甘肅省草地NPP時(shí)空變化及對(duì)氣候因子的響應(yīng)

何國(guó)興， 柳小妮， 張德罡， 杜月紅， 李強(qiáng)， 劉志剛， 關(guān)文昊， 楊軍銀， 韓天虎， 孫 斌， 潘冬榮

(1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070； 2. 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué))， 甘肅 蘭州 730070；3. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)財(cái)經(jīng)學(xué)院， 甘肅 蘭州730070； 4.甘肅省草原技術(shù)推廣總站， 甘肅 蘭州 730000)

植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(net primary productivity,NPP)是植被在單位面積單位時(shí)間內(nèi)光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)總量扣除呼吸作用消耗的有機(jī)物量后剩余部分，也稱(chēng)凈第一性生產(chǎn)力[1]。NPP不僅是陸地生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量運(yùn)轉(zhuǎn)研究的基礎(chǔ)，而且能直接反映植物群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)能力[2]。草地作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，因其巨大的生態(tài)服務(wù)功能，在涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、固碳服務(wù)以及生物多樣性保護(hù)等方面有不可替代的作用[3]。從上世紀(jì)開(kāi)始，受過(guò)度放牧和氣候變化的影響，草地退化日趨嚴(yán)重，已嚴(yán)重威脅地區(qū)生態(tài)安全，并阻礙生態(tài)文明建設(shè)[4]。草地生產(chǎn)力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是評(píng)價(jià)草地健康狀況的必要手段，已成為研究的熱點(diǎn)。NPP作為碳收支和氣候變化研究的核心內(nèi)容，是判定草地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況和生產(chǎn)性能水平的重要指標(biāo)[5]。準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)草地NPP時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)因子對(duì)于評(píng)估草地資源總量，預(yù)測(cè)未來(lái)草地生產(chǎn)力的變化，對(duì)碳循環(huán)的影響以及應(yīng)對(duì)氣候變化等方面具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

自上世紀(jì)60年代以來(lái)，遙感技術(shù)的迅速發(fā)展為宏觀尺度草地監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)支撐，Running等[6]利用BIOME—BGC模型(biome biogeochemical model)與光能利用率模型(Carnegie—ames—stanford approach，CASA)模擬獲得MOD17A3 NPP產(chǎn)品數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于不同區(qū)域尺度植被生長(zhǎng)狀況評(píng)價(jià)[7]，生物量時(shí)空變化[8]，環(huán)境監(jiān)測(cè)[9]等研究。對(duì)于中國(guó)區(qū)域植被NPP變化的研究報(bào)道較多，都取得了較好的結(jié)果。李登科等[10]基于MOD17A3對(duì)中國(guó)陸地植被NPP變化特征進(jìn)行了分析，對(duì)中國(guó)各區(qū)域生態(tài)資源管理具有指導(dǎo)意義；王新闖等[11]在MOD17A3 NPP數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上結(jié)合GIS技術(shù)，定量分析了2000—2010年黃河下游地區(qū)河南省植被NPP的時(shí)空變化以及與氣象因子的響應(yīng)關(guān)系；劉旻霞等[12]在青海省植被凈初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)空變化的研究中也應(yīng)用了MOD17A3 NPP數(shù)據(jù)，并與氣象數(shù)據(jù)相結(jié)合分析NPP格局的影響因素。以上研究均表明MOD17A3數(shù)據(jù)在研究植被變化以及對(duì)氣候因子的響應(yīng)中表現(xiàn)出良好的效果，能夠較好的反映植被的變化格局。在眾多的研究中使用2010年以前較低版本的MOD17A3數(shù)據(jù)較多，而且集中在2015年以前的植被變化研究，對(duì)于2000年至今區(qū)域草地植被NPP的研究有助于了解21世紀(jì)以后甘肅省草地狀況。

