二、城市群植被生产力变化

（一）植被净初级生产力估算

植被固碳功能是指生态系统中植被所进行的自然碳封存过程，评估对象为植被净初级生产力（net primary productivity，NPP），本研究通过光能利用率CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型计算植被净初级生产力。CASA模型（Potter et al.，1993）是最早发展的光能利用效率模型之一，该模型的理论基础是植被生产力与叶绿素吸收的光合有效辐射紧密相关（Potter et al.，1993；张美玲 等，2011）。该模型基于光能利用效率原理直接计算植被净第一性生产力，已经在世界范围内得到广泛应用（Piao et al.，2005；朱文泉 等，2006）。

式中，NPP（ x ， t ）表示某一像元在位置 x 和时间 t 时的NPP；APAR表示光合有效辐射，即植被冠层在某一时段内吸收的入射太阳辐射（MJ·m ^-2 ）； ε 表示实际光能利用效率（g·MJ ^-1 ）。年NPP是植物生长季逐月NPP的累积值。

参数APAR和 ε 的计算过程见下式（Piao et al.，2005）：

式中，SOL（ x ， t ）表示某一时段内的总太阳辐射量（MJ·m ^-2 ）。FPAR（ x ， t ）表示在位置 x 和时间 t 时的光合有效辐射。 ε _max 表示理想情况下的植被最大光能利用率，取值依据如下：农田为0.542 gC·MJ ^–1 ；高覆盖度林地为0.485 gC·MJ ^–1 ；中等盖度林地为0.429 gC·MJ ^–1 ；高覆盖度草地为0.413 gC·MJ ^–1 ；中等盖度草地为0.296 gC·MJ ^–1 ；低覆盖度草地为0.221 gC·MJ ^–1 ；沼泽和湿地为0.413 gC·MJ ^–1 （朱文泉 等，2006）。 T _{ε 1} （ x ， t ）和 T _{ε 2} （ x ， t ）分别表示最高温度和最低温度对光能利用率的温度胁迫系数。 W _ε （ x ， t ）为水分因子对光能利用效率的胁迫系数（朴世龙 等，2001）。

T _{ε 1} 反映了在低温和高温时植物内在的生化作用对光合作用的限制（Potter et al.，1993；朴世龙 等，2001），其计算公式如下：

式中， T _opt 为某一区域一年内NDVI值达到最高时月份的平均气温。当某一月平均温度小于或等于-10℃时， T _{ε 1} 为0（朴世龙 等，2001；张美玲 等，2011）。

式中，当某一月温度 T 比最适宜温度 T _opt 高10℃或者低13℃时，该月的 T _{ε 2} 值等于月平均温度 T 为最适宜温度 T _opt 时 T _{ε 2} 值的一半（朴世龙 等，2001；张美玲 等，2011）。

水分胁迫系数 W _ε 反映了植物所能利用的有效水分条件对光能转化率的影响（朴世龙 等，2001；张美玲 等，2011）。随着环境有效水分的增加， W _ε 逐渐增大。它的取值范围为0.5～1，分别对应着极端干旱和极端湿润条件（朴世龙 等，2001；张美玲 等，2011）。

式中，PET为潜在蒸发量，根据Penman-Monteith公式（Allen et al.，1998）计算。估算蒸散EET由土壤水分模型求算。当月平均温度等于或者小于0℃时，该月的 W _ε 等于前一个月的值。

在CASA模型中，植被对太阳有效辐射的吸收比例取决于植被类型和植被覆盖状况，其最大值不超过0.95，计算公式如下：

式中，SR _max 和SR _min 分别表示SR的最大值和最小值（无植被覆盖地表）。SR _max 的大小与植被类型有关，取值范围介于4.14～6.17（Piao et al.，2005）；SR _min 取值为1.08（Potter et al.，1993）。

