李良毅LI Liang-yi

（黔西南州自然资源局，兴义 562400）

0 引言

全球环境变化是国内外学者关注的热点问题，其中温室气体排放导致的全球气候变暖问题广受关注[1-2]。政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）将温室气体排放归因于化石能源的燃烧和土地利用的变化。作为地球表层人类活动的重要表现形式，土地利用变化研究内容已从关注土地利用类型的空间转换、驱动因素，向土地利用的生态环境效应、土地利用功能研究转变[3-5]。植被NPP 与生态环境变化及碳储量关系密切，在区域生态环境评估和碳收支估算中得到广泛应用[6-7]。作为土地利用生态环境效应的重要方面，土地利用对植被净初级生产力的影响（Net Primary Productivity，NPP）的研究尚不多见。以植被生态环境相对较好的贵州省为例，本研究探讨2000-2020 年土地利用变化对植被NPP 变化的影响，以期科学认识人类活动对生态环境影响，为合理调整人类活动及保护生态环境提供依据。

1 研究区

贵州省位于我国西南喀斯特地貌区，北临重庆市、四川省，东接湖南省，南与广西壮族自治区毗邻，西与云南省相望，包括贵阳市、遵义市、安顺市、六盘水市、毕节市、铜仁市、黔东南苗族侗族自治州、黔南布依族苗族自治州和黔西南布依族苗族自治州。贵州省属亚热带湿润季风气候区，海拔介于147m-2889m 之间，地貌类型多样，以高原、山地为主，地势西高东低。根据2020 年土地利用分布结果（图1），林地、耕地、草地是贵州省最主要的土地利用类型，分别占省域面积的52.99%、27.31%和17.62%；建设用地、水体和未利用地所占比例较低，分别仅为1.39%、0.68%和0.02%。

图1 研究区2020 年土地利用空间分布

2 数据与方法

2.1 数据来源

研究使用数据包括：①2000-2020 年逐年500m 分辨率MOD17A3HGF NPP，轨道号为h27v06，数据来源于http://ladsweb.nascom.nasa.gov/search；②中国1km 分辨率植被类型数据；③2000 年和2020 年中国1km 分辨率土地利用数据；④贵州省行政边界数据。②、③、④下载自中国科学院地理科学与资源研究所资源环境科学与数据中心（Resources and Environment Science and Data Center，http://www.resdc.cn）。数据处理包括：①利用MRT（Modis Reprojection Tool）下载的MODIS NPP 数据进行格式转换、重投影等；②利用贵州省矢量边界裁切得到植被类型数据，并将植被类型重分类为针叶林、针阔叶混交林、阔叶林、灌丛、草丛、草甸、栽培植被、其他植被和水体共9 种类型，其中针阔叶混交林、其他植被和水体面积比例较小，研究中不做分析；裁切得到2000 年和2020 年土地利用数据，并将土地利用类型重分类为耕地、林地、草地、水体、建设用和未利用地共6 种类型；裁切获得2000-2020 年逐年NPP 数据。

2.2 一元线性回归模型

一元线性回归模型主要用于分析地理要素随时间的变化趋势问题。计算公式如下[8]：

式中，y 为因变量，表示NPP；x 为自变量，表示研究时段时间范围，2000-2020 年；a 为系数或线性变化速率，值得大小反映了变化速率得快慢，值的正负反映了变化的方向；b 为常数项；和为样本值x 和y 的平均值。

3 结果分析

3.1 土地利用变化特征

统计贵州省2000 年和2020 年土地利用数据并分析其变化情况，得到表1。由表1 可知，贵州省2000 年和2020 年土地利用类型均以林地、耕地、草地为主，但2000-2020 年3 种土地利用类型均表现为减少态势，其中耕地、草地减少面积最大，林地次之。2000-2020 年建设用地、水体呈增加态势，其中建设用地增加面积最大。从变化率上来看，2000-2020 年耕地、草地、林地减少量较大，但变化率较小；而建设用地、水体变化率达到334.46%和186.99%。

表1 贵州省2000-2020 年土地利用变化

贵州省2000-2020 年建设用地和水体的增加量与耕地、草地和林地的减少量基本相当（表1）。为进一步分析2000-2020 年土地利用类型间的变化情况，统计了土地利用转移矩阵（表2）。由表2 可知，按照转出地类面积占转出总面积的比例统计，贵州省2000-2020 年耕地主要转为了林地和草地，分别占其转出总面积的68.50%和26.22%；林地主要转为了耕地和草地，分别占其转出总面积的67.52%和28.29%；草地主要转为了林地和耕地，分别占其转出总面积的52.55%和43.25%。按照转入地类面积占转入总面积的比例统计，贵州省2000-2020 年耕地主要由林地和草地转入，分别占转为耕地总面积的72.25%和28.86%；林地主要耕地和草地转入，分别占转为林地总面积的68.26%和30.89%；草地主要由林地和耕地转入，分别占转为草地总面积的52.03%和47.44%；水体主要由林地、耕地和草地转入，分别占转为水体总面积的51.23%、27.98%和20.42%；建设用地主要由耕地、林地和草地转入，分别占转为建设用地总面积的51.51%、27.22%和20.71%。

