生态环境学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (7): 1079-1089.DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2025.07.008
丁馨1(), 刘健2, 魏俐宏1, 解德威1, 郑昭佩1,*(
)
收稿日期:
2025-01-19
出版日期:
2025-07-18
发布日期:
2025-07-11
通讯作者:
*E-mail: 作者简介:
丁馨(2000年生),女,硕士研究生,研究方向为气候变化与区域响应。E-mail: 2023026623@stu.sdnu.edu.cn
基金资助:
DING Xin1(), LIU Jian2, WEI Lihong1, XIE Dewei1, ZHENG Zhaopei1,*(
)
Received:
2025-01-19
Online:
2025-07-18
Published:
2025-07-11
摘要:
旨在探索山东省及其子区域植被净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity,NEP)的时空变化特征及其驱动因素,评估气温(TEM)、降水(PRE)和饱和蒸汽压差(VPD)等因素对植被NEP的影响。基于2000-2020年间的植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP),采用土壤呼吸地统计(Geostatistical Model of Soil Respiration,GSMSR)模型、植被NEP估算模型和地理探测器工具,通过趋势分析、相关分析和差异分析等研究方法,开展深入研究。结果表明,1)山东省植被NEP在2000-2020年间整体呈上升趋势,空间分布特征表现为从东北向西南递减,沿海地区高于内陆地区。全省植被NEP的年平均值为87.0 g·m−2·a−1(以C计),且超过1/3的地区由碳源区域转变为碳汇区域。2)山东省大部分地区植被NEP与气温、降水呈正相关,与饱和蒸汽压差呈负相关,不同因子间的交互作用普遍对植被NEP的影响大于单一因子的影响。3)山东省4个子区域(鲁西、鲁东、鲁北、鲁中南)植被NEP的变化趋势存在明显的空间分异,鲁中南地区植被NEP增加最为显著,其次是鲁西和鲁东地区,而鲁北地区的增幅相对较小。该研究为深入理解区域生态系统的碳循环动态以及制定相应的生态保护策略提供了科学依据。
中图分类号:
丁馨, 刘健, 魏俐宏, 解德威, 郑昭佩. 基于GSMSR模型的山东省植被NEP时空格局及影响因素[J]. 生态环境学报, 2025, 34(7): 1079-1089.
DING Xin, LIU Jian, WEI Lihong, XIE Dewei, ZHENG Zhaopei. Spatiotemporal Patterns and Influencing Factors of Vegetation Net Ecosystem Productivity in Shandong Province Based on GSMSR Model[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2025, 34(7): 1079-1089.
数据 | 时间(年份) | 分辨率 | 来源 |
---|---|---|---|
高程(DEM) | - | 30 m | 地理空间数据云( |
净初级生产力(NPP) | 2000-2020 | 500 m | 美国国家航空航天局( |
与不透水面距离(DFI) | 2020 | 1 km | Zenodo( |
年降水量(PRE) | 2000-2020 | 1 km | 国家地球系统科学数据中心( |
年平均气温(TEM) | 2000-2020 | 1 km | |
植被指数(NDVI) | 2000-2020 | 250 m | |
0-20 cm土壤碳密度(SOC) | 2010 | - | |
饱和蒸汽压差(VPD) | 2000-2020 | 30 m | |
土地利用覆盖(CLCD) | 2000-2020 | 30 m | |
坡度(SLO) | - | 30 m | DEM坡度分析 |
坡向(ALP) | - | 30 m | DEM坡度分析 |
表1 数据来源
Table 1 Data sources
数据 | 时间(年份) | 分辨率 | 来源 |
---|---|---|---|
高程(DEM) | - | 30 m | 地理空间数据云( |
净初级生产力(NPP) | 2000-2020 | 500 m | 美国国家航空航天局( |
与不透水面距离(DFI) | 2020 | 1 km | Zenodo( |
年降水量(PRE) | 2000-2020 | 1 km | 国家地球系统科学数据中心( |
年平均气温(TEM) | 2000-2020 | 1 km | |
植被指数(NDVI) | 2000-2020 | 250 m | |
0-20 cm土壤碳密度(SOC) | 2010 | - | |
饱和蒸汽压差(VPD) | 2000-2020 | 30 m | |
土地利用覆盖(CLCD) | 2000-2020 | 30 m | |
坡度(SLO) | - | 30 m | DEM坡度分析 |
坡向(ALP) | - | 30 m | DEM坡度分析 |
交互判据 | 交互作用方式 |
---|---|
q(X1∩X2)<Min[q(X1), q(X2)] | 非线性减弱 |
Min[q(X1), q(X2)]<q(X1∩X2)<Max[q(X1), q(X2)] | 单因子非线性减弱 |
q(X1∩X2)>Max[q(X1), q(X2)] | 双因子增强 |
q(X1∩X2)=q(X1)+q(X2) | 独立 |
q(X1∩X2)>q(X1)+q(X2) | 非线性增强 |
表2 驱动因子交互方式
Table 2 Interaction modes of driving factors
交互判据 | 交互作用方式 |
---|---|
q(X1∩X2)<Min[q(X1), q(X2)] | 非线性减弱 |
Min[q(X1), q(X2)]<q(X1∩X2)<Max[q(X1), q(X2)] | 单因子非线性减弱 |