甘肅省草原是西北地區(qū)重要的生態(tài)屏障，研究甘肅省草地NPP在宏觀尺度下的時(shí)間變化規(guī)律，以及NPP與水熱條件的響應(yīng)關(guān)系對(duì)于合理規(guī)劃利用草地資源、修復(fù)退化草地、維持西北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定具有重大意義。本研究基于2000—2019年MOD17A3 NPP數(shù)據(jù)，分析甘肅省不同草地類(lèi)型NPP年際變化、空間分布和穩(wěn)定性，并利用氣象數(shù)據(jù)通過(guò)偏相關(guān)分析探索草地NPP對(duì)水熱供給的響應(yīng)，為甘肅省天然草地科學(xué)管理和生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省(92°13′～108°46′ E，32°11′～42°57′ N)地處黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原的交匯處，東西長(zhǎng)，南北窄，海拔自西南向東北降低；年均氣溫0～15℃，年均降水量36.6～734.9 mm，均自東南向西北降低，溫差較大，降水四季分配不勻，主要集中在6—9月；光能資源豐富，年日照時(shí)數(shù)1 700～3 300 h，全省無(wú)霜期48～228 d[13]。甘肅省草地面積1.79×105km2，占土地資源總面積的42.04%，是全國(guó)重點(diǎn)牧區(qū)之一。草地資源主要分布在甘南高原、祁連山地、北部河西走廊和隴中黃土高原[14]，分別為溫性草原、高寒草原、溫性荒漠、暖性灌草叢、低地草甸、山地草甸和高寒草甸(圖1a)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

將中國(guó)草業(yè)與生態(tài)網(wǎng)絡(luò)(http://www.ecograss.com.cn)提供的《中國(guó)1∶100萬(wàn)草地資源圖》校正并根據(jù)草地分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T2997-2016)[15]融合后得到草地類(lèi)型數(shù)據(jù)(圖1a)。行政區(qū)劃圖來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/data)。數(shù)字高程模型(digital elevation model,DEM)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)的SRTM產(chǎn)品數(shù)據(jù)，分辨率為30 m，重采樣為500 m(圖1b)。

遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局(https://lpdaacsvc.cr.usgs.gov/appeears/explore)提供的MOD17A3 NPP產(chǎn)品，空間分辨率500 m，時(shí)間分辨率1a，時(shí)間范圍2000—2019年。使用MRT (modis re-projection tool)軟件讀取并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，重投影為WGS-1984-Albers。利用Arc GIS柵格計(jì)算器工具將MOD17A3像元值乘以0.0001，得到真實(shí)的NPP值。NPP實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于甘肅省草原總站2014年草原調(diào)查數(shù)據(jù)，共696個(gè)樣點(diǎn)，包括經(jīng)緯度、海拔高度、草地類(lèi)型、生物量。

氣象(氣溫、降水)數(shù)據(jù)由中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)站(http://data.cma.cn/data/cdcdetail/dataCode)提供。選取甘肅省境內(nèi)及周邊44個(gè)氣象站點(diǎn)2000—2019年氣溫、降水月數(shù)據(jù)(圖1b)。采用基于樣條函數(shù)插值理論的專(zhuān)業(yè)氣象插值軟件ANUSPLINE[16]，以DEM數(shù)據(jù)為協(xié)變量，對(duì)氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，得到500 m年均氣溫和年總降水柵格數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)ANUSPLINE進(jìn)行插值后，選用計(jì)算中未使用的氣象站點(diǎn)對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)，結(jié)果表明氣溫和降水插值結(jié)果均滿足研究的需求。

圖1 甘肅省草地類(lèi)型(a)及DEM、氣象站點(diǎn)空間分布(b)

1.3 研究方法

1.3.1MOD17A3 NPP數(shù)據(jù)驗(yàn)證 選取甘肅省草原總站2014年草原調(diào)查數(shù)據(jù)(均勻分布于各草地類(lèi)型)，用實(shí)測(cè)產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)2014年MOD17A3 NPP值進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)測(cè)產(chǎn)量數(shù)據(jù)，在轉(zhuǎn)換成以碳為單位重量的NPP時(shí)乘以系數(shù)0.45[17]。

1.3.2趨勢(shì)分析 利用Theil-Sen mediam趨勢(shì)分析與Manne-Kendall檢驗(yàn)來(lái)判斷NPP時(shí)間序列的變化趨勢(shì)，并對(duì)其變化速率進(jìn)行量化[18]。Theil-Sen mediam趨勢(shì)分析用于對(duì)時(shí)間序列變化進(jìn)行量化，表示單位時(shí)間內(nèi)的變化量，其計(jì)算公式為：

式中，SNPP為NPP變化趨勢(shì)；i，j(2 000≤i0，NPP呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；SNPP<0，NPP呈下降趨勢(shì)。

