随着经济、人口的发展,城市化在中国乃至全世界迅速蔓延,城市化过程中所伴生的环境问题从城市、区域乃至全球尺度都影响着地球表层的自然现象和生态过程,并导致土地利用/土地覆盖(Land use and land cover,LULC)发生重大变化,从而直接影响植被净初级生产力(Net primary productivity,NPP)。研究城市扩张、土地覆盖变化及其对NPP的影响,可以更好地了解城市生态系统结构和功能的变化对社会自然环境变化的反馈作用。本研究以华南地区最大的城市—广州作为研究地,首先分析了1979-2013年广州城市化过程的特征及LULC变化,并基于CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型估算了广州市2001-2013年逐月NPP,分析了2001-2013年广州市NPP年际、季节的时空格局变化,进一步探讨了13年来城市化过程中土地覆盖变化和气候变化对NPP的影响。主要研究结果如下:(1)城市大面积扩张,导致土地覆盖显著变化。1979-2013年,广州建成区面积共增加了1512.24 km2,年均增长率为11.3%,城市扩张经历了四个不同阶段:低速发展(1979-1990)、快速发展(1990-2001)、高速发展(2001-2009)及稳定发展(2009-2013)。城市扩张导致土地格局发生重大变化,耕地被严重破坏,35年间减少了1746.06 km2,约有769.46 km2的耕地转化为建设用地;林地和农田森林过渡带面积大幅度减少;城市景观趋于破碎化。(2)2001-2013年,在时间尺度上,广州及其5片区NPP呈现减少趋势。13年中,整个研究区NPP年变化趋势为-8.57 NPP g C/m2,共减少0.38 Tg C。5片区中,中心片区NPP年均值最低(292.06 g C/m2),东北片区最高(1067.31g C/m2),中心、南部和北部片区NPP在研究期内呈现极显著减少趋势(p<0.01)。NPP在空间分布上存在明显差异,且年际变化明显。在不同方向样带中,中-北样带NPP均值最高为431.76 g C/m2,中-南样带最低为337.53 g C/m2,样方NPP值从东、南和北向中心均呈现显著减少趋势。除2005-2009时段,其他时段内大部分区域NPP均呈减少状态。在像元尺度上,中心、北部和南部片区NPP距平变异程度较大,根据NPP像元斜率变化,北部片区NPP减少趋势最为明显,平均值达到-14.98%,其次为南部片区(-8.44%);NPP减少显著和极显著的区域约有28.3%集中在北部片区,NPP增加显著和极显著区域则集中在以林地为主的东北片区。(3)研究期内不同季节和不同植被的NPP均存在显著差异。NPP最高值出现在夏季(454.39 g C/m2),最低值出现在冬季(54.08 g C/m2)。13年中NPP在夏季减少最明显,年变化趋势为-4.18 g C/m2,冬季最不明显为-0.99 g C/m2;在像元尺度上,四个季节的NPP均呈现减少趋势,且减少不显著(p>0.05)的面积比例最高。在不同植被类型中,常绿阔叶林的NPP均值最高(1327.22 g C/m2),灌丛的最低(483.08 g C/m2),且不同土地覆盖类型的NPP值在东北片区最高,在中心片区最低。(4)城市化过程对NPP产生显著影响。利用距城市中心点不同距离的缓冲区法进行分析,5 km范围内的NPP均值最低(179.41 g C/m2),>70 km范围内的最高(1225.87 g C/m2),且随着距城市中心距离的增大,不同距离缓冲区内NPP均值呈现极显著增大(p<0.001)趋势。人类活动范围和强度与NPP呈现显著负相关;10-40 km缓冲区范围内人类活动强度在13年内增加了0.1802,导致NPP减少最明显;不同土地覆盖类型的NPP均值和在5 km范围内最低,在>40 km的范围内最高,但在10-40 km缓冲区内减少最明显。(5)土地覆盖变化导致NPP发生重大变化。在土地相互转换过程中,不同土地类型的转出和转入对NPP变化产生显著影响,除2005-2009时段外,其他时段内的土地转换均导致NPP总量减少。通过对2001耕地和2013建筑用地基准范围、NPP减少显著和极显著范围内的土地覆盖和NPP变化的分析,发现城市的大范围扩张及耕地的大幅度缩减是导致三个范围内NPP均值显著减少的主要原因。土地利用和土地覆盖变化导致的NPP损失(NPPlulc)在空间上存在明显差异。研究期间,中心片区NPPlulc均值最高达到1353.05 g C/m2,其次为南部片区为1248.21 g C/m2,东北片区最低为521.83 g C/m2。在空间变化上,不同方向样带由于城市开发及土地覆盖变化强度不同,导致NPPlulc差异明显,且样方NPPlulc在中心向东、南、北的不同方向上均呈极显著减少趋势(p<0.01)。(6)气候变化显著影响NPP变化。不同年份、不同季节、不同月份和不同覆盖类型的NPP与温度、太阳辐射均呈正相关,与降水呈负相关。综合三个气候因子对NPP的影响,研究区内大部分区域NPP的变化主要由温度和太阳辐射控制,而降水往往成为NPP积累的限制因子。地形因素极大影响林地NPP的变化,海拔对林地NPP的影响远大于坡度和坡向对林地NPP的影响。(7)气候和土地覆盖变化对NPP的影响量和影响率均存在明显差异。研究期内,在时间尺度上,由于气候和土地覆盖变化导致NPP分别减少了0.2892 T g C和0.4239 T g C。林地尤其是常绿阔叶林对气候变化敏感,而受人类活动影响较大的土地类型,如耕地、农田森林过渡带和城市绿地(草地、灌草和木本草地)等,其NPP总量变化主要受土地覆盖变化的影响。在空间尺度上,东北片区NPP多受气候变化影响,北部、东部和南部片区NPP多受土地覆盖变化影响,中心片区中部区域NPP则多受两者交叉影响。