建设用地和未利用地的斑块数、斑块密度增加，可见斑块破碎化程度加强。三峡库区整体景观异质性增强，景观优势度和景观连接度降低，呈现出破碎化、多样化、均匀化和不规则化的趋势。 (4)三峡库区2000年、2005年、2010年和2015年NPP平均值分别为527.99 gC·m-2·a-1、562.32 gC·m-2·a-1、554.28 gC·m-2a-1和601.60 gC·m-2·a-1。NPP总值变化规律与NPP平均值相同。2000-2015年NPP总量呈现波动增长趋势，NPP总量从2000年的30.69 TgC增力口至2015年的34.96 TgC，增加4.27 TgC，增加率为13.91％。库区植被NPP的月季变化呈现出单峰曲线的规律，在7月份达到峰值，最小值出现在12月，只占1-12月平均NPP值的2.14％。NPP积累阶段主要在3-9月份，这七个月的总量也达到全年总量的85％以上。 (5)三峡库区NPP空间分布不均，存在明显的空间异质性。库区NPP平均值最高的区县是巫溪县，达到了643.98 gC·m-2·a-1，最小的是重庆市主城区。纵观15年间，三峡库区内只有重庆主城区的NPP均值在减少（减少6.69 gC·m-2·a-1），其余19个区县的NPP均值都在增加，其中石柱县增加的最多，为114.44 gC·m-2·a-I。随着海拔上升，库区NPP均值和NPP总量都是呈先增加后减少的趋势，分别在1800-2100m和300-600m海拔段内达到最大值，分别是700.20 gC·m-2·a-1达和9.36 TgC。中低海拔区是库区植被NPP总量的主要分布区域，1500m以下区域的植被NPP总量占库区NPP总量的90.23％。 (6)三峡库区林地NPP均值最高，为567.70-643.91 gC·m-2·a-1，其次为耕地520.02-613.20 gC·m-2·a-1，而非植被类型NPP均值较低，NPP均值最低的用地类型是建设用地，为149.90-184.27 gC·m-2·a-1。在年均总量方面，林地和耕地是三峡库区植被NPP总量的主要贡献者，各年份平均贡献率分别为49.01％和49.39％;其他地类分布范围较小，NPP总量不高，区域总NPP贡献率最低的是未利用地，平均贡献率为0.25％。2000-2015年，不同土地利用类型NPP总量在各个研究时间段内差异明显，其变化趋势与各土地利用类型的面积变化趋势相近。 (7)耕地转为建设用地带来的NPP损失明显大于其它土地利用转化方式，其NPP损失量为0.1644 TgC，占同时期NPP总损失量的50.94％。转为建设用地的NPP总损益最大，转为林地的NPP总收益最大。近15a内，由于城镇化迅猛推进导致建设用地的面积大幅度增加，但是整个研究期内三峡库区NPP总量并未下降，反而呈增长趋势，说明在国家重大宏观政策引导下的退耕还林、天然林保护等林业生态工程对库区的生态环境恢复起到了促进作用。同时，景观格局特征及其变化对库区NPP有显著影响，边缘密度、斑块密度和景观多样性的增加促使库区NPP增加，随着斑块聚集度和最大斑块指数的增加，库区NPP呈降低趋势。因此，在规划建设城市的同时适当退耕还林，植树造林，并对成熟林采取抚育更新，加强区域内植被异质性和丰富度，是提高区域固碳能力的重要途径。
土地利用变化;景观格局;三峡库区;CASA模型;净初级生产力
中国林业科学研究院
硕士
森林生态学
朱建华
2018
中文
F321.1
93
2018-11-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）