李 敏 王宏宇

（自然資源部第一大地測(cè)量隊(duì)，陜西 西安 710054）

0 引言

總初級(jí)生產(chǎn)力（Gross Primary Productivity，GPP）是指在單位面積和時(shí)間內(nèi)通過(guò)植被光合作用固定的有機(jī)碳量，是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量運(yùn)轉(zhuǎn)研究的基礎(chǔ)［1］，其時(shí)空變化主要取決于植被、土壤和氣候之間的相互作用［2］。森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的主體［3］，森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳總量的80%［4］。我國(guó)森林面積共計(jì)2.08億hm2，森林覆蓋率僅為21.63%，是一個(gè)缺林少綠、生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱的國(guó)家［5］，加快我國(guó)林業(yè)發(fā)展，加強(qiáng)森林生態(tài)建設(shè)，積極應(yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的影響，是我國(guó)參與全球治理的重大機(jī)遇和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展的內(nèi)在要求［6］。準(zhǔn)確量化森林生態(tài)系統(tǒng)GPP，能夠?yàn)殛懙靥际罩а芯刻峁┛煽繑?shù)據(jù)，有助于理解陸地碳動(dòng)態(tài)發(fā)展及森林生態(tài)系統(tǒng)GPP對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制。

由于森林生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性，應(yīng)用不同尺度、不同方法和不同觀測(cè)數(shù)據(jù)估算森林生態(tài)系統(tǒng)GPP存在很大差別［7］?，F(xiàn)階段，基于MODIS（Moderateresolution Imaging Spectroradiometer）數(shù)據(jù)和通量觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)展而來(lái)的VPM模型［8-10］，已應(yīng)用于全球不同地區(qū)各種典型生態(tài)系統(tǒng)GPP估算且表現(xiàn)出良好的模擬能力，并在21個(gè)站點(diǎn)涵蓋10類生態(tài)系統(tǒng)上開(kāi)展模型的校驗(yàn)與驗(yàn)證研究，為區(qū)域GPP的估算奠定了重要的科學(xué)基礎(chǔ)［10-13］。陳靜清［11］基于VPM（Vegetation Photosynthesis Model）模型對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)GPP進(jìn)行估算，得出生態(tài)系統(tǒng)GPP總量為5.0 Pg C∕year。森林生態(tài)系統(tǒng)較為復(fù)雜，森林植被GPP與環(huán)境因子之間具有密切相關(guān)性，在不同地區(qū)、不同生態(tài)系統(tǒng)中，森林植被GPP對(duì)氣候變化的響應(yīng)各不相同［14］。Deng以北半球中高緯度地區(qū)為研究區(qū)域，發(fā)現(xiàn)植被生產(chǎn)能力主要受溫度影響較大，氣候變暖有利于提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和碳吸收［15］，GU發(fā)現(xiàn)1961—2010年間中國(guó)植被生產(chǎn)力呈顯著上升趨勢(shì)，在華南地區(qū)無(wú)論降水增加還是減少，溫度上升都會(huì)導(dǎo)致植被生產(chǎn)力呈上升狀態(tài)，但大于2℃的溫度上升卻會(huì)導(dǎo)致植被生產(chǎn)力上升速率降低［16］。

森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)調(diào)控全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)，但森林生態(tài)系統(tǒng)類型復(fù)雜決定直接評(píng)估其固碳總量面臨巨大的困難［17］。近年來(lái)，我國(guó)政府實(shí)行的一系列保護(hù)森林生態(tài)系統(tǒng)的舉措，如森林禁伐和限伐政策以及開(kāi)展的六大林業(yè)工程，減緩了森林資源的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，使得森林面積逐年擴(kuò)大，森林覆蓋率也逐步提高，這些變化均有助于森林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力提高［18］。習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告中提出，加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國(guó)。因此，準(zhǔn)確量化并分析森林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力及環(huán)境因子對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳能力的影響更加重要。本研究將采用優(yōu)化后的VPM模型模擬2000—2015年1 km分辨率的全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP空間分布格局和時(shí)空變化特征，分析我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP對(duì)環(huán)境因子變化的響應(yīng)狀態(tài)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域概況

