任麗雯，王興濤，劉明春，王大為

（1.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020；2.武威國家氣候觀象臺(tái)，甘肅 武威 733000；3.西北區(qū)域氣候中心，甘肅 蘭州 730020）

植被凈初級生產(chǎn)力（Net Primary Productivity，NPP）是指單位時(shí)間、單位面積植被光合作用產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)減去呼吸作用后剩下的部分，能夠反映植被在自然環(huán)境下的生產(chǎn)能力，表征陸地生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況［1-2］。目前對于區(qū)域植被NPP 的估算主要有實(shí)地測量和模型模擬法，NPP 的估算模型又可分為氣候相關(guān)統(tǒng)計(jì)模型（Miami［3］、Thornthwaite Menorial［4］和Chikugo［5］）、生態(tài)系統(tǒng)過程模擬模型（BIOMEBGC［6-9］）、光能利用率模型（CASA［10-11］）和生態(tài)遙感耦合模型四大類［12-13］。國內(nèi)外眾多學(xué)者基于不同NPP模型針對不同區(qū)域、不同時(shí)間尺度進(jìn)行了研究，例如，朱玉果［14］等、楊晗［15］等和楊丹［16］等基于CASA模型分別對寧夏草地、內(nèi)蒙古草地和黃土高原近年來的NPP 進(jìn)行了估算，周刊社等［17］基于Miami 模型和Thornthwaite Memorial 模型對西藏羌塘NPP 時(shí)空變化開展了研究，張赟鑫等［18］基于CASA模型和Mi?ami模型對中亞地區(qū)NPP時(shí)空動(dòng)態(tài)和驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了研究，馮婉等［19］和茆楊［20］等利用MODIS NPP產(chǎn)品MOD17A3 數(shù)據(jù)分別對長江流域和西南地區(qū)NPP 的時(shí)空變化特征及影響因素進(jìn)行了探究。

雖然前人針對不同區(qū)域時(shí)間尺度NPP 變化開展了研究，但是不同地區(qū)、不同時(shí)期的氣候和人為因素各有其特殊性。石羊河流域地形獨(dú)特，下墊面類型復(fù)雜多樣，流域從南至北地理氣候差異較大，具有特殊的“荒漠-綠洲-森林”典型生態(tài)系統(tǒng)。近年來隨著區(qū)域氣候變化和人類活動(dòng)雙重影響，流域生態(tài)結(jié)構(gòu)、功能發(fā)生明顯變化，出現(xiàn)祁連山區(qū)冰川萎縮、雪線上升，山區(qū)水源涵養(yǎng)力下降、生物多樣性減少、草地退化、荒漠化發(fā)展等一系列生態(tài)問題。植被NPP不僅能夠反映植被群落的生產(chǎn)能力，也是生態(tài)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)變化的重要表征［21］，因此，對石羊河流域植被NPP 進(jìn)行研究可為了解典型生態(tài)脆弱地區(qū)植被活動(dòng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況提供重要參考依據(jù)。此外，近年來流域?qū)嵤┝艘幌盗兄攸c(diǎn)治理生態(tài)工程，而以往針對研究區(qū)的研究較少考慮到生態(tài)工程對植被NPP的影響。

CASA 模型綜合考慮了不同的自然因素對植被NPP 的影響，同時(shí)其驅(qū)動(dòng)變量數(shù)據(jù)多源于大尺度范圍下的遙感影像，被廣泛應(yīng)用于區(qū)域或全球的NPP估算中［22］。本文基于CASA 模型，研究石羊河流域NPP 的時(shí)空變化特征及其驅(qū)動(dòng)因素，客觀了解植被活動(dòng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況，探究氣候變化與生態(tài)工程的實(shí)施等驅(qū)動(dòng)因素影響下植被的響應(yīng)機(jī)制，對評價(jià)石羊河流域植被生長狀況、陸地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境治理和評估提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

