基于CASA模型的黄土高原植被生产力时空动态及其对气候因子的响应

摘要

【目的】黄土高原作为典型生态脆弱区，在全球气候变化和退耕还林还草工程实施20年的背景下，其植被净初级生产力（NPP）的演变规律与核心驱动机制尚不明晰。本研究聚焦NPP时空动态、气候响应及未来趋势，旨在为区域生态恢复的精准调控提供科学支撑。【方法】基于Carnegie-Ames-Stanford Approach（CASA）模型估算2000—2020年黄土高原NPP，结合Theil-Sen趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数及Pearson相关分析，系统探究NPP长时序时空演变特征及对气候因子的响应机制。【结果】（1）黄土高原NPP年均值为318.49 g/（m²·a）(以C计，下同)，在空间上呈东南高、西北低的分布格局，高值区集中于水热优越的山西南部、关中平原等地，低值区分布于干旱少雨的鄂尔多斯高原等地；（2）2000—2020年NPP整体呈显著上升趋势，年均增速为6.34 g/（m²·a），其中林地增速最快，为7.63 g/（m²·a），极显著增加区域占比60.77%，集中于陕北榆林、延安等退耕还林重点实施区，印证了生态工程的显著成效；（3）Hurst指数预测显示，61.08%区域NPP未来可能由上升转为下降，35.28%区域未来可能持续性上升；（4）降水是NPP增加的核心驱动因子，95.24%区域呈正相关，而气温对干旱区植被生长存在抑制作用，明晰了半干旱区气候驱动的区域分异规律。【结论】黄土高原在退耕还林还草工程实施20年间植被恢复成效显著，未来需重点关注61.08%区域的生态逆转风险。本研究为区域生态恢复成效评估及适应性管理提供了科学依据，对于完善全球碳循环研究体系、推动区域可持续发展具有十分重要的意义。

关键词

气候变化 / 植被净初级生产力(NPP) / 时空演变 / CASA模型 / 黄土高原