普宁市植被净初级生产力对气候变化的响应

秦岭山地夏季降水的时空变化特征及其气候归因孟清;彭晓邦;张善红【期刊名称】《商洛学院学报》【年(卷),期】2024(38)2【摘要】探究秦岭山地夏季降水及其大气归因,是为了研究区域环境对全球气候变化的响应关系。

根据1959—2022年陕西省秦岭山地32个气象站点数据和15个大气环流指数,运用一元线性回归法和小波变换分析法(CWT),研究了秦岭山地64年来夏季降水的时间变化特征和空间演变规律及其与大尺度环流指数的关系。

结果表明,1959—2022年秦岭山地夏季降水呈现不显著的上升趋势,一元线性回归法的变化速率为10.81 mm/10 a。

其中,秦岭山地南坡的商南站降水量变化率最大,为19.3 mm/10 a。

秦岭山地夏季平均降水量为344.34 mm。

位于秦岭山地南坡的紫阳县降水量最大,约为469.35 mm。

位于秦岭山地北坡的华阴县降水量最少,约为216.51 mm。

秦岭山地南坡夏季降水明显多于北坡,降水量约为107.68 mm。

南坡夏季平均降水量约为377.99 mm,北坡夏季平均降水量约为270.31 mm,均未通过显著性检验。

秦岭山地64年来的夏季降水量与SOI、SAODI、SWACI均有较强的正相关关系,与EASMI、SCSMI、SASMI均存在负相关关系。

【总页数】9页(P1-8)【作者】孟清;彭晓邦;张善红【作者单位】商洛学院城乡规划与建筑工程学院/商洛市碳中和工程技术研究中心【正文语种】中文【中图分类】P426.614【相关文献】1.近50年秦岭山地降水时空变化特征研究2.气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响(Ⅰ)——近52年秦岭南北气候时空变化特征分析3.1964-2017年秦岭山地降水时空变化特征及其南北差异4.中蒙干旱半干旱区降水的时空变化特征(Ⅱ):综合气候分区及各分区降水周期变化的进一步分析5.天山地区夏季极端降水特征及气候变化因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

植被净第一性生产力及其对气候变化响应研究进展
蔡承侠
【期刊名称】《沙漠与绿洲气象》
【年(卷),期】2003(026)006
【摘要】较详细地综述了近些年来,特别是近10年来,国外、国内在全球和区域陆地植被净第一性生产力研究进展,主要包括:植被净第一性生产力研究理论方法;植被净第一性生产力模型和模拟估算;全球气候变化的自然植被净第一性生产力研究和植被覆盖变化及其与气候关系的研究进展;遥感作为当今唯一一种能重复,连续获取全球环境数据信息的高新技术,近年来在植被净第一性生产力研究领域的广泛应用等.同时对今后植被净第一性生产力研究特点和趋势做了讨论,并提出了看法.
【总页数】8页(P1-7,12)
【作者】蔡承侠
【作者单位】新疆环境气象中心,新疆,乌鲁木齐,830002
【正文语种】中文
【中图分类】X171.1
【相关文献】
1.陆地植被净第一性生产力对全球气候变化响应研究的进展 [J], 陈波
2.商丘市植被净第一性生产力对气候变化的响应 [J], 洪霞;余卫东
3.上饶市植被净第一性生产力对气候变化的响应 [J], 周建雄;洪霞;余卫东
4.四川植被净第一性生产力(NPP)对全球气候变化的响应 [J], 胥晓
5.东亚地区植被净第一性生产力对气候变化的时空响应 [J], 于德永;潘耀忠;姜萍;朱文泉;何浩
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周雄，吕大伟，宋蕾，等.云南省植被净初级生产力时空特征及其与气候因子的关系［J ］.中南农业科技，2023，44（7）：99-104．植被净初级生产力（Net primary productivity ，NPP ）是指绿色植物通过光合作用在单位时间、单位面积内产生的有机物总量并减去自养呼吸碳损耗所剩余的部分，也称第一生产力［1］。

NPP 作为生态系统功能和碳循环的重要指标，可以反映植物群落的生产力和固碳能力［2-4］，也可表征陆地生态系统植被质量状况和评价陆地生态系统的可持续发展［5，6］。

因此，研究NPP 的时空变异特征及其驱动因素，对于了解陆地生态系统碳循环和区域生态环境演变具有重要意义。

植被NPP 早期估算主要基于试验站点观测数据［7］，易受到空间尺度的限制，不利于区域尺度上的植被NPP 动态监测［8］。

随着遥感技术的发展，很多学者利用模型模拟法对区域植被NPP 进行了研究，其中基于遥感-过程耦合模型的MODIS NPP 产品得到了广泛应用［3，6，9-12］。

洪辛茜等［13］对中国西南喀斯特地区，王娟等［9］、Jiang 等［12］对黄河流域的研究均表明，NPP 时空分布格局具有显著异质性。

崔林丽等［14］对中国东南部地区、贾俊鹤等［15］对中国西北地区的植被NPP 时空分布及驱动因子进行了分析，结果表明气温与降水的空间格局是影响区域植被NPP分布的重要控制因素，但不同区域表现出的相关程度不同。

也有学者研究表明，不同植被类型NPP 对气候因子的敏感性也存在显著差异［11，16］。

因此，植被NPP 在区域尺度上的时空变化及驱动机制需要进一步研究。

云南省地处低纬高原山地环境，自然条件复杂、生物多样性丰富，也是中国西南地区的生态安全屏障［17］。

该区域的森林和草地生态系统在维持水源涵养和土地保持方面起重要作用［18］。

国内对云南省植被净初级生产力长时间序列变化的空间异质性及其影响因子研究较少。

植被NPP时空变化及其对气候变化的响应——以黄河内蒙古段为例张保龙;程文博;赵宇新;王敏;于亮亮【期刊名称】《内蒙古气象》【年(卷),期】2024()1【摘要】研究黄河内蒙古段植被净初级生产力(NPP)时空变化特征及其对气候变化的响应,为黄河流域环境保护、生态修复等提供科学依据。

基于MOD17A3和气象站点资料,运用趋势分析、偏差分析、变异系数、相关分析、残差分析等方法,探讨2002—2021年植被NPP时空变化特征及其对气候变化的响应。

结果表明:(1)植被NPP呈波动增加趋势,2011年以前以负偏离为主,2012年以后以正偏离为主。

(2)植被NPP平均值为169.15 gC·(m~2·a)^(-1),自西向东递增,101~250 gC·(m~2·a)^(-1)区域占总面积的77.0%,裸地﹤灌木﹤其他﹤草地﹤农田﹤林地。

69.1%的区域植被NPP变异系数Cv≤0.2,整体稳定性较好。

(3)植被NPP与气温平均偏相关系数为0.31,仅有6.7%的区域通过了0.01的显著性检验;与降水量平均偏相关系数为0.62,有81.1%的区域通过了0.01的显著性检验。