我國(guó)位于歐亞大陸東南部季風(fēng)氣候區(qū)，山地眾多且地形復(fù)雜。不僅有從溫帶到熱帶、從濕潤(rùn)到干旱的不同氣候帶，也具有從寒冷的北方針葉林到溫暖的亞熱帶常綠闊葉林和熱帶雨林的多樣性自然植被。現(xiàn)階段，我國(guó)森林資源進(jìn)入了數(shù)量不斷增長(zhǎng)、質(zhì)量逐步提升的發(fā)展時(shí)期，林業(yè)發(fā)展還面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)，全國(guó)森林面積2.08億hm2，森林覆蓋率為21.63%，天然林面積1.22億hm2，人工林面積0.69億hm2，森林面積居世界第5位［5］，整體來(lái)看，我國(guó)森林大部分分布在東北與西南，及東南部的亞熱帶地區(qū)［9］。全國(guó)森林面積分布廣闊，而且由于自然條件不同，森林植物和森林類型極為豐富多樣，森林固碳成果前景尤其可觀（見(jiàn)表1）。

表1 我國(guó)五大森林類型分布面積及占比

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.2.1 模型空間驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量模擬需要區(qū)域尺度氣象柵格要素作為驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，模型空間驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)包括影響植被光合作用的溫度和光合有效輻射空間數(shù)據(jù)（Photosyn-thetically Active Radiation，PAR）的參數(shù)化空間數(shù)據(jù)，反映地表植被生長(zhǎng)狀況的增強(qiáng)型植被指數(shù)（Enhanced Vegetation Index，EVI）和反應(yīng)陸地表面水分狀況的陸表水分指數(shù)的遙感數(shù)據(jù)（Land Surface Water Index，LSWI）。本研究使用質(zhì)控和插補(bǔ)后的8 d尺度的中國(guó)氣象局氣象觀測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合“中國(guó)90 m分辨率高程數(shù)據(jù)”，利用ANUSPLIN軟件進(jìn)行空間化。遙感數(shù)據(jù)為MODIS陸地科學(xué)研究小組提供的MOD09A1地表反射率產(chǎn)品，空間分辨率為500 m，時(shí)間分辨率為8 d，計(jì)算2000—2015年EVI和LSWI空間柵格數(shù)據(jù)。模型中森林生態(tài)系統(tǒng)植被光合參數(shù)——最大光能利用率（Light Utility Efficiency，LUEmax）參數(shù)將根據(jù)我國(guó)植被覆蓋數(shù)據(jù)將最大光能利用率空間化。

1.2.2 模型優(yōu)化及驗(yàn)證數(shù)據(jù)。站點(diǎn)尺度碳通量觀測(cè)為碳循環(huán)模擬的機(jī)理研究、模型構(gòu)建與驗(yàn)證提供了可靠數(shù)據(jù)［17］。本研究結(jié)合13個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站多年通量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，基于非線性最小二乘擬合法實(shí)現(xiàn)VPM模型參數(shù)優(yōu)化。采用的通量站點(diǎn)主要有：西雙版納亞熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)、哀牢山亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)研究站、鼎湖山森林生態(tài)系統(tǒng)研究站、會(huì)同森林生態(tài)系統(tǒng)研究站、呼中北方針葉林生態(tài)系統(tǒng)研究站、大野口關(guān)灘森林站、長(zhǎng)白山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站、千煙洲人工林通量觀測(cè)站、老山通量觀測(cè)站、大興安嶺通量觀測(cè)站，以及Ko-Flux Gwangneung Supersite（韓國(guó)）、Mae Klong（泰國(guó)）和Sakaerat（泰國(guó)）通量站。

空間尺度的模型驗(yàn)證數(shù)據(jù)為MOD17A2 GPP產(chǎn)品，該數(shù)據(jù)空間分辨率為1 km，時(shí)間分辨率為8 d，數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)間范圍為2000—2016年。通過(guò)美國(guó)航空航天局提供的空間分辨率為1 km的8 d合成GPP產(chǎn)品，分析全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP的變化趨勢(shì)以及空間格局，作為VPM模型模擬結(jié)果的空間參考對(duì)照。

