張赟鑫， 郝海超， 范連連， 李耀明， 張仁平， 李凱輝,3

（1.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所絲路綠色發(fā)展研究中心，新疆烏魯木齊 830011；2.中國科學院大學，北京 100049；3.中國科學院巴音布魯克草原生態(tài)系統(tǒng)研究站，新疆巴音布魯克 841314；4.華東師范大學地理科學學院，上海 200062；5.華東師范大學地理信息科學教育部重點實驗室，上海 200062；6.新疆大學生態(tài)與環(huán)境學院，新疆烏魯木齊 830046；7.新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，新疆烏魯木齊 830046）

亞洲中部干旱區(qū)是全球最大的非地帶性干旱區(qū)之一，中亞五國（哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土庫曼斯坦、烏茲別克斯坦）是其中十分重要的組成部分［1］。中亞地區(qū)地表植被稀疏，水資源嚴重匱乏［2］，全球變暖背景下，氣候變化劇烈，生態(tài)系統(tǒng)脆弱［3］。20世紀80年代至今，中亞地區(qū)氣溫顯著上升，降水的地域性差異也在變強［4-5］。在過去半個世紀，氣候變化劇烈，甚至出現(xiàn)極端氣候，包括中亞地區(qū)在內(nèi)的全球各地的干旱現(xiàn)象在不斷增加［6］。近30 a，中亞部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境退化，干旱、草原退化和湖泊萎縮等現(xiàn)象加劇，使中亞地區(qū)成為亞洲乃至世界上生態(tài)惡化最嚴重的區(qū)域之一［7］。特別是21世紀以來，中亞地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化較為嚴重，在國際社會上引起高度關注［8-9］。

草地是一種可再生資源，在全球陸地植被中占有較大的面積，具有維持全球生態(tài)平衡的重要價值，也是畜牧業(yè)的生產(chǎn)資料和經(jīng)營對象，同時，草地作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，對全球的碳平衡具有重要的作用［10-11］。氣候變化和人類活動的不利影響，將會導致草地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境惡化，進而導致草地退化［12］。草地在中亞土地利用類型中占有絕對優(yōu)勢［1］，在全球碳循環(huán)、區(qū)域生態(tài)安全和社會穩(wěn)定中發(fā)揮著關鍵作用［13］。

植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）是指在單位時間和單位面積內(nèi)，綠色植物所積累的有機質(zhì)和干物質(zhì)總量，對應了植被的自然生產(chǎn)能力，在調(diào)節(jié)全球碳循環(huán)與生態(tài)過程環(huán)節(jié)中發(fā)揮了重要作用［14-15］。草地生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力及其變化是衡量對氣候因子高度敏感的生態(tài)系統(tǒng)功能的重要指標，同時草地NPP對非氣候因素的變化也會做出響應［16］。

脆弱的中亞草地生態(tài)系統(tǒng)容易受到人類活動和全球氣候變化的調(diào)控。過去幾十年，氣候變化和人類活動對中亞草地的影響在加劇。研究表明，中亞地區(qū)的氣溫以0.4 ℃·（10a）-1的速度在上升，隨之而來的就是干旱程度加?。?7］，從而加速草地退化和荒漠化過程［18］。同時，中亞的體制和社會經(jīng)濟活動也發(fā)生了深刻的變化，伴隨1991 年蘇聯(lián)的解體［19］，該地區(qū)的草原生態(tài)系統(tǒng)也更容易受到不同程度的人為干擾。例如，放牧活動的加劇導致草原嚴重退化，大量棄耕地被改造成草原。在這種背景下，中亞已經(jīng)成為理解氣候和人類因素對草原生態(tài)系統(tǒng)影響的熱點地區(qū)［20］。

在“一帶一路”倡議的大背景下，厘清氣候變化和人類活動對中亞草地的作用成了亟需解決的問題。在以往的研究中，缺少定量的方法評價中亞草地生產(chǎn)力的驅(qū)動機制，討論人為因素對草地生產(chǎn)力的影響也較少。因此，需要一種定量方法來評估氣候因子以及人類活動因素對中亞草地生產(chǎn)力的相對影響。本研究模擬中亞草地的凈初級生產(chǎn)力，目的是探究近20 a 中亞草地NPP 變化格局，并且預測中亞草地NPP未來變化趨勢，同時定量分析氣候變化和人類活動在中亞草地生產(chǎn)力變化過程中的作用。本文將為了解中亞地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)提供有效信息，對未來草地資源的合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