说明降水量是影响研究区植被NPP显著增加的主要气候因子。

(4)气候变化与人类活动共同导致植被NPP的变化。

【总页数】8页(P9-16)【作者】张保龙;程文博;赵宇新;王敏;于亮亮【作者单位】巴彦淖尔市气象局;中国气象局乌梁素海湿地生态气象野外科学试验基地【正文语种】中文【中图分类】Q948.112【相关文献】1.贵州植被NPP时空格局及其对气候变化的响应2.近16年祁连山植被NPP时空格局及其对气候变化的响应3.基于CASA模型探究泾河流域植被NPP时空动态及其对气候变化的响应4.贵州乌江流域植被NPP的时空分布及其对气候变化的响应5.2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其对气候变化的响应因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第４０卷第１５期２０２０年８月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４０，Ｎｏ．１５Ａｕｇ．，２０２０基金项目：国家自然科学基金项目（３１８６０１４５）；中央财政专项资金（新［２０２０］ＴＧ０６）收稿日期：２０１９⁃０１⁃２７；㊀㊀修订日期：２０２０⁃０４⁃１７∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｒｐ２０１３＠１２６．ｃｏｍＤＯＩ：１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１９０１２７０２０４张仁平，郭靖，张云玲．新疆草地净初级生产力（ＮＰＰ）空间分布格局及其对气候变化的响应．生态学报，２０２０，４０（１５）：５３１８⁃５３２６．ＺｈａｎｇＲＰ，ＧｕｏＪ，ＺｈａｎｇＹＬ．ＳｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆＮＰＰｏｆＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄａｎｄｉｔｓｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｉｃｃｈａｎｇｅｓ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２０，４０（１５）：５３１８⁃５３２６．新疆草地净初级生产力（ＮＰＰ）空间分布格局及其对气候变化的响应张仁平１，２，∗，郭㊀靖３，张云玲４１新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐㊀８３００４６２新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，乌鲁木齐㊀８３００４６３新疆林业科学院，乌鲁木齐㊀８３００００４新疆维吾尔自治区草原总站，乌鲁木齐㊀８３００４９摘要：分析植被物候与净初级生产力对气候变化的响应一直是研究全球变化的核心内容之一㊂新疆草地生态系统极为脆弱，对气候和环境变化的影响十分敏感，在新疆地区开展草地物候和净初级生产力及其对气候变化的响应有着独特的意义㊂基于遥感数据和野外台站实测数据，利用ＣＡＳＡ模型模拟了新疆草地植被净初级生产力（ＮＰＰ），阐述了２００１ ２０１４年新疆地区草地的ＮＰＰ的空间格局及与气象因子的关系㊂（１）通过实测生物量精度检验表明，ＣＡＳＡ模型基本可以反映新疆地区草地植被ＮＰＰ㊂（２）２００１ ２０１４年新疆草地ＮＰＰ平均值为１０２．４９ｇＣｍ－２ａ－１㊂不同草地类型的ＮＰＰＡ存在明显差异㊂其中，山地草甸平均ＮＰＰ最高，达到２５２．３７ｇＣｍ－２ａ－１；温性草甸草原次之，为２０４．９３ｇＣｍ－２ａ－１㊂高寒荒漠和温性荒漠的平均ＮＰＰ最低，分别为４３．９４ｇＣｍ－２ａ－１，５３．１１ｇＣｍ－２ａ－１㊂（３）新疆ＮＰＰ的空间分布格局具有如下特点：山区ＮＰＰ高于盆地ＮＰＰ，北疆ＮＰＰ高于南疆ＮＰＰ；（４）降水能够促进新疆草地ＮＰＰ增加，其中，夏季和秋季的降水对草地ＮＰＰ的影响最为明显，温度对新疆地区草地ＮＰＰ影响不大㊂降雨可以促进新疆草原ＮＰＰ的增加㊂特别是在降水量较少但温度较高的草原，如温带荒漠草原㊁温带草原沙漠㊁温带沙漠㊁低地草甸等，年降水量和夏秋降水量对草地ＮＰＰ有显著影响㊂温度对新疆草地ＮＰＰ的影响不大㊂通过对新疆草地空间格局的分析，研究了草地ＮＰＰ对气候变化的响应，为合理规划新疆草地的生产和利用，以及草地生态系统的健康发展和应对气候变化提供决策依据㊂关键词：草地；ＮＰＰ；新疆；ＣＡＳＡ模型ＳｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆＮＰＰｏｆＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄａｎｄｉｔｓｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｉｃｃｈａｎｇｅｓＺＨＡＮＧＲｅｎｐｉｎｇ１，２，∗ＧＵＯＪｉｎｇ３，ＺＨＡＮＧＹｕｎｌｉｎｇ４１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＸｉｎｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００４６，Ｃｈｉｎａ２ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯａｓｉｓＥｃｏｌｏｇｙｕｎｄｅｒＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＸｉｎｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００４６，Ｃｈｉｎａ３ＸｉｎｊｉａｎｇＡｃａｄｅｍｙＦｏｒｅｓｔｒｙ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００００，Ｃｈｉｎａ４ＧｅｎｅｒａｌＧｒａｓｓｌａｎｄＳｔａｔｉｏｎｏｆＸｉｎｊｉａｎｇ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００４９，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｖｅｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＮＰＰ）ｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｈａｓｂｅｅｎｏｎｅｏｆｔｈｅｃｏｒｅｉｓｓｕｅｓｏｆｇｌｏｂａｌｃｈａｎｇｅｓｔｕｄｉｅｓ．ＴｈｅｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＸｉｎｊｉａｎｇｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｆｒａｇｉｌｅａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｃｌｉｍａｔｅａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｈａｎｇｅｓ．Ｈｅｎｃｅ，ｉｔｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｇｒａｓｓｌａｎｄｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｉｔｓｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｎＸｉｎｊｉａｎｇ．ＴｈｉｓｓｔｕｄｙｓｉｍｕｌａｔｅｓｔｈｅＮＰＰｏｆＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅＣＡＳＡｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｄａｔａａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａｆｒｏｍｆｉｅｌｄｓｔａｔｉｏｎｓａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｐａｔｉａｌｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｔｈｅＮＰＰｏｎｔｈｅＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄａｎｄｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｆａｃｔｏｒｓｆｒｏｍ２００１ｔｏ２０１４．（１）Ｔｈｒｏｕｇｈａｃｃｕｒａｃｙｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｉｏｍａｓｓｄａｔａ，ｉｔｗａｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅＣＡＳＡｍｏｄｅｌｃａｎｂａｓｉｃａｌｌｙｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅＮＰＰｏｆＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ．（２）ＴｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅＮＰＰｏｆｔｈｅＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄｆｒｏｍ２００１ｔｏ２０１４ｗａｓ１０２．４９ｇＣｍ－２ａ－１．ＴｈｅｒｅａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎＮＰＰａｍｏｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒａｓｓｌａｎｄｔｙｐｅｓ．ＴｈｅＮＰＰｏｆｍｏｕｎｔａｉｎｍｅａｄｏｗｓｉｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔ，ｒｅａｃｈｉｎｇ２５２．５７ｇＣｍ－２ａ－１，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈａｔｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｅｍｅａｄｏｗｇｒａｓｓｌａｎｄｓ，ｗｉｔｈ２０４．９３ｇＣｍ－２ａ－１．ＴｈｅＮＰＰｏｆａｌｐｉｎｅｄｅｓｅｒｔａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｅｇｒａｓｓｌａｎｄｄｅｓｅｒｔｉｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔ，ａｔ４３．９４ｇＣｍ－２ａ－１ａｎｄ５３．１１ｇＣｍ－２ａ－１，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．（３）ＴｈｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅＮＰＰｏｆＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｈａｓｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ：ｔｈｅＮＰＰｏｆｔｈｅｍｏｕｎｔａｉｎｇｒａｓｓｌａｎｄｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｂａｓｉｎｇｒａｓｓｌａｎｄ，ａｎｄｔｈｅＮＰＰｏｆｔｈｅｇｒａｓｓｌａｎｄｉｎｎｏｒｔｈｅｒｎＸｉｎｊｉａｎｇｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｇｒａｓｓｌａｎｄｉｎｓｏｕｔｈｅｒｎＸｉｎｊｉａｎｇ．（４）ＲａｉｎｆａｌｌｃａｎｐｒｏｍｏｔｅａｎｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｔｈｅＮＰＰｏｆＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄｓ．Ｉｎｐａｒｔｉｃｕｌａｒ，ｉｎｇｒａｓｓｌａｎｄｓｗｉｔｈｌｅｓｓｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｂｕｔｈｉｇｈｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ｓｕｃｈａｓｔｅｍｐｅｒａｔｅｄｅｓｅｒｔｇｒａｓｓｌａｎｄｓ，ｔｅｍｐｅｒａｔｅｇｒａｓｓｌａｎｄｄｅｓｅｒｔｓ，ｔｅｍｐｅｒａｔｅｄｅｓｅｒｔｓ，ａｎｄｌｏｗｌａｎｄｍｅａｄｏｗｓ，ａｎｎｕａｌｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｓｕｍｍｅｒａｎｄａｕｔｕｍｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｈａｖｅａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｇｒａｓｓｌａｎｄＮＰＰ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈａｓｌｉｔｔｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅＮＰＰｏｆｔｈｅＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄ．ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｐａｔｉａｌｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｔｈｅｇｒａｓｓｌａｎｄｉｎＸｉｎｊｉａｎｇ，ｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄＮＰＰｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｄｅｃｉｓｉｏｎ⁃ｍａｋｉｎｇｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｈｅａｌｔｈｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｇｒａｓｓｌａｎｄ；ＮＰＰ；Ｘｉｎｊｉａｎｇ；ＣＡＳＡｍｏｄｅｌ草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，草地植被是陆地上面积最大的一种可更新资源，对于调节全球碳循环和气候具有重要的作用，同时草地也是畜牧业发展的重要物质基础［１⁃３］㊂植被净初级生产力作为陆地表面碳循环的重要部分，不仅反映自然环境下植被的生产能力，也是衡量生态系统碳源／碳汇转换的主要因子，因而在分析碳循环以及全球变化中有着重要的意义［４］㊂随着全球变化研究的不断深入，植被ＮＰＰ已成为气候变化对陆地生态系统影响的研究热点［５⁃７］㊂地面测量数据无法描述ＮＰＰ在区域及全球尺度上的变化特征，因此利用遥感数据和数学模型模拟ＮＰＰ就成为一种被广泛接受的重要研究方法［８］㊂近年来，许多学者基于遥感数据建立了许多模型对植被ＮＰＰ进行估算［９⁃１０］㊂然而，估算净初级生产力应用最广泛的当属ＣＡＳＡ模型［９，１１］㊂ＣＡＳＡ模型主要用于模拟区域或全球植被实际净初级生产力，但对于点上的验证还较为匮乏㊂近年来，在全球气候变暖的背景下，区域植被ＮＰＰ变化对气候变化存在着区域差异㊂一些研究表明，随着降水和温度的增加，草地ＮＰＰ呈现增加趋势［１２⁃１４］，相反，有一些区域随着温度的增加，草地ＮＰＰ呈现下降趋势［６，１５］㊂不同区域植被ＮＰＰ对不同季节的降水和温度的变化的响应也明显不同［１６］㊂目前，新疆地区植被ＮＰＰ研究较为薄弱，主要集中ＮＰＰ空间分布格局㊁变化趋势以及对气候的响应上［７，１７⁃１９］，但不同草地类型对不同季节的气象因子的响应研究尚有待进一步研究㊂新疆草地生态系统是当地最重要㊁分布最广泛的生态系统之一㊂由于地处新疆干旱和半干旱地区，草地生态系统极为脆弱，对气候和环境变化的影响十分敏感㊂因此，在新疆地区开展草地ＮＰＰ及其对气候变化的响应有着独特的地位㊂综上所述，在气候变化日趋频繁的影响下，掌握新疆草地ＮＰＰ的空间格局及其对气候的响应关系，不仅是新疆草地生态系统健康发展的需要，而且是实现当地畜牧业可持续发展的战略需要㊂１㊀材料与方法１．１㊀研究区概况新疆维吾尔自治区位于我国西北部，地理位置介于３４ʎ２２ᶄ ４９ʎ３３ᶄＮ，７３ʎ２２ᶄ ９６ʎ２１ᶄＥ，总面积为１６６ˑ１０４ｋｍ，约占国土总面积的１／６（图１）㊂新疆地处欧亚大陆腹地，四面高山环抱，北有阿尔泰山，南有昆仑山９１３５㊀１５期㊀㊀㊀张仁平㊀等：新疆草地净初级生产力（ＮＰＰ）空间分布格局及其对气候变化的响应㊀系，中有横亘全境的天山，三山环抱中为广袤的准噶尔和塔里木盆地， 三山夹两盆 构成了新疆独特的地理环境特征㊂新疆气候属于典型的温带大陆干旱性气候，光热资源充足，年日照时数达２５５０ ３５００ｈ，年平均气温９ １２ħ，无霜期长达１８０ ２２０ｄ，降水量稀少，北疆年降水为１００ ２００ｍｍ，南疆在１００ｍｍ以下㊂而蒸发量则相反，北疆为１５００ ２３００ｍｍ，南疆为２１００ ３４００ｍｍ㊂由于特殊的地理位置㊁地形条件和干旱气候的影响，新疆生态环境极为脆弱，植物种类稀少，覆盖度低，类型结构简单㊂新疆草地总面积居我国第三位，毛面积约５７．２６万ｋｍ２，可利用草地面积约４８万ｋｍ２，占新疆国土面积的３４．４％，新疆草地面积是耕地面积的１５倍，是森林面积的２２倍，占全区绿色植被面积的８６％［２０］㊂图１草地类型来源于１ʒ１００００００中国草地资源图［２１］㊂图１㊀研究区草地类型及生物量采样点空间分布Ｆｉｇ．１㊀Ｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｇｒａｓｓｌａｎｄｔｙｐｅｓａｎｄｇｒａｓｓｌａｎｄａｂｏｖｅｇｒｏｕｎｄｂｉｏｍａｓｓｓａｍｐｌｅｓｉｔｅｓ１．２㊀数据来源本研究所用ＭＯＤＩＳＮＤＶＩ数据源自美国国家航空航天局ＮＡＳＡ／ＥＯＳＬＰＤＡＡＣ数据中心（ｈｔｔｐｓ：／／ｌｐｄａａｃ．ｕｓｇｓ．ｇｏｖ／），为２００１ ２０１４年ＭＯＤＩＳ产品ＭＯＤ１３Ｑ１数据集，空间分辨率为５００ｍ，时间分辨率为１６ｄ㊂利用ＭＲＴ（ＭＯＤＩＳＲｅ⁃ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎＴｏｏｌｓ）进行拼接处理㊁投影转换，得到ＴＩＦＦ格式文件㊂同时，对１６ｄ的ＭＯＤＩＳ⁃ＮＤＶＩ数据采用最大化合成法（ｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ＭＶＣ）得到每月ＮＤＶＩ数据，并利用Ｓａｖｉｔｚｋｙ⁃Ｇｏｌａｙ方法对ＭＯＤＩＳ⁃ＮＤＶＩ数据进行滤波处理，以便减少由云和薄雾造成的噪音㊂气象数据来源于中国气象局国家气象信息中心（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｃｍａ．ｃｎ／ｓｉｔｅ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ），一共有６７个气象台站㊂利用ＡＮＵＳＰＬＩＮ软件，对研究区域的气温㊁降水数据以及日照时数进行插值处理［２２］㊂生物量数据选用２０１０ ２０１４年草原监测数据（图１）（ｈｔｔｐ：／／２０２．１２７．４２．１９４／ｊｉａｎｃｅ／ｌｏｇｉｎ．ａｓｐｘ）．㊂依据不同的气候及草地类型空间分布特点，在每年的７月末或者８月初监测新疆地区草地的最大生物量，收集的数据包括７９１个样地，样地大小为（５００ｍˑ５００ｍ），每个样地在四角及中心位置各设置１个小样方（１ｍˑ１ｍ），记录每个小样方内采集的样本在６５ħ烘箱烘干４８ｈ后测量的干物质产量㊂收集的７９１样地数据分布如下：温性草甸草原类分布有４８个㊁温性草原类分布有１０９个㊁温性荒漠草原类分布有１３７个㊁高寒草原类分布有５３个㊁温性草原化荒漠类分布有５９个㊁温性荒漠类分布有１３５个㊁高寒荒漠类分布有１６个㊁低地草甸类分布有７１个㊁山地草甸类分布有９６个㊁高寒草甸类分布有６７个㊂根据不同草地类型地上生物量和地下生物量的０２３５㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀比值算出单位面积内植物的生物量［２３］，按每１．０ｇ干重约等于０．４７５ｇ碳换算，得到每个样地的草地ＮＰＰ，统一以碳（ｇＣ／ｍ２）的形式表示［２４］㊂１．３㊀草地植被ＮＰＰ遥感估算方法基于遥感和气候数据的ＣＡＳＡ（ＣａｒｎｅｇｉｅＡｍｅｓＳｔａｎｆｏｒｄＡｐｐｒｏａｃｈ）模型可以用来评估大尺度上的草地ＮＰＰ［４，２５］㊂ＣＡＳＡ模型是Ｐｏｔｔｅｒ等建立的光能利用率模型的典型代表，ＮＰＰ的估算可以由植物的光合有效辐射ＡＰＡＲ（ＭＪ／ｍ２）和实际光能利用率ε（ｇＣ／ＭＪ）两个因子来表示，其估算公式如下：ＮＰＰ＝ＡＰＡＲˑε（１）植被吸收的光合有效辐射取决于植物本身的特征以及太阳总辐射㊂其计算公式为：ＡＰＡＲ＝ＳＯＬˑＦＰＡＲˑ０．５（２）式中，ＳＯＬ是太阳总辐射量（ＭＪ／ｍ２），ＦＰＡＲ为植被冠层对入射光合有效辐射的吸收比例，通过ＮＤＶＩ影像数据集来计算［２６］㊂实际光能利用率ε是植物固定太阳能，并通过光合作用将所截获／吸收的能量转化为碳（Ｃ）／有机质干物质的效率，一般用ｇＣ／ＭＪ表示㊂Ｐｏｔｔｅｒ等认为在理想条件下植被具有最大光能利用率，而在现实条件下的最大光能利用率主要受温度和水分的影响［４，２６］，其计算公式是：ε＝Ｔε１ˑＴε２ˑＷεˑεｍａｘ（３）式中，Ｔε１和Ｔε２表示低温和高温对光能利用率的胁迫作用，可采用Ｐｏｔｔｅｒ等［２５］提出的方法进行估算㊂εｍａｘ表示在理想状态下植被的最大光能利用率，是指植被在没有任何限制的理想条件下对光合有效辐射的利用率㊂由于全球相同植被也难免与中国存在较大差别［２７］，因此本文中的最大光能利用率取值采用了朱文泉等关于中国草地类型的最大光能利用率模拟结果［９］，即草地的最大光能利用率为０．５４２ｇＣ／ＭＪ㊂Ｗε为水分胁迫系数，其计算方式及改进见文献［２８］㊂２㊀结果与分析图２㊀净初级生产力（ＮＰＰ）模拟值与观测值的比较㊀Ｆｉｇ．２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｅｄｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＮＰＰ）ａｎｄｏｂｓｅｒｖｅｄＮＰＰ２．１㊀草地ＮＰＰ估算结果验证验证模型模拟结果是模型在实际中应用的前提条件㊂由于缺乏大尺度生物量监测数据，所以进行模型验证较为困难㊂但本研究采用的生物量实测数据样方数量较多，也比较典型，监测时间也较为一致，可以较好地代表新疆地区草地地上净初级生产力㊂本文利用２０１０ ２０１４年地面实测生物量数据对ＣＡＳＡ模型模拟的草地ＮＰＰ进行验证，实测生物量数据和ＣＡＳＡ模型模拟ＮＰＰ决定系数（Ｒ２）是０．７８（Ｐ＜０．００１）（图２），表明ＣＡＳＡ模型是适合于估算当地草地ＮＰＰ㊂２．２㊀草地植被ＮＰＰ时空格局分析为了探讨新疆地区草地ＮＰＰ的空间分布格局，基于ＣＡＳＡ模型模拟了新疆地区２００１ ２０１４年草地ＮＰＰ，结果表明，全疆平均草地ＮＰＰ值为１０２．４９ｇＣｍ－２ａ－１（图３）㊂在新疆各个区域中，伊犁河谷及阿尔泰山海拔较高区域的草地ＮＰＰ相对较高，其次是天山和阿尔泰山的中山带区域，而准噶尔盆地和塔里木盆地的一些区域草地ＮＰＰ最低㊂１２３５㊀１５期㊀㊀㊀张仁平㊀等：新疆草地净初级生产力（ＮＰＰ）空间分布格局及其对气候变化的响应㊀图３㊀新疆草地２００１ ２０１４年平均ＮＰＰ空间分布图㊀Ｆｉｇ．