Arid mountain ecosystems are highly sensitive to hydrothermal stress and land use intensification,yet where net primary productivity(NPP)degradation is likely to persist and what drives it remain unclear in the Tiansh...Arid mountain ecosystems are highly sensitive to hydrothermal stress and land use intensification,yet where net primary productivity(NPP)degradation is likely to persist and what drives it remain unclear in the Tianshan Mountains of Northwest China.We integrated multi-source remote sensing with the Carnegie–Ames–Stanford Approach(CASA)model to estimate NPP during 2000–2020,assessed trend persistence using the Hurst exponent,and identified key drivers and nonlinear thresholds with Extreme Gradient Boosting(XGBoost)and SHapley Additive exPlanations(SHAP).Total NPP averaged 55.74 Tg C/a and ranged from 48.07 to 65.91 Tg C/a from 2000 to 2020,while regional mean NPP rose from 138.97 to 160.69 g C/(m^(2)·a).Land use transfer analysis showed that grassland expanded mainly at the expense of unutilized land and that cropland increased overall.Although NPP increased across 64.11%of the region during 2000–2020,persistence analysis suggested that 53.93%of the Tianshan Mountains was prone to continued NPP decline,including 36.41%with significant projected decline and 17.52%with weak projected decline;these areas formed degradation hotspots concentrated in the central and northern Tianshan Mountains.In contrast,potential improvement was limited(strong persistent improvement:4.97%;strong anti-persistent improvement:0.36%).Driver attribution indicated that land use dominated NPP variability(mean absolute SHAP value=29.54%),followed by precipitation(16.03%)and temperature(11.05%).SHAP dependence analyses showed that precipitation effects stabilized at 300.00–400.00 mm,and temperature exhibited an inverted U-shaped response with a peak near 0.00°C.These findings indicated that persistent degradation risk arose from hydrothermal constraints interacting with land use conversion,highlighting the need for threshold-informed,spatially targeted management to sustain carbon sequestration in arid mountain ecosystems.展开更多
植被净初级生产力(NPP)的评估在当前碳中和背景下具有重要意义。为了实现区域全覆盖的林地NPP的全面评估,丰富植被生理过程模型在地理信息系统中的应用成果,该文以湖北省襄阳市保康县为研究区,利用基于树种分层的3-PG模型估算了研究区2...植被净初级生产力(NPP)的评估在当前碳中和背景下具有重要意义。为了实现区域全覆盖的林地NPP的全面评估,丰富植被生理过程模型在地理信息系统中的应用成果,该文以湖北省襄阳市保康县为研究区,利用基于树种分层的3-PG模型估算了研究区2021年的林地NPP分布,随后探究了林地生态系统易损性并将两者进行联合,提出了固碳服务-易损性功能区划及管理建议。结果表明保康县林地全年植被NPP平均值为17.7 kg C/(hm^(2)·d),全年固碳总量为7.4×10^(5)t C;保康县境内有37%的林地为固碳功能核心区,其次分别为27%的低易损发展区、19%的固碳功能修复区和17%的固碳功能保护区。研究结果能够一定程度地解决生理过程模型在地理信息系统中应用时存在的不适应性问题,提出的固碳服务-易损性功能区划是在NPP多角度评估上做出的尝试,可为林业管理人员提供了一定的科学参考。展开更多
植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是反映陆地生态系统碳封存能力和环境变化的直接指标,受气候变化与人类活动的共同影响,且在不同地形上有分异性。然而,人类活动及地形对秦巴山区植被NPP变化的影响研究尚且不足。采用CAS...植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是反映陆地生态系统碳封存能力和环境变化的直接指标,受气候变化与人类活动的共同影响,且在不同地形上有分异性。然而,人类活动及地形对秦巴山区植被NPP变化的影响研究尚且不足。采用CASA模型,综合利用线性趋势分析、转移矩阵和残差分析等方法研究了秦巴山区2001—2022年长时序NPP时空动态和地形效应,并进一步探讨了气候变化和人类活动对NPP变化的相对贡献率,主要结论如下:①秦巴山区2001—2022年的NPP空间分布表现为中间高,四周低,均值为585.11g C/m^(2),并以4.30g C m^(-2)a^(-1)的速度增加。②林地有最高的年NPP均值,而退耕还林区域具有最高的NPP增长速率(8.17g C m^(-2)a^(-1)),表明退耕还林是秦巴山区NPP增长的有效措施;③NPP随海拔和坡度变化具有明显的分异性。在海拔3400m以下,植被NPP随着高程的增加而增加,而当高程超过3400m时,植被NPP显著减少,坡度在10°—40°范围内植被NPP的多年均值和变化趋势较高;④秦巴山区NPP变化是气候变化和人类活动共同作用的结果,二者对NPP变化的相对贡献率分别为37.81%和62.19%,其中人类活动导致陇南等生态脆弱区NPP显著提高。展开更多
