近<strong>20</strong>年科尔沁地区植被净初级生产力时空动态及其影响因素定量评估

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2025.085

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (12): 1333 -1349. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.085

近20年科尔沁地区植被净初级生产力时空动态及其影响因素定量评估

龚相文¹^,²^,³^,⁴^,⁵(

), 李玉强²^,³^,⁴(

), 王旭洋²^,³^,⁴, 姚博²^,³^,⁴, 连杰²^,³^,⁴, 陈云⁶

^1.西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站，重庆 400715
^2.中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃兰州 730000
^3.中国科学院大学，北京 100049
^4.中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站，内蒙古通辽 028300
^5.重庆地质矿产研究院自然资源部重庆典型矿区生态修复野外科学观测研究站，重庆 401120
^6.云南师范大学地理学部，云南昆明 650500

收稿日期:2025-05-08 修回日期:2025-10-03 出版日期:2025-12-10
通讯作者: 李玉强 E-mail:gongxiangwen@swu.edu.cn;liyq@lzb.ac.cn
基金资助:
内蒙古科技创新重大示范工程“揭榜挂帅”项目(2024JBGS0007);重庆市自然科学基金面上项目(CSTB2022NSCQ- MSX0233);国家自然科学基金项目(42301080)

Quantitative Assessment of the Spatiotemporal Dynamics of Vegetation Net Primary Productivity and Its Driving Factors in the Horqin Area over the Past Two Decades

Xiangwen GONG¹^,²^,³^,⁴^,⁵(), Yuqiang LI²^,³^,⁴(), Xuyang WANG²^,³^,⁴, Bo YAO²^,³^,⁴, Jie LIAN²^,³^,⁴, Yun CHEN⁶

^1.Chongqing Jinfo Mountain Karst Ecosystem National Observation and Research Station, School of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China
^2.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
^3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
^4.Naiman Desertification Research Station, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Tongliao Inner Mongolia 028300, China
^5.Observation and Research Station of Ecological Restoration for Chongqing Typical Mining Areas, Ministry of Natural Resources, Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources, Chongqing 401120, China
^6.Faculty of Geography, Yunnan Normal University, Kunming 650500, China

Received:2025-05-08 Revised:2025-10-03 Online:2025-12-10 Published:2026-01-17
Contact: Yuqiang LI E-mail:gongxiangwen@swu.edu.cn;liyq@lzb.ac.cn
About author:GONG Xiangwen, research areas include applied research on remote sensing of the ecological environment. E-mail: gongxiangwen@swu.edu.cn
Supported by:
the “Unveiling the List and Leading the Way” Science and Technology Innovation Major Demonstration Project of Inner Mongolia(2024JBGS0007);The National Natural Science Foundation of China(42301080);The Chongqing Natural Science Foundation Project(CSTB2022NSCQ-MSX0233)

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准确评估沙地植被净初级生产力的时空动态，并量化气候变化和人类活动对其影响机制，对于揭示环境变迁对沙地生态系统碳库的作用机制及制定碳汇提升策略具有重要意义。以MOD17A3HGF产品为基础，综合运用趋势分析、稳定性分析、偏相关分析和偏导数等方法，系统探讨了2001—2023年科尔沁地区植被净初级生产力时空动态特征及其驱动机制。结果表明：①2001—2023年，科尔沁地区植被净初级生产力空间分布总体呈“西北和东南高、中间低”的格局，以4.78 g C/（m²⋅a）的速率极显著上升，极显著恢复区占比高达89.3%，72.6%的区域保持稳定状态。固定沙地植被净初级生产力恢复速率强于流动沙地。②科尔沁地区气候条件总体呈“暖湿化”趋势，沙漠化地区气候条件变化幅度普遍大于非沙漠化地区。③植被净初级生产力与年降水量和年均气温呈正相关，而与年均太阳辐射量呈负相关，且年降水量对植被净初级生产力变化的影响占主导地位。④在植被恢复区域，气候变化和人类活动共同作用的区域和以人类活动为主导的区域占比分别为82.2%和16.6%，而在植被退化区域，人类活动主导作用仍不容忽视。流动沙地的净初级生产力受气候变化影响更强，而固定沙地净初级生产力受人类活动影响更显著。研究结果有力支持了顺应气候暖湿化趋势促进流动沙地自然恢复，通过规范农业活动提升沙地植被固碳增汇的管理依据，可为科尔沁地区沙漠化治理与生态恢复提供精准施策的科学依据。