３㊀ＳｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｅａｎＮＰＰｉｎＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄｄｕｒｉｎｇ２００１ ２０１４在２００１ ２０１４年，新疆不同草地类型的ＮＰＰ存在明显差异，见表１㊂山地草甸ＮＰＰ最高，达到２５２．５７ｇＣｍ－２ａ－１，其次为温性草甸草原，其ＮＰＰ达到２０４．９３ｇＣｍ－２ａ－１；高寒荒漠和温性草原化荒漠的ＮＰＰ两者最低，其ＮＰＰ分别为４３．９４ｇＣｍ－２ａ－１和５３．１１ｇＣｍ－２ａ－１㊂２．３㊀草地ＮＰＰ对气候因子的时间响应特征对新疆地区草地ＮＰＰ与年（季节）均温㊁年（季节）降水的相关分析表明（表２）㊂就整个新疆草地来说，除冬季降水与草地ＮＰＰ呈负相关之外，年降水和其他３季的降水与草地ＮＰＰ呈正相关关系，其中年降水㊁夏季的降水对草地ＮＰＰ有较明显的影响，相关系数Ｒ分别达到０．４８（Ｐ＜０．１）和０．５０（Ｐ＜０．１）㊂温度对草地ＮＰＰ没有明显的影响（Ｒ＝０．０７）㊂对于降水较少，但是温度较高的草地，比如温性荒漠草原㊁温性草原化荒漠㊁温性荒漠㊁低地草甸，年降水㊁夏秋两季降水对草地ＮＰＰ有较明显的影响㊂冬季降水与大多数草地ＮＰＰ呈负相关关系，但是相关关系不显著㊂年（季节）平均温度对新疆地区所有类型的草地影响不大㊂总体而言，新疆地区草地ＮＰＰ主要受夏秋两季降水的影响，温度与草地ＮＰＰ的相关性较低，说明温度不是新疆草地ＮＰＰ的制约因素㊂表１㊀２００１ ２０１４年新疆不同草地类型平均ＮＰＰ２．４㊀草地ＮＰＰ对气候因子的空间响应特征新疆地区的温度和降水空间分布明显不同，因此草地ＮＰＰ对温度和降水变化响应也不同㊂根据相关系数显著性检验表和Ｆ检验结果，样本数为１４（２００１ ２０１４年），当｜ｒ｜＞０．５３时，表明ＮＰＰ与气候因子呈显著相关关系，当０．４６＜｜ｒ｜＜０．５３时，ＮＰＰ与气候因子存在着较显著的相关关系㊂分析新疆地区草地ＮＰＰ与温度㊁降水的相关性发现（图４），不同区域草地ＮＰＰ对温度和降水的空间响应特征明显不同㊂位于新疆地区准噶盆地东部以及天山高海拔区域的草地ＮＰＰ与年均温呈显著的正向相关关系，相关系数ｒ＞０．５３的地区占新疆草地的７．５％；相关系数０．４６＜ｒ＜０．５３的区域占新疆地区草地面积的４．８％；呈现正相关但不显著的区域占草地面积的４５．６％，主要分布于准噶尔盆地及伊犁河谷区域㊂位于新疆准噶尔盆地中心地带及塔里木区域的草地ＮＰＰ与年均温呈负相关关系，面积比例为４２％，达到较显著或者显著水平的象元很少㊂新疆地区草地ＮＰＰ与降水呈正相关的草地占新疆地区草地的７１．３％，其中ｒ＞０．５３和０．４６＜ｒ＜０．５３的草地分别占新疆地区草地的１２．５％和７．６％，主要分布在伊犁河谷地区㊁天山北坡与盆地接壤的区域以及准噶尔盆地南缘㊂草地ＮＰＰ与２２３５㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀降水呈负相关的草地占所有草地的２８．７％，达到较显著和显著水平的草地很少㊂表２㊀新疆地区草地ＮＰＰ和气候因子的相关性分析Ｔａｂｌｅ２㊀ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｂｅｔｗｅｅｎｇｒａｓｓｌａｎｄＮＰＰａｎｄｃｌｉｍａｔｉｃｆａｃｔｏｒｓｉｎＸｉｎｊｉａｎｇ草地类型Ｇｒａｓｓｌａｎｄｔｙｐｅｓ降水Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ温度Ｔｅｍｐｅｒａｔｅ年Ｙｅａｒ春季Ｓｐｒｉｎｇ夏季Ｓｕｍｍｅｒ秋季Ａｕｔｕｍｎ冬季Ｗｉｎｔｅｒ年Ｙｅａｒ春季Ｓｐｒｉｎｇ夏季Ｓｕｍｍｅｒ秋季Ａｕｔｕｍｎ冬季Ｗｉｎｔｅｒ温性草甸草原类Ｔｅｍｐｅｒａｔｅｍｅａｄｏｗｓｔｅｐｐｅ０．３９０．１７０．４００．４９－０．４５０．２４０．３０－０．０６－０．０７０．０９温性草原类Ｔｅｍｐｅｒａｔｅｓｔｅｐｐｅ０．４２－０．１２０．５００．５００．４１０．１２０．２４－０．１４－０．０９０．０２温性荒漠草原类Ｔｅｍｐｅｒａｔｅｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅ０．６１０．１２０．５６０．５６－０．４００．０２０．１９－０．１５－０．０７－０．０４高寒草原类Ａｌｐｉｎｅｓｔｅｐｐｅ０．３３－０．１１０．４２０．３６－０．２９０．０４０．０２０．０２０．１２０．００温性草原化荒漠类Ｔｅｍｐｅｒａｔｅｓｔｅｐｐｅｄｅｓｅｒｔ０．５４－０．１３０．５３０．５３－０．４２０．０８０．１００．０５０．００－０．０３温性荒漠类Ｔｅｍｐｅｒａｔｅｄｅｓｅｒｔ０．４８０．１８０．５００．３７－０．２７０．０８０．０３－０．０４０．１２０．１３高寒荒漠类Ａｌｐｉｎｅｄｅｓｅｒｔ０．４７－０．１２０．５００．３７－０．２００．０７０．０１０．１７０．２５－０．０１低地草甸类Ｌｏｕｌａｎｄｍｅａｄｏｗ０．４６０．２４０．５４０．４０－０．２２－０．０９－０．１３０．０２０．０３－０．０４山地草甸类Ｍｏｕｎｔａｉｎｍｅａｄｏｗ０．２６－０．２５０．３８０．４８－０．４１０．１８０．１３０．１５－０．０２０．０３高寒草甸类Ａｌｐｉｎｅｍｅａｄｏｗ－０．１４－０．１７０．２２０．２１－０．２６０．１０－０．０２０．１３０．１４０．０２所有类型Ａｌｌ０．４８０．０３０．５００．４５－０．３１０．０７０．０６－０．０１０．０６０．０４图４㊀新疆草地ＮＰＰ与年均温度和降水相关系数空间分布格局Ｆｉｇ．４㊀ＳｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎＸｉｎｊｉａｎｇｇｒａｓｓｌａｎｄＮＰＰａｎｄａｎｎｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ分析新疆草地ＮＰＰ与四季平均温度和降水的相关系数空间分布格局表明（图５），新疆草地ＮＰＰ与四季温度的正向和负向相关的面积比例变化不大，占新疆地区约８０％面积的草地ＮＰＰ与四季平均温度相关性达不到较显著水平，新疆草地ＮＰＰ与四季平均温度相关系数达到显著水平的区域有一定的变化㊂春季温度对草地ＮＰＰ有显著正相关的草地主要分布在伊犁河谷及塔城附近的山区，而负相关达到显著水平的区域主要位于准噶尔盆地的中心地带以及塔里木北缘㊂位于伊犁河谷高山带的草地ＮＰＰ与夏季温度的正向相关系数达到显著水平，塔里木盆地边缘地带以及准噶尔盆地南缘的一些区域草地ＮＰＰ与夏季温度呈现显著的负向相关㊂夏季温度与草地ＮＰＰ呈现显著正向相关的区域主要位于塔里木盆地南缘以及准噶尔盆地中心地带，伊犁河谷部分区域显著呈现负相关关系㊂位于准噶尔盆地中心地带的草地ＮＰＰ与冬季温度表现出显著的正相关关系㊂新疆大部分区域的草地ＮＰＰ与夏季温度和秋季温度呈正向相关，其面积比例分别为８０．９％和７５．９％，其中夏季温度与草地ＮＰＰ呈现较显著和显著相关的面积比例分别为９．１％和１７．６％，主要分布于伊犁河谷㊁塔里木盆地以及准噶尔盆地中心地带㊂秋季温度与草地ＮＰＰ呈现较显著和显著的相关的面积比例分别为７．６％３２３５㊀１５期㊀㊀㊀张仁平㊀等：新疆草地净初级生产力（ＮＰＰ）空间分布格局及其对气候变化的响应㊀和１４．９％，主要位于新疆东部㊁伊犁河谷地带以及塔城附近的山区㊂冬季降水与大部分区域草地ＮＰＰ呈负向相关关系，面积比例达６８．５％，其中达到较显著和显著水平的区域主要位于准噶尔盆地北部以及天山高山区㊂图５㊀ＮＰＰ与四季平均温度和降水相关系数空间分布格局Ｆｉｇ．５㊀ＮＰＰａｎｄａｎｎｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ３㊀讨论利用ＣＡＳＡ模型模拟植被净初级生产力主要取决于植被吸收的ＡＰＡＲ与光能利用率ε两个变量㊂一般来说，植被吸收的ＦＰＡＲ通过植被指数（比如ＮＤＶＩ和ＥＶＩ）和植被类型表示㊂光能利用率表示植被把吸收的ＡＰＡＲ转变为有机碳的效率，其主要受到土壤水分和温度的影响㊂虽然ＣＡＳＡ模型考虑了植被所在的环境条件与植被本身的特征，但在确定参数和计算过程方面有一定的不足之处㊂本文草地的最大光能利用率选择朱４２３５㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀文泉等人的研究结果，即草地的最大光能利用率为０．５４２ｇＣ／ＭＪ［２８］，通过验证后发现，改进的ＣＡＳＡ模型基本可以反映新疆地区草地ＮＰＰ㊂通过ＣＡＳＡ模型模拟的草地ＮＰＰ整体水平较低，平均值仅为１０２．４９ｇＣｍ－２ａ－１，表现为草甸＞草原＞荒漠，这与杨红飞等［７］的研究结果类似㊂新疆地区植被主要受降水因素的制约，当山区降水较为充沛，新疆草地ＮＰＰ相对来说较高，南疆区域光照虽然较好，但是降水极少㊂因此，新疆草地ＮＰＰ空间分布格局应该是山区区域高于盆地区域，新疆北部＞新疆南部，本项研究证明确实如此㊂新疆地区草地ＮＰＰ与夏秋两季降水具有明显的正相关关系，说明新疆地区草地植被生长在夏秋两季主要受降水的影响，这与普宗朝等［７５〛和陈奕兆等［７］的研究结果类似，如：普宗朝和张山清［７］研究发现降水增加对新疆地区植被ＮＰＰ产生正面影响；陈奕兆等［５］发现蒙古草原的植被对降水有正面响应㊂然而，本研究结果与张戈丽等人在青藏高原植被的有所不同，张戈丽等［２９］研究认为青藏高原植被主要受气温的影响㊂新疆地区属于典型干旱半干旱气候，区域内年均温较高，降水较少，因此水分是制约草地生长的决定因素，由于降水通常会改善土壤水分对植被的供给，有利于光合速率增强，从而提高植被生产力㊂而青藏高原由于气温较低，热量是影响植被生产的主要气候因子㊂本文植被ＮＰＰ与气候因素的相关关系均是在线性基础上进行分析的，而气候变化是十分复杂，如何更合理的分析气候变化与ＮＰＰ之间的关系，是进行植被ＮＰＰ对气候变化响应的研究基础㊂本文只是分析了温度和降水对植被ＮＰＰ的影响，然而，各种气候指标对生态系统均有一定的影响，但是各种气候指标对植被ＮＰＰ产生的影响有多大？这种影响到底与区域有关还是植被类型有关，这些仍需要长期系统的研究㊂４㊀小结基于ＣＡＳＡ模型模拟了新疆草地植被ＮＰＰ，进而探讨了草地植被ＮＰＰ的空间分布格局，并分析了草地ＮＰＰ对气候变化的响应㊂主要结论如下：基于ＣＡＳＡ模型估算的ＮＰＰ基本可以反映新疆草地植被净初级生产力的基本情况㊂在２００１ ２０１４年间，新疆草地ＮＰＰ平均值为１０２．４９ｇＣｍ－２ａ－１㊂不同草地类型的ＮＰＰ存在明显差异㊂其中，山地草甸平均ＮＰＰ最高，达到２５２．３７ｇＣｍ－２ａ－１；高寒草地的平均ＮＰＰ最低，为４３．９４ｇＣｍ－２ａ－１㊂新疆草地植被ＮＰＰ分布呈现为山区草地ＮＰＰ高于盆地区草地ＮＰＰ，新疆北部草地ＮＰＰ高于新疆南部草地ＮＰＰ㊂降水能促进新疆地区草地ＮＰＰ增加，其中夏季和秋季的降水对草地ＮＰＰ的影响最为明显㊂对于降水较少，但是温度较高的草地，比如温性荒漠草原㊁温性草原化荒漠㊁温性荒漠㊁低地草甸，年降水㊁夏秋两季降水对草地ＮＰＰ有较明显的影响㊂冬季降水与大多数草地ＮＰＰ呈负相关关系，但未通过显著性检验㊂年（季节）温度对新疆地区所有类型的草地影响不大㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＤｕＭＹ，ＫａｗａｓｈｉｍａＳ，ＹｏｎｅｍｕｒａＳ，ＺｈａｎｇＸＺ，ＣｈｅｎＳＢ．ＭｕｔｕａｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓａｎｄｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕｄｕｒｉｎｇｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．ＧｌｏｂａｌａｎｄＰｌａｎｅｔａｒｙＣｈａｎｇｅ，２００４，４１（３／４）：２４１⁃２４９．［２］㊀ＬｉａｎｇＴＧ，ＦｅｎｇＱＳ，ＹｕＨ，ＨｕａｎｇＸＤ，ＬｉｎＨＬ，ＡｎＳＺ，ＲｅｎＪＺ．ＤｙｎａｍｉｃｓｏｆｎａｔｕｒａｌｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕｆｒｏｍｐａｓｔｔｏｆｕｔｕｒｅｕｓｉｎｇａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎｄｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｄａｔａ．ＧｒａｓｓｌａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ，２０１２，５８（４）：２０８⁃２２０．［３］㊀朱玉果，杜灵通，谢应忠，刘可，宫菲，丹杨，王乐，郑琪琪．２０００ ２０１５年宁夏草地净初级生产力时空特征及其气候响应．生态学报，２０１９，３９（２）：５１８⁃５２９．［４］㊀ＦｉｅｌｄＣＢ，ＲａｎｄｅｒｓｏｎＪＴ，ＭａｌｍｓｔｒöｍＣＭ．Ｇｌｏｂａｌｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｅｃｏｌｏｇｙａｎｄｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ．ＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，１９９５，５１（１）：７４⁃８８．［５］㊀陈奕兆，李建龙，孙政国，刚成诚．欧亚大陆草原带１９８２⁃２００８年间净初级生产力时空动态及其对气候变化响应研究．草业学报，２０１７，２６（１）：１⁃１２．［６］㊀ＷａｎｇＨ，ＬｉｕＧＨ，ＬｉＺＳ，ＹｅＸ，ＷａｎｇＭ，ＧｏｎｇＬ．ＩｍｐａｃｔｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｏｎｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｎａｒｉｄａｎｄｓｅｍｉａｒｉｄｒｅｇｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａ．ＣｈｉｎｅｓｅＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２０１６，２６（１）：３５⁃４７．［７］㊀杨红飞，刚成诚，穆少杰，章超斌，周伟，李建龙．近１０年新疆草地生态系统净初级生产力及其时空格局变化研究．草业学报，２０１４，２３５２３５㊀１５期㊀㊀㊀张仁平㊀等：新疆草地净初级生产力（ＮＰＰ）空间分布格局及其对气候变化的响应㊀６２３５㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４０卷㊀（３）：３９⁃５０．［８］㊀ＧｏｅｔｚＳＪ，ＰｒｉｎｃｅＳＤ，ＧｏｗａｒｄＳＮ，ＴｈａｗｌｅｙＭＭ，ＳｍａｌｌＪ．Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｏｆｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｍｏｄｅｌｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈ．ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇ，１９９９，１２２（３）：２３９⁃２５５．［９］㊀朱文泉，潘耀忠，何浩，于德永，扈海波．中国典型植被最大光利用率模拟．科学通报，２００６，５１（６）：７００⁃７０６．［１０］㊀ＸｕＤＹ，ＫａｎｇＸＷ，ＬｉｕＺＬ，ＺｈｕａｎｇＤＦ，ＰａｎＪＪ．ＡｓｓｅｓｓｉｎｇｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｒｏｌｅｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅａｎｄｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｉｎｓａｎｄｙｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＯｒｄｏｓｒｅｇｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ．ＳｃｉｅｎｃｅｉｎＣｈｉｎａＳｅｒｉｅｓＤ：ＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００９，５２（６）：８５５⁃８６８．［１１］㊀ＨｉｃｋｅＪＡ，ＡｓｎｅｒＧＰ，ＲａｎｄｅｒｓｏｎＪＴ，ＴｕｃｋｅｒＶ，ＬｏｓＳ，ＢｉｒｄｓｅｙＲ，ＪｅｎｋｉｎｓＪＣ，ＦｉｅｌｄＣ，ＨｏｌｌａｎｄＥ．Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ⁃ｄｅｒｉｖｅｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｎｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｃｒｏｓｓＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａ，１９８２⁃１９９８．ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＬｅｔｔｅｒｓ，２００２，２９（１０）：１４２７．［１２］㊀韩王亚，张超，曾源，刘国华．２０００ ２０１５年拉萨河流域ＮＰＰ时空变化及驱动因子．生态学报，２０１８，３８（２４）：８７８７⁃８７９８．［１３］㊀ＺｈｏｕＷ，ＧａｎｇＣＣ，ＺｈｏｕＦＣ，ＬｉＪＬ，ＤｏｎｇＸＧ，ＺｈａｏＣＺ．ＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｌｉｍａｔｅａｎｄｈｕｍａｎｆａｃｔｏｒｓｔｏｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｎｏｒｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａｕｓｉｎｇｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｓａｎｉｎｄｉｃａｔｏｒ．ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＩｎｄｉｃａｔｏｒｓ，２０１５，４８：５６０⁃５６９．［１４］㊀ＸｕＣＣ，ＣｈｅｎＹＮ，ＹａｎｇＹＨ，ＨａｏＸＭ，ＳｈｅｎＹＰ．ＨｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｖａｒｉａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｒｅｇｉｏｎａｌｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｎＸｉｎｊｉａｎｇ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０１０，２０（４）：５９９⁃６１２．［１５］㊀ＺｈａｏＭＳ，ＲｕｎｎｉｎｇＳＷ．Ｄｒｏｕｇｈｔ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｇｌｏｂａｌｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｎｅｔｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍ２０００ｔｈｒｏｕｇｈ２００９．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１０，３２９（５９９４）：９４０⁃９４３．［１６］㊀刘刚，孙睿，肖志强，崔天翔．２００１ ２０１４年中国植被净初级生产力时空变化及其与气象因素的关系．生态学报，２０１７，３７（１５）：４９３６⁃４９４５．［１７］㊀普宗朝，张山清．气候变化对新疆天山山区自然植被净第一性生产力的影响．草业科学，２００９，２６（２）：１１⁃１８．［１８］㊀刘卫国，魏文寿，刘志辉．新疆气候变化下植被净初级生产力格局分析．干旱区研究，２００９，２６（２）：２０６⁃２１１．［１９］㊀姬盼盼，高敏华，杨晓东．中国西北部干旱区ＮＰＰ驱动力分析 以新疆伊犁河谷和天山山脉部分区域为例．生态学报，２０１９，３９（８）：２９９５⁃３００６．［２０］㊀许鹏．新疆草地资源及其利用．乌鲁木齐：新疆科技卫生出版社，１９９３．［２１］㊀苏大学．１：１００００００中国草地资源图的编制与研究．自然资源学报，１９９６，１１（１）：７７⁃８３．［２２］㊀ＰｌｏｕｆｆｅＣＣＦ，ＲｏｂｅｒｔｓｏｎＣ，ＣｈａｎｄｒａｐａｌａＬ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｍｏｎｔｈｌｙｒａｉｎｆａｌｌｍａｐｐｉｎｇｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉａａｎｄａｕｘｉｌｉａｒｙｄａｔａｓｏｕｒｃｅｓ：ａｃａｓｅｓｔｕｄｙｏｆＳｒｉＬａｎｋａ．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｄｅｌｌｉｎｇ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ，２０１５，６７：５７⁃７１．［２３］㊀朴世龙，方精云，贺金生，肖玉中国草地植被生物量及其空间分布格局．植物生态学报，２００４，２８（４）：４９１⁃４９８．［２４］㊀朱文泉．中国陆地生态系统植被净初级生产力遥感估算及其与气候变化关系的研究［Ｄ］．北京：北京师范大学，２００５．［２５］㊀ＰｏｔｔｅｒＣＳ，ＫｌｏｏｓｔｅｒＳＡ．Ｇｌｏｂａｌｍｏｄｅｌｅｓｔｉｍａｔｅｓｏｆｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｉｎｌｉｔｔｅｒａｎｄｓｏｉｌｐｏｏｌｓ：ｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｈａｎｇｅｓｉｎｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙａｎｄｂｉｏｍａｓｓａｌｌｏｃａｔｉｏｎ．ＴｅｌｌｕｓＢ：ＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＰｈｙｓｉｃａｌＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，１９９７，４９（１）：１⁃１７．［２６］㊀ＰｏｔｔｅｒＣＳ，ＲａｎｄｅｒｓｏｎＪＴ，ＦｉｅｌｄＣＢ，ＭａｔｓｏｎＰＡ，ＶｉｔｏｕｓｅｋＰＭ，ＭｏｏｎｅｙＭＡ，ＫｌｏｏｓｔｅｒＳＡ．Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：ａｐｒｏｃｅｓｓｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｇｌｏｂａｌｓａｔｅｌｌｉｔｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｄａｔａ．ＧｌｏｂａｌＢｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｙｃｌｅｓ，１９９３，７（４）：８１１⁃８４１．［２７］㊀彭少麟，郭志华，王伯荪．利用ＧＩＳ和ＲＳ估算广东植被光利用率．生态学报．２０００，２０（６）：９０３⁃９０９．［２８］㊀朱文泉，潘耀忠，龙中华，陈云浩，李京，扈海波．基于ＧＩＳ和ＲＳ的区域陆地植被ＮＰＰ估算 以中国内蒙古为例．遥感学报，２００５，９（３）：３００⁃３０７．［２９］㊀张戈丽，欧阳华，张宪洲，周才平，徐兴良．基于生态地理分区的青藏高原植被覆被变化及其对气候变化的响应．地理研究，２０１０，２９（１１）：２００４⁃２０１６．。

