Quantitative Assessment of the Spatiotemporal Dynamics of Vegetation Net Primary Productivity and Its Driving Factors in the Horqin Area over the Past Two Decades
Received date: 2025-05-08
Revised date: 2025-10-03
Online published: 2025-12-10
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)
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.
Xiangwen GONG , Yuqiang LI , Xuyang WANG , Bo YAO , Jie LIAN , Yun CHEN . Quantitative Assessment of the Spatiotemporal Dynamics of Vegetation Net Primary Productivity and Its Driving Factors in the Horqin Area over the Past Two Decades[J]. Advances in Earth Science, 2025 , 40(12) : 1333 -1349 . DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.085
| [1] | YU Guinui， ZHU Jianxing， XU Li， et al. Technological approaches to enhance ecosystem carbon sink in China：nature-based solutions［J］. Bulletin of Chinese Academy of Sciences， 2022， 37（4）： 490-501. |
| 于贵瑞， 朱剑兴， 徐丽，等. 中国生态系统碳汇功能提升的技术途径：基于自然解决方案［J］. 中国科学院院刊， 2022， 37（4）： 490-501. | |
| [2] | MIGLIAVACCA M， MUSAVI T， MAHECHA M D， et al. The three major axes of terrestrial ecosystem function［J］. Nature， 2021， 598： 468-472. |
| [3] | WAN Huawei， LI Haoxin， GAO Jixi， et al. Spatial pattern analysis of carbon sequestration potential of vegetation ecosyster in China［J］. Acta Ecologica Sinica， 2022， 42（21）：8 568-8 580. |
| 万华伟， 李灏欣， 高吉喜， 等. 我国植被生态系统固碳能力提升潜力空间格局研究［J］. 生态学报， 2022， 42（21）：8 568-8 580. | |
| [4] | ZHOU Yanyan， ZHU Minxiang， GUO Xiaojuan， et al. Relative effects of climate change and human activities on net primary productivity in Shule River Basin［J］. Acta Ecologica Sinica， 2019， 39（14）： 5 127-5 137. |
| 周妍妍， 朱敏翔， 郭晓娟， 等. 疏勒河流域气候变化和人类活动对植被NPP的相对影响评价［J］. 生态学报， 2019， 39（14）： 5 127-5 137. | |
| [5] | FANG Jingyun， YU Guirui， REN Xiaobo， et al. Carbon sequestration in China’s terrestrial ecosystems under climate changes—progress on ecosystem carbon seguestration from the cas trategic priority research program［J］. Bulletin of Chinese Academy of Sciences， 2015， 30（6）： 848-857. |
| 方精云， 于贵瑞， 任小波， 等. 中国陆地生态系统固碳效应——中国科学院战略性先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”之生态系统固碳任务群研究进展［J］. 中国科学院院刊， 2015， 30（6）： 848-857. | |
| [6] | XU Li， HE Nianpeng， YU Guirui， et al. The integrative method of multi-source data on terrestrial ecosystem carbon storage from field observation［J］. Acta Ecologica Sinica， 2023， 43（11）： 4 359-4 368. |
| 徐丽， 何念鹏， 于贵瑞， 等. 基于地面观测的陆地生态系统碳储量多源数据整合方法［J］. 生态学报， 2023， 43（11）： 4 359-4 368. | |
| [7] | SHI Zhiyu， WANG Yating， ZHAO Qing， et al. The spatiotemporal changes of NPP and its driving mechanisms in China from 2001 to 2020［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2022， 31（11）： 2 111-2 123. |
| 石智宇， 王雅婷， 赵清， 等. 2001—2020年中国植被净初级生产力时空变化及其驱动机制分析［J］. 生态环境学报， 2022， 31（11）： 2 111-2 123. | |
| [8] | XUE Gang， XING Yanqiu， CHANG Xiaoqing， et al. Analysis of vegetation NPP change and its influencing factors in China［J］. Remote Sensing Information， 2023， 38（6）：68-74. |
| 薛港， 邢艳秋， 常晓晴， 等. 中国植被NPP变化及其影响因素分析［J］. 遥感信息， 2023， 38（6）：68-74. | |
| [9] | LI Dengke， WANG Zhao. The characteristics of NPP of terrestrial vegetation in China based on MOD17A3 data［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2018， 27（3）：397-405. |