中亞地處歐亞大陸腹地，東西橫跨46°29′47″～87°18′55″E，南北縱跨35°07′43″～55°26′28″N，西到里海和伏爾加河，東與中國接壤，北到西伯利亞大草原，南與伊朗、阿富汗交界?？偯娣e約4.0×106km2。按行政區(qū)劃分有5 個國家，即哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土庫曼斯坦和烏茲別克斯坦。中亞西部是圖蘭低地，其北部與東北部是圖爾蓋臺地和哈薩克斯坦丘陵，東部和東南部是天山山脈和帕米爾高原。中亞地區(qū)海拔自西部平原向東部山區(qū)逐漸升高，表現(xiàn)為東南高、西北低，主要地形為平原、山地及丘陵，沙漠面積廣。主要氣候類型為溫帶大陸性氣候，包括溫帶草原、高原山地及溫帶荒漠氣候。中亞地區(qū)年均降水相對稀少，不同地域的年均降水量相差大；日照充足，氣溫日較差很大，從多年平均氣溫分布來看，西部和南部較高。20 世紀80 年代至今，中亞地區(qū)氣溫顯著上升，但降水存在較強的地域性差異［21］。中亞的主要植被類型為林地、草地和耕地，草地分布最廣泛，面積也相對較大。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 NPP、NDVI及土地利用數(shù)據(jù) 利用MOD13A1產(chǎn)品作為NDVI 的源數(shù)據(jù)，空間分辨率為500 m×500 m，時間分辨率為16 d，采用最大化合成法（maximum value composite，MVC）將源數(shù)據(jù)的分辨率合成為30 d。利用MOD17A3H 產(chǎn)品作為NPP 的驗證數(shù)據(jù)，空間分辨率為500 m×500 m。MCD12Q1 產(chǎn)品作為土地利用數(shù)據(jù)，空間分辨率為500 m×500 m，參考國際地圈生物圈計劃（International Geobiosphere Programme,IGBP）的土地分類體系，將中亞地區(qū)的土地利用類型重新歸類為：耕地、草地、荒漠、森林、灌木、建筑用地、水體和草地（圖1a，其中草地包括IGBP 分類系統(tǒng)中的典型草原和稀疏草原）。

圖1 研究區(qū)概況及采樣點示意圖Fig.1 Overview of study area and sampling point

1.2.2 氣象數(shù)據(jù) 氣象數(shù)據(jù)選用英國East Anglia 大學Climatic Research Unit（CRU）提供的2001—2019年的降水和氣溫格點數(shù)據(jù)，空間分辨率0.5°×0.5°（約50 km），利用ArcGIS 軟件將其重采樣至500 m×500 m。CRU 通過整合已有的若干個知名數(shù)據(jù)庫，重建了一套覆蓋完整的地表氣候要素數(shù)據(jù)集，覆蓋全球陸地的9 個地表變量，具有較高可信度。陳發(fā)虎等［22］也認為，在中亞地區(qū)1930年以后的CRU資料可靠性和適用性較高。

1.2.3 實測數(shù)據(jù) 所使用的實測數(shù)據(jù)來自2018—2019 年6—7 月，分別在哈薩克斯坦、塔吉克斯坦和吉爾吉斯斯坦采集的草地植被生物量數(shù)據(jù)。選取樣地共40 個（圖1b），每個樣地布設5 個1 m×1 m的樣方，收取每個樣方的地上生物量（對于草地中的灌叢，選取當年的新枝和葉片作為地上生物量），求均值得到每個樣地的生物量。地下生物量參考馬安娜等［23］對中國草地植被地上和地下生物量的關系的研究求得。