表2 贵州省2000-2020 年土地利用转移矩阵

3.2 耕地、林地和草地变化对植被NPP 影响

贵州省2000-2020 年土地利用变化主要表现为耕地、林地和草地之间的相互转换，以及三者向水体和建设用地转化。选取耕地转为林地、草地，林地转为耕地、草地，草地转为耕地、林地共6 种土地利用转移类型，探讨耕地、林地、草地相互转换对植被NPP 变化的影响，得到图2。

图2 耕地、林地、草地相互转化对植被NPP 变化影响

由图2 可知，贵州省2000-2020 年总体上耕地、林地、草地三者之间的相互转换，并未导致植被NPP 的下降。其中，耕地转为林地和草地区域，2000-2020 年植被NPP 均呈线显著线性增加过程，线性增加速率分别为3.48gC·m-2·a-1和5.09gC·m-2·a-1；林地转为耕地和草地的区域，植被NPP 线性增加速率分别为3.55gC·m-2·a-1和4.65gC·m-2·a-1；草地转为耕地和林地的区域，植被NPP 线性增加速率分别为4.87gC·m-2·a-1和4.10gC·m-2·a-1。耕地、林地和草地三者之间转换均导致2000-2020 年植被NPP 增加，这一结果可能与NPP 数据为500m 分辨率，而土地利用数据为1km 分辨率有关，栅格精度影响了计算结果。但从耕地、林地和草地三者相互转换区域的植被NPP 变化速率可以看出，2000-2020 年耕地转为草地区域植被NPP 线性增加速率最高，其次为草地转为耕地、林地转为草地、草地转为林地、林地转为耕地、耕地转为林地。理论上，耕地、草地转为林地植被NPP 应该是增加的。为验证这一结论，统计耕地、林地和草地相互转换区域2000-2020 年植被NPP 平均值发现，耕地、草地转为林地区域植被NPP 平均值最高，分别为781.66gC·m-2和821.43gC·m-2，反映出耕地、草地转为林地植被NPP 是增加的。但在变化速率方面，耕地和草地之间相互转换区域植被NPP 增加速率最高。

3.3 城市扩张对植型NPP 影响

改革开放40 年，城市化表现出的城市用地扩张过程是对经济发展的直接反映。选取耕地、林地、草地转为建设用地区域，探讨2000-2020 年转为建设用地区域的植被NPP 变化过程，得到图3。

图3 耕地、林地、草地转为建设用地对植被NPP 变化影响

理论上，耕地、林地和草地转为建设用地会导致植被NPP 的下降，更有甚者，导致植被NPP 变为0，如地表硬化等。但在统计中，并不存在植被NPP 等于0 的情况，放映出耕地、林地和草地向建设用地转换一个变化过程，转为建设用地的区域植被NPP 会下降，并且受到NPP 数据精度影响，500m 分辨率的栅格单元中，存在植被的可能性极大，所以也会导致即便土地利用为建设用地，但仍存在植被NPP 数值或数值仍较高的情况。但从耕地、林地和草地转为建设用地后，植被NPP 的变化速率看，均呈下降趋势，线性递减速率分别为3.00gC·m-2·a-1、1.99gC·m-2·a-1和2.64gC·m-2·a-1，即耕地转为建设用地后，植被NPP 下降速率最高，其次为草地和林地。

4 结论

贵州省2000 年和2020 年土地利用类型以林地、耕地和草地为主，2000-2020 年土地利用变化以耕地、草地和林地减少面积最大，建设用地增加面积最大且变化速率最高为主要特征。其中耕地、林地和草地三者之间相互转换，并且三者同时向建设用地转换，分别占建设用地转入面积的51.51%、27.22%和20.71%。贵州省2000-2020 年耕地、林地、草地三者之间的相互转换中，耕地和草地转为林地区域植被NPP 平均值最高分别为781.66gC·m-2和821.43gC·m-2，而耕地和草地之间相互转换区域植被NPP增加速率最高，其中耕地转为草地线性增加速率为5.09gC·m-2·a-1，草地转为耕地为4.87gC·m-2·a-1。总体上耕地、林地和草地相互转换区域植被NPP 在2000-2020 年均呈显著的线性增加趋势，而耕地、林地和草地转为建设用地的区域，植被NPP 均呈下降趋势，线性递减速率分别为3.00gC·m-2·a-1、1.99gC·m-2·a-1和2.64gC·m-2·a-1。研究结论认为控制城市扩张规模、加强城市区域生态建设，对于提高城市韧性、创建森林城市和提供人民生活幸福感具有重要意义。