Manne-Kendall檢驗(yàn)的計(jì)算公式為：

式中，S為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量；ZS為標(biāo)準(zhǔn)化后的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量；n為NPP的總序列數(shù)；Var(S)為方差。給定的顯著性水平下，|ZS|>Z(1—α)/2時(shí)，表示變化趨勢(shì)顯著。結(jié)合SNPP值和|ZS|值，將草地NPP趨勢(shì)變化的顯著性分為3個(gè)等級(jí)[19]，顯著增加(SNPP>3，|ZS|>1.96)、無(wú)顯著變化(—31.96)。

1.3.3變異系數(shù) 變異系數(shù)(coefficient of variation,Cv)能夠在像元尺度上反映草地NPP多年的波動(dòng)情況。Cv<0.15說(shuō)明草地NPP變化較小，草地生長(zhǎng)狀況相對(duì)穩(wěn)定；Cv>0.15說(shuō)明NPP變化較大，草地生長(zhǎng)狀況波動(dòng)[20]。計(jì)算公式如下：

1.3.4偏相關(guān)分析 偏相關(guān)分析是研究?jī)蓚€(gè)特定變量之間的相互作用關(guān)系，即當(dāng)兩個(gè)變量均與第三個(gè)變量存在相關(guān)關(guān)系時(shí)，剔除其影響，而只分析另外兩個(gè)變量之間的相關(guān)程度[20]。利用偏相關(guān)系數(shù)分別計(jì)算年均氣溫和年總降水量對(duì)年NPP變化的影響。計(jì)算公式如下：

式中，x表示NPP，y代表降水量、z為氣溫，rxy表示NPP與降水的相關(guān)系數(shù)，rxz表示生長(zhǎng)季NPP與氣溫的相關(guān)系數(shù)，ryz表示降水與氣溫的相關(guān)系數(shù)。rxy,z為變量降水固定后NPP與氣溫之間的偏相關(guān)系。NPP與降水的偏相關(guān)系數(shù)同上。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地NPP驗(yàn)證

通過(guò)NPP實(shí)測(cè)值與NPP模擬值的相關(guān)分析表明，實(shí)測(cè)值與模擬值之間的相關(guān)性達(dá)到顯著水平(P<0.05,n=696)(圖2)?？梢哉J(rèn)為，MOD17A3 NPP數(shù)據(jù)能達(dá)到估算的精度要求，可用于甘肅省NPP時(shí)空變化的研究。

圖2 甘肅省NPP實(shí)測(cè)值與模擬值線性回歸分析

2.2 草地NPP時(shí)間變化

利用均值法得到2000—2019年甘肅省草地NPP時(shí)間特征變化(圖3)。20年間草地NPP年均值呈上升趨勢(shì)，草地NPP增加量為4.72 gC·m-2·a-1·(10a)-1。2019年草地NPP年均值最高，達(dá)到了347.8 gC·m-2·a-1，2000年草地NPP年均值最低為231.1 gC·m-2·a-1，多年平均值為289.9 gC·m-2·a-1，增速為4.72 gC·m-2·a-1。說(shuō)明甘肅省草地NPP呈現(xiàn)緩慢波動(dòng)上升趨勢(shì)，分別在2002年和2013年出現(xiàn)拐點(diǎn)，NPP值為284.4 gC·m-2·a-1和323.0 gC·m-2·a-1。

分析不同草地類(lèi)型NPP值變化發(fā)現(xiàn)，草地類(lèi)型間NPP值存在較為明顯的差異。NPP值多年趨勢(shì)表現(xiàn)為：暖性灌草叢>山地草甸>高寒草甸>溫性草原>低地草甸>溫性荒漠>高寒草原，其增速分別為11.21 gC·m-2·a-1，3.25 gC·m-2·a-1，2.18 gC·m-2·a-1，6.79 gC·m-2·a-1，2.92 gC·m-2·a-1，3.08 gC·m-2·a-1和1.99 gC·m-2·a-1。暖性灌草叢NPP最大值和最小值分別出現(xiàn)在2013年和2000年，差值247.1 gC·m-2·a-1，說(shuō)明暖性灌草叢NPP波動(dòng)較大；而高寒草原NPP最大和最小值分別出現(xiàn)在2018年和2001年，差值61.1 gC·m-2·a-1，高寒草原NPP是所有草地類(lèi)型中最穩(wěn)定的。另外，各草地類(lèi)型NPP均呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)。

