西北植被凈初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素

同琳靜, 劉洋洋, 王 倩, 楊 悅,2, 李建龍

(1.南京大學(xué) 生命科學(xué)院, 南京 210093; 2.環(huán)境保護(hù)部 南京環(huán)境科學(xué)研究所, 南京 210042)

陸地凈初級(jí)生產(chǎn)力(Net Primary Production，NPP)是指單位時(shí)間、單位面積上植被固定的有機(jī)干物質(zhì)的總量[1]。在當(dāng)前全球氣候變化的復(fù)雜形式下，NPP數(shù)據(jù)可用于研究土地利用變化、自然資源管理、生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳擾動(dòng)，是評(píng)價(jià)地表生態(tài)系統(tǒng)健康和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)[2]。因此，開(kāi)展不同時(shí)空尺度的NPP動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)已成為目前研究中的重點(diǎn)問(wèn)題，同時(shí)對(duì)于維護(hù)氣候穩(wěn)定、緩解溫室效應(yīng)和調(diào)節(jié)碳平衡都具有重要意義[3]。

早期的NPP研究主要通過(guò)站點(diǎn)數(shù)據(jù)的測(cè)量來(lái)進(jìn)行估算，再通過(guò)小范圍擴(kuò)大到整個(gè)區(qū)域，技術(shù)較為匱乏。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代衛(wèi)星遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，利用模型對(duì)植被第一生產(chǎn)力進(jìn)行模擬的方法已經(jīng)被廣泛利用。各國(guó)學(xué)者根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源、研究尺度和研究基礎(chǔ)建立了不同植被的NPP估算模型，其中主要包括氣候生產(chǎn)力模型、光能利用率模型、生理生態(tài)過(guò)程模型以及生態(tài)遙感耦合模型[4]。本研究中采用的CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型屬于光能利用率模型，該模型綜合考慮了不同的自然因素對(duì)植被NPP的影響，現(xiàn)已被全球1 900多個(gè)實(shí)測(cè)站點(diǎn)校正，廣泛應(yīng)用于全球陸地生態(tài)系統(tǒng)NPP的研究[5]。

近年來(lái)，眾多學(xué)者已利用遙感數(shù)據(jù)對(duì)不同區(qū)域和時(shí)空尺度的生態(tài)系統(tǒng)NPP進(jìn)行了研究。Gang等[6]基于MODIS NPP數(shù)據(jù)對(duì)比研究了中國(guó)、北美洲和澳大利亞的草地生產(chǎn)力對(duì)氣候變化的響應(yīng)。李登科等[2]對(duì)2000—2015年中國(guó)植被NPP進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)全國(guó)平均植被NPP呈現(xiàn)西北低東南高、北方低南方高的分布格局；劉剛等[7]結(jié)合全球陸表特征數(shù)據(jù)集(GLASS)估算了2001—2014年全國(guó)的植被NPP，并分析了NPP與氣溫、降水之間的關(guān)系。

我國(guó)西北地區(qū)氣候干旱，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，植被對(duì)氣候變化響應(yīng)較為敏感[8]。前人在西北各省的植被NPP時(shí)空變化都進(jìn)行了一定研究[9-13]，但針對(duì)西北地區(qū)植被NPP的整體性及系統(tǒng)研究報(bào)道較少。鑒于此，本研究基于2000—2013年的遙感和氣象數(shù)據(jù)，探究西北植被NPP的動(dòng)態(tài)變化特征，及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)，以期為未來(lái)西北地區(qū)生態(tài)保護(hù)和生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文研究區(qū)域選取的西北地區(qū)(73°41′—111°15′E，31°39′—49°33′N(xiāo))屬于中國(guó)七大地區(qū)分區(qū)之一，主要包括甘肅省、陜西省、青海省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾族自治區(qū)，該區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂颍竞涓稍铮募靖邷兀邓^少，氣溫日較差和年較差大，蒸發(fā)較為強(qiáng)烈。該地區(qū)具有山盆相間的地貌特征，以及特殊的土壤環(huán)境，加上氣候干旱，水資源較為匱乏，眾多原因?qū)е轮脖桓采w率低，生態(tài)環(huán)境脆弱[14]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及方法