[目的]揭示黄土高原农牧交错带草地净初级生产力(NPP)时空演变规律,明确自然因素与人类活动作用及其交互驱动机制,为该区域或类似草地生态系统的科学管理与可持续利用提供理论依据。[方法]应用CASA模型模拟1990—2020年草地NPP,结合趋...[目的]揭示黄土高原农牧交错带草地净初级生产力(NPP)时空演变规律,明确自然因素与人类活动作用及其交互驱动机制,为该区域或类似草地生态系统的科学管理与可持续利用提供理论依据。[方法]应用CASA模型模拟1990—2020年草地NPP,结合趋势分析及最优参数地理探测器识别草地NPP时空变化特征的驱动因素。[结果](1) 1990—2020年黄土高原农牧交错带草地NPP整体呈增加趋势,年平均增长率4.93 g C/(m^(2)·a)。NPP的阶段性特征比较明显,1990—1999年草地NPP呈不显著下降趋势;2000年后,草地NPP开始增加,2011—2020年这一阶段增加显著。(2) 1990—2020年草地NPP呈显著增加的面积达82.15%;减少的地区仅占3.14%,零星分布于内蒙古自治区。(3)草地NPP呈东南高、西北低的分异格局,降水和坡度是主要驱动因素,并且总体呈正向作用;人类活动的影响在因子间非线性交互作用下显著增强,其中放牧、耕地及建设用地扩张整体呈负向效应。但随着人均GDP的增加,生态保护与技术投入降低了人类活动的负面影响。[结论]黄土高原农牧交错带草地整体恢复较好,未来草地管理中考虑自然作用的影响与差异化的适度放牧政策,增加农牧民收入,同时平衡草地生态系统的直接受益者(草地生产力使用)和间接受益者(草地调节服务)之间的权衡。展开更多
基金supported by the Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region(2023E01006,2024TSYCCX0004).
文摘Arid mountain ecosystems are highly sensitive to hydrothermal stress and land use intensification,yet where net primary productivity(NPP)degradation is likely to persist and what drives it remain unclear in the Tianshan Mountains of Northwest China.We integrated multi-source remote sensing with the Carnegie–Ames–Stanford Approach(CASA)model to estimate NPP during 2000–2020,assessed trend persistence using the Hurst exponent,and identified key drivers and nonlinear thresholds with Extreme Gradient Boosting(XGBoost)and SHapley Additive exPlanations(SHAP).Total NPP averaged 55.74 Tg C/a and ranged from 48.07 to 65.91 Tg C/a from 2000 to 2020,while regional mean NPP rose from 138.97 to 160.69 g C/(m^(2)·a).Land use transfer analysis showed that grassland expanded mainly at the expense of unutilized land and that cropland increased overall.Although NPP increased across 64.11%of the region during 2000–2020,persistence analysis suggested that 53.93%of the Tianshan Mountains was prone to continued NPP decline,including 36.41%with significant projected decline and 17.52%with weak projected decline;these areas formed degradation hotspots concentrated in the central and northern Tianshan Mountains.In contrast,potential improvement was limited(strong persistent improvement:4.97%;strong anti-persistent improvement:0.36%).Driver attribution indicated that land use dominated NPP variability(mean absolute SHAP value=29.54%),followed by precipitation(16.03%)and temperature(11.05%).SHAP dependence analyses showed that precipitation effects stabilized at 300.00–400.00 mm,and temperature exhibited an inverted U-shaped response with a peak near 0.00°C.These findings indicated that persistent degradation risk arose from hydrothermal constraints interacting with land use conversion,highlighting the need for threshold-informed,spatially targeted management to sustain carbon sequestration in arid mountain ecosystems.