圖3 2000—2019年甘肅省各類(lèi)草地NPP均值年際變化

2.3 草地NPP空間變化

2000—2019年甘肅省天然草地NPP在空間上呈現(xiàn)由西北向東南逐漸遞增分布規(guī)律(圖4a)，年均NPP為289.9 gC·m-2·a-1。其中，祁連山地西北部草地年均NPP在100 gC·m-2·a-1以下；隴中黃土高原和河西走廊草地年均NPP在100～200 gC·m-2·a-1的面積占草地總面積的29.05%；甘南高原和祁連山地東南部草地年均NPP在300～400 gC·m-2·a-1的面積占草地總面積的24.80%；隴南山地年均NPP高于400 gC·m-2·a-1的面積占草地面積的21.23%；北山山地一帶無(wú)NPP值。

在草地類(lèi)型上，暖性灌草叢年均NPP最高，高寒草原年均NPP最低(圖4b)。統(tǒng)計(jì)不同草地類(lèi)型各NPP范圍所占比例后發(fā)現(xiàn)，近20年草地NPP均值在0～300 gC·m-2·a-1范圍內(nèi)，溫性荒漠、高寒草原、低地草甸和溫性草原的面積占比分別為99.44%，99.32%，72.03%和71.53%；在300～600 gC·m-2·a-1范圍內(nèi)，山地草甸和高寒草甸的面積占比分別為87.25%和69.44%；高于600 gC·m-2·a-1范圍內(nèi)，暖性灌草叢面積占比40.43%。溫性草原和溫性荒漠的面積約占甘肅省草地面積的63.05%，二者年均NPP較低，直接影響甘肅省草地整體NPP高低。

圖4 2000—2019年甘肅省草地NPP均值分級(jí)(a)和各草地類(lèi)型NPP均值分級(jí)面積比例(b)

2.4 草地NPP穩(wěn)定性分析

2000—2019年甘肅省草地NPP整體呈現(xiàn)高波動(dòng)性(圖5a)。草地NPP高穩(wěn)定區(qū)(Cv<0.15)的面積占40.31%，主要位于甘南高原和祁連山地局部，其中Cv<0.10的面積為36 839 km2，占25.26%，0.10≤Cv<0.15的面積為21 961 km2，占15.06%；中波動(dòng)區(qū)(0.15≤Cv<0.30)的面積占51.20%，主要分布在隴中黃土高原，河西走廊，祁連山地局部和隴南山地；高波動(dòng)區(qū)(Cv>0.30)的面積占8.49%，分布于隴中黃土高原和河西走廊地區(qū)。

不同草地類(lèi)型中，山地草甸、高寒草甸和低地草甸年均NPP穩(wěn)定性較高(圖5b)，Cv<0.15的面積分別占各自草地類(lèi)型的82.26%，78.90%和52.72%；溫性草原、溫性荒漠和高寒草原年均NPP波動(dòng)性較高Cv>0.15的面積占各自草地類(lèi)型71.51%，55.19%和44.45%。

2.5 草地NPP趨勢(shì)分析

2000—2019年，甘肅省草地NPP增加的面積明顯大于NPP降低的面積(圖6a)。其中草地SNPP>3的草地面積為87 480 km2，占總草地面積的45.34%，主要分布在隴中黃土高原、河西走廊和隴南山地；SNPP<-3草地面積為290.25 km2，占總草地面積的0.15%；-3< SNPP<3的草地面積為60 941 km2，占總草地面積的31.58%，主要分布在甘南高原和祁連山地。

由圖6b和表1可知，2000—2019年甘肅省草地NPP顯著增加的面積占總草地面積的75.70%，分布在隴中黃土高原、河西走廊、祁連山地大部以及隴南山地；無(wú)顯著變化的面積占總草地面積的24.18%，分布在甘南高原和祁連山地的局部；顯著降低的面積占總面積的0.12%。

圖5 2000—2019年甘肅省草地NPP變異系數(shù)分級(jí)(a)和各草地類(lèi)型NPP變異系數(shù)分級(jí)面積比例(b)

圖6 2000—2019年甘肅省草地NPP變化趨勢(shì)分級(jí)

表1 甘肅省草地NPP變化趨勢(shì)模式

2.6 草地NPP的變化與氣象因子偏相關(guān)分析

通過(guò)偏相關(guān)分析得出，甘肅省草地NPP與年降水量呈正相關(guān)性的面積明顯高于負(fù)相關(guān)的面積，數(shù)值集中在0～0.3，占總草地面積的63.60%；主要分布在隴中黃土高原、甘南高原和河西走廊。NPP與年均氣溫的相關(guān)系數(shù)明顯低于年降水量，且以負(fù)相關(guān)為主，數(shù)值集中在—0.3～0，占總草地面積的58.41%，主要分布隴中黃土高原、河西走廊和隴南山地(圖7)。