1.3 研究方法

1.3.1 NPP模擬 本研究定義了3種類型NPP，分別是由CASA模型計算的ANPP（人類活動與氣候因素共同驅(qū)動的NPP），Miami 模型模擬的氣候因素驅(qū)動的潛在凈初級生產(chǎn)力（PNPP），以及人類活動占用的凈初級生產(chǎn)力（HNPP）。

采用CASA 模型來模擬中亞地區(qū)的草地ANPP（實際凈初級生產(chǎn)力），該模型中植被NPP由光合有效輻射（APAR）和實際光能利用率（ε）決定：

APAR的計算公式如下：

式中：SOL(x,t)表示太陽總輻射量；FPAR(x,t)表示植被層對入射光合有效輻射的吸收比例，可以通過歸一化植被指數(shù)（NDVI）求得，常數(shù)0.5 表示植被所能利用的太陽有效輻射的比例。

光能利用率的計算公式如下：

式中：Tε1(x,t)和Tε2(x,t)表示低溫和高溫的脅迫系數(shù)；Wε(x,t)為水分脅迫系數(shù)；εmax是理想條件下的最大光能利用率。

采用Miami模型模擬中亞草地的PNPP。Miami模型根據(jù)溫度（T）和降水（P）資料建立，廣泛用于計算大尺度范圍的氣候驅(qū)動的草地的潛在凈初級生產(chǎn)力（PNPP）［16］，計算公式如下：

式中：NPPT和NPPP分別表示溫度和降水引起的草地NPP。

HNPP為PNPP和ANPP的差值：

1.3.2 NPP 的驗證 基于實測數(shù)據(jù)開展CASA 模型模擬結果的驗證工作，需要將地面實測生物量轉換為NPP。公式如下：

式中：AGB為地上生物量；BGB為地下生物量；turnover是將單位面積生物量數(shù)據(jù)換算為實測NPP值的轉換系數(shù)，本研究參考Chen 等［24］的研究，取固定值0.5。

1.3.3 NPP的趨勢分析 采用基于最小二乘法的線性回歸分析計算中亞地區(qū)草地ANPP 2001—2019年年際變化趨勢，并利用MATLAB 軟件計算NPP的線性回歸系數(shù)：

式中：Slope是趨勢線的線性回歸系數(shù)，當Slope＞0時,說明草地NPP在n年內(nèi)的變化趨勢是增加的，反之則減少。

1.3.4 NPP 趨勢的持續(xù)性分析 采用Hurst 指數(shù)分析中亞草地ANPP 趨勢的持續(xù)性，通過MATLAB 軟件實現(xiàn)。

定義R/S=R（τ）/S（τ），若R/S ∞τH，說明分析的時間序列符合Hurst指數(shù)的定義，H稱為Hurst指數(shù)，范圍為0～1。若0.5＜H＜1，表明所研究的時間序列變化狀態(tài)與過去一致，即正向持續(xù)；若0＜H＜0.5，表明所研究時間序列的變化狀態(tài)與過去相反，即反向持續(xù)。

1.3.5 NPP 與溫度、降水的相關性分析 利用Pearson 相關關系法對中亞草地ANPP 和中亞地區(qū)年均溫與年降水之間的相關關系進行了分析，并通過MATLAB軟件實現(xiàn)。

式中：n為時間序列長度；xi和yi分別表示第i年的ANPP 值和第i年的年均溫或年降水；xˉ和yˉ分別表示ANPP的多年平均值和多年平均氣溫或多年平均降水；相關系數(shù)R的絕對值的范圍為0～1。

2 結果與分析

2.1 模型檢驗

利用2018—2019年哈薩克斯坦、塔吉克斯坦和吉爾吉斯斯坦的生長季實測NPP，對CASA 模型模擬的草地NPP進行驗證（圖2a），采用的實測數(shù)據(jù)樣方分布范圍廣，涵蓋多種草地類型，監(jiān)測時間也較為一致，可以較好地代表中亞地區(qū)草地凈初級生產(chǎn)力。實測NPP和CASA模型模擬NPP決定系數(shù)R2為0.69（P＜0.001），表明CASA 模型是適用于估算當?shù)夭莸豊PP。