1.3 VPM模型介紹

光能利用率模型是基于植被冠層吸收太陽(yáng)輻射與植被光合作用固碳關(guān)系而建立的光能利用率理論模型，該模型綜合考慮了溫度、水分以及輻射條件對(duì)潛在光能利用率的限制作用，主要基于增強(qiáng)型植被指數(shù)、陸表水分指數(shù)、光合有效輻射、溫度以及光能利用率參數(shù)等參量來(lái)估算植被總初級(jí)生產(chǎn)力。其模型簡(jiǎn)單，模型中各項(xiàng)參數(shù)及驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)較易獲取，可用來(lái)進(jìn)行大尺度上的GPP量化和獲取長(zhǎng)時(shí)間序列上的GPP變化動(dòng)態(tài)。VPM模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且有十分可靠的準(zhǔn)確度，而且大多數(shù)模型參數(shù)可以通過(guò)遙感信息反演獲得，適用從生態(tài)系統(tǒng)到全球不同空間尺度GPP的模擬，尤其是全球森林生態(tài)系統(tǒng)GPP的模擬［13］。

VPM模型是一個(gè)基于植被光合作用，以CO2通量觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)變量，模擬生態(tài)系統(tǒng)GPP的參數(shù)模型［9，13］。模型中使用了兩個(gè)改進(jìn)的遙感植被指數(shù)來(lái)反映植被光和冠層吸收的有效輻射和葉子的年齡，即增強(qiáng)植被系數(shù)和陸地表面水分指數(shù)。

1.4 研究方法

1.4.1 VPM模型參數(shù)敏感性分析。本研究主要采用單因素輪換法根據(jù)各參數(shù)變化對(duì)VPM模型模擬結(jié)果的影響程度確定模型的關(guān)鍵參數(shù)，單因素輪換法（One-at-a-time，OAT）是通過(guò)改變單一參數(shù)的取值同時(shí)保持其他參數(shù)值的不變，觀察模型模擬值的變化，從而確定參數(shù)敏感性［20］，計(jì)算VPM模型單個(gè)參數(shù)的初始狀態(tài)變量增加∕減少10%時(shí)模型模擬值的變化百分率，選擇增加∕減少10%時(shí)中較大值代表模型模擬值對(duì)參數(shù)的敏感性。基于通量站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)與VPM模型結(jié)構(gòu)，每次僅調(diào)整和改變VPM模型中的一個(gè)參數(shù)變量，觀察模型模擬結(jié)果的變化程度。主要分析光合最低溫度（Tmin）、光合最高溫度（Tmax）、光合最適溫度（T opt）和最大光能利用率對(duì)模擬結(jié)果的影響程度。

結(jié)果表明：最大光能利用率是VPM模型模擬結(jié)果的直接線性變量，該參數(shù)變幅與森林生態(tài)系統(tǒng)GPP的變幅一致，敏感度系數(shù)為100%。同時(shí)，模型中三種溫度參數(shù)的敏感性排序?yàn)椋篢 op t＞Tmax＞Tmin，其中T opt敏感度系數(shù)的范圍為0.42～0.69，表明在三種溫度模型參數(shù)中，T opt對(duì)于森林植被光合作用起著最直接的作用，而Tmax對(duì)于GPP估算結(jié)果影響較大，Tmin對(duì)于GPP估算結(jié)果影響最小，這與賈文曉基于VPM模型和全球通量網(wǎng)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證得到的結(jié)果相同［13］。

1.4.2 基于最小二乘法的VPM模型參數(shù)優(yōu)化。本研究使用非線性最小二乘法，采用逐站點(diǎn)逐年的方式估算和反演VPM模型中最大光能利用率，結(jié)合各通量站觀測(cè)數(shù)據(jù)，與優(yōu)化后模型模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行反演和對(duì)比驗(yàn)證，確定適合各植被類型的最大光能利用率參數(shù)。最終，VPM模型模擬值與站點(diǎn)實(shí)測(cè)值相關(guān)性高達(dá)0.76（P＜0.05），參數(shù)優(yōu)化后的VPM模型能較好模擬森林生態(tài)系統(tǒng)各植被類型的GPP。優(yōu)化VPM模型最大光能利用率參數(shù)如下：常綠闊葉林參數(shù)為0.6 g C∕mol，落葉闊葉林為0.66 g C∕mol，常綠針葉林為0.552 g C∕mol，落葉針葉林為0.516 g C∕mol，針闊混交林為0.564 g C∕mol。優(yōu)化后模型模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性大大提高，其中落葉針葉林模擬效果最好，其次為常綠闊葉林，針闊混交林，落葉闊葉林和常綠針葉林。

