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土地利用/覆盖变化(LUCC)与陆地生态系统碳循环已成为全球变化研究的热点。LUCC通过转化地表景观而改变陆地生态系统的组成和结构,进而影响生态系统的功能和过程。作为最具有人类活动特征的土地转化形式,城市扩张使得各种非城市用地快速转化为城市用地,不仅直接导致植被和土壤固碳能力的丧失,碳循环功能的下降,而且给自然资源和粮食安全带来了巨大压力。植被净初级生产力(NPP)是生态系统功能的重要指示因子,理解以城市扩张为主导的LUCC对植被NPP的影响不仅能够为城市土地利用格局的合理优化提供科学参考,更能够帮助我们理解陆地生态系统碳循环及其动态调节机制,这对预测未来的全球碳循环趋势和寻求城市的碳增长空间具有重要意义。 基于此,本文集成使用遥感数据、土地分类数据、气象数据与统计资料等多种数据源,综合运用遥感和GIS技术、CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型、情景模拟法和区域统计模型等研究方法,首先估算了广东省2000、2005和2010年的植被NPP,解析广东省NPP的空间分布特征;然后将广东省分为粤北区、粤中区、珠三角区和粤西区四个生态区,研究2000-2010年广东省土地利用/覆盖变化的时空格局及对植被NPP的影响,解析土地利用/覆盖转化带来的NPP增加/损失,并探讨气候波动和土地利用/覆盖转化在NPP变化中的相对贡献;最后以快速城市化地区——珠江三角洲作为典型区域,研究2000-2010年珠江三角洲城市扩张的时空演变格局及对植被NPP的影响,解析城市扩张引起的NPP变异,以及非城市用地转化为城市用地造成NPP损失的区域性差异。结果表明: (1)广东省实际植被NPP的空间分布不均,形成一系列的高值区和低值区,存在一定的地域差异,主要与各地区的植被组成和土地发展程度有关。总体上,粤中区、粤西区和粤北区具有较高的NPP年均值;拥有较高城市化程度的珠三角区的NPP年均值较低且明显低于其它三个生态区。 (2)广东省土地利用/覆盖变化程度整体上增强,其中以城市用地和耕地变化最为显著,主要集中在珠三角区和粤中区。各土地类型间基本均存在相互转化现象,林地与耕地、林地与未利用地、耕地与湿地之间的双向转化较为频繁,不同生态区差异明显,主要取决于各区的城市化进程。 (3)在气候和地表覆盖共同作用下,广东省土地利用/覆盖变化引起的NPP增加量主要来自其它用地类型向林地的转化,NPP损失量主要来自林地和耕地向低生产力土地覆盖类型的转化,尤其是转化为城市用地和未利用地,整体上造成NPP的损失。 (4)除土地利用/覆盖变化以外,气候波动也是NPP变异的主要驱动力。在气候不变条件下,土地利用/覆盖变化整体上增加了年总NPP。土地利用/覆盖变化对NPP变化的相对贡献整体上与城市扩张格局相类似,不同生态区存在差异,在珠三角区的贡献最大;气候波动对NPP变化的相对贡献较为复杂,其它因子(城市热岛、园林管理等)对NPP变化的相对贡献存在很多不确定性,整体上是增加了NPP。 (5)以城市扩张为主导的土地利用/覆盖变化整体上降低了NPP,造成植被固碳能力的下降。不同生态区非城市用地转化为城市用地造成的NPP损失差异显著,珠三角区和粤中区NPP损失较为严重;2005-2010年珠三角区NPP损失量有所降低,其它生态区均有所增加,体现了城市扩张对NPP影响的复杂性。 (6)作为广东省城市化程度最高的典型区域,珠江三角洲经历了巨大的以城市扩张为主导的土地利用/覆盖变化,城市化进程加快;大面积具有高生产力的耕地和林地被城市用地取代,造成NPP的损失。2000-2005年,非城市用地转化为城市用地造成年NPP的损失量为0.103TgC,耕地和林地分别占总损失量的57.96%和22.53%;2005-2010年,NPP总损失量为0.034TgC,耕地和林地分别占总损失量的29.98%和84.99%。在空间分布上,NPP损失主要发生在城市区域和城市边缘区,两个区域的NPP损失之和在2000-2005年和2005-2010年分别占整个研究区域NPP总损失的89.63%和75.04%,主要归因于快速城市化过程中大面积具有高生产力的植被被不透水地表所取代。