韓王亞,張 超,曾 源,劉國華,*

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100049 3 西藏自治區(qū)生態(tài)環(huán)境廳,拉薩 850000 4 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所數(shù)字地球重點實驗室,北京 100101

植被凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Production,NPP)是指植被在單位時間、單位面積上所累積的有機(jī)物總量,由植物經(jīng)光合作用所生產(chǎn)的有機(jī)質(zhì)總量減去植物呼吸作用的消耗量所得到。NPP作為植物與環(huán)境相互作用的結(jié)果,不僅直接反映了綠色植物群落自身的生產(chǎn)能力,同時體現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)。NPP是生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及能量流動的關(guān)鍵參數(shù),是生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的重要生態(tài)指標(biāo)[1-2],對于研究全球氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響具有重要意義。19世紀(jì)80年代最早開始出現(xiàn)NPP的相關(guān)研究,起初為站點測量數(shù)據(jù),后來出現(xiàn)統(tǒng)計模型,建立起植被與氣候的經(jīng)驗關(guān)系[3]；隨著機(jī)理研究的深入,NPP的估算結(jié)合了植物生理生態(tài)特征建立了基于過程的機(jī)理模型[4-5]；近年來遙感技術(shù)的發(fā)展以及國內(nèi)外對陸地碳循環(huán)研究的不斷深入,光能利用率模型成為NPP估算的主要模型,其中改進(jìn)的光能利用率(carnegie-ames-stanford approach, CASA)模型以其相對簡單且易推廣的特點,成為國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的NPP估算模型[6-11]。

NPP估算模型將站點數(shù)據(jù)推廣至區(qū)域乃至全球尺度,國內(nèi)外針對NPP的時空動態(tài)變化及驅(qū)動因子等方面開展了很多研究[6-18]。樸世龍等研究了1982—1999年中國植被NPP的時空變化,并認(rèn)為降水是主要限制因子[19]。梁妙玲等分析了1961—2000年中國近40年的植被動態(tài)變化,認(rèn)為中國植被NPP的主要影響氣候因子是降水,溫度的影響在不同地區(qū)差別很大[20]。劉剛等研究了2001—2014年我國植被NPP的時空變化,并分析了植被NPP與溫度、降雨量的相關(guān)性[8]。毛德華等分析了1982—2010年東北地區(qū)植被NPP的空間分布,并討論了植被NPP受氣候及土地利用變化的影響[15]。李曉榮分析了2000—2014年太行山區(qū)植被NPP的時空變化特征,認(rèn)為整體上來看氣候因子對植被NPP的升高表現(xiàn)為促進(jìn)作用,人為因素表現(xiàn)為抑制作用[21]。尹鍇等分析了2010年12個月份的北京植被NPP,并認(rèn)為植被NPP主要受氣溫、降水、太陽輻射的影響,不同地區(qū)的主要限制因子不同[11]。研究區(qū)域集中在全國尺度[8,19-20,22-25],區(qū)域尺度,包括北方地區(qū)[26]、東北地區(qū)[15,27]、華北地區(qū)[28]、東南地區(qū)[29]、西南地區(qū)[30]、內(nèi)蒙古草原[31]、太行山區(qū)[21]、橫斷山區(qū)[32]、三江源地區(qū)[18]等及省域尺度[11,33],而針對小流域尺度的研究相對較少。植被NPP的時空變化及驅(qū)動因素的分析方法相對單一,主要包括定性描述、單相關(guān)性分析及一元線性回歸。本文基于CASA模型對拉薩河流域2000—2015年植被NPP的時空變化規(guī)律進(jìn)行定量分析,并探討其驅(qū)動因子,劃分出不同驅(qū)動因素區(qū)域。拉薩河流域位于西藏中南部,喜馬拉雅山北側(cè),地形地貌豐富,地勢總體上呈北高南低的趨勢,是雅魯藏布江水系中流域面積最大的一個支流。該流域具有獨特的地理位置及特殊的水熱環(huán)境,在生態(tài)蓄水、氣候調(diào)節(jié)等方面具有重要生態(tài)作用[34-35]。分析該流域的NPP動態(tài)變化特征及驅(qū)動因素,為拉薩河流域生態(tài)系統(tǒng)健康評估提供基礎(chǔ),對該地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