中国温带草地物候对气候变化的响应及其对总初级生产力的贡献袁沫汐;文佐时;何利杰;李鑫鑫;赵林【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】气候变暖引起的植物物候变化影响了陆地生态系统功能和碳循环。

目前研究着重关注温带和热带森林物候变化趋势、驱动因素,关于干旱半干旱地区草地物候变化及其对生态系统总初级生产力(gross primary productivity, GPP)影响仍知之甚少。

因此,开展草地植物物候与生产力之间的关系研究对预测草地生态系统响应未来气候变化和区域碳循环至关重要。

基于1982—2015年气象资料和GIMMS NDVI3g数据,分析了中国温带草原植被返青期(start of the growing season, SGS)和枯黄期(end of the growing season, EGS)变化及其对气候的响应,并借助一阶差分法量化物候对GPP动态变化的贡献。

结果表明:(1)季前1—2个月的夜间温度增温会显著提前SGS,而当月至季前2个月的白天温度对SGS有着微弱的促进作用;季前3个月的累积降水对SGS提前作用最为强烈,累积太阳辐射在各个时期对SGS影响相对较弱。

(2)不同季前时间尺度昼夜温度对草地EGS均表现出相反的作用,短期累积降水对EGS起到显著延迟的区域范围最大,太阳辐射随着季前时间的增加对草地枯黄期的延迟作用逐渐转变为提前作用。