2 結(jié)果與討論

2.1 模擬結(jié)果驗(yàn)證

驗(yàn)證MOD17A2產(chǎn)品結(jié)果表明：2000—2015年我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP年均值為1 196.61g C∕m2∕year，且以4.27 g C∕m2∕year2速率顯著上升（見(jiàn)圖1），其空間分布從南到北逐漸減少。分布在華南地區(qū)的常綠闊葉林，其GPP年均值是五種植被的最大值，年均值高達(dá)1 676.25 g C∕m2∕year；分布于東北地區(qū)及華中部分地區(qū)的落葉闊葉林GPP年均值為995.49 g C∕m2∕year；常綠針葉林GPP年均值僅次于常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)，GPP年均值為1350.83 g C∕m2∕year；分布于中國(guó)最北處的落葉針葉林，GPP年均值最小，僅為686.73 g C∕m2∕year；分布面積最小的針闊混交林GPP年均值為1176.09 g C∕m2∕year。

圖1 森林生態(tài)系統(tǒng)MOD17A2 GPP產(chǎn)品空間分布及年際變異

現(xiàn)階段已有文獻(xiàn)中對(duì)VPM模型模擬結(jié)果和MODIS產(chǎn)品的對(duì)比分析結(jié)果表明，MOD17A2產(chǎn)品對(duì)全國(guó)生態(tài)系統(tǒng)GPP表現(xiàn)出明顯的低估［21］。VPM模型模擬的全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP年均值與MOD17A2產(chǎn)品年均值進(jìn)行對(duì)比分析，兩者具有相似的空間分布格局，從南到北空間生產(chǎn)力呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)，這主要因?yàn)橹袊?guó)地區(qū)華南地區(qū)和華北地區(qū)氣候不同，導(dǎo)致空間分布的植被類型具有很大差異，而生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力又與森林植被類型具有極高的相關(guān)性。在時(shí)間尺度上，兩種森林生態(tài)系統(tǒng)GPP年均值均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，雖然兩種產(chǎn)品GPP的變化趨勢(shì)不同，但是在年尺度上，兩種GPP年均值顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.59（P＜0.05）?？偟膩?lái)說(shuō)，森林生態(tài)系統(tǒng)中的VPM模型模擬總初級(jí)生產(chǎn)力與MOD17A2產(chǎn)品在時(shí)間和空間上均有顯著相關(guān)性。但本研究量化的森林植被GPP與站點(diǎn)與通量站點(diǎn)數(shù)據(jù)在站點(diǎn)尺度上的相關(guān)性更高（R2=0.79，P＜0.05），因此，基于VPM模型量化的森林GPP產(chǎn)品比MOD17A2產(chǎn)品在時(shí)間上和空間上均具有更高的準(zhǔn)確性。

2.2 森林GPP時(shí)空變異特征

基于VPM模型結(jié)合空間驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)與優(yōu)化后的光能利用率模擬2000—2015年全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP。模擬結(jié)果表明：2000—2015年我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力年均值為1 294.62 g C∕m2∕year，在空間格局上呈現(xiàn)從東南沿海到西北內(nèi)陸逐漸遞減，其中海南省、云南省南部、兩廣地區(qū)以及福建省和臺(tái)灣地區(qū)的植被GPP均處于較高水平，而四川省南部、內(nèi)蒙古北部以及黑龍江省部分地區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)GPP相對(duì)處于較低水平，陜西秦嶺地區(qū)以及湖北省森林GPP處于全國(guó)森林的適中狀態(tài)。從時(shí)間變化來(lái)看，全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力以6.57 g C∕m2∕year2的速率上升（見(jiàn)圖2），由此可見(jiàn)，森林植被GPP具有較大的增長(zhǎng)潛力。