拉薩河流域位于90°05′—93°20′E和29°20′—31°15′N之間(圖1),流域面積為3.26×104km2,是雅魯藏布江流域最大的一條支流。流域上中游地形復(fù)雜,多為山地,下游為寬谷平原,總體地勢北高南低,海拔落差大,在3598—7074 m之間；屬于高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候,年平均氣溫為-7.1—9.2℃,年平均降雨量為340—700 mm；土壤類型以草氈土、草甸土及黑氈土為主,還包括寒凍土、棕冷鈣土、沼澤土等多種土壤類型；植被類型主要有山地稀疏森林、山地灌叢草原、寒冷半濕潤高山草甸、灌叢及流石灘稀疏植被(中國科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊,1988)。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Study area and spatial distribution

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

遙感數(shù)據(jù)來源于16 d合成的MODIS-NDVI產(chǎn)品(https://search.earthdata.nasa.gov),空間分辨率為250 m,為了減少異常值等噪聲影響,對其進(jìn)行了Savitzky-Golay濾波處理,并采用最大值合成法(MVC)得到2000—2015年的月NDVI最大值。氣象數(shù)據(jù)(月均氣溫、月均降雨量)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(data.cma.cn)提供的西南地區(qū)[24]及其周邊242個氣象站點的觀測數(shù)據(jù),基于薄盤光滑樣條插值法ANUSPLIN[25]對氣象站點觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值,將氣象數(shù)據(jù)柵格化。土地覆被數(shù)據(jù)來源于 “全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評估”項目提供的全國30 m土地覆被產(chǎn)品。地形數(shù)據(jù)采用SRTM 90 m DEM產(chǎn)品,來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)。將獲得的NDVI數(shù)據(jù)利用CASA模型進(jìn)行估算,得到NPP數(shù)據(jù)。利用拉薩河流域邊界圖對所有遙感數(shù)據(jù)及其他輔助柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行批量裁剪。

2.2 研究方法

2.2.1 NPP估算

采用CASA模型[36-37]計算NPP,計算公式為

NPP(x,t)=APAR(x,t)ε(x,t)

(1)

APAR(x,t)=0.5SOL(x,t)FPAR(x,t)

(2)

FPAR(x,t)=αFPARNDVI(x,t)+(1-α)FPARSR(x,t)

(3)

(4)

(5)

ε(x,t)=εmaxTε1(x,t)Tε2(x,t)Wε(x,t)

(6)

式中,APAR(x,t)為像元x在t月吸收的光和有效輻射(MJ/m2)；ε(x,t)為像元x在t月的光能利用率(gC MJ-1)；SOL(x,t)為像元x在t月的太陽總輻射量(g/m2)；FPAR(x,t)為植被對光合有效輻射的吸收比例；FPARNDVI(x,t)為由NDVI估算的FPAR；FPARSR(x,t)為由比值植被指數(shù)SR估算的FPAR；NDVIi,max和NDVIi,min分別為第i種植被類型的NDVI最大值和最小值；FPARmax和FPARmin與植被類型無關(guān),分別為0.95和0.001；SRi,max和SRi,min分別為第i種植被類型NDVI的95%和5%下側(cè)百分位數(shù)；Tε1(x,t)和Tε2(x,t)分別為低溫和高溫對光能利用率的脅迫作用；Wε(x,t)為水分脅迫影響系數(shù)；εmax為理想條件下的最大光能利用率(gC MJ-1),本研究εmax取值參照朱文泉[37]所模擬值。

2.2.2 年際變化率計算

采用基于像元的一元線性回歸分析方法分析2000—2015年拉薩河流域NPP的時間序列變化趨勢,計算公式為：

(7)

式中,Slope為變化趨勢斜率；n為年份數(shù)；i為年序號；Xi為第i年的NPP。Slope>0,表示NPP隨時間變化呈增加趨勢；Slope<0,表示NPP隨時間變化呈減少趨勢。Slope絕對值的大小反映了NPP隨時間變化的速率大小。

2.2.3 變異系數(shù)計算

采用變異系數(shù)(Coefficient of Variation,簡稱CV)來描述2000—2015年間NPP的相對波動程度,計算公式為：

(8)

(9)

2.2.4 因子相關(guān)性分析

采用空間相關(guān)分析法建立NPP與氣候因子的線性關(guān)系模型,計算相關(guān)系數(shù)：

待排公式

(10)

