摘 要
为了研究生态系统对环境大气气体调节的贡献，应用碳税法和造林成本法，该文对2000—2010年黑龙江省农田、草地、灌丛等7类生态系统的大气调节功能价值进行估算，分析其时空分布特征。结果表明，2000—2010年黑龙江省NEP逐年退化，下降的面积为127 811 km2，占总面积29.79%，在伊春市、哈尔滨市东部、牡丹江市等地表现得尤为明显；2000—2003、2004—2007、2008—2010年3个时段年均大气调节功能价值分别为1 366.16、1 342.45、1 275.68亿元，呈下降趋势，2008—2010时段较前两个时段价值下降幅度增大；空间上呈现出西南和东南向西北方向递减的趋势；价值构成上表现为阔叶林>落叶针叶林>草地>针阔混交林>农田>灌丛>其他类型。
引用格式
亢红霞，那晓东，臧淑英．黑龙江省植被大气调节功能时空分布特征［Ｊ］．测绘科学，２０１7，４2 （10）：60-64．
正文
生态系统是人类赖以生存的自然环境，为人类的生活和发展提供必要的物质基础，以及各种有益的服务，包括良好的自然环境条件和资源等，也包括对大气气体调节的服务。生态系统服务功能自20世纪70年代起，逐渐成为生态学和生态经济学研究的热点，受到广泛的关注。其代表人物Constanza于1997年将生态系统服务功能分为气体调节、休闲娱乐等17个服务类型，首次对整个生物圈气体调节功能价值进行初步估算。
绿色植被进行光合作用不断地固定大气中的二氧化碳，产生有机物和释放氧气，对维持生物圈中碳—氧平衡起了重要的作用。按照光合作用和呼吸作用中有机物和氧气以及二氧化碳的质量比，换算出植被生产和消耗过程中的氧气量和固定的碳量，二者加和是目前较多研究者用于衡量区域大气调节服务功能强弱的指标[4-5]。绿色植物光合作用经自养呼吸过程消耗后剩余的有机碳量，称为净初级生产力(net primary productivity, NPP)；经过异养呼吸过程后净剩余有机碳量降水量分布特点，称为净生态系统生产力(net ecosystem productivity, NEP)，是生态系统实际的碳截获量，表征一个生态系统单位时间内可以净固定的二氧化碳气体的量。从机理上，基于 NEP估算植被释放氧气和固定碳量更能体现植被实际生产的价值，准确反映区域内大气调节服务的变化，但目前相关的研究成果还较少。
无论是森林、草原，还是湿地，其所积累的碳量在全球陆地生态系统碳循环中有着举足轻重的地位，其释放的氧气是人们赖以生存的基础物质。本文以不同时期土地利用变化为背景，通过植被净初级生产力估算黑龙江省2000—2010年植被净生态系统生产力，分析时空变化，估算农田、草地、阔叶林、落叶针叶林、常绿针叶林、针阔混交林和其它类型等7类大气调节功能价值，分2000~2003年、2004~2007年、20008~2010年三个时段对比分析不同植被大气调节功能时空变化特征。
研究区概况
黑龙江省位于中国的东北部，121°11′-135°05′N，43°26′-53°33′E之间，是中国位置最北、纬度最高的省份。全省土地面积47.3万hm2，森林覆盖率达45.9%。辖区内有齐齐哈尔市、哈尔滨市等12个地级市和大兴安岭地区，属中温带到寒带的大陆性季风气候，年均气温-4~5°C，全年降雨量400~650mm。植被类型丰富，有灌丛、落叶松、针阔混交林、草甸等。省内土壤有机质含量高降水量分布特点，以由黑土、黑钙土、草甸土为主，是世界上有名的三大黑土带之一。
数据源及处理
遥感数据来自美国NASA的EOS/MODIS的覆盖黑龙省2000—2010年共11年的MOD17A3数据以及覆盖黑龙江省Landsat TM/ETM +的3个时相（2000、2005和2010年）数据。NPP空间分辨率1km，利用Modis 投影工具(modis reprojection tool, MRT)进行拼接、投影转换,计算2000—2010年黑龙江省植被生态系统净初级生产力（NEP）。Landsat TM/ETM+数据的解译基于ENVI 5.1平台，采用基于监督分类的人机交互解译方法，参考1995年土地利用分类图（1:100000），结合GPS实地考察对3期土地利用分类结果进行精度检验，结果可靠。土地利用变化从空间和时间上是连续的事件，因此假设：2000~2003以2000年土地利用覆盖为主；2004~2007以2005年土地利用覆盖为主；2008~2010以2010年土地利用覆盖为主。
目前，国内外对NEP的研究较少，近十几年才开始引起研究者的关注；区域尺度无法直接测量总初级生产力(gross primary productivity, GPP)、NPP、以及土壤微生物Rh，从而也无法直接测量得到NEP。因此，模型模拟是目前陆地生态系统净初级生产力研究主要的手段和方法。Tate等基于CASA模型估算了新西兰NPP、Rh，用于探讨碳截获量。张丽娟等基于ETM+、DEM和气象数据模拟植被的NEP。Schmid等人基于BIOME-BGC模型模拟了森林NEP，证实了过程模型BIOME-BGC估算NEP的可靠性。
黑龙江省植被大气调节功能评估结果显示2000—2010年整体呈下降趋势，大兴安岭地区、黑河市价值持续下降，这是由于黑龙江省地处中温带到寒带的大陆性季风气候，由南向北水热条件不均一所致。
利用MODIS数据产品NPP估算得到区域NEP，进而得到区域大气调节功能价值，分析NEP时空格局，以及不同植被大气调节价值时序变化特征，发现区域降水量不足，植被稀少，土壤沙化等因素，导致黑龙江省2000—2010年植被NEP逐年退化，在伊春市、哈尔滨市东部、牡丹江市等地表现的尤为明显。受区域地带性差异，以及土地利用/覆被变化影响，黑龙江省植被大气调节功能呈现出西南和东南向西北方向递减的趋势，2000~2003、2004~2007、2008~2010三个时段年均大气调节功能价值分别为1366.16亿元、1342.45亿元、1275.68亿元，呈下降趋势。不同植被类型价值构成表现为阔叶林>落叶针叶林>草地>针阔混交林>农田>灌丛>其它类型。
2017年（第42卷）第10期
往期热点文章
《测绘科学》
主管：国家测绘地理信息局
主办：中国测绘科学研究院
邮箱：
网站：
作者QQ群：555495420
发表评论