1.2.1 數(shù)據(jù)及處理

(1) NDVI 數(shù)據(jù)采用美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)提供的EOS/MODIS數(shù)據(jù)，下載網(wǎng)址為：http:∥edcimswww.cr.usgs.gov/pub/imswelcome/。本研究選用2000—2013年的MOD13A1產(chǎn)品，該數(shù)據(jù)集的空間分辨率為500 m，時(shí)間分辨率為16 d。使用MRT(MODIS Reprojection Tools)工具對(duì)下載的NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化和重投影，將HDF格式轉(zhuǎn)化成TIFF格式，并將投影轉(zhuǎn)換為WGS84/Albers Equal Area Conic投影，同時(shí)完成數(shù)據(jù)的拼接與重采樣。采用最大合成法(max Value Composite，MVC)對(duì)16 d的MODIS-NDVI 數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，得到月NDVI數(shù)據(jù)集，并利用西北地區(qū)邊界裁剪出西北地區(qū)2000—2013年逐月的NDVI柵格圖像[15]。

(2) 氣象數(shù)據(jù)采用中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn)提供的2000—2013年全國(guó)月平均氣溫、降水與太陽(yáng)總輻射資料。結(jié)合氣象站點(diǎn)的經(jīng)緯度，利用ArcGIS 10.3軟件的Geostatistical Analyst模塊進(jìn)行氣象因子Kriging空間插值，利用西北地區(qū)邊界進(jìn)行數(shù)據(jù)掩膜，得到西北地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)柵格影像，該數(shù)據(jù)與NDVI數(shù)據(jù)的像元大小和投影都相同[16]。

(3) 土地覆被數(shù)據(jù)利用NASA MODIS網(wǎng)站(https:∥modis.gsfc.nasa.gov/)提供的2013年土地覆蓋數(shù)據(jù)MCD12Q1，該數(shù)據(jù)的空間分辨率為500 m。同樣利用MRT進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、投影與重采樣。地表數(shù)據(jù)類(lèi)型分類(lèi)采用IGBP(International Geosphere-Biosphere Program)的方案數(shù)據(jù)，該方案共劃分為17種，3種為無(wú)植物生長(zhǎng)，3種為土地鑲嵌和土地利用，11種為自然植被[2]。本文根據(jù)研究目的，對(duì)17種植被類(lèi)型進(jìn)行合并，重新劃分為森林、水域、草地、灌叢、城鎮(zhèn)、農(nóng)田和裸地及荒漠7種，其中將重點(diǎn)研究灌叢、森林、農(nóng)田和草地4種覆被類(lèi)型的NPP時(shí)空變化特征。

1.2.2 研究方法

(1) 草地NPP的估算本研究使用的CASA模型主要涉及植物吸收的有效輻射(APAR)和光能利用率(ε)兩個(gè)變量，其公式如下：

圖1 西北土地利用及植被類(lèi)型分布

NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)

(1)

式中：NPP(x，t)，APAR(x，t)和ε(x，t)分別表示t月份像元x內(nèi)的植被NPP[g C/(m2·a)]、吸收的光合有效輻射(MJ/m2)及光能轉(zhuǎn)換率(g C/MJ)。

APAR(x,t)=SOL(x,t)×FPAR(x,t)×0.5

(2)

式中：SOL(x,t)為t月份像元x內(nèi)的太陽(yáng)總輻射量(MJ/m2)；常數(shù)0.5代表植被所利用有效輻射(0.4～0.76 μm)占太陽(yáng)總輻射的比例；FPAR(x,t)為植被對(duì)入射光合有效輻射(PAR)的吸收比例。

ε(x,t)=Tε1(x,t)×Tε2(x,t)×Wε(x,t)×εmax

(3)