(11)

計算NPP與氣溫、降水的偏相關(guān)系數(shù),公式為：

(12)

(13)

式中,rxy,rxz,ryz分別為NPP與氣溫,NPP與降水,氣溫與降水的單相關(guān)系數(shù)；rxy·z是將降水固定后NPP與氣溫之間的偏相關(guān)系數(shù)；rxz·y是將氣溫固定后NPP與降水之間的偏相關(guān)系數(shù)。

由于實際中各因子之間的作用相互影響,采用復(fù)相關(guān)分析反映各因子的綜合影響,計算公式為：

(14)

式中,rx·yz為NPP和氣溫、降水的復(fù)相關(guān)系數(shù)；rxy為NPP與氣溫的線性相關(guān)系數(shù)；rxz·y為固定氣溫后NPP與降水的偏相關(guān)系數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 空間分布特征

利用2000—2015年的NPP數(shù)據(jù)計算研究區(qū)16a的平均NPP(圖2)。拉薩河流域的NPP分布有明顯的空間異質(zhì)性,與該地區(qū)植被類型的分布相對應(yīng)。NPP較高的區(qū)域主要分布在當(dāng)雄的東北部、墨竹工卡的中部及西部、達(dá)孜的北部及林周的部分地區(qū),植被類型多為草本濕地及灌叢。年均值NPP的分布范圍是0—656.042 gC m-2a-1,總體均值為165.614 gC m-2a-1,大部分區(qū)域的年平均NPP在0—360 gC m-2a-1之間,占總面積的96.38%。

圖2 2000—2015年拉薩河流域年均NPP空間分布Fig.2 The spatial distribution of mean NPP in Lhasa River Basin from 2000 to 2015

將NPP劃分為7個等級,0—60 gC m-2a-1主要分布在當(dāng)雄西部、嘉黎南部、那曲及堆龍德慶西部,約占研究區(qū)總面積的22.22%；60—120 gC m-2a-1主要分布在墨竹工卡北部、嘉黎東部、當(dāng)雄中部,約占研究區(qū)總面積的15.51%；120—180 gC m-2a-1主要分布在嘉黎中部、當(dāng)雄中部、墨竹工卡南部,約占研究區(qū)總面積的16.20%；180—240 gC m-2a-1主要分布在嘉黎東北部、林周中部、堆龍德慶北部,約占研究區(qū)總面積的18.17%；240—300 gC m-2a-1主要分布在嘉黎南部、林周北部,約占研究區(qū)總面積的15.36%；300—360 gC m-2a-1主要分布在墨竹工卡西部、達(dá)孜北部、當(dāng)雄東部、林周西部,約占研究區(qū)總面積的8.91%；>360 gC m-2a-1主要分布在墨竹工卡中西部、達(dá)孜東南部、當(dāng)雄東部,約占研究區(qū)總面積的3.62%。對于各區(qū)縣而言,達(dá)孜縣的16a的平均NPP最大,為244.35 gC m-2a-1；其次是城關(guān)區(qū),為209.03 gC m-2a-1；那曲縣的最小,為115.39 gC m-2a-1。

3.2 時空變化特征

圖3 2000—2015年拉薩河流域NPP年際變化圖 Fig.3 The trend of annual NPP in Lhasa River Basin from 2000 to 2015

拉薩河流域2000—2015年植被年均NPP在整體上呈波動下降趨勢(圖3)。16年間年均NPP的波動范圍集中在132—187 gC m-2a-1之間,多年平均值為165.54 gC m-2a-1。其中2006年達(dá)到16年間的最大值,為186.59 gC m-2a-1,比多年平均值高13%；2015年降到最小值,為132.04 gC m-2a-1,比多年平均值低20%。16年間拉薩河流域的NPP變化大致分為3個階段,在2000—2005年下降,在2005—2012年間波動變化,在2012—2015年下降,且2015年NPP低于2000年。2005—2012年間的波動主要是受年均溫的影響,2006年、2009年、2012年的年均溫均在零度以上,從而導(dǎo)致NPP的增加。