圖2 森林生態(tài)系統(tǒng)GPP空間分布及年際變異

采用線性回歸分析方法逐像元分析了2000—2015年全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP，森林生態(tài)系統(tǒng)GPP年際變化率空間分布具有明顯的空間異質(zhì)性，華南地區(qū)、西南地區(qū)以及秦嶺一帶的GPP呈顯著上升趨勢(shì)，而東北部分地區(qū)及臺(tái)灣地區(qū)的森林GPP呈下降趨勢(shì)。具體而言，遼寧省及臺(tái)灣地區(qū)2000—2015年來(lái)GPP年際變化率呈減少趨勢(shì)（Slope＜0 g C∕m2∕year2），而廣東省、廣西壯族自治區(qū)、云南南部地區(qū)和陜西省秦嶺山脈地區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)GPP呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)（Slope＞10 g C∕m2∕year2，P＜0.05）。2000—2015年全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)78.46%的區(qū)域植被GPP呈增加趨勢(shì)（P＜0.1），其中顯著增加趨勢(shì)的區(qū)域占整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的面積比例為56.22%（P＜0.05）。

1999年，我國(guó)開(kāi)始實(shí)行退耕還林以及天然林資源保護(hù)工程，21世紀(jì)是林業(yè)快速發(fā)展階段，全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力以6.57 g C∕m2∕year2的速率快速增長(zhǎng)，而且，我國(guó)森林植被GPP具有較大的增長(zhǎng)潛力。16年來(lái)，大部分地區(qū)的植被GPP呈顯著增加趨勢(shì)，只有小部分地區(qū)因?yàn)樽匀换蛘呷藶樵驅(qū)е律a(chǎn)力下降，表明我國(guó)實(shí)行的森林保護(hù)工程在大部分地區(qū)頗見(jiàn)成效，限伐、禁伐和天然林保護(hù)工程為我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展起到了重要的保護(hù)作用。

2.3 森林GPP與環(huán)境因子的關(guān)系

森林生態(tài)系統(tǒng)GPP與環(huán)境因子之間存在較大相關(guān)性，植被生產(chǎn)力對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)方式主要體現(xiàn)在森林生態(tài)系統(tǒng)GPP與環(huán)境因子之間相關(guān)關(guān)系。我國(guó)土地遼闊，季風(fēng)環(huán)流改變了氣象要素的組合方式與分布規(guī)律，受不同季風(fēng)氣候帶環(huán)境的影響，不同地區(qū)植被GPP對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)機(jī)制并不相同［22-25］。

提取森林生態(tài)系統(tǒng)GPP年均值，結(jié)合2000—2015年全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)光合有效輻射、年均溫和年降水量年均值數(shù)據(jù)，分別建立各環(huán)境因子與植被GPP的空間散點(diǎn)圖（見(jiàn)圖3），在年際尺度上分析影響GPP年際變化的環(huán)境因子［26-27］。由圖3可知，光合有效輻射和溫度是森林生態(tài)系統(tǒng)GPP年際變化的主要影響因子，光和有效輻射和溫度年際變化均可解釋森林生態(tài)系統(tǒng)GPP年際變化的27%（P＜0.05），光合有效輻射每增加1 MJ∕m2，其對(duì)應(yīng)的森林生態(tài)系統(tǒng)GPP增加0.97 g C∕m2∕year，溫度每升高0.1℃，其GPP增加11.93g C∕m2∕year。此外，降水量年際變化和森林生態(tài)系統(tǒng)GPP年際變化呈顯著負(fù)相關(guān)，降水量每增加1 mm，對(duì)應(yīng)的森林生態(tài)系統(tǒng)GPP相應(yīng)減少0.24 g C∕m2∕year。2000—2015年全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境因子整體表現(xiàn)為光合有效輻射增加而溫度和降水量變化不明顯的趨勢(shì)，環(huán)境因子有利于提高森林生態(tài)系統(tǒng)植被的固碳能力，因此森林GPP呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)。