| 李登科， 王钊. 基于MOD17A3的中国陆地植被NPP变化特征分析［J］. 生态环境学报， 2018， 27（3）：397-405. | |
| [10] | WANG J Y， DELANG C O， HOU G L， et al. Net primary production increases in the Yangtze River Basin within the latest two decades［J］. Global Ecology and Conservation， 2021， 26. DOI：10.1016/j.gecco.2021.e01497 . |
| [11] | LI Xue， YU Kunxia， XU Guoce， et al. Spatial characteristics and driving factors of net primary productivity of vegetation in the upper and middle Yellow River Basin［J］. Environmental Science， 2024， 45（11）： 6 448-6 457. |
| 李雪， 于坤霞， 徐国策， 等. 黄河上中游流域植被净初级生产力空间特征及驱动因素分析［J］. 环境科学， 2024， 45（11）： 6 448-6 457. | |
| [12] | WANG Zongchao， YAN Feng， TIAN Pengfei， et al. Spatial and temporal variability of carbon sequestration capacity of vegetation in Beijing-Tianjin-Hebei and its influencing factors from 2002 to 2020［J］. Environmental Science， 2025， 46（6）： 3 784-3 796. |
| 王宗超， 闫丰， 田朋飞， 等. 2002—2020年京津冀植被固碳能力时空分异及其影响因素［J］. 环境科学， 2025， 46（6）： 3 784-3 796.. | |
| [13] | YAN Feng， LI Chenyang， WANG Jing， et al. Quantitative analysis of the drivers of the spatio-temporal evolution of vegetation npp in the Beijing-Tianjin-Hebei ecological barrier area［J］. Environmental Science， 2025， 46（1）： 327-339. |
| 闫丰， 李晨阳， 王靖， 等. 京津冀生态屏障区植被NPP时空演变驱动力定量解析［J］. 环境科学， 2025， 46（1）： 327-339. | |
| [14] | PAN Senyuan， ZHOU Qiaowei， LI Jinggang， et al. Climate impact mechanism underlying vegetation carbon sequestration changes in northern Guangdong， China based on spatial lag model［J］. Chinese Journal of Applied Ecology， 2025， 36（1）：227-237. |
| 潘森源， 周俏薇， 李景刚， 等. 基于空间滞后模型的粤北地区植被固碳变化的气候影响机制［J］. 应用生态学报， 2025， 36（1）：227-237. | |
| [15] | CHEN Le， ZHANG Fuping， SI Jianhua， et al. Spatially differentiated characteristics of vegetation carbon sequestration function in Helan Mountain area and its driving factors［J］. Acta Ecologica Sinica， 2023， 43（24）：10 250-10 262. |
| 陈乐， 张福平， 司建华， 等. 贺兰山地区植被固碳功能空间分异特征及其驱动因素［J］. 生态学报， 2023， 43（24）： 10 250-10 262. | |
| [16] | XU Yong， HUANG Haiyan， DAI Qiangyu， et al. Spatial-temporal variation in net primary productivity in terrestrial vegetation ecosystems and its driving forces in southwest china［J］. Environmental Science， 2023， 44（5）： 2 704-2 714. |
| 徐勇， 黄海艳， 戴强玉， 等. 西南地区陆地植被生态系统NPP时空演变及驱动力分析［J］. 环境科学， 2023， 44（5）： 2 704-2 714. | |
| [17] | FENG Xiao， QU Jianjun， DING Xinhui， et al. Temporal and spatial pattern of NPP in Yulin and its influencing factors during the desertification reversal［J］. Journal of Desert Research， 2024， 44（1）： 22-32. |
| 冯筱， 屈建军， 丁新辉， 等. 沙漠化逆转过程中榆林市植被净初级生产力时空格局及其影响因素［J］. 中国沙漠， 2024， 44（1）： 22-32. | |
| [18] | XU Hong， CHENG Jinxin， HE Yuqin， et al. Effects of climate change and human activities on net primary productivity in Yunnan Province［J］. Plateau Meteorology， 2024， 43（4）：1 064-1 075. |
| 徐虹， 程晋昕， 何雨芩， 等. 气候变化和人类活动对云南省植被净初级生产力的影响［J］. 高原气象， 2024， 43（4）：1 064-1 075. | |
| [19] | YANG Yumeng， LAI Quan， LIU Xiyi. Quantitative analysis of climate change and human activities on vegetation gross primary productivity in Nei Mongol， China［J］. Chinese Journal of Plant Ecology， 2024， 48（3）：306-316. |
| 杨宇萌， 来全， 刘心怡. 气候变化和人类活动对内蒙古植被总初级生产力的定量影响［J］. 植物生态学报， 2024， 48（3）：306-316. | |