對拉薩河流域2000—2015年NPP進(jìn)行逐象元分析,計算各像元的變化趨勢斜率和變異系數(shù)(圖4)。研究區(qū)平均NPP變化趨勢斜率為-1.804,表明2000—2015年拉薩河流域NPP整體呈下降趨勢,平均年變化速率為1.804 gC m-2a-1。NPP的變化趨勢斜率在-33.197—24.351之間,大部分在-10.000—5.000,約占研究區(qū)總面積的96.77%。由圖4可以看出,墨竹工卡西部NPP明顯下降,下降趨勢大于-10；當(dāng)雄東部大部分地區(qū)、達(dá)孜北部及林周部分地區(qū)NPP呈下降趨勢,下降趨勢在-10—-5之間；而在當(dāng)雄西部、堆龍德慶北部、林周西部NPP呈上升趨勢,上升趨勢在0—5之間。研究區(qū)NPP的變異系數(shù)在0.05—3.86之間(圖4),大多分布在0.10—0.50,約占研究區(qū)總面積的89.52%。NPP波動較大的區(qū)域主要分布在當(dāng)雄、那曲、堆龍德慶的西部及嘉黎的南部,大部分地區(qū)變異系數(shù)達(dá)到了0.50；而林周的大部分地區(qū)、嘉黎中北部、當(dāng)雄南部的波動較小,在0.10—0.20之間。

圖4 2000—2015年NPP年際變化趨勢斜率及變異系數(shù)分布圖Fig.4 Spatial distribution of slope and CV of inter-annual NPP for 2000—2015

3.3 不同植被類型的NPP變化

圖5 不同植被類型的年均NPPFig.5 Annual NPP of different vegetation types

由圖5可以看出不同植被類型16a的年均NPP存在差異,在本文所劃分的7種植被類型中,草本濕地的NPP最高,為309.31 gC m-2a-1；其次是灌叢,為273.01 gC m-2a-1；稀疏草地的NPP最低,為82.15 gC m-2a-1。由表1可以看出,7種植被類型NPP的趨勢斜率均小于0,表明7種植被類型的NPP均呈下降趨勢,旱地、林地、草本濕地、灌叢的下降趨勢速率均大于3,分別為-4.909、-3.988、-3.450、-3.280；在7種植被類型中,除林地和稀疏草地NPP的變異系數(shù)大于0.3以外,其他植被類型NPP的變異系數(shù)均較小,表明波動變化不明顯。

3.4 植被NPP與氣候因子的相關(guān)性

本文從氣溫、降水分析氣候變化對拉薩河流域植被NPP變化的影響,氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)均采用流域年平均值,從氣溫、降水的年際變化趨勢圖(圖6)可以看出,2000—2015年拉薩河流域氣溫呈波動上升趨勢,降水呈波動下降趨勢,研究區(qū)氣候暖干化趨勢明顯。

表1 不同植被類型下NPP年際變化的趨勢斜率及變異系數(shù)

圖6 2000—2015年拉薩河流域氣溫及降水年際變化圖Fig.6 The trend of temperature and precipitation in Lhasa River Basin from 2000 to 2015

3.4.1 NPP與氣溫的相關(guān)性分析

逐像元計算2000—2015年間NPP與氣溫的相關(guān)系數(shù),由圖7可以看出,相關(guān)系數(shù)介于-0.895—0.892之間,NPP與氣溫整體呈正相關(guān)。占研究區(qū)面積55.94%的地區(qū)NPP與氣溫呈正相關(guān),主要分布在嘉黎、墨竹工卡、堆龍德慶、那曲、達(dá)孜的南部及林周的中部,其中有16.09%和10.67%的面積分別通過了P<0.10和P<0.05檢驗,主要分布在高寒草甸、高寒草原、稀疏草地等區(qū)域,表明該類植被對氣溫的響應(yīng)較強(qiáng)。占研究區(qū)面積44.06%的地區(qū)NPP與氣溫呈負(fù)相關(guān),主要分布在當(dāng)雄、林周南部、墨竹工卡西部、達(dá)孜北部、堆龍德慶東部,其中10.67%和7.40%的面積分別通過了P<0.10和P<0.05檢驗。