為了進一步評估CASA模型對中亞地區(qū)NPP的模擬精度，利用ArcGIS 10.2 的漁網(wǎng)工具，在研究區(qū)內(nèi)均勻生成500 個采樣點，提取2001—2019 年研究區(qū)內(nèi)CASA 模型模擬NPP 值和MODIS NPP 值，用于驗證分析（圖2b）。驗證結果表明，MODIS NPP數(shù)值略高于CASA 模型模擬NPP，二者擬合程度較高（R2=0.79，P＜0.001）。

圖2 CASA模型模擬NPP與實測NPP及MODIS NPP對比Fig.2 Comparison of CASA model simulated NPP with measured NPP and MODIS NPP

2.2 中亞草地NPP時空變化特征及變化趨勢

在海拔和氣候的影響下，整個區(qū)域的ANPP 具有明顯的空間異質(zhì)性（圖3）。模型模擬得到，2001—2019年，中亞地區(qū)草地的年均ANPP為118.9 g C·m-2·a-1。草地ANPP 最高和最低的年份分別為2002 年（135.5 g C·m-2·a-1）和2008 年（97.6 g C·m-2·a-1）。分析得出，中亞草地的平均ANPP的低值區(qū)面積（0～60 g C·m-2·a-1）占中亞地區(qū)草地面積的19.2%，主要分布區(qū)域為里海東部海岸線經(jīng)哈薩克斯坦南部至巴爾喀什湖；高值區(qū)面積（＞240 g C·m-2·a-1）占中亞地區(qū)草地面積的6.0%，主要分布在哈薩克斯坦北部草原、西天山和帕米爾高原西部。中亞地區(qū)的年均草地ANPP 大部分集中于60～240 g C·m-2·a-1之間。從空間分布來看，平原地區(qū)的草地ANPP 隨緯度增加而呈現(xiàn)由南到北逐漸增加的趨勢，從平原到山地草地ANPP隨海拔升高呈現(xiàn)明顯的增加趨勢。

圖3 2001—2019年中亞草地ANPP的平均空間分布Fig.3 Averaged spatial distribution of grassland ANPP in Central Asia from 2001 to 2019

吉爾吉斯斯坦和塔吉克斯坦都是典型的山地國家，草地面積占兩國國土總面積的比例約60%。2001—2019 年，兩國的年均草地ANPP 高達158.52 g C·m-2·a-1，且呈現(xiàn)低海拔到高海拔逐漸增加的趨勢。哈薩克斯坦國土面積占中亞五國總面積的比例超過75%，境內(nèi)土地利用類型較為豐富，草地在土地利用類型中占有絕對優(yōu)勢，該國的草地年均實際凈初級生產(chǎn)力為115.93 g C·m-2·a-1，且呈現(xiàn)ANPP隨緯度升高逐漸增加的趨勢。烏茲別克斯坦和土庫曼斯坦兩國境內(nèi)荒漠為主要土地利用類型，草地面積僅占兩國總面積的27%，兩國的年均草地ANPP值相對偏小，僅為89.88 g C·m-2·a-1。

回歸分析（圖4）表明，2001—2019年ANPP增加區(qū)域的面積占中亞草地面積的60.4%，主要分布在哈薩克斯坦南部和東北部草原以及天山西麓地區(qū)；ANPP降低區(qū)域的面積占中亞草地面積的39.6%，主要分布在哈薩克斯坦西部和北部草原。超過80%的草地的ANPP 變化趨勢不顯著。ANPP 趨勢通過顯著性檢驗（P＜0.05）的區(qū)域面積占中亞草地面積的18.6%，主要集中在哈薩克斯坦東南部四州，其中13.3%的區(qū)域草地ANPP顯著增加，5.3%的區(qū)域草地ANPP顯著降低。

圖4 2001—2019年中亞草地ANPP的變化趨勢Fig.4 Change trend of ANPP in Central Asia grassland from 2001 to 2019