式中：Tε1(x,t)和Tε2(x,t)分別為低溫和高溫對(duì)光能利用率造成的影響；Wε(x,t)為水分條件對(duì)其的影響；εmax為理想狀態(tài)下光能轉(zhuǎn)化率。傳統(tǒng)的CASA模型中應(yīng)用的εmax的值一般為0.389 g C/MJ，許多學(xué)者在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)研究區(qū)內(nèi)的具體植被狀況對(duì)其進(jìn)行了修正。本研究中不同植被εmax取值分別為：常綠針葉林0.389 g C/MJ，落葉針葉林0.485 g C/MJ,常綠闊葉林0.985 g C/MJ，落葉闊葉林0.692 g C/MJ，常綠、落葉闊葉混交林0.768 g C/MJ，灌叢0.429 g C/MJ，針闊混交林0.475 g C/MJ，草地、農(nóng)田及其他0.542 g C/MJ[15,17]。此外，F(xiàn)PAR(x,t)，Tε1(x,t)和Tε2(x,t)的計(jì)算可參照文獻(xiàn)[15]。

(2) 趨勢(shì)分析采用一元線性回歸分析2000—2013年西北植被NPP及氣象因子的變化趨勢(shì)，計(jì)算公式為：

(4)

式中：slope為變化斜率；n代表研究年限14 a(2000—2013年)；i為第幾年；vari為第i年的變化量。若slope>0，表示變量呈增加趨勢(shì)；slope<0，表示變量呈減少趨勢(shì)[18]；若slope=0，說(shuō)明NPP沒(méi)有變化。

對(duì)植被NPP進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(F檢驗(yàn))，計(jì)算公式為：

(5)

(6)

(7)

(3) 植被NPP與氣象因子的相關(guān)性可以通過(guò)基于像元的空間分析法分析，NPP與氣溫、降水的相關(guān)性的計(jì)算公式如下：

(8)

式中：rxy為植被NPP與氣象因子的相關(guān)系數(shù)；n為研究年限14 a(2000—2013年)；xi為第i年的NPP；yi為第i年的平均氣溫或降水[19]。

對(duì)所得的相關(guān)性系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(t檢驗(yàn))，計(jì)算公式如下[20]：

(9)

式中:R表示相關(guān)系數(shù)；n為研究年數(shù)14 a。根據(jù)t檢驗(yàn)結(jié)果將顯著性水平劃分為以下6類(lèi)：極顯著正相關(guān)(R>0，p<0.01)、顯著正相關(guān)(R>0，0.01≤p<0.05)、不顯著正相關(guān)(R>0，p≥0.05)、不顯著負(fù)相關(guān)(R<0，p≥0.05)，顯著負(fù)相關(guān)(R<0，0.01≤p<0.05)和極顯著負(fù)相關(guān)(R<0，p<0.01)。當(dāng)R=0時(shí)，說(shuō)明兩變量間無(wú)相關(guān)性。

1.3 模型驗(yàn)證

實(shí)測(cè)NPP的獲取較難，因此一般通過(guò)生物量換算的NPP替代實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行模型驗(yàn)證。本研究于2009年7月、8月在研究區(qū)選取了50塊草地樣地進(jìn)行取樣，樣地大小為10 m×10 m，樣方面積為1 m×1 m，每塊樣地內(nèi)選取5個(gè)重復(fù)。對(duì)地上部分進(jìn)行齊地刈割，在70℃內(nèi)烘箱內(nèi)烘干至恒重，然后根據(jù)根冠比換算地下生物量，取碳轉(zhuǎn)化效率0.475，計(jì)算得到實(shí)測(cè)NPP[16]。然后進(jìn)行模型模擬的NPP與實(shí)測(cè)NPP的比較，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)兩者的相關(guān)性較強(qiáng)(R=0.94，p<0.01)(圖2)，說(shuō)明CASA模型模擬的NPP數(shù)據(jù)精度較高，可用于西北地區(qū)NPP的估算。

2 結(jié)果與分析

2.1 西北植被NPP年際變化特征

在研究年限內(nèi)對(duì)西北年植被NPP進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可得，其值在358.57～360.40 g C/(m2·a)范圍內(nèi)波動(dòng)，其中，在2001年出現(xiàn)最小值，2013年達(dá)到最大值，14 a的平均值為359.48 g C/(m2·a)。由2000—2013年西北植被NPP的動(dòng)態(tài)變化可知(圖3)，14 a內(nèi)年植被NPP整體呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì)，變化百分率為0.46%，變化斜率為0.09 g C/(m2·a)，線性增加趨勢(shì)達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。