由NPP與氣溫的偏相關(guān)分析圖(圖7)可知,基于降水的NPP與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)介于-0.819—0.852之間,與單相關(guān)系數(shù)相比有所降低。除去降水的影響后,變化比較明顯的地區(qū)主要有林周南部、當(dāng)雄西南部、堆龍德慶中東部、墨竹工卡西部,該區(qū)域負(fù)相關(guān)程度明顯降低,說明該區(qū)域植被NPP主要受降水影響,與該區(qū)域植被類型多為旱地有關(guān)。除此之外,單相關(guān)分析中呈顯著正相關(guān)的高寒草甸、高寒草原、稀疏草地等區(qū)域在偏相關(guān)分析中相關(guān)程度有所降低,表明該類植被類型受降水影響。當(dāng)雄東部、那曲西部、嘉黎中西部區(qū)域的相關(guān)系數(shù)基本不受影響,甚至有小幅度的上升,說明該區(qū)域受氣溫影響,由于該區(qū)域植被主要以濕地為主。

圖7 NPP與氣溫的相關(guān)系數(shù)及偏相關(guān)系數(shù)Fig.7 Correlation coefficient and partial correlation coefficient between NPP and temperature

3.4.2 NPP與降水的相關(guān)性分析

圖8 NPP與降水的相關(guān)系數(shù)及偏相關(guān)系數(shù)Fig.8 Correlation coefficient and partial correlation coefficient between NPP and precipitation

逐像元計算2000—2015年間NPP與降水的相關(guān)關(guān)系,單相關(guān)系數(shù)在-0.932—0.880之間(圖8),NPP與降水整體呈負(fù)相關(guān)。其中研究區(qū)面積67.07%的區(qū)域NPP與降水呈負(fù)相關(guān),主要分布在嘉黎大部分地區(qū)、墨竹工卡東部、林周東北部、堆龍德慶西部、那曲南部、當(dāng)雄西部,其中有25.99%和18.19%的面積分別通過了P<0.10和P<0.05檢驗,主要分布在嘉黎北部和南部、墨竹工卡東北部。研究區(qū)面積32.93%的區(qū)域NPP與降水呈正相關(guān),主要分布在當(dāng)雄南部、林周南部、達(dá)孜北部、墨竹工卡西部,其中有11.13%和7.99%的面積分別通過了P<0.10和P<0.05檢驗。

NPP與降水進(jìn)行基于氣溫的偏相關(guān)分析(圖8),偏相關(guān)系數(shù)介于-0.898—0.860之間,與單相關(guān)系數(shù)相比稍有降低。除去氣溫影響后,變化比較明顯的地區(qū)與氣溫的偏相關(guān)分布基本一致,正負(fù)相關(guān)性存在互補(bǔ)。如植被類型為旱地的林周南部、當(dāng)雄西南部、堆龍德慶中東部、墨竹工卡西部、達(dá)孜北部地區(qū)正相關(guān)程度明顯降低,說明該區(qū)域NPP受氣溫影響；單相關(guān)分析中呈顯著負(fù)相關(guān)的高寒草甸、高寒草原、稀疏草地等區(qū)域在偏相關(guān)分析中相關(guān)程度有所降低,表明該類植被類型受氣溫影響。而植被類型為灌叢的墨竹工卡西部、城關(guān)區(qū)南部、達(dá)孜北部、堆龍德慶中部及曲水部分地區(qū)的相關(guān)系數(shù)基本不受影響,說明灌叢NPP主要受降水的影響。

3.5 驅(qū)動分析

影響植被NPP變化的原因主要包括氣候和人為活動[29],本文通過計算NPP與氣候因子的復(fù)相關(guān)關(guān)系,參照分區(qū)準(zhǔn)則[32]對驅(qū)動力進(jìn)行分區(qū),進(jìn)而分析影響NPP動態(tài)變化的驅(qū)動因子。

對NPP與氣溫和降水進(jìn)行復(fù)相關(guān)分析,復(fù)相關(guān)系數(shù)在0.00—0.94之間(圖9)。復(fù)相關(guān)性較強(qiáng)(復(fù)相關(guān)系數(shù)0.65以上)的區(qū)域主要分布在當(dāng)雄中部、那曲西部、林周南部等地區(qū),植被類型多為高寒草甸、高寒草原、稀疏草地；復(fù)相關(guān)性較弱(復(fù)相關(guān)系數(shù)0.35以下)的地區(qū)主要分布在當(dāng)雄南部、堆龍德慶中部、城關(guān)區(qū)北部及達(dá)孜西部的旱地地區(qū)；植被類型為灌叢的區(qū)域復(fù)相關(guān)系數(shù)在0.35—0.50之間。

