定量评价人类活动对吕梁山植被NPP的影响

doi:10.11988/ckyyb.20230452

长江科学院院报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (11): 65-74.DOI: 10.11988/ckyyb.20230452

定量评价人类活动对吕梁山植被NPP的影响

孟鑫¹(), 刘珺², 张菊梅³, 苏宇凡², 杨俊亮¹()

¹ 中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司,太原 030024
² 太原理工大学矿业工程学院,太原 030024
³ 山西冶金岩土工程勘察有限公司,太原 030024

收稿日期:2023-05-04 修回日期:2023-10-08 出版日期:2024-11-01 发布日期:2024-11-26
通讯作者: 杨俊亮(1988-),男,山西太原人,高级工程师,硕士,主要从事测绘及地理信息等研究工作。E-mail: jl.yang@sepec.com.cn
作者简介:
孟鑫(1996-),男,山西长治人,助理工程师,硕士,主要从事地理信息技术与遥感等研究。E-mail:mx358104873@163.com
基金资助:
山西省自然科学基金面上项目(202203021221043)

Quantitative Evaluation of the Impact of Human Activities on Net Primary Productivity of Vegetation in Lüliang Mountains

MENG Xin¹(), LIU Jun², ZHANG Ju-mei³, SU Yu-fan², YANG Jun-liang¹()

¹ China Energy Engineering Group Shanxi Electric Power Engineering, Co.,Ltd., Taiyuan 030024,China
² School of Mining Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024,China
³ Shanxi Metallurgical Geotechnical Engineering Investigation Co., Ltd., Taiyuan 030024,China

Received:2023-05-04 Revised:2023-10-08 Published:2024-11-01 Online:2024-11-26

摘要/Abstract

摘要：

为研究2000—2019年吕梁山植被NPP的时空分布格局,定量评价人类活动对其影响,采用改进的CASA模型估算2000—2019年吕梁山实际NPP(NPP_A),结合周广胜模型估算得到的潜在NPP(NPP_P)计算人类活动导致的NPP损失(NPP_H),并利用人类活动相对影响贡献率指数(RICI)来定量评价人类活动对植被NPP的贡献率,同时分析土地利用类型变化对植被NPP_A的影响。结果表明:吕梁山NPP_A和NPP_H分别呈增加和减少趋势,NPP_A整体呈东南向西北减少,NPP_H呈东南向西北增加;土地利用变化主要集中在林地、农田、草地、水体之间,林地和农田面积增加会使NPP_A总量增加,林地转为其他类型和草地转为农田则会造成NPP_A减少;人类活动对吕梁山NPP的贡献率为51.80%,表明人类活动在吕梁山NPP变化中占主导因素。研究结果可为吕梁山生态环境的修复、保护和可持续发展提供科学依据。

关键词: 土地利用, NPP, CASA, 人类活动, 定量评价

Abstract:

To investigate the spatial and temporal distribution patterns of vegetation net primary productivity (NPP) in the Lüliang Mountains from 2000 to 2019, and to quantitatively assess the impact of human activities on these patterns, this study employs an enhanced CASA model to estimate the actual NPP (NPP_A) for the region. By integrating the potential NPP (NPP_P) estimated using Zhou Guang-sheng’s model, we calculate the NPP loss (NPP_H) attributed to human activities. In association with the Relative Impact Contribution Index (RICI), we quantify the influence of human activities on vegetation NPP and analyze how changes in land use types affect NPP_A. Results reveal that NPP_A in the Lüliang Mountains generally exhibited a decreasing trend from southeast to northwest, while NPP_H displayed an increasing trend in the same direction. Changes in land use primarily affected forest land, farmland, grassland, and water bodies. Increasing areas of forest land and farmland led to a rise in total NPP_A, whereas converting forest land to other uses and transforming grassland into farmland resulted in a decrease in NPP_A. Human activities account for 51.80% of the observed changes in NPP, highlighting their significant role in altering NPP in the Lüliang Mountains. These findings provide a scientific foundation for the restoration, protection, and sustainable management of ecological environment in the Lüliang Mountains.

Key words: land use, NPP, CASA, human activities, quantitative evaluation

中图分类号:

TP237

孟鑫, 刘珺, 张菊梅, 苏宇凡, 杨俊亮. 定量评价人类活动对吕梁山植被NPP的影响[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(11): 65-74.

MENG Xin, LIU Jun, ZHANG Ju-mei, SU Yu-fan, YANG Jun-liang. Quantitative Evaluation of the Impact of Human Activities on Net Primary Productivity of Vegetation in Lüliang Mountains[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2024, 41(11): 65-74.

图/表 11

图1 吕梁山DEM和气象站点分布

Fig.1 DEM and meteorological stations of the Lüliang Mountains

图2 本研究估算NPPA值与MOD17A3H产品NPP值相关性

Fig.2 Correlation between NPPA value estimated in the present study and that by MOD17A3H

图3 2000—2019年吕梁山NPPA年际变化及面积占比

Fig.3 Interannual changes and area proportions of NPPA in the Lüliang Mountains from 2000 to 2019

图4 2000—2019年吕梁山植被NPPA均值空间分布、年际变化速率、显著性

Fig.4 Spatial distribution, interannual change rate, and significance of average NPPA in the Lüliang Mountains from 2000 to 2019

图5 2000—2019年吕梁山NPPH均值空间分布、变化速率

Fig.5 Spatial distribution and change rate of average NPPA in the Lüliang Mountains from 2000 to 2019

图6 2000—2019年吕梁山不同土地利用类型NPPA多年均值和多年总量、年均值

Fig.6 Multi-year average, multi-year total, and annual average NPPA of different land use types in the Lüliang Mountains from 2000 to 2019

表1 2000—2019年吕梁山土地覆被转移矩阵

Table 1 Conversion matrix of land use in the Lüliang Mountains from 2000 to 2019km2

土地利用类型	草地	建设用地	灌木	林地	裸地	农田	水体	流出	总计
草地	37 042	25	332	2 092	4	2 839	2 074	7 366	44 408
建设用地	14	842	0	2	0	16	7	39	881
灌木	6	0	241	659	0	0	1	666	907
林地	474	7	675	4 288	0	345	95	1 596	5 884
裸地	1	1	0	0	3	5	1	8	11
农田	143	93	1	28	0	2 643	121	386	3 029
水体	228	29	10	42	0	764	495	1 063	1 558
流入	866	145	1 018	2 823	4	3 969	2 299
总计	37 908	987	1 259	7 111	7	6 612	2 794	0	56 678

图7 吕梁山2000年、2019年土地利用类型RICI

Fig.7 RICI of land use types of Lüliang Mountains in 2000 and 2019

表2 2000—2019土地利用类型转换过程的NPPA净变化值

Table 2 Net changes of NPPA of land use conversion from 2000 to 2019TgC

土地利用类型	草地	建设用地	灌木	林地	农田	水体
草地	6.09	-0.004	0.005	0.908	-0.210	-0.158
建设用地	0.000	0.027	0.003	0.134	0.005	0.001
灌木	-0.021	0.000	0.029	0.29	0.000	0.000
林地	-0.064	-0.001	-0.039	0.902	-0.015	-0.002
农田	0.222	-0.106	0.000	0.37	0.247	-0.02
水体	0.133	-0.002	0.001	0.33	0.263	0.068

图8 吕梁山2000—2019年RICI值年际变化

Fig.8 Interannual change of RICI in the Lüliang Mountains from 2000 to 2019

图9 吕梁山人类活动相对影响贡献率的平均值、变化速率、显著性检验

Fig.9 Average value, change rate, and significance of the contribution rate of human activities

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