石羊河流域地處黃土、青藏、蒙新三大高原的交匯過渡帶，位于甘肅省河西走廊東部，祁連山北麓，地理位置位于101°41′～104°16′E，36°29′～39°27′N（圖1a）。地形分布大致為南部祁連山區(qū)、中部平原區(qū)和北部荒漠區(qū)。流域地處大陸腹地的深部，屬大陸性溫帶干旱氣候，氣候特點(diǎn)是太陽輻射強(qiáng)，日照充足，夏季短而炎熱，冬季長而寒冷，溫差大，降水少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥。流域自南向北大致劃分為3 個(gè)氣候區(qū)，南部祁連山高寒半干旱半濕潤區(qū)、中部走廊平原溫涼干旱區(qū)和北部溫暖干旱區(qū)。流域年均氣溫6.4 ℃，年降水量260.0 mm。據(jù)氣象資料分析表明［23-24］，1981 年以來流域氣候暖濕化趨勢比較明顯，蒸發(fā)量增加。研究區(qū)土地類型主要包括耕地、森林、草地、灌木叢、濕地、水體、積雪和裸地等（圖1b）。

圖1 石羊河流域地形示意圖（a）和土地利用分類（b）Fig.1 The terrain(a)and use classification(b)in Shiyang River Basin

1.2 數(shù)據(jù)來源

遙感數(shù)據(jù)采用美國EOS/MODIS 提供的2000—2020 年1 km 分辨率的MODIS NDVI 月合成數(shù)據(jù)（MOD13A3）。DEM 數(shù)據(jù)分辨率100 m，來自國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://data.tpdc.ac.cn/）。氣象數(shù)據(jù)選取石羊河流域8個(gè)氣象站（民勤、涼州、天祝、烏鞘嶺、古浪、永昌、金昌和肅南）2000—2020 年逐月的氣溫、降水資料，數(shù)據(jù)來源于全國綜合氣象信息共享平臺(tái)（CIMISS），利用ArcGIS反距離加權(quán)插值方法對氣溫、降水空間插值，得到氣象因素空間分布圖。生態(tài)工程各項(xiàng)數(shù)據(jù)來源于《武威統(tǒng)計(jì)年鑒》（2000—2020）。

1.3 研究方法

1.3.1 CASA 模型 采用基于光能利用率的CASA模型模擬估算2000—2020 年逐月石羊河流域NPP，通過各月累加得到年NPP。模型的計(jì)算方法見文獻(xiàn)［2,25-26］。NPP數(shù)據(jù)來自西北區(qū)域氣候中心。

1.3.2 一元線性回歸趨勢分析 采用一元線性回歸趨勢分析方法，基于逐像元對2000—2020年石羊河流域的植被NPP的空間變化進(jìn)行趨勢分析，利用最小二乘法擬合逐像元的斜率，從而計(jì)算變化率，最終反映2000—2020 年流域植被NPP 的時(shí)空變化特征。計(jì)算方法如公式（1）所示：

式中：θslope為變化趨勢；n為監(jiān)測周期（即21 a）；NPPi為第i年的植被NPP。變化趨勢的顯著性檢驗(yàn)采用F檢驗(yàn)。

1.3.3 NPP 持續(xù)性分析 Hurst 指數(shù)可以定量描述時(shí)間序列數(shù)據(jù)的持續(xù)性特征。采用基于R/S方法的Hurst指數(shù)法［27］，分析研究區(qū)NPP的持續(xù)性特征。

對于時(shí)間序列{NPP(t)}，t=1，2，…，n，定義均值序列：Hurst 指數(shù)的范圍為0～1，通常有3 種情況，若0.5

1.3.4 穩(wěn)定性分析 變異系數(shù)可以反映時(shí)間序列數(shù)據(jù)的相對波動(dòng)程度，采用變異系數(shù)Cv分析研究區(qū)NPP變化的穩(wěn)定性。變異系數(shù)越小說明數(shù)據(jù)分布越集中，即時(shí)間序列數(shù)據(jù)波動(dòng)較小，反之說明數(shù)據(jù)波動(dòng)性較大。