圖3 森林生態(tài)系統(tǒng)GPP與環(huán)境因子相關(guān)性

光合有效輻射、溫度和降水量等氣候因子的變化對(duì)森林植被的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要影響［28-31］，本研究采用逐柵格相關(guān)分析法，對(duì)2000—2015年全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP柵格數(shù)據(jù)與光和有效輻射、溫度和降水量柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行逐像元相關(guān)性分析，從而在空間尺度分析森林生態(tài)系統(tǒng)GPP與氣候環(huán)境因子之間的關(guān)系。森林生態(tài)系統(tǒng)GPP與光合有效輻射正相關(guān)的地區(qū)占森林總面積的89%，在浙江省、臺(tái)灣地區(qū)、內(nèi)蒙古東北部以及東北部分地區(qū)的正相關(guān)關(guān)系極強(qiáng)；溫度和森林生態(tài)系統(tǒng)GPP在65%的地區(qū)表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，主要分布在華中部分地區(qū)，如四川省，湖南省和湖北省，在臺(tái)灣地區(qū)以及吉林省部分地區(qū)，溫度與其相關(guān)性高達(dá)0.8以上；降水量在全國(guó)大部分地區(qū)與森林GPP表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系，華南地區(qū)的降水量與GPP呈極強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，特別是在廣東省、福建省、浙江省以及江西省部分地區(qū)。這些地區(qū)屬于亞熱帶濕潤(rùn)地區(qū)，植被以亞熱帶常綠闊葉林為主，年均溫度為16.4℃且年降水量高達(dá)900 mm，地區(qū)水分條件可滿足森林植被生長(zhǎng)的基本需求，過(guò)多降水量會(huì)伴隨地區(qū)云量增多，造成光合有效輻射降低，引起植被光合速率隨之降低，導(dǎo)致植被總初級(jí)生產(chǎn)力下降。因此我國(guó)大部分地區(qū)的森林GPP與光合有效輻射相關(guān)性最高，與溫度相關(guān)性次之，與降水量相關(guān)性最小。其植被GPP年際變異在57.25%的地區(qū)由光合有效輻射年際變異控制，在23.18%的地區(qū)由溫度年際變異控制，年降水量總輻射年際變異對(duì)其影響最小，僅在19.57%的森林區(qū)域得以體現(xiàn)。

我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP高值主要位于東南沿海地區(qū)的福建省、海南省、兩廣地區(qū)以及臺(tái)灣東部地區(qū)，主要因?yàn)檫@些地區(qū)受海洋性季風(fēng)的影響最強(qiáng)，自然植被類型以常綠闊葉林為主，植被生長(zhǎng)環(huán)境水熱條件充足，故植被生產(chǎn)力處于較高水平。GPP低值區(qū)主要集中在西北內(nèi)陸，這些地區(qū)屬于大陸性氣候，全年降水稀少、夏季高溫干旱、自然植被稀疏。中國(guó)東北地區(qū)主要分布植被為落葉針葉林，植被生產(chǎn)力與溫度和光合有效輻射之間存在較高的相關(guān)性，而該地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)性氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，全年年均溫較低且光合有效輻射較低，導(dǎo)致植被生產(chǎn)力較差。已有研究表明，溫度和太陽(yáng)輻射的年際變化對(duì)中國(guó)地區(qū)GPP年際變化影響較大，主要因?yàn)樘?yáng)輻射是植被光合作用的前提，而且受濕潤(rùn)季風(fēng)的影響，我國(guó)植被的水分脅迫作用不明顯［32-35］。

3 結(jié)論

①VPM模型中最大光能利用率參數(shù)是其直接線性變量，該參數(shù)變幅與模型模擬的GPP一致，參數(shù)優(yōu)化后的常綠闊葉林LUEmax為0.6 g C∕mol，落葉闊葉林為0.66 g C∕mol，常綠針葉林為0.552 g C∕mol，落葉針葉林為0.516 g C∕mol，針闊混交林為0.564 g C∕mol，優(yōu)化后VPM模型的模擬準(zhǔn)確性大大提高。

②2000—2015年我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力年均值為1 294.62 g C∕m2∕year，以6.57 g C∕m2∕year2（P＜0.05）的速率顯著上升，華南地區(qū)、西南地區(qū)GPP呈顯著上升，而東北部分地區(qū)及臺(tái)灣地區(qū)GPP呈下降趨勢(shì)。

③森林環(huán)境因子光合有效輻射呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，而溫度和降水量的年際變化不明顯，從時(shí)間變化來(lái)看，森林GPP與光合有效輻射和溫度年際變化呈顯著正相關(guān)（R2=0.27，P＜0.05；R2=0.27，P＜0.05），與降水量年際變化呈負(fù)相關(guān)（R2=0.09，P＜0.05）。此外，根據(jù)其環(huán)境主控因子空間分布來(lái)看，在空間上超過(guò)80%區(qū)域的森林GPP年際變異由光合有效輻射和溫度年際變異控制，光照和溫度是我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)GPP的主要影響因子。