圖7 2000—2019年甘肅省草地NPP與降水量(a)、氣溫(b)偏相關(guān)關(guān)系

統(tǒng)計(jì)甘肅省草地NPP與降水偏相關(guān)性在不同草地類(lèi)型的分布面積比例后發(fā)現(xiàn)(表2)：20年來(lái)甘肅省溫性草原NPP與降水量的相關(guān)性最高，顯著相關(guān)(P<0.05)的面積占77.94%；溫性荒漠草原次之，顯著相關(guān)的面積達(dá)75.52%；高寒草原與降水的相關(guān)性最小，僅為26.22%。

表2 甘肅省各草地類(lèi)型NPP與降水量相關(guān)性面積比例

甘肅省2000—2019年降水量呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中有些年份草地NPP與降水量的對(duì)應(yīng)性較強(qiáng)，如2010年，2017年，2018年和2019年NPP與降水量均較高(圖8a)。2000—2019年平均氣溫呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，2002年年均氣溫最高為4.33℃，2017年年均氣溫最低為0.66℃。其中2013—2019年對(duì)應(yīng)的NPP與氣溫呈相反關(guān)系，表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性(圖8b)。

圖8 2000—2019年甘肅省草地年均NPP與降水量(a)和氣溫(b)的年際變化

3 討論

植被NPP對(duì)于反映植被生長(zhǎng)狀況，評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義，眾多學(xué)者將其用于植被變化的研究中，被喻為植被生態(tài)研究的“黃金指標(biāo)”[21]。本研究基于MOD17A3 NPP數(shù)據(jù)通過(guò)草地NPP實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)二者線性相關(guān)性達(dá)到顯著水平(P<0.05)。20年間甘肅省草地NPP呈上升趨勢(shì)，均值289.9 gC·m-2·a-1，呈現(xiàn)西北低，東南高的格局。魏靖瓊[22]利用CASA模型估算2015年甘肅省草地NPP也有類(lèi)似結(jié)論。隴中黃土高原和河西走廊草地年均NPP較低，隴南山地和甘南高原草地年均NPP較高，其中甘南高原草地NPP多年均值無(wú)顯著變化。這與劉潔等[23]2000—2016年甘南草地NPP的研究結(jié)果相一致。甘南高原降水充沛，適合草地植物的生長(zhǎng)，草地NPP較穩(wěn)定[24]。同樣，鞏杰等[25]在甘肅省白龍江流域的研究中也發(fā)現(xiàn)，隴南山地植被NPP較高且呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，平均值為450.27 gC·m-2·a-1。結(jié)合趨勢(shì)分析和穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn)，甘肅省草地NPP顯著增加的面積占75.07%，且穩(wěn)定性較高，主要位于隴中黃土高原、河西走廊、祁連山地大部以及隴南山地。魏靖瓊[26]在甘肅省草地NPP模擬估算及影響因素的研究中也有類(lèi)似的發(fā)現(xiàn)。

在全球氣候變化背景下，中國(guó)草地NPP在時(shí)間序列上表現(xiàn)倒U型，在空間呈現(xiàn)從東向西遞減的階梯式變化，與氣象因子和人為因素有著密切關(guān)系[27]。氣候變化對(duì)草地的影響較復(fù)雜，氣溫和降水決定草地的空間分布，過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)破壞植物正常生長(zhǎng)環(huán)境，從而減低草地NPP的值[28]。河西走廊以北地區(qū)日照較好，但降水較少，NPP相對(duì)較低；甘南高原、隴南山地降水充沛，草地NPP相對(duì)較高。因此，甘肅草地NPP應(yīng)該呈現(xiàn)東南高于西北的格局。甘肅省草地的生長(zhǎng)主要受降水因素的制約，草地NPP與降水量呈正相關(guān)的面積遠(yuǎn)高于氣溫，這是由于溫性草原和溫性荒漠占甘肅省草地的面積最大，在不同草地類(lèi)型中，溫性草原和溫性荒漠與降水量的相關(guān)性最高，所以直接影響降水量與草地NPP的相關(guān)性。20年間降水量呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，而草地NPP均值也表現(xiàn)為逐年上升，這更加說(shuō)明降水量與草地NPP之間具有直接相關(guān)性。楊晗等[29]在內(nèi)蒙古草地NPP時(shí)空變化影響因素的研究中也有類(lèi)似結(jié)論，這說(shuō)明干旱少雨是限制該溫性草原NPP較低的直接因素。另外，甘肅省溫性草原位于隴中黃土高原地區(qū)，屬于中緯度地帶的東部季風(fēng)區(qū)，又在高空盛行西風(fēng)帶的南部，造成黃土高原夏秋季多雨，而冬春季干旱少雨[30-31]。而隴中黃土高原年降水量不足300 mm，蒸發(fā)量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于降水量，草地植物的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，水分對(duì)草地NPP的大小起決定性作用。