1.3.5 偏相關(guān)分析 采用偏相關(guān)分析法分析NPP與氣溫、降水的相關(guān)性。偏相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)采用t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 石羊河流域植被NPP時(shí)間變化特征

2000—2020 年石羊河流域植被NPP 線性增長率為2.2975 g C·m-2·a-1（圖2），上升趨勢不顯著。多年平均值為291.01 g C·m-2·a-1，最小值出現(xiàn)在2000年（192.61 g C·m-2·a-1），最大值出現(xiàn)在2016年，達(dá)到421.47 g C·m-2·a-1。

圖2 2000—2020年石羊河流域植被凈初級生產(chǎn)力年際變化Fig.2 The interannual variation of vegetation NPP in Shiyang River Basin from 2000 to 2020

2.2 石羊河流域植被NPP空間分布及變化

受氣候、人類活動(dòng)和地形等因素影響，石羊河流域植被NPP空間分布差異較大，總體呈南高北低的分布格局（圖3）。植被NPP 在150 g C·m-2·a-1以下的區(qū)域占比較大，達(dá)到42.9%，主要分布在流域中、下游荒漠區(qū)以及上游祁連山積雪區(qū)，包括古浪縣北部、涼州區(qū)東部和民勤縣，該區(qū)域主要以荒漠、半荒漠為主，無植被覆蓋或植被覆蓋稀疏，所以NPP較低；植被NPP 在150～300 g C·m-2·a-1的區(qū)域占比為18.7%，屬于山間盆地和低山丘陵區(qū)，主要以裸地和草地為主，主要分布在永昌縣西部和古浪縣；植被NPP在300～450 g C·m-2·a-1的區(qū)域占流域總面積的13.5%，包括金昌市東南部和民勤縣中部的綠洲農(nóng)田灌溉區(qū)以及流域上游山前旱地；植被NPP 在450～600 g C·m-2·a-1的區(qū)域占流域總面積11.0%，主要分布在涼州區(qū)綠洲農(nóng)田灌溉區(qū)；植被NPP 大于600 g C·m-2·a-1的區(qū)域占流域總面積13.9%，主要分布在上游祁連山區(qū)，包括在天?？h北部、涼州區(qū)西南部和肅南縣，以林地和草地為主。

圖3 石羊河流域植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）空間分布Fig.3 The space distribution of vegetation NPP in Shiyang River Basin

從2000—2020 年石羊河流域植被NPP 的空間變化趨勢（圖4a）和顯著性檢驗(yàn)結(jié)果（圖4b）來看，植被NPP呈增加趨勢的區(qū)域占總面積的86.4%，其中，極顯著增加和顯著增加的區(qū)域分別占6.7%和10.1%，主要分布在民勤縣青土湖、古浪縣境內(nèi)、金川區(qū)和涼州區(qū)綠洲與沙漠交界處。說明近年來流域綜合治理采取的一系列壓沙造林、封沙育林和營造防風(fēng)固沙林等防沙治沙工程建設(shè)取得了明顯成效。植被NPP 呈減少趨勢的區(qū)域占總面積的13.6%，極顯著減少和顯著減少的區(qū)域占比較少，分別為0.9%和1.3%，主要分布在涼州區(qū)城鎮(zhèn)分布區(qū)域。主要是因?yàn)殡S著城市擴(kuò)張，耕地面積減少，對植被NPP積累有一定影響。

圖4 石羊河流域植被凈初級生產(chǎn)力2000—2020年空間變化（a）及顯著性檢驗(yàn)（b）Fig.4 Spatial changes(a)of vegetation NPP and significance test(b)in Shiyang River Basin from 2000 to 2020