关键词: 净初级生产力, 气候变化, 科尔沁地区, 时空动态, 贡献率

Accurately assessing the spatiotemporal dynamics of vegetation Net Primary Productivity (NPP) in sandy ecosystems and quantifying the roles of climate change and human activities are crucial for elucidating the impacts of environmental change on the carbon pool in these ecosystems and for developing strategies to enhance carbon sinks. Using MOD17A3HGF data products, we systematically analyzed the spatiotemporal patterns of vegetation NPP and their driving mechanisms in the Horqin region from 2001 to 2023, employing trend analysis, stability analysis, partial correlation analysis, and partial derivatives. The results indicated that: ① From 2001 to 2023, the vegetation net primary productivity in the Horqin region exhibited a spatial pattern of being higher in the northwest and southeast and lower in the central region, with a significant increase at a rate of 4.78 g C/(m²⋅a). An impressive 89.3% of the region experienced significant recovery, with 72.6% maintaining stable condition. The recovery rate of net primary productivity was stronger in fixed sands than that in mobile sands. ② A warming and humidification trend characterized the climatic conditions in the Horqin region. The magnitude of climate changes was generally higher in desertified areas than in non-desertified ones. ③ Vegetation net primary productivity showed positive correlations with annual precipitation, and annual mean temperature, but was negatively correlated with annual mean solar radiation, with precipitation dominating the variation in vegetation net primary productivity. ④ In vegetation restoration areas, regions where net primary productivity changes were jointly driven by climate change and human activities, and those primarily driven by human activity accounted for 82.2% and 16.6%, respectively. However, in areas of vegetation degradation, the dominant influence of human activity remains non-negligible. Net primary productivity in mobile sand areas was predominantly influenced by climate change, whereas in fixed sand areas, it was substantially affected by anthropogenic activities. Our findings robustly endorse the following management strategies that facilitate the natural restoration of mobile sands by adapting to the prevailing trends of climate warming and humidification and enhancing the carbon sequestration and carbon sink capacity of sands through the regulation of agricultural practices. These insights provide a scientific foundation for targeted implementation of desertification control and ecological restoration efforts in the Horqin region.

Key words: Net primary productivity, Climate change, Horqin area, Spatiotemporal dynamics, Contribution rate

中图分类号:

P935.1

图1 科尔沁地区地形特征（a）和沙漠化空间分布特征（b）

Fig. 1 Spatial distribution of topographic （a） and desertification characteristics （b） in Korqin area

图2 科尔沁地区植被净初级生产力的MOD17A3HGF产品模拟值与实际观测值对比

Fig. 2 Comparison of the vegetation Net Primary Productivity （NPP） between the MOD17A3HGF product and the observed values in the Horqin area

表1 沙地类型分类基准

Table 1 Baselines for classification of sandy land types

沙地类型	1~0.05 mm沙粒比例/%	有机质含量/%	粗糙度	植被覆盖度/%
流动沙地	98~99	0.065	0.001 1	<5
半流动沙地	93~98	0.267	0.285 0	5~20
半固定沙地	91~93	0.359	1.600 0	21~50
固定沙地	79~89	0.975	2.330 0	>50

表1 沙地类型分类基准

Table 1 Baselines for classification of sandy land types

沙地类型	1~0.05 mm沙粒比例/%	有机质含量/%	粗糙度	植被覆盖度/%
流动沙地	98~99	0.065	0.001 1	<5
半流动沙地	93~98	0.267	0.285 0	5~20
半固定沙地	91~93	0.359	1.600 0	21~50
固定沙地	79~89	0.975	2.330 0	>50

图3 2001—2023年科尔沁地区不同区域和沙漠化类型植被净初级生产力的年际变化和多年均值
不同字母（a~c）表示不同区域和沙漠化类型NPP差异显著（p<0.05），相同字母表示差异不显著。

Fig. 3 Interannual variation and multi-year average of vegetation Net Primary Productivity （NPP） across different regions and desertification types in the Horqin area from 2001 to 2023
Different letters （a~c） indicate significant differences in NPP among regions and desertification types （p < 0.05）， while identical letters denote no significant differences.