2001—2019年中亞草地ANPP變化趨勢持續(xù)性分析(Hurst指數(shù))的結果表明（圖5），ANPP未來變化趨勢與過去相同（H＞0.5）的區(qū)域面積占中亞草地面積的40.2%，主要分布在哈薩克斯坦，ANPP 未來變化趨勢與過去相反（H＜0.5）的區(qū)域面積占中亞草地面積的59.8%，主要分布在烏茲別克斯坦東南部以及哈薩克斯坦北部。

圖5 2001—2019年中亞草地ANPP的趨勢變化的持續(xù)性Fig.5 Sustainability of ANPP trend change in Central Asia grassland from 2001 to 2019

2001—2019 年中亞地區(qū)草地的年均PNPP 為466.89 g C·m-2·a-1（圖6a），中亞草地的平均ANPP的低值區(qū)面積（＜300 g C·m-2·a-1）占中亞地區(qū)草地面積的17.4%，主要分布在哈薩克斯坦的克孜勒奧爾達州和烏茲別克斯坦；高值區(qū)面積（＞700 g C·m-2·a-1）占中亞草地面積的7.5%，主要分布在塔吉克斯坦和哈薩克斯坦東部邊境以及吉爾吉斯斯坦的山區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)，中亞地區(qū)草地的PNPP 的空間分布規(guī)律與ANPP 高度一致。2001—2019 年中亞草地的PNPP 呈現(xiàn)增加趨勢的區(qū)域面積占草地面積的31.8%（圖6b），主要分布在哈薩克斯坦的東部和塔吉克斯坦的山區(qū)，除此之外，大部分區(qū)域的PNPP呈現(xiàn)降低趨勢，占草地面積的68.2%。整體來看，中亞草地PNPP 的變化趨勢并不顯著，其中顯著降低的區(qū)域占比僅為4.7%，主要分布在哈薩克斯坦的西北部。

圖6 2001—2019年中亞草地的平均PNPP以及PNPP的變化趨勢Fig.6 Average PNPP of grassland in Central Asia and its change trend from 2001 to 2019

2.3 中亞草地NPP變化的驅(qū)動因素

將氣候變化和人類活動對草地NPP 影響定義為6種情景（表1），其中SANPP、SPNPP和SHNPP分別代表ANPP、PNPP和HNPP的斜率。

表1 評估中亞草地ANPP變化驅(qū)動因素的6種情景Tab.1 Six scenarios of evaluating the driving factors of ANPP change in Central Asia grassland

2001—2019年中亞草地ANPP增加的區(qū)域面積占比為60.4%（圖7）。其中由氣候變化導致的ANPP增加的區(qū)域面積占草地面積的16.0%，主要分布在哈薩克斯坦東部地區(qū)和帕米爾高原的西部；而由人類活動導致ANPP增加的區(qū)域面積占比為33.4%，主要分布在哈薩克斯坦境內(nèi)；氣候變化和人類活動共同導致ANPP增加的區(qū)域面積占比為11.0%，主要分布在哈薩克斯坦東部地區(qū)和吉爾吉斯坦。2001—2019 年中亞草地ANPP 降低的區(qū)域面積占比為39.6%。其中由氣候變化導致的ANPP 降低的區(qū)域面積占草地面積的31.8%，主要分布在哈薩克斯坦的西部和北部草原；由人類活動導致ANPP 降低的區(qū)域面積占比為4.8%，主要分布在哈薩克斯坦的西南部；由氣候變化和人類活動共同導致的ANPP 降低的區(qū)域面積占比僅為3.1%。因此，在中亞草地ANPP增加的區(qū)域，人類活動占主導地位；在中亞草地ANPP降低的區(qū)域，氣候變化是主要驅(qū)動力。

圖7 氣候變化和人類活動對中亞草地ANPP變化相對影響的空間分布Fig.7 Spatial distribution of relative impacts of climate change and human activities on grassland ANPP change in Central Asia

為探究影響2001—2019年中亞草地ANPP變化的主要氣候因子，本研究分別做了ANPP與降水（圖8a）以及溫度（圖8b）的相關性分析。2001—2019年，除去天山山脈和帕米爾高原的部分地區(qū)，中亞絕大部分草地的ANPP 與降水呈現(xiàn)正相關，占比達到96.4%，二者顯著正相關的區(qū)域面積占中亞草地面積的67.8%。降水是影響中亞草地ANPP變化的主要氣候因子，溫度與中亞草地ANPP 的變化關系不顯著。