圖9 NPP與氣溫-降水的復(fù)相關(guān)系數(shù)及NPP變化驅(qū)動因素分區(qū)圖Fig.9 Spatial distribution of multiple correlation between annual NPP and temperature-precipitation and NPP change regions driven by different factors[T+P]+：氣溫、降水強(qiáng)驅(qū)動Driven by temperature and precipitation strongly； [T+P]-：氣溫、降水弱驅(qū)動Driven by temperature and precipitation weakly；T：氣溫為主驅(qū)動Driven by temperature；P：降水為主驅(qū)動Driven by precipitation；NC：非氣候因素驅(qū)動Driven by non-climatic factors

圖9為拉薩河流域NPP變化的驅(qū)動因素分區(qū)圖,2000—2015年NPP變化受氣溫、降水強(qiáng)驅(qū)動的區(qū)域占研究區(qū)總面積的0.21%,在嘉黎、那曲、當(dāng)雄零星分布；受氣溫、降水弱驅(qū)動的區(qū)域占研究區(qū)總面積的15.61%,主要集中在當(dāng)雄中部、那曲西部、林周南部、嘉黎南部；以氣溫為主要驅(qū)動因子的地區(qū)主要零星分布在當(dāng)雄東部、那曲西部,占研究區(qū)總面積的1.30%；以降水為主要驅(qū)動因子的地區(qū)主要分布在嘉黎東部、當(dāng)雄北部、林周西部,占研究區(qū)總面積的3.69%；剩余區(qū)域為以非氣候因素為主要驅(qū)動因子的區(qū)域,占研究區(qū)總面積的79.19%。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

2000—2015年拉薩河流域凈初級生產(chǎn)力的空間分布具有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性,NPP較高的區(qū)域主要分布于當(dāng)雄東北部、墨竹工卡中西部,主要原因是該區(qū)域植被類型為草本濕地及灌叢,土壤類型為黑氈土、有機(jī)質(zhì)含量豐富,且海拔較低,植被生長條件良好,凈初級生產(chǎn)力高；而NPP較低的區(qū)域主要分布在嘉黎與墨竹工卡交匯處、拉薩河流域西北部、那曲地區(qū),主要原因是該區(qū)域海拔較高,海拔高度大于5000 m,且土壤類型為寒凍土,水熱條件差,生態(tài)條件不良。拉薩河流域植被NPP的年際變化表現(xiàn)為,拉薩河流域西北部、嘉黎與墨竹工卡交匯處變異系數(shù)較大,當(dāng)雄東北部、墨竹工卡中西部變異系數(shù)較小。表明NPP較低的區(qū)域年際波動較大,NPP較高的區(qū)域年際波動較小。反映出NPP的年際波動變化受年際氣候變化的影響不同,較脆弱的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性越低,生產(chǎn)力更易受年際氣候變化的影響[38]。NPP的年際變化趨勢表現(xiàn)為,草本濕地、灌叢的NPP呈下降趨勢,高寒草原的NPP呈上升趨勢。對于草本濕地來說,氣溫上升而降水減少形成了暖干化的氣候環(huán)境,導(dǎo)致NPP的下降；對于灌叢來說,與氣溫的相關(guān)性不顯著,降水的減少導(dǎo)致NPP的下降。而對于高寒草原來說,植物群落建群種由耐寒耐旱的多年生密叢型禾草、根莖型苔草及墊狀半灌木植物組成,對于水熱條件的敏感性較弱[39],降水的減少不足以制約高寒草原植被的生長,且與氣溫的相關(guān)性不顯著,故NPP上升。