图4 2001—2023年科尔沁地区净初级生产力多年均值（a）、稳定性（b）、变化趋势（c）和变化趋势显著性（d）的空间分布特征

Fig. 4 Spatial distribution characteristics of multi-year mean （a）， stability （b）， trend （c）， and significance （d） of Net Primary Productivity （NPP） change in the Horqin area from 2001 to 2023

表2 2001—2023年科尔沁地区县域尺度植被净初级生产力的平均值、变化趋势和变异系数统计

Table 2 Statistics on multi-year means， trends and coefficients of variation of county-scale vegetation Net Primary Productivity （NPP） in Horqin area from 2001 to 2023

地区	平均值/［g C/（m²⋅a）］	变化趋势/［g C/（m²⋅a）］	变异系数
巴林左旗	304 ± 72.8^a	4.86 ± 1.39	0.151 ± 0.041
扎鲁特旗	286 ± 71.9^ab	5.56 ± 1.48	0.176 ± 0.044
霍林郭勒市	284 ± 65.1^ab	4.36 ± 2.63	0.175 ± 0.061
科尔沁区	279 ± 50.2^abc	4.37 ± 1.46	0.162 ± 0.033
科尔沁右翼中旗	273 ± 69.4^bcd	6.14 ± 1.47	0.193 ± 0.040
科尔沁左翼后旗	272 ± 47.2^bcde	4.57 ± 1.54	0.161 ± 0.033
敖汉旗	271 ± 60.6^bcde	5.01 ± 1.83	0.165 ± 0.033
阿鲁科尔沁旗	256 ± 76.2^cdef	5.17 ± 1.67	0.187 ± 0.058
库伦旗	250 ± 53.2^def	4.15 ± 1.66	0.175 ± 0.033
开鲁县	246 ± 48.6^ef	4.89 ± 1.33	0.174 ± 0.040
科尔沁左翼中旗	243 ± 50.9^f	4.72 ± 1.52	0.173 ± 0.037
巴林右旗	242 ± 63.7^f	3.47 ± 1.51	0.161 ± 0.042
奈曼旗	232 ± 66.6^f	4.23 ± 1.47	0.169 ± 0.039
翁牛特旗	202 ± 73.1^g	3.60 ± 1.64	0.178 ± 0.048

表2 2001—2023年科尔沁地区县域尺度植被净初级生产力的平均值、变化趋势和变异系数统计

Table 2 Statistics on multi-year means， trends and coefficients of variation of county-scale vegetation Net Primary Productivity （NPP） in Horqin area from 2001 to 2023

地区	平均值/［g C/（m²⋅a）］	变化趋势/［g C/（m²⋅a）］	变异系数
巴林左旗	304 ± 72.8^a	4.86 ± 1.39	0.151 ± 0.041
扎鲁特旗	286 ± 71.9^ab	5.56 ± 1.48	0.176 ± 0.044
霍林郭勒市	284 ± 65.1^ab	4.36 ± 2.63	0.175 ± 0.061
科尔沁区	279 ± 50.2^abc	4.37 ± 1.46	0.162 ± 0.033
科尔沁右翼中旗	273 ± 69.4^bcd	6.14 ± 1.47	0.193 ± 0.040
科尔沁左翼后旗	272 ± 47.2^bcde	4.57 ± 1.54	0.161 ± 0.033
敖汉旗	271 ± 60.6^bcde	5.01 ± 1.83	0.165 ± 0.033
阿鲁科尔沁旗	256 ± 76.2^cdef	5.17 ± 1.67	0.187 ± 0.058
库伦旗	250 ± 53.2^def	4.15 ± 1.66	0.175 ± 0.033
开鲁县	246 ± 48.6^ef	4.89 ± 1.33	0.174 ± 0.040
科尔沁左翼中旗	243 ± 50.9^f	4.72 ± 1.52	0.173 ± 0.037
巴林右旗	242 ± 63.7^f	3.47 ± 1.51	0.161 ± 0.042
奈曼旗	232 ± 66.6^f	4.23 ± 1.47	0.169 ± 0.039
翁牛特旗	202 ± 73.1^g	3.60 ± 1.64	0.178 ± 0.048