(3)EGS对草地GPP年际变化趋势的相对贡献率强于返青期。

研究结果有助于深化陆地生态系统与气候变化、碳循环之间相互作用的认识,为草地适应未来气候变化和生态建设提供科学依据。

【总页数】23页(P354-376)【作者】袁沫汐;文佐时;何利杰;李鑫鑫;赵林【作者单位】湖南工商大学公共管理与人文地理学院;长沙人工智能社会实验室;中国地质大学(武汉)流域关键带演化湖北省重点实验室;武汉大学资源与环境科学学院;华中农业大学公共管理学院【正文语种】中文【中图分类】Q94【相关文献】1.草地净初级生产力对气候变化的响应2.新疆草地净初级生产力(NPP)空间分布格局及其对气候变化的响应3.天山北坡典型草地净初级生产力对氮沉降及气候变化的响应阈值研究4.气候变化下中国不同植被区总初级生产力对干旱的响应5.中国植被总初级生产力对气候变化的响应因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第４４卷第８期２０２４年４月生态学报ＡＣＴＡＥＣＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＶｏｌ．４４，Ｎｏ．８Ａｐｒ．，２０２４基金项目：宁夏自然科学基金重点项目（２０２２ＡＡＣ０２０１１）；国家自然科学基金项目（４１９６７０２７）；宁夏地质局财政项目（ＮＸＣＺ２０２２０２０３）收稿日期：２０２３⁃０７⁃３１；㊀㊀网络出版日期：２０２４⁃０１⁃２９∗通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄｕｌｔ８０＠ｑｑ．ｃｏｍＤＯＩ：１０．２０１０３／ｊ．ｓｔｘｂ．２０２３０７３１１６４３袁洪艺，杜灵通，乔成龙，王玉霞，薛斌，魏采用，周峰，李明涛．人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟 以宁夏盐池县荒漠草原区为例．生态学报，２０２４，４４（８）：３５１５⁃３５２４．ＹｕａｎＨＹ，ＤｕＬＴ，ＱｉａｏＣＬ，ＷａｎｇＹＸ，ＸｕｅＢ，ＷｅｉＣＹ，ＺｈｏｕＦ，ＬｉＭＴ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＧＰＰａｎｄＥＴｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｆｏｒｔｈｅｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅａｒｅａｏｆＹａｎｃｈｉｃｏｕｎｔｙ，Ｎｉｎｇｘｉａ．ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０２４，４４（８）：３５１５⁃３５２４．人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟 以宁夏盐池县荒漠草原区为例袁洪艺１，２，杜灵通１，２，∗，乔成龙１，２，王玉霞１，２，薛㊀斌１，２，魏采用３，周㊀峰４，李明涛４１宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地，银川㊀７５００２１２宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，银川㊀７５００２１３宁夏回族自治区遥感调查院，银川㊀７５００２１４宁夏回族自治区矿产地质调查院，银川㊀７５００２１摘要：荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力（ＧＰＰ）和蒸散（ＥＴ）如何响应全球气候变化，不仅是全球变化生态学研究的核心问题，也关乎干旱半干旱风沙区生态建设的可持续性㊂利用参数优化后的生物群区生物地球化学循环（Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ）模型和气象环境驱动数据，考虑不同气候变化情景和未来趋势，模拟了盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ对气候变化的响应㊂结果表明：（１）增温会显著抑制生态系统的ＧＰＰ，大幅度的增温（３ħ）会导致ＧＰＰ急剧下降，但增温对ＥＴ的抑制作用非常微弱；（２）降水是限制ＥＴ变化的重要因素，相对于增温诱发干旱胁迫所引起的ＥＴ小幅下降，降水多寡则更直接地控制着生态系统的ＥＴ大小；（３）中国西北地区未来气候的 暖湿化 趋势和大气ＣＯ２浓度升高会对荒漠草原区人工灌丛生态系统产生综合驱动效应，增强陆地和大气间的碳水交换通量㊂研究成果可为干旱半干旱区应对全球变化及指导地方政府制定生态保护修复政策提供科学依据㊂关键词：人工灌丛生态系统；生物群区生物地球化学循环（Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ）模型；总初级生产力；蒸散；气候变化；盐池县ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＧＰＰａｎｄＥＴｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｆｏｒｔｈｅｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅａｒｅａｏｆＹａｎｃｈｉｃｏｕｎｔｙ，ＮｉｎｇｘｉａＹＵＡＮＨｏｎｇｙｉ１，２，ＤＵＬｉｎｇｔｏｎｇ１，２∗，ＱＩＡＯＣｈｅｎｇｌｏｎｇ１，２，ＷＡＮＧＹｕｘｉａ１，２，ＸＵＥＢｉｎ１，２，ＷＥＩＣａｉｙｏｎｇ３，ＺＨＯＵＦｅｎｇ４，ＬＩＭｉｎｇｔａｏ４１ＢｒｅｅｄｉｎｇＢａｓｅｆｏｒＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬａｎｄＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＲｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｉｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａ，ＮｉｎｇｘｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，Ｃｈｉｎａ２ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＲｅｓｔｏｒａｔｉｏｎａｎｄＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＤｅｇｒａｄｅｄＥｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＮｉｎｇｘｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，Ｃｈｉｎａ３ＮｉｎｇｘｉａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇＳｕｒｖｅｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，Ｃｈｉｎａ４ＮｉｎｇｘｉａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＳｕｒｖｅｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ７５００２１，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｗｔｈｅｇｒｏｓｓｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＧＰＰ）ａｎｄｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＥＴ）ｏｆｔｈｅｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅａｒｅａｓｒｅｓｐｏｎｄｓｔｏｇｌｏｂａｌｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｓｎｏｔｏｎｌｙａｋｅｙｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｐｒｏｂｌｅｍｏｆｇｌｏｂａｌｃｈａｎｇｅｅｃｏｌｏｇｙ，ｂｕｔａｌｓｏｒｅｌａｔｅｓｔｏｔｈｅｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｇｉｏｎａｌｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｉｎａｒｉｄａｎｄｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄａｒｅａｓ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｓｃｅｎａｒｉｏｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｔｒｅｎｄｓ，ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｕｓｅｄｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｄａｔａｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅＢｉｏｍｅ⁃ＢＧＣｍｏｄｅｌ．ＴｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆＧＰＰａｎｄＥＴｏｆｔｈｅｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅａｒｅａｏｆＹａｎｃｈｉｃｏｕｎｔｙｔｏｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：（１）ａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｈｉｂｉｔｓｔｈｅＧＰＰｏｆｔｈｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍ．Ｈｉｇｈ⁃ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ６１５３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４４卷㊀ｗａｒｍｉｎｇ（３ħ）ｌｅａｄｓｔｏａｓｈａｒｐｄｅｃｌｉｎｅｉｎＧＰＰ，ｂｕｔｔｈｅｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙｅｆｆｅｃｔｏｆｗａｒｍｉｎｇｏｎＥＴｉｓｖｅｒｙｗｅａｋ．（２）ＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｓａｃｒｉｔｉｃａｌｆａｃｔｏｒｌｉｍｉｔｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆＥＴ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆＥＴｃａｕｓｅｄｂｙｄｒｏｕｇｈｔｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒｒｅｇｉｏｎａｌｗａｒｍｉｎｇ，ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｈｅＥＴᶄｓｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍｍｏｒｅｄｉｒｅｃｔｌｙ．（３）ＴｈｅｗａｒｍａｎｄｈｕｍｉｄｃｌｉｍａｔｅａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｗｉｌｌｈａｖｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｌｙｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｆｌｕｘｏｆｃａｒｂｏｎａｎｄｗａｔｅｒｂｅｔｗｅｅｎｌａｎｄａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｈｕｍａｎｔｏａｄａｐｔｔｏｇｌｏｂａｌｃｈａｎｇｅｓｉｎａｒｉｄａｎｄｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄａｒｅａｓａｎｄｆｏｒｌｏｃａｌｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔｓｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｐｏｌｉｃｉｅｓ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｅｃｏｓｙｓｔｅｍ；Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣｍｏｄｅｌ；ｇｒｏｓｓｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ；ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ；Ｙａｎｃｈｉｃｏｕｎｔｙ当前气候变化对陆地生态系统的影响愈加复杂，一方面因温室气体排放增加引起的气温上升，会改变植物生长和发育的环境条件并引发干旱胁迫［１］，另一方面ＣＯ２的施肥作用又增强了生态系统的生产力［２］，因ＣＯ２浓度升高引起的水文循环强迫，又会影响到干旱区生态系统的植被格局与过程［３］，最终对生态系统的碳水循环产生深远影响［４ ５］㊂干旱半干旱区占全球４１％的陆地表面，草地是这一区域中最主要的生态系统类型，强烈的人类活动和气候变化对干旱区草地的生态系统过程影响显著［６］㊂气候变化通过改变植物碳输入和微生物代谢过程来影响草地生态系统的碳储量［７］，因此，模拟不同气候变化情景下草地生态系统的碳水通量响应，对理解干旱区生态系统过程的未来变化至关重要［８］㊂近２０年来气候学领域的进展为全球变化模拟研究提供了新途径，世界气候研究计划组织的耦合模式比较计划（ＣＭＩＰ）得到了国际社会的高度认可［３］，其中，基于ＣＭＩＰ５排放情景模拟未来陆地生态系统的碳水通量是其重要应用领域，如康满春等［９］根据ＣＭＩＰ５中的ＲＣＰ４．５和ＲＣＰ６．０排放情景，研究了中国北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应㊂最新发布的ＣＭＩＰ６气候模式在分辨率等方面有进一步提升［１０］，其基于不同的共享社会经济路径（ＳＳＰｓ）及最新的人为排放趋势，提出了新的预估情景［１１］，能更好地衡量不同社会经济发展模式与气候变化风险的关系，并在生态系统过程模拟中得到了应用，如孙倩等［１２］基于ＣＭＩＰ６气候情景数据驱动Ｄａｙｃｅｎｔ模型，分析了２０１５ ２１００年甘肃草地生态系统碳收支未来的时空特征和影响因素；桑春云等［１３］利用ＣＭＩＰ６中加拿大地球系统模式（ＣａｎＥＳＭ５）数据分析了三江源地区的作物参考蒸散（ＥＴ０）变化特征及在未来不同情景下的变化㊂在沙化㊁退化荒漠草原区，人工种植耐旱灌木进行防风固沙是中国西北重要的生态治理措施，这一措施在荒漠草原区形成的大量人工灌丛成为区域重要的生态系统类型和景观结构，该生态系统受人类活动干扰强烈，已引起科学界广泛关注［１４ １７］㊂但在全球气候变化背景下，荒漠草原区人工灌丛的碳水循环过程如何变化尚需开展模拟研究，特别是厘清其在不同气候变化模式和社会经济发展路径下的响应规律，对理解该人工生态系统的可持续性和稳定性至关重要，其不仅具有重要的科学意义，而且对干旱半干旱区生态治理具有指导价值㊂为此，本文以宁夏盐池荒漠草原区中间锦鸡儿（Ｃａｒａｇａｎａｌｉｏｕａｎａ）人工灌丛为例，利用联合国政府间气候变化专门委员会（ＩＰＣＣ）第六次气候变化评估报告中提出的五种ＳＳＰｓ，结合盐池的降水㊁气温等变化情景，在生物群区生物地球化学循环（Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ）模型中模拟总初级生产力（ＧＰＰ）和蒸散（ＥＴ）对未来气候变化的响应，以期揭示其生态过程的响应机制，为荒漠草原区应对气候变化提供依据㊂１㊀研究区概况及研究数据和方法１．