| [20] | CHEN Shanshan， WEN Zhaofei， MA Maohua， et al. Overview of research methods for quantitatively analyzing the effects of ecological projects on vegetation dynamics in the context of climate change［J］. Acta Ecologica Sinica， 2022， 42（15）： 6 439-6 449. |
| 陈珊珊， 温兆飞， 马茂华， 等. 气候变化背景下定量解析生态工程对植被动态的影响研究方法概述［J］. 生态学报， 2022， 42（15）： 6 439-6 449. | |
| [21] | JIA Lu， YU Kunxia， DENG Mingjiang， et al. Spatio-temporal changes of annual NPP in the Heihe River Basin and its response to climate factors［J］. Journal of Basic Science and Engineering， 2023， 31（3）： 523-540. |
| 贾路， 于坤霞， 邓铭江， 等. 黑河流域年NPP时空变化及其对气候因子的响应［J］. 应用基础与工程科学学报， 2023， 31（3）： 523-540. | |
| [22] | LI Yuqiang， WANG Xuyang， ZHENG Chengzhuo， et al. The practice on prevention and control of aeolian desertification and suggestion on the ecologically sustainable restoration in the Horqin Sandy Land［J］. Journal of Desert Research， 2024， 44（4）： 302-314. |
| 李玉强， 王旭洋， 郑成卓， 等. 科尔沁沙地防沙治沙实践与生态可持续修复浅议［J］. 中国沙漠， 2024， 44（4）： 302-314. | |
| [23] | Jiaxin Lü， LI Xiufen， ZHENG Xiao， et al. Temporal and spatial changes and their driving forces of vegetation cover in Horqin Sandy Land in recent 40 years［J］. Chinese Journal of Ecology， 2020， 39（5）： 1 399-1 408. |
| 吕家欣， 李秀芬， 郑晓， 等. 近40年科尔沁沙地植被时空变化及其驱动力［J］. 生态学杂志， 2020， 39（5）： 1 399-1 408. | |
| [24] | SHAO Guomei， QIAO Qin， ZHANG Wenting， et al. Spatio-temporal variations and driving factors of sand fixation and windbreaks in the Horqin grassland ecological zone［J］. Research of Environmental Sciences， 2025， 38（1）： 139-150. |
| 邵国媚， 乔琴， 张文婷， 等. 科尔沁草原生态功能区防风固沙功能时空变化及驱动因素分析［J］. 环境科学研究， 2025， 38（1）： 139-150. | |
| [25] | XU Li， HE Nianpeng， YU Guirui. A dataset of carbon density in Chinese terrestrial ecosystems （2010s）［J］. China Scientific Data， 2018， 4（1）. DOI： 10.11922/csdata.2018.0026.zh . |
| 徐丽， 何念鹏， 于贵瑞. 2010s中国陆地生态系统碳密度数据集［J］. 中国科学数据， 2018， 4（1）. DOI： 10.11922/csdata.2018.0026.zh . | |
| [26] | CHANG Yiran， ZHANG Chi， WEI Jiacheng， et al. Impacts of climate change and human activities on the net primary productivity y of vegetation in Inner Mongolia ［J］. Acta Agrostia Sinica， 2023， 31（11）： 3 444-3 452. |
| 常屹冉， 张弛， 魏嘉诚， 等. 气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响［J］. 草地学报， 2023， 31（11）： 3 444-3 452. | |
| [27] | NIU L N， SHAO Q Q， NING J， et al. The assessment of ecological restoration effects on Beijing-Tianjin sandstorm source control project area during 2000-2019［J］. Ecological Engineering， 2023， 186. DOI：10.1016/j.ecoleng.2022.106831 . |
| [28] | GONG Xiangwen. Temporal and spatial dynamics of net primary productivity and ecological carrying capacity in Horqin area， China［D］. Beijing： University of Chinese Academy of Sciences， 2019. |
| 龚相文. 科尔沁地区植被净初级生产力及生态承载力时空动态研究［D］. 北京： 中国科学院大学， 2019. | |
| [29] | TANG Xin， ZHANG Fuping， FENG Qi， et al. Changes in grassland yield and grassland-livestock balance in Ordos City over the past 20 years［J］. Acta Ecologica Sinica， 2024， 44（23）： 10 887-10 896. |
| 汤昕， 张福平， 冯起， 等. 20年来鄂尔多斯市草地产草量变化及草畜平衡［J］. 生态学报， 2024， 44（23）： 10 887-10 896. | |