圖2 西北植被NPP實(shí)測(cè)值和模擬值的比較

圖3 2000-2013年西北地區(qū)植被NPP年際變化

2.2 西北植被平均NPP空間分布

圖4為西北地區(qū)2000—2013年植被平均NPP的空間分布特征。受植被、地形因素、氣候和經(jīng)度地帶性、緯度地帶性等綜合作用的影響，西北植被NPP表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性，整體呈現(xiàn)由東向西遞減的趨勢(shì)，除新疆外，其余省份也表現(xiàn)為南高北低的基本格局。具體分析可得，NPP小于50 g C/(m2·a)的地區(qū)占總面積的58.10%，該類(lèi)型在西北地區(qū)所占比例最大，主要集中在新疆大部分地區(qū)、青海西部與北部和甘肅中西部，該區(qū)域氣候干旱，屬于西北荒漠，幾乎無(wú)植被覆蓋。平均NPP為50～100 g C/(m2·a)的地區(qū)，主要包括青海、寧夏和新疆部分地區(qū)，占總面積的6.83%。新疆西北部、青海西南部、甘肅及寧夏中部和陜西最北部NPP集中在100～150 g C/(m2·a)，占總面積的6.05%，該區(qū)域的主要植被為草地和灌叢。新疆西北部、青海東部、甘肅中南部、寧夏北部與南部和陜西大部分地區(qū)NPP集中在150～500 g C/(m2·a)，所占面積達(dá)到總面積的20.44%。NPP大于500 g C/(m2·a)的地區(qū)占總面積的8.57%，主要集中在新疆西部、青海湖流域、甘肅最南部和陜西中南部，另在各省零星分布(表1)。

圖4 2000-2013年西北植被平均NPP空間分布表1 西北地區(qū)植被平均NPP分級(jí)

2.3 西北植被NPP時(shí)空動(dòng)態(tài)特征

由圖5A可知，2000—2013年西北植被NPP變化率為-20.13～24.87 g C/(m2·a)。其中，植被NPP呈增加趨勢(shì)區(qū)域面積較大，主要分布在陜西大部分地區(qū)、寧夏南部和甘肅東部，同時(shí)，在新疆和青海也有零星分布。有減少趨勢(shì)的區(qū)域較少，主要出現(xiàn)在新疆，其余零星分布在另外4省。對(duì)西北植被NPP變化進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，并將其分為6類(lèi)，對(duì)每類(lèi)所占比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體可見(jiàn)圖5B和表2。極顯著減少和顯著減少區(qū)域分別占總面積的0.59%，0.90%，主要出現(xiàn)在新疆的西北部。極顯著和顯著增加的區(qū)域所占比例較大，分別為20.84%，18.34%，主要集中在陜西中北部、寧夏南部、甘肅東部，其余在青海東部與西部和新疆也有分布。未顯著減少與增加區(qū)域所占比例分別為12.55%，46.79%，其中未顯著減少的只分布在新疆西北部，而未顯著增加區(qū)域分布較廣，主要出現(xiàn)在陜西南部、寧夏中部、甘肅中部與南部、青海東部與南部，其余在新疆零星分布。結(jié)合植被類(lèi)型分布分析，NPP增加區(qū)域的植被類(lèi)型主要為草地和森林(圖1)。