１㊀研究区概况盐池县位于宁夏回族自治区东部，其幅员辽阔，总面积达６７６９ｋｍ２，最高海拔１９５３ｍ，地形由南到北逐渐降低，气候从半湿润区向半干旱区过渡，植被类型从典型草原向荒漠草原过渡［１８ １９］㊂气候以中温带半干旱大陆性气候为主，盐池气象站记录地近６０年来的年平均气温８．３ħ，年平均降水量在２９７ｍｍ［２０］㊂因处在华东季风气候的末界，全年降水分布不均，夏秋多而冬春少，其中７ ９月的降水量约占全年的６２％［１５］㊂土壤结构松散，渗透性强，易受侵蚀，南部黄土丘陵区主要以黑垆土㊁黄绵土为主，北部风沙区以风沙土和灰钙土为主［２１］㊂盐池县近几十年持续推进防沙治沙㊁造林种草㊁封山育林等生态建设工程，极大地改善了区域植被结构，在荒漠草原区形成约８．９ˑ１０４ｈｍ２以中间锦鸡儿等灌木为优势种的成林人工灌丛景观［１９］㊂１．２㊀模型及驱动数据１．２．１㊀Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型是一种典型的以日尺度为步长的生理生态过程模型［２２］，能够模拟水㊁碳㊁氮在陆地生态系统的植被㊁凋落物和土壤中的存储与流通过程，模型设计遵循物质与能量守恒定律，即进入系统的物质和能量等于留在系统中的物质和能量加上离开系统的物质和能量，具体模拟原理参见文献［２２］㊂模拟过程包括初始化模拟和常规模拟两个阶段，初始化模拟基于设定的生理生态指标，利用大气ＣＯ２浓度㊁氮沉降值和研究区气象数据进行循环，直至模型状态变量㊁碳库和氮库等达到平衡态［２３］，初始化模拟需要需要输入描述站点属性的初始化文件㊁气象数据文件和生理生态参数文件，当模型初始化运行到模拟的年土壤碳储量差异小于０．５ｇＣｍ－２ａ－１就达到了平衡态㊂之后运用被模拟时期的气象资料㊁ＣＯ２含量年际变化数据以及生态生理参数，来实现生态系统碳㊁氮㊁水的存储和通量模拟㊂１．２．２㊀数据来源Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型所需的日尺度气象数据来源于中国气象数据网（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｃｍａ．ｃｎ／），研究获取了盐池县１９８６ ２０１８年逐日最高温度㊁最低温度及降雨量㊂利用逐日降水㊁气温数据驱动山地小气候模拟模型（ＭＴＣＬＩＭ）模型，模拟获得驱动Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型所需的其他气象指标，大气ＣＯ２浓度数据来源于青海省瓦里关大气本地观测站㊂本文采用ＰＥＳＴ参数优化方法和宁夏大学盐池荒漠草原定位研究站的涡度相关观测数据，对Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型中的２８个生态生理参数进行了优化，各生态生理参数的优化结果及具体取值参照文献［２０］㊂１．３㊀气候变化情景模拟本文分别模拟气温升高㊁降水增加与大气ＣＯ２浓度升高等单一因子和组合变化对生态系统总初级生产力（ＧＰＰ）和蒸散（ＥＴ）的可能影响，以及预测在ＩＰＣＣ第六次气候变化评估报告中的五种ＳＳＰｓ下研究区ＧＰＰ和ＥＴ未来的变化特征㊂１．３．１㊀增温与降水增加的组合情景模拟方案预计到２１世纪末，中国区域气温会增加１．３ ５ħ，北方地区的降水量可能将上升５％ １５％［２４ ２５］㊂因此，本研究基于１９８６ ２０１８年的气温㊁降水和大气ＣＯ２浓度数据，通过设定气温升高１ħ㊁２ħ㊁３ħ和降水增加５％㊁１０％㊁１５％的气候变化幅度，由此构建出包括初始情况（Ｔ０Ｐ０）在内的２个变量组合的１６种变化情景（表１），模拟各情景下研究区ＧＰＰ和ＥＴ的变化㊂表１㊀气候变化情景设计７１５３㊀８期㊀㊀㊀袁洪艺㊀等：人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟㊀１．３．２㊀未来气候情景设置基于ＩＰＣＣ第六次气候变化评估报告中所提出的五种ＳＳＰｓ［２６］，模拟未来全球变暖和大气ＣＯ２浓度增加对荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ的影响㊂在设计模拟情景时，气温与降水以盐池荒漠草原人工灌丛区１９８６ ２０１８年的实际上升率为基准，每２０ａ设置一个增加，ＣＯ２浓度来源于ＩＰＣＣ的预测排放情景（表２）㊂本研究选择五种ＳＳＰｓ中的低排放情景（ＳＳＰ１⁃１．９）㊁中等排放情景（ＳＳＰ２⁃４．５）和高排放情景（ＳＳＰ５⁃８．５），模拟２１世纪早期（２０２１ ２０４０年）㊁中期（２０４１ ２０６０年）和末期（２０８１ ２１００年）荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ与ＥＴ变化㊂表２㊀未来气候变化情景设计Ｔａｂｌｅ２㊀Ｓｃｅｎａｒｉｏｓｄｅｓｉｇｎｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｎｆｕｔｕｒｅ年份Ｙｅａｒ增温／ħＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ降水增加／ｍｍＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ共享社会经济路径ＳｈａｒｅｄＳｏｃｉｏ⁃ｅｃｏｎｏｍｉｃＰａｔｈｗａｙｓＣＯ２浓度／（μｍｏｌ／ｍｏｌ）ＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ２０２１ ２０４００．４９４９．６３ＳＳＰ１⁃１．９４３３．７９ＳＳＰ２⁃４．５４４８．１４ＳＳＰ５⁃８．５４５８．４７２０４１ ２０６００．９８９９．２６ＳＳＰ１⁃１．９４３６．９４ＳＳＰ２⁃４．５５１０．５５ＳＳＰ５⁃８．５５７３．８１２０８１ ２１００１．９５１９８．５２ＳＳＰ１⁃１．９４０３．９５ＳＳＰ２⁃４．５５９８．０４ＳＳＰ５⁃８．５１０１２．７９２㊀结果和分析图１㊀盐池１９８６—２０１８年气候因子及ＣＯ２浓度变化情况Ｆｉｇ．１㊀ＣｈａｎｇｅｓｏｆｃｌｉｍａｔｉｃｆａｃｔｏｒｓａｎｄＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎＹａｎｃｈｉＣｏｕｎｔｙｆｒｏｍ１９８６ｔｏ２０１８２．１㊀盐池荒漠草原区气候变化基本特征盐池荒漠草原人工灌丛区１９８６ ２０１８年的气温㊁降水及ＣＯ２浓度变化特征见图１㊂从中可以看出，研究期内的多年平均气温为１２．４４ħ，最低值出现在１９８６年，为１１．４３ħ，最高值出现在１９９８年，为１３．６３ħ，年平均气温呈波动上升趋势，上升率为０．０２ħ／ａ㊂研究期内的多年平均降水量为２９６．４０ｍｍ，２０１１年为丰水年，年降水量达到最高的４０２．８０ｍｍ，２０００年为极端干旱年份，年降水量仅仅只有１６０．８０ｍｍ，与气温变化趋势一样，年降水量也表现出波动增加的趋势，上升率为２．４８ｍｍ／ａ㊂由于盐池缺乏大气本底ＣＯ２浓度观测，故采用离本地最近的青海省瓦里关大气本底站观测数据来研究本区域ＣＯ２浓度变化，１９８６ ２０１８年间区域ＣＯ２浓度呈极显著上升趋势，年增幅为２．０２μｍｏｌ／ｍｏｌ，其中ＣＯ２浓度在１９８６年为３４０．２３μｍｏｌ／ｍｏｌ，是这一期间的最小值，在２０１８年达到４０７．２８μｍｏｌ／ｍｏｌ，为这一期间的最大值㊂可见，在全球变化背景下，盐池荒漠草原人８１５３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４４卷㊀工灌丛区表现出了大气ＣＯ２浓度持续增高㊁气候向 暖湿化 演变的基本特征㊂２．２㊀ＧＰＰ和ＥＴ对不同增温与降水增加组合情景的响应基于１９８６ ２０１８年期间的气象数据驱动参数优化后的Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型，模拟了当前大气ＣＯ２浓度背景下１６种增温与降水增加组合情景（含基准情景Ｔ０Ｐ０）的生态系统ＧＰＰ和ＥＴ（表３）㊂结果可以看出，在基准情景下，盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ年均值为５３５．５６ｇＣｍ－２ａ－１，灌木入侵会增强原始荒漠草原生态系统的总初级生产力；ＥＴ年均值为２９３．２８ｍｍ，ＥＴ基本与多年平均降水量持平㊂气温的增高会显著抑制荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ，当气温增加３ħ后，不同降水情景下的ＧＰＰ平均值为６３．９１ｇＣｍ－２ａ－１，仅为基准情景下的１１．９％，可见气温升高的强烈胁迫可能会导致这种干旱区的人工灌丛生态系统生产力彻底毁灭，极有可能导致人工灌丛完全退化㊂气温的增高也会显著抑制荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＥＴ，但增温导致ＥＴ降低的幅度并不大，当气温增加３ħ后，不同降水情景下的ＥＴ平均值为３０５．７７ｍｍ㊂从不同增温与降水增加的组合情景来看，只有降水不变（Ｐ０）且气温增加的情况下，ＥＴ年均值才会比基准情景下（Ｔ０Ｐ０）略微有所降低，其它增温与降水增加组合均会导致ＥＴ增加㊂可见，盐池荒漠草原人工灌丛区在当前气候 暖湿化 变化趋势（图１），尤其是降水增加，会促进生态系统的水分消耗的增强㊂表３㊀不同气候变化情景下盐池荒漠草原区人工灌丛ＧＰＰ和ＥＴ的变化Ｔａｂｌｅ３㊀ＴｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆＧＰＰａｎｄＥＴｏｆｐｌａｎｔｅｄｓｈｒｕｂｉｎｔｈｅｄｅｓｅｒｔｓｔｅｐｐｅｏｆＹａｎｃｈｉＣｏｕｎｔｙｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｓｃｅｎａｒｉｏｓ气候变化情景模拟Ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｓｃｅｎａｒｉｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ总初级生产力Ｇｒｏｓｓｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＧＰＰ）蒸散Ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＥＴ）１９８６ ２０１８年的总值Ｔｏｔａｌａｍｏｕｎｔ／（ｇＣ／ｍ２）年均值Ａｎｎｕａｌａｖｅｒａｇｅ／（ｇＣｍ－２ａ－１）年均值变化量Ａｍｏｕｎｔｏｆｃｈａｎｇｅ／（ｇＣｍ－２ａ－１）１９８６ ２０１８年的总值Ｔｏｔａｌａｍｏｕｎｔ／ｍｍ年均值Ａｎｎｕａｌａｖｅｒａｇｅ／（ｍｍ／ａ）年均值变化量Ａｍｏｕｎｔｏｆｃｈａｎｇｅ／（ｍｍ／ａ）Ｔ０Ｐ０１７６７３．３２５３５．５６／９６７８．３３２９３．２８／Ｔ０Ｐ１１８２５１．４１５５３．０７１７．５１１０１３３．５９３０７．０８１３．８０Ｔ０Ｐ２１８６８５．６７５６６．２３３０．６７１０５８０．０５３２０．６１２７．３３Ｔ０Ｐ３１８９８２．４３５７５．２３３９．６７１１０２６．７０３３４．１４４０．８６Ｔ１Ｐ０１３４１４．８３４０６．５１－１２９．０５９５９３．８２２９０．７２－２．５６Ｔ１Ｐ１１３５０７．８６４０９．３３－１２６．２３１００３７．７９３０４．１８１０．９０Ｔ１Ｐ２１３３６６．９９４０５．０６－１３０．５０１０４７５．３２３１７．４３２４．１５Ｔ１Ｐ３１３７０４．５５４１５．２９－１２０．２７１０９１６．３９３３０．８０３７．５２Ｔ２Ｐ０６２７０．２８１９０．０１－３４５．５５９５３２．１９２８８．８５－４．４３Ｔ２Ｐ１６２６８．４８１８９．９５－３４５．６１９９７１．０５３０２．１５８．８７Ｔ２Ｐ２６２６６．２８１８９．８９－３４５．６７１０３９２．４２３１４．９２２１．６４Ｔ２Ｐ３６２６７．８５１８９．９３－３４５．６３１０８０２．５１３２７．３５３４．０７Ｔ３Ｐ０２１０９．３８６３．９２－４７１．６４９５０５．２３２８８．０４－５．２４Ｔ３Ｐ１２１０９．１６６３．９１－４７１．６５９８９５．７８２９９．８７６．５９Ｔ３Ｐ２２１０８．７６６３．９０－４７１．６６１０２８６．２０３１１．７０１８．４２Ｔ３Ｐ３２１０８．７０６３．９０－４７１．６６１０６７４．１０３２３．４６３０．１８盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ和ＥＴ对增温和降水量增加的响应存在差异（图２）㊂ＧＰＰ明显受控于气温，增温会显著抑制ＧＰＰ，线性斜率显示，气温每增加１ħ，ＧＰＰ会降低１８３．７９ｇＣｍ－２ａ－１㊂ＧＰＰ受降水增加的影响微弱，在基准气温情景下（Ｔ０），降水量增加１５％会导致ＧＰＰ增加３９．６７ｇＣｍ－２ａ－１，但在气温增加３ħ的情景下（Ｔ３），降水量增加不再对ＧＰＰ产生任何影响，由此可见，随着增温幅度的增大，降水量变化对ＧＰＰ的影响越来越微弱（图２）㊂与之相反，ＥＴ明显受控于降水变化，降水增加会显著增强ＥＴ；气温增加只能微弱的抑制ＥＴ，线性斜率显示，气温每增加１ħ，ＥＴ只降低２．６５ｍｍ㊂在基准气温情景下（Ｔ０），降水量增加１５％会导致ＥＴ增加４０．８６ｍｍ；在气温增加３ħ的情景下（Ｔ３），降水量增加１５％依然会导致ＥＴ增加３５．４２ｍｍ（图２）㊂盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的生产力受控于气温，全球气候的变暖对这一生态系统９１５３㊀８期㊀㊀㊀袁洪艺㊀等：人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟㊀的生产力将会产生致命性打击，极端升温３ħ会摧毁其生物生产过程，导致灌丛生态系统退化；但生态系统的水分消耗受气候变暖的影响不大，这是因为蒸散由土壤蒸发和植物蒸腾共同构成，人工灌丛生产力受损后，地表水分依然能通过土壤蒸发途径输送回大气，即气候变暖会改变人工灌丛生态系统的蒸腾与蒸发比例结构，但对地气水文循环强度的影响不大㊂图２㊀不同增温与降水增加组合情景下的总初级生产力（ＧＰＰ）㊁蒸散（ＥＴ）模拟结果及影响差异Ｆｉｇ．２㊀ＳｉｍｕｌａｔｅｄＧｒｏｓｓＰｒｉｍａｒｙＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（ＧＰＰ），Ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＥＴ），ａｎｄｔｈｅｉｒｖａｒｉａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｅｎａｒｉｏｓｗｉｔｈｃｏｍｂｉｎｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ２．３㊀未来气候变化对人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ的影响２．３．１㊀未来气候变化对ＧＰＰ的影响在未来的ＳＳＰ１⁃１．９㊁ＳＳＰ２⁃４．５和ＳＳＰ５⁃８．５气候情景下（表２），盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统在２１世纪早期（２０２１ ２０４０年）㊁中期（２０４１ ２０６０年）和末期（２０８１ ２１００年）的年平均ＧＰＰ基本呈现逐渐递增趋势（图３）㊂在低排放的ＳＳＰ１⁃１．９情景下，早期ＧＰＰ年均值与末期ＧＰＰ年均值比较接近，中期ＧＰＰ年均值则达到最大值１１２８．７４ｇＣｍ－２ａ－１，ＧＰＰ出现先增后跌的现象㊂在中等排放的ＳＳＰ２⁃４．５情景下，早期ＧＰＰ年均值为９８０．５６ｇＣｍ－２ａ－１，中期到达１２１９．５４ｇＣｍ－２ａ－１，末期达到１３６２．０９ｇＣｍ－２ａ－１，ＧＰＰ逐渐增强㊂在高排放的ＳＳＰ５⁃８．