（二）植被净初级生产力时空变化

对1985—2015年基于CASA模型估算的中国范围内的植被NPP进行分析（图2-35）。全国NPP较高的地区集中在几个传统林区，分别为东北地区（长白山和大小兴安岭地区）、秦岭山脉（陕西境内）、长江中上游地区、西南林区（四川、云南地区）和南方林区（广东、福建、江西、湖南等省份的部分地区）。1985年，县区尺度NPP平均值介于80～150 gC·m ^-2 的地区集中在大小兴安岭山脉（黑龙江境内）、长白山脉（辽宁境内）、四川盆地周边（包括秦岭山脉）、云贵高原南缘以及广东、福建、江西和湖南部分地区，海南岛和台湾岛也有一定面积分布；2015年，NPP平均值介于80～150 gC·m ^-2 的地区大面积增加，除了东北地区（黑龙江、吉林、辽宁）和云贵高原南缘相对稳定外，长江中上游和东南沿海地区（福建、广东一带）NPP大面积提高。1998年长江和松花江洪水发生后，国家提出了“退耕还林（草）”工程，该工程覆盖了中国全境绝大部分地区，只有广东省等极少数省份因为本底植被覆盖状况较好，没有实施，其他地区都投入了大量资金开展植树种草和生态恢复工程。因此，将研究时段划分为1985—1998年和1999—2015年两个时段开展研究。通过对比分析发现，两个时段NPP的整体格局基本一致，但部分地区变化明显。东北三省、黄土高原中东部、长江中上游和东南沿海地区的NPP明显增加。变化速率方面，1985—1998年NPP增加速率较快的地区位于东北中东部、内蒙古中东部、西北部分地区和河北北部，存在退化趋势的地区主要位于青藏高原东南部、东北北部、河北大部、山东半岛、长江中下游和广东大部，沿海部分城市群所在区域（珠三角、长三角、京津冀、山东半岛等）NPP下降速度较快；1999—2015年NPP增加速率较快的地区位于辽宁和内蒙古部分地区、黄河中上游地区特别是黄土高原中东部、长江中上游地区，中国南方（特别是东南沿海）绝大部分地区的NPP都有所增加，但增加幅度不一致。

分别统计全国超大城市和特大城市1985—1998年、1999—2015年和1985—2015年3个时段的变化，对比不同地区城市的NPP变化率（图2-36）。在超大城市中，1985—1998年NPP增加速率最快的城市都是大连、天津和唐山，其次是南京、上海和兰州；1999—2015年NPP增加速率最快的城市都是乌鲁木齐、包头和南昌，其次是淄博和昆明；1985—2015年整体NPP增加速率最快的城市都是昆明、包头和兰州。在特大城市中，1985—1998年只有抚顺、鞍山和成都的NPP增加，其他城市都减少；而1999—2015年绝大部分城市NPP都呈现增加趋势，速度最快的是重庆和杭州；1985—2015年整体只有抚顺、哈尔滨和鞍山等城市有所增加，其他城市都减少。需要指出的是，在超大城市和特大城市中有一部分城市的植被生产力呈现下降趋势。这些城市的城市化进程发展较快，城镇、居民、建设用地的快速扩张侵占了森林、草地等自然生态系统，因此造成植被覆盖度和生产力的下降，在后续的城市绿色基础设施建设过程中需要引起足够重视。

聚焦到粤港澳大湾区，香港和澳门的NPP在1985—2015年基本保持稳步增加趋势（图2-37）。而其他城市和县区的NPP在2000年以前呈现下降趋势，而2000年以后快速增加。以广州、深圳、东莞、佛山等城市为例，2000年以前4个城市都呈现出下降趋势，下降速率分别为-0.88 gC·m ^-2 ·yr ^-1 、-1.58 gC·m ^-2 ·yr ^-1 、-1.78 gC·m ^-2 ·yr ^-1 、-1.39 gC·m ^{- 2} ·y r ^-1 ，2000年以后则快速增长，增长速率分别为0.41 gC·m ^{- 2} ·y r ^-1 、0.61 gC·m ^-2 ·yr ^-1 、0.27 gC·m ^-2 ·yr ^-1 、0.58 gC·m ^-2 ·yr ^-1 。县区尺度上（图2-38），香港的南区、东区、中西区、沙田区等12个行政区在1985—2015年都呈现显著的增加趋势；澳门整体保持平稳，2000年跃升一个新水平，而东莞则先下降后上升；广州从化和增城等城区的NPP值相对较高，而番禺、白云、荔湾、越秀、南沙区等地区则相对较低；深圳福田和罗湖区的NPP值要高于其他地区，这两个区在2000年前后的波动变化比较大，其他地区整体上变化比较平稳；中山和珠海斗门区的NPP要高于珠海其他地区，金湾区和香洲区在2000年前后的变化幅度比较大；佛山高明区的NPP要高于其他地区，除禅城区以外总体都保持先下降后上升的趋势；惠州、江门和肇庆各个城区的NPP都维持先缓慢下降后稳定增加的态势。 c73k8G3+XxYRDe3lgzV6WsaU4GcfW1XmcWls5u9u/LT5VSJhBe36QGuMjCq+OOgp