2.3 石羊河流域植被NPP穩(wěn)定性分析

根據(jù)石羊河流域植被NPP 的變異系數(shù)大小及分布范圍，將其劃分為低波動(dòng)、較低波總、中等波動(dòng)、較高波動(dòng)和高波動(dòng)5 個(gè)等級，其中低波動(dòng)（Cv<0.20）和較低波動(dòng)（0.20≤Cv<0.25）區(qū)域面積占比分別為6.6%和43.0%（圖5），主要分布在流域中下游涼州區(qū)東部和民勤縣荒漠區(qū)，說明荒漠區(qū)植被NPP的年際波動(dòng)變率較小；中等波動(dòng)（0.25≤Cv<0.30）的區(qū)域所占比例為31.0%；較高波動(dòng)（0.30≤Cv<0.35）和高波動(dòng)（Cv≥0.35）的區(qū)域所占比例分別為11.8%和7.6%，主要分布在古浪縣、民勤縣青土湖、涼州區(qū)與民勤縣綠洲與沙漠交界區(qū)和上游祁連山區(qū)，該區(qū)域植被生長具有較強(qiáng)波動(dòng)性，主要是因?yàn)樯鲜鰠^(qū)域近年來植被恢復(fù)較為顯著。

圖5 石羊河流域植被凈初級生產(chǎn)力變異系數(shù)Fig.5 The coefficient of variation of vegetation NPP in Shiyang River Basin

2.4 石羊河流域植被NPP未來趨勢變化

石羊河流域Hurst 指數(shù)范圍為0.195～0.815，平均值為0.46。Hurst指數(shù)小于0.5的區(qū)域占總面積的64.5%（圖6a），說明石羊河流域植被NPP 有大部分地區(qū)的變化趨勢與過去相反，主要分布在流域南部、東部和西南部，包括古浪縣、天?？h、肅南縣和民勤縣東部。Hurst指數(shù)大于0.5的區(qū)域占總面積的35.5%，即植被NPP的未來變化趨勢與過去一致，主要分布在流域中下游，包括涼州區(qū)、金昌市和民勤縣西部。

圖6 石羊河流域植被凈初級生產(chǎn)力Hurst指數(shù)（a）及未來變化趨勢（b）Fig.6 Hurst index and future change trend of vegetation NPP in Shiyang River Basin

為進(jìn)一步分析石羊河流域植被NPP 的變化趨勢和可持續(xù)性，將Hurst 指數(shù)的空間分布圖與植被NPP 的變化趨勢圖相疊加，得到未來變化趨勢分布圖（圖6b）。其中，極顯著、顯著和不顯著增加并持續(xù)的區(qū)域分別占總面積的1.9%、2.8%和24.7%，主要分布在流域中游古浪縣西部和下游民勤縣中西部；極顯著、顯著和不顯著減少并持續(xù)的區(qū)域分別占總面積的0.5%、0.6%和4.9%，零星分布在流域下游民勤縣和永昌縣；極顯著、顯著和不顯著增加并反持續(xù)的區(qū)域所占比例較多，分別為4.8%、7.3%和45.0%，主要分布在流域上游天?？h、肅南縣和下游民勤縣東部；極顯著、顯著和不顯著減少并反持續(xù)的地區(qū)分別占總面積的0.4%、0.7%和6.4%，零星分布在涼州區(qū)和民勤縣。

2.5 氣候因子對石羊河流域植被NPP變化影響

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對氣候變化的響應(yīng)尤為顯著，氣候變化對植被生產(chǎn)力產(chǎn)生重要影響［28-30］。圖7表明石羊河流域2000—2020年氣溫、降水均呈增加趨勢，與NPP變化趨勢一致，在此基礎(chǔ)上研究植被NPP與氣溫、降水的相關(guān)性。植被NPP 與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)介于-0.552～0.875，平均值為0.510。呈正相關(guān)的區(qū)域占總面積的97.6%（圖8a），分布范圍較廣，其中有73.0%的區(qū)域呈顯著正相關(guān)（P<0.05），呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域僅占總面積的2.4%。流域植被NPP 與降水的偏相關(guān)系數(shù)介于-0.587～0.766，平均值為0.314。呈正相關(guān)的區(qū)域占總面積的89.6%（圖8b），其中，有34.1%的區(qū)域呈顯著正相關(guān)（P<0.05），主要分布在流域上游古浪縣和中、下游的荒漠區(qū)。呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域占總面積的10.4%，分布在流域上游西南部，包括肅南縣和涼州區(qū)、天?？h沿山區(qū)。