氣溫對(duì)草地NPP的高低也存在著影響，2000—2019年，甘肅省草地NPP與氣溫呈正相關(guān)的區(qū)域主要位于甘南高原和祁連山地，這與韓炳宏等[32]在青藏高原地區(qū)甘南和祁連山部分的研究結(jié)果相一致。甘南高原屬于高原性大陸氣候，大部分地區(qū)海拔3 000 m以上，陰濕寒冷是其主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)。該地光照充足，但是熱量較低，光能利用率低，氣溫成為制約草地植物生長(zhǎng)的主要因素[33]，所以甘南高原形成了以高寒草原、高寒草甸和山地草甸為主的草地類(lèi)型，氣溫的變化將直接影響甘南高原草地NPP的高低。

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)草地NPP也存在著一定的影響。面對(duì)日趨嚴(yán)峻的生態(tài)問(wèn)題，1990年以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始實(shí)施一系列退耕還林還草生態(tài)恢復(fù)工程，而黃土高原則是重點(diǎn)實(shí)施區(qū)域之一。2003年甘肅、四川等8個(gè)省區(qū)開(kāi)始推行退牧還草計(jì)劃，2005年甘肅省政府進(jìn)一步加強(qiáng)了退牧還草工程管理[34]。修麗娜等[35]的研究表明，2000—2015年黃土高原區(qū)草地植被情況顯著改善，尤其是甘肅省境內(nèi)的區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)促使植被不斷恢復(fù)。本研究也發(fā)現(xiàn)從2000年開(kāi)始甘肅省草地NPP逐年增加，除氣象因素外，人類(lèi)活動(dòng)也影響著草地NPP的增加。另外，2011—2015年，中央財(cái)政每年在內(nèi)蒙、寧夏、甘肅等8個(gè)主要草原省區(qū)撥款134億元實(shí)施草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策[36]；2016年開(kāi)始，甘肅省再次成為實(shí)施第二輪(2016—2020)草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策的省份之一[37]。甘肅省草地NPP分別在2010年、2015年以后呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說(shuō)明該政策在草地生態(tài)保護(hù)中起到了推動(dòng)作用。楊清等[38]的研究也證明牧民對(duì)草原生態(tài)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策的滿意度較高，這與該政策實(shí)施效果有著直接相關(guān)性。同時(shí)，三江源國(guó)家自然公園和祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的建立，保護(hù)了甘南高原和祁連山地草地生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)草地NPP起到了促進(jìn)作用。綜合近年來(lái)甘肅省降水量不斷增加、生態(tài)工程和國(guó)家公園的持續(xù)完善，對(duì)草地NPP的增加均產(chǎn)生了較為明顯的影響。

4 結(jié)論

本研究基于MOD17A3 NPP數(shù)據(jù)在像元尺度上分析了2000—2019年甘肅草地NPP時(shí)空變化及與氣象因子的響應(yīng)關(guān)系，得出如下結(jié)論：2000—2019年，甘肅省草地NPP呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，空間上呈現(xiàn)由東南向西北遞減格局；不同草地類(lèi)型中，高寒草原NPP變化最小，暖性灌草叢變化最大；草地NPP整體呈現(xiàn)高波動(dòng)性，顯著增加的面積占總草地面積的75.70%；草地NPP與年降水量的相關(guān)性明顯高于氣溫的相關(guān)性，其中，溫性草原NPP與降水量的相關(guān)性最高，溫性荒漠草原次之，高寒草原最?。簧鷳B(tài)工程對(duì)草地NPP具有促進(jìn)作用，需長(zhǎng)期實(shí)施。另外，甘肅省草地類(lèi)型較多，對(duì)于不同的草地類(lèi)型在實(shí)施草原生態(tài)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策時(shí)應(yīng)更加精準(zhǔn)，做到因地制宜、因時(shí)制宜和因草地類(lèi)型制宜。