q(X1∩X2)>Max[q(X1), q(X2)] | 双因子增强 |
q(X1∩X2)=q(X1)+q(X2) | 独立 |
q(X1∩X2)>q(X1)+q(X2) | 非线性增强 |
β | |Z|值 | NEP趋势特征 | NEP年际变化趋势面积占比/% | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
鲁北 | 鲁东 | 鲁中南 | 鲁西 | 山东省 | |||
>0 | 2.58<Z | 极显著增加 | 40.99 | 45.84 | 63.42 | 36.93 | 49.63 |
1.96<Z≤2.58 | 显著增加 | 9.95 | 15.51 | 14.09 | 22.99 | 16.15 | |
1.65<Z≤1.96 | 微显著增加 | 3.35 | 5.78 | 4.01 | 10.57 | 6.01 | |
Z≤1.65 | 不显著增加 | 11.38 | 15.83 | 8.75 | 22.48 | 14.26 | |
=0 | Z | 基本不变 | 24.52 | 7.62 | 5.88 | 5.30 | 8.53 |
<0 | Z≤1.65 | 不显著减少 | 5.96 | 5.55 | 2.66 | 1.25 | 3.42 |
1.65<Z≤1.96 | 微显著减少 | 0.79 | 0.66 | 0.28 | 0.12 | 0.40 | |
1.96<Z≤2.58 | 显著减少 | 1.49 | 1.25 | 0.46 | 0.23 | 0.72 | |
2.58<Z | 极显著减少 | 1.57 | 1.97 | 0.47 | 0.14 | 0.88 |
表3 2000-2020年山东省及其各区域植被NEP变化趋势统计
Table 3 Statistical analysis of vegetation NEP trends in Shandong Province and its regions from 2000 to 2020
β | |Z|值 | NEP趋势特征 | NEP年际变化趋势面积占比/% | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
鲁北 | 鲁东 | 鲁中南 | 鲁西 | 山东省 | |||
>0 | 2.58<Z | 极显著增加 | 40.99 | 45.84 | 63.42 | 36.93 | 49.63 |
1.96<Z≤2.58 | 显著增加 | 9.95 | 15.51 | 14.09 | 22.99 | 16.15 | |
1.65<Z≤1.96 | 微显著增加 | 3.35 | 5.78 | 4.01 | 10.57 | 6.01 | |
Z≤1.65 | 不显著增加 | 11.38 | 15.83 | 8.75 | 22.48 | 14.26 | |
=0 | Z | 基本不变 | 24.52 | 7.62 | 5.88 | 5.30 | 8.53 |
<0 | Z≤1.65 | 不显著减少 | 5.96 | 5.55 | 2.66 | 1.25 | 3.42 |
1.65<Z≤1.96 | 微显著减少 | 0.79 | 0.66 | 0.28 | 0.12 | 0.40 | |
1.96<Z≤2.58 | 显著减少 | 1.49 | 1.25 | 0.46 | 0.23 | 0.72 | |
2.58<Z | 极显著减少 | 1.57 | 1.97 | 0.47 | 0.14 | 0.88 |
NEP差异水平/ (g·m−2·a−1) | NEP年际差异变化面积占比/% | ||||
---|---|---|---|---|---|
鲁西 | 鲁中南 | 鲁东 | 鲁北 | 山东省 | |
<0 | 0.62 | 9.74 | 17.05 | 34.34 | 3.50 |
0-100 | 11.57 | 90.26 | 82.95 | 65.66 | 18.80 |
100-200 | 75.69 | - | - | - | 65.90 |
200-300 | 12.03 | - | - | - | 11.65 |
>300 | 0.09 | - | - | - | 0.16 |
表4 2000-2020年山东省及其各地区植被NEP差异水平及其百分比
Table 4 Vegetation NEP Difference levels and their percentages in Shandong Province and its regions from 2000 to 2020
NEP差异水平/ (g·m−2·a−1) | NEP年际差异变化面积占比/% | ||||
---|---|---|---|---|---|
鲁西 | 鲁中南 | 鲁东 | 鲁北 | 山东省 | |
<0 | 0.62 | 9.74 | 17.05 | 34.34 | 3.50 |
0-100 | 11.57 | 90.26 | 82.95 | 65.66 | 18.80 |
100-200 | 75.69 | - | - | - | 65.90 |
200-300 | 12.03 | - | - | - | 11.65 |
>300 | 0.09 | - | - | - | 0.16 |
研究时段 | NEP增速/(g·m−2·a−1) | 参考文献 | |
---|---|---|---|
黄河流域 | 2000-2020年 | 4.7 | 曹云, |
北京 | 2000-2020年 | 6.0 | 曹云, |
山西 | 1982-2020年 | 6.0 | 曹云, |
山东省 | 2000-2020年 | 4.05 | 本研究 |
表5 不同地区NEP增速研究对比
Table 5 Comparison of NEP growth rates in different regions
研究时段 | NEP增速/(g·m−2·a−1) | 参考文献 | |
---|---|---|---|
黄河流域 | 2000-2020年 | 4.7 | 曹云, |
北京 | 2000-2020年 | 6.0 | 曹云, |
山西 | 1982-2020年 | 6.0 | 曹云, |
山东省 | 2000-2020年 | 4.05 | 本研究 |
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