５情景下，ＧＰＰ也是逐渐增强，且比同时期中等排放情景下的ＧＰＰ略高㊂因此，在未来 暖湿化 增温和降水的增加趋势下，中㊁高排放情景均会导致盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ的持续增加，而低排放情景则导致这一生态系统的ＧＰＰ在２１世纪中期达到峰值㊂同时期的三种排放情景间相比，高排放情景下盐池荒漠草原植被生产力的增加幅度更大，即在未来降水量增加㊁气温升高的情景下，大气ＣＯ２浓度升高会对荒漠草原人工灌丛生态系统带来施肥效应，促进其生产力增强（图３）㊂２０２１ ２１００年盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统在不同排放情景下的ＧＰＰ年内变化如图４所示，从中可以看出，不管哪种排放情景和哪一时期，ＧＰＰ在年内都表现出一个规律的单峰增长形态，其年内变化特征０２５３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４４卷㊀与以往研究得出的该区域历史时期ＧＰＰ年内变化规律一致［２０］㊂在４ １０月的人工灌丛生长期内，５ ９月的ＧＰＰ相对较高，这几个月是人工灌丛生产力最旺盛的月份，其中８月ＧＰＰ达到年内最高值㊂在２１世纪早期，三种排放情景对ＧＰＰ的影响差异较小；２１世纪中期，不同排放情景下ＧＰＰ的差异逐渐显现，即人类活动排放强度逐渐开始对人工灌丛生态系统的生产力产生影响；而到２１世纪末期，中㊁高排放情景会显著增强ＧＰＰ，明显高于低排放情景下的各月ＧＰＰ，即人类活动排放强度对人工灌丛生态系统的生产力影响完全显现㊂图４㊀不同ＳＳＰｓ情景下ＧＰＰ和ＥＴ的年内变化Ｆｉｇ．４㊀ＭｏｎｔｈｌｙＧＰＰａｎｄＥＴｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔＳＳＰｓｓｃｅｎａｒｉｏｓ２．３．２㊀未来气候变化对ＥＴ的影响ＳＳＰ１⁃１．９㊁ＳＳＰ２⁃４．５和ＳＳＰ５⁃８．５气候情景下未来各时期的ＥＴ变化规律如图３所示㊂由图可知，盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统在２１世纪早期㊁中期和末期的年平均ＥＴ值基本呈现逐期递增的趋势㊂在２１世纪早期，ＥＴ在三种排放情景下的年均值模拟结果相差不大，在４３３．３８ ４３４．１４ｍｍ／ａ之间；在２１世纪中期，三种排放情景下的ＥＴ逐渐拉开差距，年均值在５２２．０３ ５４３．４０ｍｍ／ａ之间；在２１世纪末期，中㊁高排放情景与低排放情景下的ＥＴ年均值差异非常明显，高排放情景下的ＥＴ年均值比低排放情景下的ＥＴ年均值高出１１８．５０ｍｍ／ａ（图３）㊂不同排放情景和不同时期的ＥＴ年内变化情况如图４所示，ＥＴ在年内也表现出了和ＧＰＰ一样的变化规律，在４ １０月的生长期内数值较高，尤以５ ９月最为显著㊂与ＧＰＰ不同的是ＥＴ在７月达到最顶峰，这是因为７月份气温最高，土壤蒸发年内最大，而８月份灌生长最为旺盛，植被生产力最大㊂不同排放情景对２１世纪早期的逐月ＥＴ影响不大，到了中期开始有所显现，而到了末期则明显会影响逐月ＥＴ，这一规律与年尺度上的结果一致㊂综上所知，未来在持续增温和降水增加的趋势下，盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＧＰＰ和ＥＴ均会持续增加的态势，虽然增温会抑制ＧＰＰ，但降水量的成倍强烈增加依然会促进ＧＰＰ的增加；而人类活动排放强迫对碳水循环的影响需要长时间积累，即在２１世纪早期㊁中期和末期的三个阶段，排放强迫对碳水循环的影响会越来越强㊂１２５３㊀８期㊀㊀㊀袁洪艺㊀等：人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟㊀２２５３㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀４４卷㊀３㊀讨论３．１㊀增温会抑制碳水循环气候变化通过改变陆地生态系统的碳水循环过程，进而影响到生态系统ＧＰＰ分布格局，并改变区域水资源分布状况，引发陆地生态系统对气候变化和ＣＯ２浓度增加等的进一步反馈㊂现有研究表明，增温会对草地生态系统的碳循环产生影响［２７ ２８］，但在不同地区得出结果不尽相同㊂Ｗｕ等［２９］通过Ｍｅｔａ分析得出，增温在大多数情况下对草地生产力产生负面影响㊂但高寒草地的一些研究结果显示，气温升高可以提高草地生产力㊂Ｍｏｗｌｌ等［３０］发现增温并不是简单的对草地生产力产生负面影响，其与降水具有强烈的交互作用，可见，草地生态系统的水分条件在很大程度上决定着增温对其生产力是正面影响还是负面影响㊂盐池荒漠草原区由于沙土的保水能力差，增温会进一步加剧人工灌丛生态系统的干旱胁迫，进而对ＧＰＰ产生抑制作用㊂本研究模拟得出ＧＰＰ随气温上升而降低，即增温会抑制荒漠草原区人工灌丛生态系统的生产力，当气温增加３ħ后，可能会导致人工灌丛生产力彻底奔溃，引起生态系统结构和功能的彻底退化（表３㊁图２）㊂叶兵等［３１］认为气温上升会导致植物叶片内部水汽压的急剧增大，相比于稳定的大气水汽压，两者之间的饱和差会大大增加，进而使得植物的蒸腾作用显著地提高，但在干旱区植物的水分利用策略可能有所不同㊂从模型机理来看，Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ使用Ｆａｒｑｕｈａｒ叶片光合模型模拟ＧＰＰ，由于受到增温的影响，与光合作用有关的酶活性降低，进而对ＧＰＰ产生抑制作用㊂而Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ使用Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ模型模拟水循环过程，在模拟增温条件下，理论上会引起水汽压亏缺增大，土壤蒸发和冠层截留蒸发的动力增强，但增温又会抑制植物的光合过程，减弱植物蒸腾量，进而导致增温有抑制ＥＴ的作用，只是作用非常微弱（图２）㊂增温抑制碳水循环的模拟结果也符合宁夏盐池县的实际，研究区处在半干旱的荒漠草原区，区域气候干旱，多年平均降水量为２９６．４０ｍｍ，而模拟的多年ＥＴ均值为２９３．２８ｍｍ，仅ＥＴ耗水就接近降水供给量，人工灌丛生态系统的总耗水量甚至在一些时期会超过供水量［１７］㊂在这种极限耗水模式下，增温带来的蒸发动力对其促进作用微弱，反而因增温抑制光合，进而减弱蒸腾，并在一定程度上个抑制了生态系统的总ＥＴ㊂虽然Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型基于生态㊁生物及气象等领域长期实验得出的规律，对光合㊁分配㊁死亡㊁分解和呼吸等碳循环过程及降水分配㊁植物蒸腾㊁冠层截留蒸发和土壤蒸发等水循环过程进行定量模拟，具有较强的普适性㊂针对宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的特性，丹杨等［３２］实测和改进了Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型中部分生理生态参数，袁洪艺等［２０］又进一步利用涡度相关通量观测的结果，使用参数估计（ＰＥＳＴ）对模型参数进行优化，这些改进极大地提升了模型本地化效果和模拟精度㊂当然，由于模型是对真实生态过程的定量描述，其从本质上无法完全逼近真实生态过程，因此发展和改进模型机理是提高模拟精度的根本路径，如植物⁃土壤⁃大气间碳交换（ＣＥＶＳＡ）模型改进生态系统水碳交换关键过程的定量表达方法，在模拟陆地生态系统碳循环过程时有优异的表现［３３ ３４］㊂３．２㊀持续的降水增加会加速碳水循环在干旱地区，降水以及由此产生的土壤水分动态是植被变化的主要限制性因素［３５］，强降水事件会通过补给土壤水来促进草地ＧＰＰ［３６］㊂Ｗｕ等［２９］收集了全球８５个站点的观测和模拟实验数据，得出降水增加可以增加光合和呼吸作用，加速生态系统碳水循环过程㊂但是，降水增加的强度和多长时间累积会对生态系统碳水循环过程产生质的改变尚有很大不确定性㊂本研究从当前气候背景下的模拟得出，降水增加会增强荒漠草原区人工灌丛生态系统的ＥＴ，但在增温胁迫条件（１ ３ħ）下，降水增加１５％也不会提升生态系统的生产力㊂在当前气温和和降水增加的线性趋势下（图１），经过近一个世纪的持续气候变化，２１世纪末期将增温１．３１ħ，降水将增加１４４．２４％，这种长时间尺度的降水增加则会彻底加速荒漠草原区人工灌丛生态系统的碳水循环过程，即在未来长期气候变化情景下，降水增加会促进生态系统ＧＰＰ和ＥＴ（图３）㊂从现实情况来看，中国西北地区的 暖湿化 会缓解干旱区的水资源短缺状况，增加土壤可利用水分，增强水资源匮乏区的各类生态系统的生产力，荒漠草原区人工灌丛生态系统也不例外㊂Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型所模拟的生态系统蒸散（ＥＴ）是蒸发（Ｅ）和蒸腾（Ｔ）的总和，气候变化对ＥＴ的影响实质上是对Ｅ和Ｔ影响的累积，康满春等［９］通过模拟气候变化对Ｅ和Ｔ的影响，发现降水增加导致Ｅ和Ｔ均增加，两者叠加后的ＥＴ对降水增加的响应也为正向，这与本研究的结果一致㊂在蒸发动力强盛㊁蒸腾需求大的盐池荒漠草原区，人工灌丛生态系统只有降水和凝结两种水分获取途径，故降水是限制ＥＴ的主要原因，降水的增加势必会增强ＥＴ，从而加速生态系统水循环强度㊂３．３㊀人为ＣＯ２排放增加对碳水循环的影响机制盐池荒漠草原人工灌丛入侵背景下的生态系统碳水循环特征及受气候变化影响已有报道［１４ １５，１７，３７］，但鲜有考虑大气ＣＯ２浓度升高对生态系统碳水循环的影响㊂然而，大气ＣＯ２作为植物光合作用的原料，其浓度升高对植物起着 施肥 作用，能够在短期内促进植被生产力和生物量的增加［３８］㊂本研究根据ＣＭＩＰ６气候情景，模拟了荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ对未来大气ＣＯ２浓度升高的响应，从２１世纪早期的模拟结果来看，大气ＣＯ２浓度升高对碳水循环过程的影响均不明显，但随着气候变化的持续发展，在２１世纪中期和末期，碳水循环过程开始显著响应大气ＣＯ２浓度升高，这种响应不仅表现年ＧＰＰ和ＥＴ的总量上，也表现在月ＧＰＰ和ＥＴ的变化上（图３㊁图４），也就是说在区域气候持续 暖湿化 的变化背景下，大气ＣＯ２浓度升高将成为盐池荒漠草原区人工灌丛碳水循环的另一控制因素㊂本研究发现长期的大气ＣＯ２浓度升高会促进生态系统生产力和蒸散耗水的增强，这与前人在不同地区㊁使用不同方法得出的结果一致㊂例如，Ｌｕｏ等利用陆地生物圈模型模拟了大气ＣＯ２浓度对青藏高原ＧＰＰ年际变化和趋势的影响，结果表明，大气ＣＯ２浓度上升的施肥效应会增强植物光合作用和生态系统ＧＰＰ［３９ ４０］㊂在水循环方面，气孔作为蒸散过程中植物与大气进行水碳交换的通道，其开闭程度受控于植物生理和相关环境要素㊂一些植物的气孔导度会随着大气ＣＯ２浓度的升高而降低，导致蒸腾减少；也有一些植物总的叶面积会随着大气ＣＯ２浓度的升高而增加，从而抵消因气孔导度下降引起的蒸腾减少［４０ ４１］㊂本研究发现，ＥＴ对长期的大气ＣＯ２浓度升高有响应，但其机制仍然不明㊂一方面，在气候持续 暖湿化 背景下，人工灌丛植被光合生产增强确实加速了植被蒸腾过程；另一方面 暖湿化 导致的降水量增加，引起土壤蒸发加大，这一过程与大气ＣＯ２浓度升高趋势同步，但这种同步不存在内在驱动机制㊂４㊀结论基于参数优化后的Ｂｉｏｍｅ⁃ＢＧＣ模型，考虑不同气候变化情景和未来趋势，模拟了盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统ＧＰＰ和ＥＴ对气候变化的响应，得出结论如下：（１）增温会显著抑制生态系统的ＧＰＰ，大幅度的增温（３ħ）会导致ＧＰＰ急剧下降，但增温对ＥＴ的抑制作用非常微弱；（２）降水是限制ＥＴ变化的重要因素，相对于增温诱发干旱胁迫所引起的ＥＴ小幅下降，降水多寡则更直接地控制着生态系统的ＥＴ大小；（３）中国西北地区未来气候的 暖湿化 趋势和大气ＣＯ２浓度升高会对荒漠草原区人工灌丛生态系统产生综合影响，并增强生态系统的碳水通量㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＰｉａｏＳＬ，ＷａｎｇＸＨ，ＰａｒｋＴ，ＣｈｅｎＣ，ＬｉａｎＸ，ＨｅＹＥ，ＢｊｅｒｋｅＪＷ，ＣｈｅｎＡＰ，ＣｉａｉｓＰ，ＴøｍｍｅｒｖｉｋＨ，ＮｅｍａｎｉＲＲ，ＭｙｎｅｎｉＲＢ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｄｒｉｖｅｒｓａｎｄｆｅｅｄｂａｃｋｓｏｆｇｌｏｂａｌｇｒｅｅｎｉｎｇ．ＮａｔｕｒｅＲｅｖｉｅｗｓＥａｒｔｈ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，１（１）：１４⁃２７．［２］㊀ＡｈｌｓｔｒöｍＡ，ＲａｕｐａｃｈＭＲ，ＳｃｈｕｒｇｅｒｓＧ，ＳｍｉｔｈＢ，ＡｒｎｅｔｈＡ，ＪｕｎｇＭ，ＲｅｉｃｈｓｔｅｉｎＭ，ＣａｎａｄｅｌｌＪＧ，ＦｒｉｅｄｌｉｎｇｓｔｅｉｎＰ，ＪａｉｎＡＫ，ＫａｔｏＥ，ＰｏｕｌｔｅｒＢ，ＳｉｔｃｈＳ，ＳｔｏｃｋｅｒＢＤ，ＶｉｏｖｙＮ，ＷａｎｇＹＰ，ＷｉｌｔｓｈｉｒｅＡ，ＺａｅｈｌｅＳ，ＺｅｎｇＮ．Ｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｒｏｌｅｏｆｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｉｎｔｈｅｔｒｅｎｄａｎｄｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｌａｎｄＣＯ２ｓｉｎｋ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１５，３４８（６２３７）：８９５⁃８９９．［３］㊀ＣｕｉＪＰ，ＰｉａｏＳＬ，ＨｕｎｔｉｎｇｆｏｒｄＣ，ＷａｎｇＸＨ，ＬｉａｎＸ，ＣｈｅｖｕｔｕｒｉＡ，ＴｕｒｎｅｒＡＧ，ＫｏｏｐｅｒｍａｎＧＪ．ＶｅｇｅｔａｔｉｏｎｆｏｒｃｉｎｇｍｏｄｕｌａｔｅｓｇｌｏｂａｌｌａｎｄｍｏｎｓｏｏｎａｎｄｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎａＣＯ２⁃ｅｎｒｉｃｈｅｄｃｌｉｍａｔｅ．ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２０２０，１１：５１８４．［４］㊀ＺｅｎｇＺＺ，ＰｉａｏＳＬ，ＬｉＬＺＸ，ＷａｎｇＴ，ＣｉａｉｓＰ，ＬｉａｎＸ，ＹａｎｇＹＴ，ＭａｏＪＦ，ＳｈｉＸＹ，ＭｙｎｅｎｉＲＢ．Ｉｍｐａｃｔｏｆｅａｒｔｈｇｒｅｅｎｉｎｇｏｎｔｈｅｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｗａｔｅｒｃｙｃｌｅ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｍａｔｅ，２０１８，３１（７）：２６３３⁃２６５０．［５］㊀ＲｅｉｃｈＰＢ，ＨｏｂｂｉｅＳＥ，ＬｅｅＴＤ，ＲｉｃｈＲ，ＰａｓｔｏｒｅＭＡ，ＷｏｒｍＫ．Ｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆｏｕｒｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｄｒｉｖｅｒｓｏｎｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｃａｒｂｏｎｃｙｃｌｉｎｇ．ＮａｔｕｒｅＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅ，２０２０，１３（１２）：７８７⁃７９３．［６］㊀ＬｉＣＪ，ＦｕＢＪ，ＷａｎｇＳ，ＳｔｒｉｎｇｅｒＬＣ，ＷａｎｇＹＰ，ＬｉＺＤ，ＬｉｕＹＸ，ＺｈｏｕＷＸ．ＤｒｉｖｅｒｓａｎｄｉｍｐａｃｔｓｏｆｃｈａｎｇｅｓｉｎＣｈｉｎａᶄｓｄｒｙｌａｎｄｓ．ＮａｔｕｒｅＲｅｖｉｅｗｓＥａｒｔｈ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０２１，２（１２）：８５８⁃８７３．［７］㊀ＢａｉＹＦ，ＣｏｔｒｕｆｏＭＦ．Ｇｒａｓｓｌａｎｄｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ：ｃｕｒｒｅｎｔｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ，ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，ａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０２２，３７７（６６０６）：６０３⁃６０８．３２５３㊀８期㊀㊀㊀袁洪艺㊀等：人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟㊀。