圖8 2001—2019年中亞草地ANPP與年降水及年均溫的相關性Fig.8 Correlation of ANPP with annual precipitation and annual mean temperature in Central Asia grassland from 2001 to 2019

3 討論

2001—2019 年，中亞地區(qū)草地ANPP 均值為118.9 g C·m-2·a-1，本研究結果小于Chen 等［25］利用CASA模型模擬的中亞五國及新疆草地生態(tài)系統(tǒng)的NPP（1982—2015 年）。研究時段不同，研究區(qū)范圍有所差異，采用不同數(shù)據(jù)源的NDVI、土地覆蓋類型等數(shù)據(jù)，會造成模擬值間的差異。朱文泉等［26］研究也表明，對于不同研究區(qū)用于模型模擬的最大光能利用率也不同。不同的研究區(qū)以及不同的數(shù)據(jù)源所造成的研究結果差異，需要有實測數(shù)據(jù)加以佐證。本研究分別利用實測NPP 和MODIS NPP 對ANPP進行驗證，二者與本研究模擬的ANPP都有較高的擬合度。另外，CASA 模型模擬的NPP（2001—2019 年）整體低于MODIS 的NPP，這與劉潔等［27］的研究結論一致。

2001—2019 年，中亞大部分地區(qū)的草地ANPP的未來變化趨勢將與過去相反，表明大部分地區(qū)的草地ANPP 在未來會有減少趨勢，這可能是由于牲畜量的快速增長，會導致超載放牧的現(xiàn)象加劇，從而致使草地生產(chǎn)力降低［28］。平原地區(qū)的草地ANPP隨緯度增加而呈現(xiàn)由南到北逐漸增加的趨勢，平原到山地草地ANPP 隨海拔升高呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，這與Chen等［25］的研究結果一致。塔吉克斯坦和吉爾吉斯斯坦的山區(qū)的草地ANPP明顯高于中亞其他地區(qū)，山區(qū)降水量高是其主要原因。

半干旱和干旱生態(tài)系統(tǒng)中的植被對氣候變化極其敏感［29］。2001—2019 年由氣候變化導致中亞草地ANPP增加的區(qū)域面積占草地面積的16.0%；由氣候變化導致草地ANPP降低的區(qū)域面積占草地面積的31.8%。本研究發(fā)現(xiàn)，降水是影響中亞草地ANPP 的主要因素。相關研究表明，中亞草地NPP對降水變化比對氣溫變化更敏感［30］。降水在很大程度上決定了草地植被的生長。降水減少會降低草原植物的光合作用效率，抑制植物活動和有機質(zhì)生產(chǎn)，最終降低草地生產(chǎn)力［31］；反過來，降水增加可以提高半干旱和干旱生態(tài)系統(tǒng)中的土壤水分含量，從而提高草地生產(chǎn)力［32］。劉國華等［33］也認為，降水量增加可以改善土壤水分條件，同時提高土壤水分的有效性和土壤水分利用率，降低土壤水分脅迫，從而有利于草地植被生長。2001—2019年，由氣候變化導致草地NPP 降低的區(qū)域主要分布在哈薩克斯坦西北部和南部的部分地區(qū)，由氣候變化導致NPP增加的區(qū)域主要分布在哈薩克斯坦東部的部分地區(qū)，這些區(qū)域年降水量的變化直接導致了ANPP的變化。另外，由于溫度的升高導致草地植被氣孔關閉，同時會伴隨著潛在蒸散和水分脅迫增強，進而導致草地生產(chǎn)力降低［34］，所以哈薩克斯坦西部邊境存在溫度升高顯著影響草地NPP降低的現(xiàn)象。