2.4 不同植被類(lèi)型NPP的動(dòng)態(tài)變化

對(duì)西北不同植被類(lèi)型的年平均NPP進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可得，14年間不同植被NPP的均值呈現(xiàn)明顯的差異，具體表現(xiàn)為：草地[262.16 g C/(m2·a)]>灌叢[66.51 g C/(m2·a)]>農(nóng)田[45.90 g C/(m2·a)]>森林[14.36 g C/(m2·a)]，該結(jié)果表明，草地的年平均NPP最高，因該區(qū)域森林面積較少，其平均NPP也相對(duì)較低。圖6為2000—2013年不同植被類(lèi)型NPP的年際變化，對(duì)其統(tǒng)計(jì)分析可得，不同植被類(lèi)型NPP均出現(xiàn)波動(dòng)，但整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，草地、灌叢、農(nóng)田的增加趨勢(shì)達(dá)到極顯著水平(p<0.01)，但森林的變化趨勢(shì)未通過(guò)顯著水平檢驗(yàn)(p>0.05)。表3對(duì)不同植被類(lèi)型顯著性變化的面積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，具體分析可得，草地中極顯著和顯著減少的區(qū)域分別占總面積的0.45%，0.72%，極顯著和顯著增加的比例分別為21.52%，20.50%，除此之外，西北地區(qū)56.80%草地的NPP變化并未達(dá)到顯著水平。灌叢中極顯著和顯著減少的面積占灌叢總面積的0.32%，0.53%，極顯著和顯著增加的比例分別為22.25%，19.11%，而總計(jì)57.80%的灌叢NPP變化不顯著。就農(nóng)田而言，其極顯著減少、顯著減少、極顯著增加、顯著增加的面積占總面積的比例分別為1.36%，2.04%，26.73%，13.99%，未出現(xiàn)顯著變化的農(nóng)田面積占總面積的55.88%。森林中，極顯著減少、顯著減少、極顯著增加、顯著增加的面積占總面積的比例分別是0.08%，0.46%，7.84%，11.04%，此外，80.58%的森林NPP變化未達(dá)到顯著水平。

圖5 2000-2013年西北地區(qū)NPP的變化速率及其顯著性

表2 NPP變化所占面積百分比統(tǒng)計(jì)

2.5 植被NPP與氣象因子的關(guān)系

從空間上進(jìn)行分析，研究年限內(nèi)西北大部分地區(qū)氣溫呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，氣溫減少區(qū)域所占面積較少，主要集中在甘肅中部與東部和青海的東部地區(qū)(圖7A)。由圖7C可知，2000—2013年西北地區(qū)氣溫呈現(xiàn)波動(dòng)降低趨勢(shì)，減少速率為0.02℃/a，但變化趨勢(shì)未達(dá)到顯著水平(p<0.05)。14年間氣溫的平均值為4.89℃，在2007年達(dá)到最大值5.35℃，2012年出現(xiàn)最小值4.16℃。從空間上對(duì)降水變化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，西北地區(qū)降水明顯減少的區(qū)域集中在青海和新疆南部，降水明顯增加的區(qū)域主要包括陜西南部、甘肅南部和新疆西北部(圖7B)。對(duì)2000—2013年西北地區(qū)降水的變化趨勢(shì)分析可得，降水整體呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì)，增加速率為0.79 mm/a，但增加趨勢(shì)不明顯。對(duì)2000—2013年西北地區(qū)年降水量統(tǒng)計(jì)可得，14 a降水的平均值為210.00 mm，年降水量為180.10～247.00 mm，其中2001年出現(xiàn)最小值，2003年出現(xiàn)最大值(圖7C)。

