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基于地形改进NPP指数的县域耕地产能测算

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为深化耕地占补平衡工作，准确客观评价耕地质量，中国各县每年均要进行耕地等别更新工作，耕地产能测算作为耕地评价中的重要一环，其工作依赖于耕地质量评价体系。现状耕地产能评价主要有2种方法，首先是传统的农用地分等定级计算农用地的自然等、利用等，并通过样点获取指定作物的产量进行修正获得。其中自然等是在一县一个光温生产潜力的基础上，利用耕地对于标准作物的自然质量分进行修正，获得的是在现状自然条件下耕地理论生产能力，而利用等则是在自然等的基础上根据样点实测数据获取各种作物单位面积实际产量与基准作物实际产量之比，是在现有生产技术和社会条件下的理论生产能力估计[1]。另外一种是2018年进行试点的耕地质量产能调查方法，构建包括气候条件、地形特征、土壤性状、耕作条件、健康状况、生物特征的耕地自然条件以及技术水平的评价指标体系，改进了农用地分等定级计算的系统性，同时加入对技术水平的考量，符合现代农产品种植技术水平提高对于农产品产能提高产生的极大促进。两套体系均存在指标体系建立主观化明显，小区域特殊性被忽视的缺陷，另外各项指标数据必须通过样点实测的手段获取，耗费大量人力物力，要获得覆盖全区域的指标数据还需要通过插值获取，与实际情况可能存在较大误差。

净第一生产力（Net Primary Productivity，NPP）是单位时间内生物通过光合作用所吸收的有机干物质除植物自身呼吸的碳损耗所剩的部分[2]，包括植物的枝、叶和根等生产量及植物枯落部分的数量，虽然包括根、茎、叶、果等部分的养分，但本质上养分都是为果实以及叶片生长存贮，即进行农产品产出的部分，将其赋于耕地系统上可理解为一年内耕地上农作物能够给提供人类消费的能量。由于NPP直接代表耕地系统一年内累计的农作物有机干物质，解决传统耕地产能评价耕作制度差异以及作物差异产生的产能转化困难问题。同时NPP的计算模型具有全遥感数据的模型的研究基础，使得数据获取更加便捷，数据精度更高。因此将NPP计算引入耕地产能可在一定程度上解决指标体系下耕地产能计算的缺陷。而现有的NPP研究多强调研究方法的突破[3-8]与时空变化分析[9-12]，多为尺度较大的生态保护区域[13-15]，而缺少对于NPP数据的利用，使得NPP局限于从表面上表现碳平衡问题[4,16]。将NPP运用于耕地产能计算研究较少，商令杰[17]和洪长桥等[18-19]对此进行了研究，其中洪长桥等主要是将其运用于土地整治前后耕地产能比较，体现遥感数据的动态性和及时性，但直接将NPP约等于耕地产能，其与现状下的耕地产能结果的衔接性有待讨论。

因此本文选取基于地形改进的CASA模型利用遥感数据对宾阳县的NPP数据进行计算，并通过地理加权回归对比NPP结果与耕地等别年度更新结果，分析NPP计算耕地生产力与现有耕地产能结果的相关性以及衔接度，明确将NPP应用于耕地产能计算的可行性。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

宾阳县位于广西中南部，南宁市东北部，为南宁市管辖县。地处22°54′～23°37′N、108°32′～109°15′E之间，东邻贵港市，南偏东与横县接壤，西南部与南宁市兴宁区、青秀区交界，西部与武鸣县相连，西北部连接上林县，东北部与来宾市相邻。

县域在地质构造上处于广西弧形山脉顶部西侧之北缘，南部紧靠弧形山脉西翼之西南端—昆仑关—白花山低山丘陵，东南紧靠广西弧顶—镇龙山，整个地势自南向北倾斜，形成东、南、西三面环山，中部北部为开阔平原，海拔低于50 m的平原1 193.79 km2，占全县的51.6%，是各种地貌类型的主体，灌溉条件良好的平原已开垦为本县高产稳产的良田。

1.2 研究方法

基于遥感数据估算NPP模型在现有研究下主要有4种类型：统计模型、光能利用率模型、过程模型和拟合模型[18]。其中遥感光能利用率模型由于模型简单、全遥感数据源、可实现动态评价，成为了NPP估算的一种重要而广泛接受的研究方法，主要有3-PGS、NPP-EMSC、GLOPEM和CASA模型[20]，应用最广的是CASA模型。CASA模型中估算的NPP由光合有效辐射（APAR，Absorbed Photosynthetic Active Radiation）和实际光能利用率（ε）2个因子决定[21-22]。

光合有效辐射（APAR）受太阳总辐射量、植被层对入射光合有效辐射的吸收比例（FPAR，Fraction of absorbed Photosynthetic Active Radiation）以及太阳有效辐射占太阳总辐射的比例（为常数0.5）3个因素决定，其中太阳辐射总量取太阳天文辐射；植被层对入射光合有效辐射吸收比例与植被茂盛程度有直接关系，可用与NDVI和比值植被指数（SR，Simple Ratio Index）有关的模型计算[23]，直接反映现实植被生长情况。

文章来源：《遥感学报》网址: http://www.ygxbzz.cn/qikandaodu/2021/0115/478.html