圖7 石羊河流域2000—2020年氣溫、降水變化Fig.7 Annual variations of temperature and precipitation in Shiyang River Basin from 2000 to 2020

圖8 石羊河流域植被凈初級生產(chǎn)力與氣溫（a）、降水（b）偏相關(guān)分析Fig.8 Partial correlation analysis between vegetation NPP and temperature(a),precipitation(b)in Shiyang River Basin

2.6 地形因子對石羊河流域植被NPP變化影響

海拔高度主要影響氣溫、濕度和光照的分布，石羊河流域地勢南高北低，涵蓋山地、平原、丘陵和荒漠四大地貌單元，不同海拔高程范圍對植被NPP影響也不同。在不同的海拔高程范圍內(nèi)，NPP 分布差異明顯。總體來看，隨著海拔的增加，NPP呈先增大后減少趨勢（圖9a）。海拔在1638 m以下時(shí)，主要以北部低山丘陵區(qū)及荒漠區(qū)為主，植被NPP 較低，平均值僅為179.67 g C·m-2·a-1。隨著海拔的增高，NPP逐漸增大，海拔在3158～3538 m范圍時(shí)，土地類型主要以森林和草地為主，NPP 均值達(dá)到最大，為665.62 g C·m-2·a-1。之后隨著海拔的增加，土地類型逐漸轉(zhuǎn)換為草地、裸地、積雪等，NPP迅速下降。

圖9 石羊河流域植被凈初級生產(chǎn)力在不同海拔（a）、坡度（b）下的分布Fig.9 Distribution of vegetation NPP under different elevations(a)and slopes(b)in Shiyang River Basin

坡度對植被的水分和養(yǎng)分的吸收產(chǎn)生影響，并且溫度在坡頂和坡底的分布也不同，所以不同的坡度對植被NPP 分布也產(chǎn)生影響。結(jié)果表明隨著坡度的增加，流域植被NPP呈增大趨勢（R2=0.5974，P<0.05）（圖9b）。坡度在30°～35°范圍時(shí)，NPP 達(dá)到最大，均值為507.88 g C·m-2·a-1。坡度大于35°后NPP略有下降。

2.7 人類活動(dòng)對石羊河流域植被NPP變化影響

近年來，石羊河流域生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，通過堅(jiān)持實(shí)施“生態(tài)屏障行動(dòng)”，以建設(shè)節(jié)水型社會(huì)為中心，著力破解“結(jié)構(gòu)性缺水”命題，按照“南護(hù)水源、中保綠洲、北治風(fēng)沙”的總體布局，統(tǒng)籌節(jié)水、造林、治沙、防污4個(gè)重點(diǎn)問題，以科學(xué)防沙治沙、綠地倍增行動(dòng)等為重點(diǎn)，著力推進(jìn)石羊河流域綜合治理規(guī)劃實(shí)施，提前八年實(shí)現(xiàn)石羊河流域重點(diǎn)治理“兩大約束性目標(biāo)”。通過科學(xué)推進(jìn)防沙治沙、綠地倍增和國家節(jié)水行動(dòng)，加快實(shí)施山水林田湖草、退牧還草等重點(diǎn)生態(tài)工程，石羊河流域林地面積顯著增加。經(jīng)統(tǒng)計(jì)2000—2020年石羊河流域造林面積（圖10a）、退耕還林還草面積（圖10b）和封山（沙）育林面積（圖10c），均與各年植被NPP 呈正相關(guān)關(guān)系。其中，造林面積與植被變化呈顯著正相關(guān)（R2=0.45，P<0.05），說明流域采取的一系列治理政策措施對生態(tài)環(huán)境改善具有明顯的促進(jìn)作用。

圖10 石羊河流域2000—2020年造林面積（a）、退耕還林還草面積（b）和封山（沙）育林面積（c）Fig.10 The area of afforestation(a),returning farmland to forest and grassland(b),and closing hillsides and sand for afforestation(c)in Shiyang River Basin from 2000 to 2020