圖6 2000-2013年不同植被類(lèi)型NPP年際變化

植被NPP不僅受植被本身理化性質(zhì)的影響，同時(shí)也易受氣候變化的影響。本研究對(duì)2000—2013年的植被NPP像元與降水氣溫像元進(jìn)行相關(guān)性分析并對(duì)相關(guān)系數(shù)空間化顯示，進(jìn)一步分析氣候因素對(duì)植被NPP的影響。由圖8A可知，植被NPP與氣溫呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)的區(qū)域主要集中在陜西中南部、甘肅南部和青海東部，兩種類(lèi)型面積分別占西北植被總面積的2.92%，6.74%。負(fù)相關(guān)關(guān)系不顯著的區(qū)域主要分布在青海的東南部，其余包括陜西中南部、甘肅南部、青海東部與西部和新疆的小部分地區(qū)，該類(lèi)型面積占西北植被總面積的7.91%。植被NPP與氣溫呈極顯著和顯著正相關(guān)的區(qū)域主要分布在青海的東南部，在新疆北部也有零星分布，兩種類(lèi)型所占比例分別為3.92%，2.09%。正相關(guān)關(guān)系不顯著面積占西北植被總面積的76.42%，該類(lèi)型所占比例最大，在西北每個(gè)省份都有分布。由圖8B可知，植被NPP與降水呈負(fù)相關(guān)關(guān)系所占的比例較少，其面積占西北植被總面積的1.40%。與降水呈正相關(guān)關(guān)系的地區(qū)在西北地區(qū)分布較廣，其中植被NPP與降水呈極顯著和顯著正相關(guān)的比例分別為7.27%，6.60%，主要分布在陜西北部、寧夏大部分地區(qū)、甘肅中部、青海的東北部和新疆西部。植被NPP與降水正相關(guān)關(guān)系不顯著的區(qū)域在每個(gè)省份所占比例較大，其面積占西北植被總面積的66.00%。綜上分析，因氣溫與降水和植被NPP呈正相關(guān)的比例均大于呈負(fù)相關(guān)的比例，所以總體上植被NPP與氣溫、降水呈正相關(guān)。植被NPP與氣溫呈顯著和極顯著相關(guān)的面積比例少于NPP與年降水量顯著和極顯著相關(guān)的比例，表明西北地區(qū)植被NPP對(duì)降水變化響應(yīng)較為敏感。

表3 不同植被類(lèi)型NPP變化顯著性統(tǒng)計(jì)

圖7 2000-2013年西北地區(qū)氣溫、降水變化速率和

年際變化趨勢(shì)

圖8 植被NPP與氣溫、降水的相關(guān)性

3 討 論

植被NPP是估算地球承載能力、評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性、探究生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要指標(biāo)，監(jiān)測(cè)其動(dòng)態(tài)特征對(duì)研究生態(tài)環(huán)境和自然資源變化具有重要意義[6]。時(shí)間上，西北地區(qū)植被NPP呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)，該結(jié)果與前人所得結(jié)果相一致[21]。空間上，2000—2013年西北地區(qū)植被NPP呈現(xiàn)增加趨勢(shì)的區(qū)域所占比例較大，其面積占該區(qū)總面積的85.97%(表2)，主要集中陜西北部、寧夏南部、甘肅東部、青海的東部和南部、新疆西部部分地區(qū)(圖4)。該結(jié)果說(shuō)明西北地區(qū)近年來(lái)植被覆蓋度增加、生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，該變化可能與我國(guó)近年來(lái)實(shí)行的退耕還林、退耕還草和一系列生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施的實(shí)施有關(guān)[22]。同時(shí)，本研究表明草地NPP要遠(yuǎn)大于灌叢、農(nóng)田、森林3種植被類(lèi)型(圖6)，一方面可能由于面積差異導(dǎo)致，草地總面積占西北地區(qū)總面積的27.56%，比灌叢(6.72%)、農(nóng)田(5.89%)、森林(2.84%)所占比例要大(圖1)。此外，森林和灌叢等樹(shù)干中存在較大的水體阻力，草地與之不同，因此光合效率較高；不同植被類(lèi)型的生長(zhǎng)季也有差異，以及其自身不同的生物學(xué)及生態(tài)學(xué)特性均會(huì)影響植被的固碳能力及效率，進(jìn)而使得NPP在不同植被類(lèi)型間產(chǎn)生差異[23]。