| [30] | WANG Yonfeng， JING Juanli， LIU Haihong. Spatio-terporal variation of evapotranspiration and its driving factors in southwest China from 2000 to 2020［J］. Resources and Environment in the Yangtze Basin， 2023， 32（12）： 2 568-2 580. |
| 王永锋， 靖娟利， 刘海红. 2000—2020年西南地区蒸散发时空变化及驱动因素探测［J］. 长江流域资源与环境， 2023， 32（12）：2 568-2 580. | |
| [31] | HAN Yuna， ZUO Depeng， WANG Guoging， et al. Evolution pattern and attribution analysis of terrestrial water storage in Tibetan Plateau under changing environment［J］. Water Resources Protection， 2023， 39（2）： 199-207. |
| 韩煜娜， 左德鹏， 王国庆， 等. 变化环境下青藏高原陆地水储量演变格局及归因［J］. 水资源保护， 2023， 39（2）： 199-207. | |
| [32] | LYU J Q， FU X H， LU C， et al. Quantitative assessment of spatiotemporal dynamics in vegetation NPP， NEP and carbon sink capacity in the Weihe River Basin from 2001 to 2020［J］. Journal of Cleaner Production， 2023， 428. DOI：10.1016/j.jclepro.2023.139384 . |
| [33] | SHEN Ziao， WU Jing， LI Chunbin. Temporal and spatial changes of vegetation cover and its driving forces in the Hexi inland river basin from 2000 to 2020［J］. Journal of Desert Research， 2024， 44（3）： 1-9. |
| 申子傲， 吴静， 李纯斌. 2000—2020年河西内陆河流域植被覆盖时空变化特征及其驱动力［J］. 中国沙漠， 2024， 44（3）： 1-9. | |
| [34] | LIU C X， ZHANG X D， WANG T， et al. Detection of vegetation coverage changes in the Yellow River Basin from 2003 to 2020［J］. Ecological Indicators， 2022， 138. DOI：10.1016/j.ecolind.2022.108818 . |
| [35] | WANG Fang， WANG Zuo， ZHANG Yun. Spatio-temporal variations in vegetation net primary productivity and their driving factors in Anhui Province from 2000 to 2015［J］. Acta Ecologica Sinica， 2018， 38（8）： 2 754-2 767. |
| 王芳， 汪左， 张运. 2000—2015年安徽省植被净初级生产力时空分布特征及其驱动因素［J］. 生态学报， 2018， 38（8）： 2 754-2 767. | |
| [36] | GONG Xiangwen， LI Yuqiang， WANG Xuyang， et al. Temporal-spatial dynamic changes of net primary productivity in Horgin region， China［J］. Pratacultural Science， 2018， 35（10）：2 306-2 317. |
| 龚相文， 李玉强， 王旭洋， 等. 科尔沁地区植被净初级生产力时空动态特征［J］. 草业科学， 2018， 35（10）：2 306-2 317. | |
| [37] | WANG Yi， HAO Lina， ZHAO Meiling， et al. Variation of vegetation NDVI and its response to climatic factors and human activities in Chongqing from 2001 to 2018［J］. Research of Soil and Water Conservation， 2021， 28（5）：222-229. |
| 王一， 郝利娜， 赵美龄， 等. 2001—2018年重庆植被NDVI变化及其对气候因子和人类活动的响应［J］. 水土保持研究， 2021， 28（5）：222-229. | |
| [38] | GE W Y， DENG L Q， WANG F， et al. Quantifying the contributions of human activities and climate change to vegetation net primary productivity dynamics in China from 2001 to 2016［J］. Science of the Total Environment， 2021， 773. DOI：10.1016/j.scitotenv.2021.145648 . |
| [39] | ZHANG Yifei， ZHANG Junling. Impact of climate change and human activities on net primary productivity of vegetation in the Yunnan-Guizhou Plateau［J］. Environmental Science， 2025， 46（8）： 5 217-5 228. |
| 张艺菲， 张俊玲. 气候变化和人类活动对云贵高原植被净初级生产力的影响［J］. 环境科学， 2025， 46（8）： 5 217-5 228. | |
| [40] | YU Jing， GAO Yamim， FU Ming. Spatial-temporal variation of NDVI and its response to climate change in Horqin Grassland［J］. Chinese Journal of Grassland， 2020， 42（6）： 82-90. |
| 于静， 高亚敏， 付铭. 科尔沁草原NDVI时空变化特征及其对气候的响应［J］. 中国草地学报， 2020， 42（6）： 82-90. | |