图5 2001—2023年科尔沁地区在不同区域和沙漠化类型之间的气候因子年际变化

Fig. 5 Interannual variations in climatic factors among different regions and desertification types in the Horqin area from 2001 to 2023

图6 2001—2023年科尔沁地区气候条件的变化趋势和变化趋势显著性的空间分布特征

Fig. 6 Spatial distribution of climatic conditions in trends and trends of significance in the Horqin area from 2001 to 2023

图7 科尔沁地区气候条件与植被净初级生产力的偏相关系数和显著性的空间分布特征
PRE、TEMP和SRAD分别为年降水量、年均气温、年均太阳辐射量。

Fig. 7 Spatial distribution of partial correlation coefficients and it’s significance between climatic conditions and vegetation Net Primary Productivity （NPP） in the Horqin area
PRE， TEMP， and SRAD represent annual precipitation， annual average temperature， and annual average solar radiation， respectively.

图8 气候变化和人类活动对植被净初级生产力变化的影响分析

Fig. 8 The impacts of climate change and human activities on vegetation Net Primary Productivity （NPP） dynamics

图9 奈曼旗主要气候变化和人类活动年际变化特征

Fig. 9 Interannual variation of major climate changes and human activities in Naiman Banner

表3 奈曼旗植被净初级生产力与气候和人类活动因素的回归分析

Table 3 Regression analysis of vegetation Net Primary Productivity （NPP） on climate change and human activity factors in Naiman Banner

序号	影响因素	回归方程	决定系数	显著性
1	年降水量/mm	NPP=0.304PRE+99.9	0.503	p < 0.01
2	年均气温/℃	NPP=5.22TEMP+191	0.008	p > 0.05
3	年均太阳辐射/［W/（m²⋅a）］	NPP=-3.66SRAD+896	0.355	p < 0.01
4	气候变化	NPP=0.241PRE+8.86TEMP-1.57SRAD+342	0.564	p < 0.01
5	耕地面积/万hm²	NPP=4.79CLA+148	0.711	P < 0.01
6	化肥施用折纯量/万t	NPP=6.72FA+164	0.520	p < 0.01
7	羊的数量/万只	NPP=0.720NS+173	0.463	p < 0.05
8	人类活动	NPP=3.42CLA+2.11FA+0.125NS+143	0.571	p < 0.05
9	气候变化和人类活动	NPP=0.128PRE-0.777TEMP-1.18SRAD+0.497CLA+1.94FA+0.285NS+346	0.722	p < 0.05

表3 奈曼旗植被净初级生产力与气候和人类活动因素的回归分析

Table 3 Regression analysis of vegetation Net Primary Productivity （NPP） on climate change and human activity factors in Naiman Banner

序号	影响因素	回归方程	决定系数	显著性
1	年降水量/mm	NPP=0.304PRE+99.9	0.503	p < 0.01
2	年均气温/℃	NPP=5.22TEMP+191	0.008	p > 0.05
3	年均太阳辐射/［W/（m²⋅a）］	NPP=-3.66SRAD+896	0.355	p < 0.01
4	气候变化	NPP=0.241PRE+8.86TEMP-1.57SRAD+342	0.564	p < 0.01
5	耕地面积/万hm²	NPP=4.79CLA+148	0.711	P < 0.01
6	化肥施用折纯量/万t	NPP=6.72FA+164	0.520	p < 0.01
7	羊的数量/万只	NPP=0.720NS+173	0.463	p < 0.05
8	人类活动	NPP=3.42CLA+2.11FA+0.125NS+143	0.571	p < 0.05
9	气候变化和人类活动	NPP=0.128PRE-0.777TEMP-1.18SRAD+0.497CLA+1.94FA+0.285NS+346	0.722	p < 0.05

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Quantitative Assessment of the Spatiotemporal Dynamics of Vegetation Net Primary Productivity and Its Driving Factors in the Horqin Area over the Past Two Decades

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