2021(2)陕西气象49魏子力•黑龙江省气候生产力时空分布及粮食产量预测$%陕西气象#021（2）：49-55.文章编号:1006-4354（2021）02-0049-07黑龙江省气候生产力时空分布及粮食产量预测魏子力12（1.信阳师范学院，河南信阳464000；2.河南省水土环境污染协同防治重5实验室，河南信阳464000）摘要：为充分利用气候资源推动农业可持续发展，研究复杂地形条件下气候生产力的分布变化（利用黑龙江省25个站点1961—2017年逐年气温和降水量资料，基于Thornthwaite Memorial模型研究了气候变化对气候生产力的影响；采用线性回归法、克里金空间插值和相关统计方法研究气候生产力时空分布特征；利用灰色系统方法预估了未来10a黑龙江省粮食产量变化特征（结果表明：（1）近57a来黑龙江省年平均气温、年平均降水量和气候生产力均呈上升趋势，变化倾向率分别为0.28土0.11L/10a、7.06土10.97mm/10a和117.05+52.67kg/（hm2•10a）。

（2）黑龙江省气候生产力存在显著空间差异，空间变化总体上呈由东南向西北和由东北向西南递减的特征，形成通河县、漠河市两个低值中心和以富锦市为中心的高值中心。

影响黑龙江气候生产力最重要的因素是降水，其次是光热条件的综合影响（（3）预估未来10a粮食产量将继续呈增长趋势，2030年粮食理论产量可达11162.04X104@关键词：气候生产力；粮食产量；黑龙江省中图分类号:S162.3:F326.11文献标识码:A联合国政府间气候变化专门委员会发布的第四次和第五次气候变化评估报告指出:1880—2012年期间，全球平均地表温度升高了0.85L，1850—1900年时期和2003—2012年两个时期平均温度总升温幅度为0.78L，预计2030—2052年间可能达到1.5，这将使全球粮食产量面临重大挑战。

因此加强对气候变化监测和预报对保障全球粮食安全具有重要作用。