3 討論

2000 年以來石羊河流域的植被NPP 總體呈不顯著增加趨勢，這與李傳華等［31-32］、同琳靜等［33］對石羊河流域、河西走廊和中國西北地區(qū)植被NPP的變化趨勢研究結(jié)論相似。流域植被NPP 增加的原因可歸結(jié)為：（1）通過石羊河流域重點(diǎn)治理，生態(tài)工程成效顯著，多種生態(tài)修復(fù)政策的實(shí)施對流域植被NPP的增加產(chǎn)生明顯促進(jìn)作用。已有研究表明［34-35］我國的退耕還林計(jì)劃顯著增加了植被面積，Zhou等［36］研究發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)促進(jìn)了西北地區(qū)NPP 的增加。本文研究表明，2000年以來植被NPP呈增加趨勢的區(qū)域占總面積的86.4%，其中顯著增加的區(qū)域主要分布在民勤縣青土湖和古浪縣。近年來民勤縣通過工程壓沙造林、灘地造林、封沙育林、退耕還林等綜合治理措施，青土湖區(qū)域的沙化得到有效治理。自2010年青土湖開始實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水，青土湖水域面積不斷增加，目前區(qū)域已形成超過100 km2的旱區(qū)濕地。古浪縣在開展生態(tài)移民工程的同時(shí)，通過人工造林、補(bǔ)植造林、有害生物防治等措施，南部山區(qū)形成了大量林草地，植被生態(tài)得到了保護(hù)和修復(fù)。上述結(jié)論與王玉純等［37］和徐曉宇等［38］研究發(fā)現(xiàn)石羊河流域退耕還林和荒山造林對NPP提升較為明顯，生態(tài)治理后植被恢復(fù)顯著的結(jié)論相一致。（2）2000 年以來石羊河流域氣溫、降水呈增加趨勢。Michaletz 等［39］指出在局地尺度上，溫度和水的可用性是植物生理和生態(tài)系統(tǒng)代謝的基本驅(qū)動(dòng)因素，Chen［40］等學(xué)者研究表明，干旱地區(qū)的植被水文過程對氣候變化的響應(yīng)相較于其他區(qū)域更為敏感。本文對NPP 與氣溫和降水的偏相關(guān)分析表明，呈正相關(guān)的區(qū)域分別達(dá)到97%和89%以上，研究區(qū)2000 年以來氣溫、降水均呈增加趨勢，也有很多研究表明石羊河流域氣候呈暖濕化發(fā)展［41-42］，水熱條件充足能夠促進(jìn)植被生長和干物質(zhì)積累，這與張雪蕾和楊雪梅等的研究結(jié)論一致［23,43］。本文的研究表明石羊河流域植被NPP與降水的相關(guān)性低于氣溫，甚至流域西南部祁連山區(qū)呈負(fù)相關(guān)，與Guo［44］等認(rèn)為降水是影響我國北方干旱地區(qū)植被NPP 變化的主要因素的研究結(jié)論不一致，原因主要是因?yàn)檠芯繀^(qū)域時(shí)空尺度、下墊面類型等因素不同。石羊河流域中下游農(nóng)業(yè)屬于灌溉農(nóng)田，雖然降水量增加有利于農(nóng)田植被生長，但降水不足時(shí)充足的灌溉依然可以保證作物生長，甚至?xí)霈F(xiàn)天旱地不旱現(xiàn)象，所以研究區(qū)綠洲農(nóng)田區(qū)域植被NPP 與降水呈不顯著正相關(guān)。此外流域西南部祁連山區(qū)降水充沛，年降水量在400 mm 以上，年均氣溫在4.5 ℃左右，日照時(shí)間少，因此，光熱條件是限制植被生長的主導(dǎo)因素。降水偏多時(shí)意味著陰天較多，光熱條件不足，植被的光合作用過程減少，植被生長受到抑制。