人類活動是中亞草原凈初級生產(chǎn)力動態(tài)變化的重要驅(qū)動力［35］。2001—2019 年由人類活動導致中亞草地ANPP 增加的區(qū)域面積占草地面積的33.4%，主要分布在哈薩克斯坦的東部。這是由于蘇聯(lián)解體后經(jīng)濟體制的變化，緩解了過度放牧，哈薩克斯坦的大量牧場被遺棄并轉變?yōu)榘胱匀徊菰?6］。同時耕地大量棄耕轉變?yōu)椴莸?，?010 年，哈薩克斯坦原有的耕地仍有58%被棄耕，大面積的農(nóng)田處于閑置狀態(tài)，已經(jīng)轉換為天然草地，導致草地生產(chǎn)力有所增加［37］。另外，2000 年以后，由于政策改革和政府對農(nóng)業(yè)的支持，哈薩克斯坦的農(nóng)作物和畜牧業(yè)生產(chǎn)開始恢復，哈薩克斯坦政府實施農(nóng)業(yè)多樣化政策，以支持畜牧業(yè)生產(chǎn)，使得草地生產(chǎn)規(guī)范化［37］，這同樣也有利于草地植被生產(chǎn)力的增加。Han等［13］認為干旱地區(qū)合理的草地放牧制度可以有效地防止中亞草原生態(tài)系統(tǒng)的退化，促進草地生產(chǎn)力的增加，有利于草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。相關研究表明，健康的草地狀況可以有效地緩沖放牧和氣候干擾，并能夠維持較高的草地生產(chǎn)力和生物多樣性，而不放牧并不一定能持續(xù)維持草地的健康狀況［38］，適度放牧也會促進草地生產(chǎn)力增加［39］。然而，不同放牧條件下草原凈初級生產(chǎn)力和放牧之間的關系的機制仍需展開深入研究［40］。

本文研究2001—2019 年中亞草地凈初級生產(chǎn)力動態(tài)，時間尺度相對較短，空間尺度相對較大。今后研究需要獲取更長時間序列的數(shù)據(jù)，著重研究小尺度區(qū)域，以求更加系統(tǒng)地掌握中亞草地的生產(chǎn)力的動態(tài)變化及驅(qū)動機制。

4 結論

本研究基于CASA模型計算2001—2019年中亞地區(qū)草地的實際凈初級生產(chǎn)力（ANPP），進而分析其時空動態(tài)趨勢；通過定義不同的情景來分析人類活動和氣候變化對草地ANPP 的驅(qū)動機制，確定氣候和人為因素對草地ANPP 的影響，得出以下主要結論：

（1）2001—2019 年中亞地區(qū)草地的ANPP 均值為118.9 g C·m-2·a-1，變化范圍為97.6～135.5 g C·m-2·a-1。草地ANPP在空間尺度上呈現(xiàn)從哈薩克斯坦南部到哈薩克斯坦北部、從低海拔地區(qū)到高海拔地區(qū)逐漸增加的規(guī)律。

（2）2001—2019 年中亞地區(qū)草地的ANPP 呈現(xiàn)增加趨勢的區(qū)域占比為60.4%，且超過80%的草地的ANPP變化趨勢不顯著，ANPP總體呈現(xiàn)不顯著的增長趨勢。接近60%的中亞草地的ANPP未來會呈現(xiàn)不顯著的負向持續(xù)性的變化趨勢。

（3）2001—2019 年中亞地區(qū)草地的PNPP 均值為466.89 g C·m-2·a-1，PNPP呈現(xiàn)降低趨勢的區(qū)域占比為68.2%，且超過95%的草地的PNPP變化趨勢不顯著，PNPP總體呈現(xiàn)不顯著的降低趨勢。

（4）2001—2019 年由人類活動導致中亞草地ANPP增加的區(qū)域面積占草地面積的33.4%；由氣候變化導致的ANPP 降低的區(qū)域面積占草地面積的31.8%。在中亞草地ANPP增加的區(qū)域，人類活動占主導地位。但是，在中亞草地ANPP降低的區(qū)域，氣候變化是主要驅(qū)動力。

（5）2001—2019 年中亞草地的ANPP 與降水呈現(xiàn)顯著正相關的區(qū)域占比達到67.8%，溫度與中亞草地ANPP的變化并無顯著關系。降水是影響中亞草地ANPP變化的主要氣候因子。