| [41] | CHEN Xueping， ZHAO Xueyong， ZHANG Jing， et al. Variation of NDVI spatio-temporal characteristics and its driving factors based on geodetector model in Horqin Sandy Land， China［J］. Chinese Journal of Plant Ecology， 2023， 47（8）：1 082-1 093. |
| 陈雪萍， 赵学勇， 张晶， 等. 基于地理探测器的科尔沁沙地植被NDVI时空变化特征及其驱动因素［J］. 植物生态学报， 2023， 47（8）：1 082-1 093. | |
| [42] | JIN Haizhen， YU Deyong， HAO Ruifang， et al. Analysis of constraint relationship arong key ecosyster services in the Horqin Sandy Land［J］. Acta Ecologica Sinica， 2021， 41（18）：7 249-7 259. |
| 金海珍， 于德永， 郝蕊芳， 等. 科尔沁沙地关键生态系统服务的约束关系分析［J］. 生态学报， 2021， 41（18）：7 249-7 259. | |
| [43] | SONG Chunyang， SHE Weiwei， GUO Yanpei， et al. Effects of vegetation restoration on species diversity and functional diversity in the Mu Us Desert［J］. Acta Ecologica Sinica， 2025， 45（13）： 6 331-6 348. |
| 宋春阳， 佘维维， 郭焱培， 等. 毛乌素沙地植被恢复过程中物种多样性与功能多样性的关系［J］. 生态学报， 2025， 45（13）：6 331-6 348. | |
| [44] | HU Ling， SUN Cong， FAN Wenjie， et al. Spatio-temporal dynamics of vegetation in key ecological function zone of wind-break and sand-fixation over the last 20 years［J］. Acta Ecologica Sinica， 2021， 41（21）： 8 341-8 351. |
| 胡玲， 孙聪， 范闻捷， 等. 近20年防风固沙重点生态功能区植被动态分析［J］. 生态学报， 2021， 41（21）： 8 341-8 351. | |
| [45] | LIU Junhao， ZHOU Haisheng， GUO Qun. The effects of desertification control on the patterns of vegetation in arid and semi-arid regions of northern China［J］. Journal of Desert Research， 2023， 43（5）： 204-213. |
| 刘俊壕， 周海盛， 郭群. 中国北方干旱半干旱区沙漠化治理对植被格局的影响［J］. 中国沙漠， 2023， 43（5）： 204-213. | |
| [46] | ZHANG Qian， ZHANG Fangmin， LU Qi， et al. Effects of ecological construction projects on primary ecosystem services in Horqin Sandy Land［J］. Bulletin of Soil and Water Conservation， 2021， 41（5）： 154-159. |
| 张钤， 张方敏， 卢琦， 等. 生态工程对科尔沁沙地主要生态服务功能的影响［J］. 水土保持通报， 2021， 41（5）： 154-159. | |
| [47] | YUE Xiyuan， CHANG Xueli， LIU Liangxu， et al. The responding mechanism of NDVI to solar radiation intensity change in Horqin Sandyland［J］. Journal of Arid Land Resources and Environment， 2015， 29（3）：98-102. |
| 岳喜元， 常学礼， 刘良旭， 等. 科尔沁沙地植被NDVI对太阳辐射照度变化的响应机制［J］. 干旱区资源与环境， 2015， 29（3）：98-102. | |
| [48] | WANG Y F， ZHANG J Q， TONG S Q， et al. Monitoring the trends of Aeolian desertified lands based on time-series remote sensing data in the Horqin Sandy Land， China［J］. Catena， 2017， 157： 286-298. |
| [49] | ZHAO Y L， CHEN H， GE W Y， et al. Examining the direct and indirect impacts of urbanization on vegetation net primary productivity across Chinese cities［J］. Agricultural and Forest Meteorology， 2025， 374. DOI：10.1016/j.agrformet.2025.110815 . |
| [50] | CHEN G Z， ZHANG K Q， ZHANG X D， et al. Enhancing terrestrial net primary productivity estimation with EXP-CASA： a novel light use efficiency model approach［J］. Remote Sensing of Environment， 2025， 326. DOI：10.1016/j.rse.2025.114790 . |
| [51] | LI Z， CHEN Y N， WANG Y， et al. Dynamic changes in terrestrial net primary production and their effects on evapotranspiration［J］. Hydrology and Earth System Sciences， 2016， 20（6）： 2 169-2 178. |
| [52] | LI H， HU Y F， AO Z D. Identification of critical drought thresholds affecting vegetation on the Mongolian Plateau［J］. Ecological Indicators， 2024， 166. DOI：10.1016/j.ecolind.2024.112507 . |
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