通過分析拉薩河流域植被NPP與氣溫、降水的相關(guān)性,反映出不同區(qū)域的主要驅(qū)動因子不同,驅(qū)動因子存在明顯的空間分異特征,故對研究區(qū)植被NPP的驅(qū)動因素進(jìn)行分區(qū)。受氣溫、降水強(qiáng)驅(qū)動的區(qū)域面積較小,在嘉黎、那曲、當(dāng)雄零星分布,植被類型為高寒草甸、高寒草原、稀疏草地,受氣溫和降水的共同影響；受氣溫、降水弱驅(qū)動的區(qū)域占研究區(qū)總面積的15.61%,主要集中在當(dāng)雄中部、那曲西部、林周南部、嘉黎南部,植被類型為高寒草甸、高寒草原、稀疏草地、旱地,植被NPP與氣溫和降水均相關(guān)；以氣溫為主要驅(qū)動因子的地區(qū)主要零星分布在當(dāng)雄東部、那曲西部,由于草本濕地主要受氣溫的影響；以降水為主要驅(qū)動因子的地區(qū)占研究區(qū)總面積的3.69%,主要分布在嘉黎東部、當(dāng)雄北部、林周西部,由于灌叢主要受降水的影響。以非氣候因素為主要驅(qū)動因子的區(qū)域,占研究區(qū)總面積的79.19%,非氣候因素主要是人類活動的影響[40],說明草地保護(hù)在擴(kuò)大禁牧區(qū)域等方面要加大力度[7],對于人類活動的定量分析及評價本文并沒有深入研究,是需要進(jìn)一步關(guān)注的內(nèi)容。研究區(qū)驅(qū)動因素的分區(qū)分析可以更好地揭示拉薩河流域植被NPP時空演變的成因及其過程,為植被監(jiān)測提供依據(jù),對相關(guān)生態(tài)環(huán)境工程的規(guī)劃及管理具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

4.2 結(jié)論

2000—2015年間拉薩河流域植被凈初級生產(chǎn)力水平較低,為165.614 gC m-2a-1?？傮w的分布具有明顯的空間異質(zhì)性,與該地區(qū)植被類型的分布規(guī)律相似。NPP較高的區(qū)域植被類型多為草本濕地及灌叢,主要分布在當(dāng)雄的東北部、嘉黎中西部、墨竹工卡西部、達(dá)孜北部等。不同植被類型NPP水平不同,草本濕地的NPP最大,大小順序為：草本濕地>旱地>灌叢>高寒草甸>林地>高寒草原>稀疏草地。生態(tài)環(huán)境工程的類型及力度針對不同植被類型要有所區(qū)分,其中草本濕地保護(hù)區(qū)的建立及管理維護(hù)有利于濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)及當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)恢復(fù)。

近16年的年際變化分析表明,研究區(qū)植被年均NPP在整體上呈波動下降趨勢,平均年變化趨勢斜率為-1.804 gC m-2a-1,在不同區(qū)域表現(xiàn)出較明顯的分異特征：墨竹工卡西部呈明顯下降趨勢,當(dāng)雄東部大部分地區(qū)、達(dá)孜北部及林周部分地區(qū)呈下降趨勢,當(dāng)雄西部、堆龍德慶北部、林周西部呈局部上升趨勢。NPP變異系數(shù)分布規(guī)律表現(xiàn)為林地和稀疏草地變化最大,變異系數(shù)大于0.3,高寒草原、旱地變異系數(shù)較大,高寒草甸、灌叢較為穩(wěn)定,變異最小為草本濕地。

拉薩河流域受年際氣候變化的影響呈暖干化趨勢, NPP在整體上與氣溫呈正相關(guān),與降水呈負(fù)相關(guān),氣溫相關(guān)系數(shù)分布與降水相關(guān)系數(shù)分布具有很好的互補(bǔ)性。占研究區(qū)面積20.81%的地區(qū)受氣候因子的影響,其中15.61%的區(qū)域受氣溫、降水的弱驅(qū)動。研究區(qū)較大區(qū)域主要驅(qū)動因子為非氣候因素,占研究區(qū)總面積的79.19%。表明拉薩河流域生態(tài)環(huán)境的演變除了氣候因子的影響外,很大程度上受人類活動的影響。拉薩河流域植被NPP的時空變化分析及驅(qū)動因素分區(qū)更好地揭示了植被NPP的變化規(guī)律,為植被動態(tài)監(jiān)測提供基礎(chǔ),有助于退牧還草工程生態(tài)效益的評價,對開展及推廣的人工草地和退化草地治理等草地建設(shè)及保護(hù)措施具有指導(dǎo)意義,是生態(tài)恢復(fù)及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),對于開展該流域乃至更大區(qū)域上的生態(tài)安全及生態(tài)健康工作具有重要作用。

致謝：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心李婷幫助寫作,特此致謝。