文摘植被净初级生产力(NPP)的评估在当前碳中和背景下具有重要意义。为了实现区域全覆盖的林地NPP的全面评估,丰富植被生理过程模型在地理信息系统中的应用成果,该文以湖北省襄阳市保康县为研究区,利用基于树种分层的3-PG模型估算了研究区2021年的林地NPP分布,随后探究了林地生态系统易损性并将两者进行联合,提出了固碳服务-易损性功能区划及管理建议。结果表明保康县林地全年植被NPP平均值为17.7 kg C/(hm^(2)·d),全年固碳总量为7.4×10^(5)t C;保康县境内有37%的林地为固碳功能核心区,其次分别为27%的低易损发展区、19%的固碳功能修复区和17%的固碳功能保护区。研究结果能够一定程度地解决生理过程模型在地理信息系统中应用时存在的不适应性问题,提出的固碳服务-易损性功能区划是在NPP多角度评估上做出的尝试,可为林业管理人员提供了一定的科学参考。
文摘植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是反映陆地生态系统碳封存能力和环境变化的直接指标,受气候变化与人类活动的共同影响,且在不同地形上有分异性。然而,人类活动及地形对秦巴山区植被NPP变化的影响研究尚且不足。采用CASA模型,综合利用线性趋势分析、转移矩阵和残差分析等方法研究了秦巴山区2001—2022年长时序NPP时空动态和地形效应,并进一步探讨了气候变化和人类活动对NPP变化的相对贡献率,主要结论如下:①秦巴山区2001—2022年的NPP空间分布表现为中间高,四周低,均值为585.11g C/m^(2),并以4.30g C m^(-2)a^(-1)的速度增加。②林地有最高的年NPP均值,而退耕还林区域具有最高的NPP增长速率(8.17g C m^(-2)a^(-1)),表明退耕还林是秦巴山区NPP增长的有效措施;③NPP随海拔和坡度变化具有明显的分异性。在海拔3400m以下,植被NPP随着高程的增加而增加,而当高程超过3400m时,植被NPP显著减少,坡度在10°—40°范围内植被NPP的多年均值和变化趋势较高;④秦巴山区NPP变化是气候变化和人类活动共同作用的结果,二者对NPP变化的相对贡献率分别为37.81%和62.19%,其中人类活动导致陇南等生态脆弱区NPP显著提高。
文摘[目的]揭示黄土高原农牧交错带草地净初级生产力(NPP)时空演变规律,明确自然因素与人类活动作用及其交互驱动机制,为该区域或类似草地生态系统的科学管理与可持续利用提供理论依据。[方法]应用CASA模型模拟1990—2020年草地NPP,结合趋势分析及最优参数地理探测器识别草地NPP时空变化特征的驱动因素。[结果](1) 1990—2020年黄土高原农牧交错带草地NPP整体呈增加趋势,年平均增长率4.93 g C/(m^(2)·a)。NPP的阶段性特征比较明显,1990—1999年草地NPP呈不显著下降趋势;2000年后,草地NPP开始增加,2011—2020年这一阶段增加显著。(2) 1990—2020年草地NPP呈显著增加的面积达82.15%;减少的地区仅占3.14%,零星分布于内蒙古自治区。(3)草地NPP呈东南高、西北低的分异格局,降水和坡度是主要驱动因素,并且总体呈正向作用;人类活动的影响在因子间非线性交互作用下显著增强,其中放牧、耕地及建设用地扩张整体呈负向效应。但随着人均GDP的增加,生态保护与技术投入降低了人类活动的负面影响。[结论]黄土高原农牧交错带草地整体恢复较好,未来草地管理中考虑自然作用的影响与差异化的适度放牧政策,增加农牧民收入,同时平衡草地生态系统的直接受益者(草地生产力使用)和间接受益者(草地调节服务)之间的权衡。