不同的水熱組合條件將導(dǎo)致植被NPP在空間分布和動(dòng)態(tài)變化上存在分異性。時(shí)間變化上，2001年植被NPP出現(xiàn)最小值，可能由該年氣溫的急劇下降造成，而2013年NPP達(dá)到最大值，可歸因于降水量的增加。總體上，2000—2013年我國(guó)西北地區(qū)植被NPP的波動(dòng)與氣溫、降水的波動(dòng)相吻合，研究年限內(nèi)氣溫降低及降水減少會(huì)造成植被NPP降低(圖3，圖7C)。空間變化上，西北地區(qū)植被NPP與氣溫、降水主要呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系(圖8)，且對(duì)降水響應(yīng)比較敏感。部分學(xué)者也得到一致結(jié)論，王耀斌等[24]基于MOD17A3數(shù)據(jù)研究秦巴山區(qū)植被NPP及其驅(qū)動(dòng)因素，認(rèn)為總體上植被NPP與氣溫、降水具有正相關(guān)關(guān)系；仲曉春等[25]在全國(guó)植被NPP研究中也得到相同結(jié)論。Guo等[26]對(duì)中國(guó)北方植被ANPP與降水的時(shí)空關(guān)系進(jìn)行研究，表明降水是影響草地生長(zhǎng)及NPP變化的主要因素，且在干旱地區(qū)這一特征會(huì)更加明顯，充足的降水可為植物生長(zhǎng)帶來(lái)良好的水分條件，從而增強(qiáng)植被光合效率，增加其有機(jī)干物質(zhì)的積累。氣溫對(duì)植被NPP的作用受到降水的調(diào)節(jié)，并在不同區(qū)域及不同植被類(lèi)型間出現(xiàn)差異，研究區(qū)內(nèi)對(duì)溫度響應(yīng)比較敏感的地區(qū)植被類(lèi)型多為草地，主要在于草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，易受氣候因素影響(圖1，圖8)[18]。焦偉等[21]對(duì)西北干旱區(qū)的植被凈初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)空格局的影響因素研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)植被NPP與降水具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，植被NPP與氣溫在海拔較高、降水較多地區(qū)呈現(xiàn)弱相關(guān)性，但在低海拔的大部分地區(qū)，氣溫與植被NPP呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。該研究與我們的研究結(jié)論有所差異，主要?dú)w因于其探討了海拔因素對(duì)植被NPP的影響，并且數(shù)據(jù)來(lái)源、研究年限和研究方法存在差異，而我們的研究則重點(diǎn)揭示西北地區(qū)植被NPP對(duì)氣候變化的響應(yīng)特征。

綜上所述，植被NPP的影響因素眾多。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)不同植被的需水要求、植被的地帶性差異、水熱狀況、海拔高度和人類(lèi)活動(dòng)等都會(huì)對(duì)植被NPP造成影響[9]。本研究?jī)H僅探討了西北地區(qū)植被NPP對(duì)氣候變化的響應(yīng)特征，其他因素的影響還需進(jìn)行進(jìn)一步探究，但本研究結(jié)論對(duì)于西北地區(qū)氣候變化預(yù)測(cè)和生態(tài)保護(hù)政策的制定具有一定的指導(dǎo)性意義。

4 結(jié) 論

(1) 西北地區(qū)植被NPP在研究年限內(nèi)呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為平均變化率為0.09 g C/(m2·a)，線性增加趨勢(shì)達(dá)到極顯著水平。在2001年出現(xiàn)最小值358.57 g C/(m2·a)，2013年達(dá)到最大值360.40 g C/(m2·a)，14 a的平均值為359.48 g C/(m2·a)。

(2) 植被NPP分布具有明顯的空間異質(zhì)性，整體呈現(xiàn)由東到西遞減的趨勢(shì)，除新疆外，其余省份也表現(xiàn)為南高北低的基本格局。其中，植被NPP小于50 g C/(m2·a)的區(qū)域所占比例最大(58.10%)，植被NPP呈現(xiàn)增加趨勢(shì)的面積占總面積的85.97%，主要集中陜西北部、寧夏南部、甘肅東部、青海的東部和南部、新疆西部部分地區(qū)。呈現(xiàn)減少趨勢(shì)的面積占總面積的14.03%，主要集中在新疆的西部地區(qū)，其余在各省零星分布。另外，不同植被NPP的均值呈現(xiàn)明顯的差異，具體表現(xiàn)為：草地[262.16 g C/(m2·a)]>灌叢[66.51 g C/(m2·a)]>農(nóng)田[45.90 g C/(m2·a)]>森林[14.36 g C/(m2·a)]，草地、農(nóng)田及灌叢的NPP均呈現(xiàn)極顯著增加趨勢(shì)，而森林的增加趨勢(shì)不顯著。

(3) 總體上，西北地區(qū)植被NPP與氣溫、降水均呈正相關(guān)關(guān)系，然而植被NPP對(duì)降水響應(yīng)較為敏感，降水是西北地區(qū)植被NPP增加的主導(dǎo)因素。