石羊河流域的植被NPP 空間上表現(xiàn)為南高北低的分布格局，隨著海拔高度的增加呈先增大后減少的趨勢，與曹紅娟［45］對河西走廊植被NPP隨海拔高程變化趨勢的研究結(jié)論一致。南部山區(qū)海拔較高，降水充沛，土地覆蓋類型主要以森林和草地為主，再加上高海拔地區(qū)人類活動(dòng)的干預(yù)減少，中北部地區(qū)隨著海拔的降低，土地類型主要以耕地和建設(shè)用地為主，人類活動(dòng)對植被NPP 的干擾逐漸增大，北部土地覆蓋類型主要以荒漠為主，因此，地形、植被類型、降水和人類活動(dòng)等因素的共同影響形成了流域植被NPP南高北低的分布格局。

對石羊河流域植被NPP 未來變化趨勢表明，流域植被增加且反持續(xù)所占面積比例較大，與張立峰［46］對西北地區(qū)未來植被持續(xù)退化區(qū)面積略大于持續(xù)改善區(qū)面積的結(jié)論相似。說明研究區(qū)整體生態(tài)環(huán)境仍然較為脆弱，雖然近年來通過一些生態(tài)工程的推進(jìn)與實(shí)施，生態(tài)環(huán)境呈改善趨勢，植被NPP顯著增加面積較大，但持續(xù)性仍然較弱。主要由于石羊河流域自然環(huán)境惡劣，下游區(qū)域三面環(huán)沙，沙漠化面積較大；再加上水資源緊缺，流域降水量滿足不了日益擴(kuò)大的需求，用水矛盾始終存在；此外，沙塵、干旱等災(zāi)害性天氣頻發(fā)，上述原因使得流域很難形成較好的生態(tài)系統(tǒng)，雖然近年來通過采取一系列治理措施局面有所好轉(zhuǎn)，但是生態(tài)環(huán)境保護(hù)結(jié)構(gòu)性、根源性、趨勢性壓力總體上尚未根本緩解，從重點(diǎn)治理到綜合治理依然任重道遠(yuǎn)。

植被NPP 變化的影響因素眾多，部分研究表明土地利用變化也會(huì)顯著影響NPP 變化［47-48］，今后還應(yīng)從更加細(xì)致微觀的角度去分析植被生長對各個(gè)因素的響應(yīng)，在生態(tài)工程的推進(jìn)與實(shí)施中采取更有針對性的措施，通過堅(jiān)持系統(tǒng)治理、綜合治理和源頭治理，增強(qiáng)流域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為石羊河流域生態(tài)恢復(fù)與保護(hù)提供更加科學(xué)的參考依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）石羊河流域2000—2020 年植被NPP 多年平均值為291.01 g C·m-2·a-1，受氣候、人類活動(dòng)和地形等因素影響，空間分布呈南高北低的分布格局，南部山區(qū)在600 g C·m-2·a-1以上，北部荒漠區(qū)在150 g C·m-2·a-1以下。

（2）近年來流域采取的一系列綜合治理措施對植被NPP變化產(chǎn)生較大提升作用，2000年以來研究區(qū)植被NPP 呈增加趨勢的區(qū)域占總面積的86.4%，流域造林面積、退耕還林還草面積和封山（沙）育林面積，均與各年植被NPP呈正相關(guān)關(guān)系，NPP的變異系數(shù)分析表明中等波動(dòng)以上的區(qū)域占總面積的50.4%。

（3）流域的Hurst 指數(shù)平均值為0.46，其中小于0.5的區(qū)域占總面積的64.5%，有超過一半的區(qū)域變化趨勢與過去相反，呈增加并反持續(xù)的地區(qū)所占比例達(dá)到57.1%，研究區(qū)整體生態(tài)環(huán)境仍然較為脆弱。

（4）石羊河流域植被NPP 與氣溫、降水均呈正相關(guān)，平均相關(guān)系數(shù)分別為0.510和0.314，。NPP隨海拔和坡度的增加呈先增大后減小趨勢。