宁夏中部干旱带植被净初级生产力对干旱变化的响应

丛士翔; 丁旭东; 常文静; 王盈盈; 余海龙; 黄菊莹

doi:10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

宁夏中部干旱带植被净初级生产力对干旱变化的响应

综合研究

- 宁夏中部干旱带植被净初级生产力对干旱变化的响应
- Response of net primary productivity to drought change in middle arid zone of Ningxia Hui Autonomous Region
- 水土保持通报 2025年45卷第4期页码：402-412
- 作者机构：
  
  1.宁夏大学林业与草业学院，宁夏银川 750021
  2.宁夏大学地理科学与;规划学院，宁夏银川 750021
  3.宁夏大学生态环境学院，宁夏银川 750021
- 作者简介：
  
  丛士翔（1997—），男（汉族），内蒙古自治区赤峰市人，博士研究生，研究方向为草学。Email：CongShixiang1997@163.com。
  余海龙（1979—），男（汉族），甘肃省酒泉人，博士，教授，主要从事土壤地理及节水灌溉等方面的研究。Email：yhl@nxu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金联合基金项目“宁夏中部干旱带典型固沙植物高效抚育利用的水力调控机理”(U23A20223);宁夏回族自治区重点研发项目“宁夏中部干旱带多尺度旱灾遥感检测与应用”(2019BEG03029)
- DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.005
  中图分类号： Q948.1
- CSTR：32312.14.stbctb.2025.04.005.
- 收稿：2025-01-16，
  
  修回：2025-03-15，
  
  纸质出版：2025-08-20
- 稿件说明：
移动端阅览
丛士翔, 丁旭东, 常文静，等.宁夏中部干旱带植被净初级生产力对干旱变化的响应[J].水土保持通报,2025,45(4):402-412.

Cong Shixiang, Ding Xudong, Chang Wenjing, et al. Response of net primary productivity to drought change in middle arid zone of Ningxia Hui Autonomous Region [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):402-412.
丛士翔, 丁旭东, 常文静，等.宁夏中部干旱带植被净初级生产力对干旱变化的响应[J].水土保持通报,2025,45(4):402-412. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.005. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.005..

Cong Shixiang, Ding Xudong, Chang Wenjing, et al. Response of net primary productivity to drought change in middle arid zone of Ningxia Hui Autonomous Region [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):402-412. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.005. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.005..

摘要

目的

评估不同植被类型因干旱造成的植被净初级生产力损失量（ΔNPP）对各降水年型的响应关系，以期深入了解植被对气候极端事件的响应，并为区域旱灾预防提供理论依据。

方法

以宁夏回族自治区中部干旱带2001—2021年标准化降水蒸散指数（SPEI）度量气象干旱，基于MODIS遥感数据，采用CASA模型估算研究区NPP，采用趋势分析、Mann-Kendall检验和Pearson相关性分析等方法分析不同植被类型NPP因干旱导致的损失量（ΔNPP）时空分异及其与SPEI指数的相关性。

结果

①2001—2021年，SPEI指数显示，研究区干旱趋势整体趋缓；在空间维度上总体仍以干旱占主导，但局地有湿润化趋势。 ②研究区植被ΔNPP整体上呈出波动减少趋势；在空间上研究区东部植被ΔNPP呈减小趋势。 ③SPEI指数与ΔNPP的相关性分析显示，呈负相关占主导，但因干旱等级不同而呈现明显的时空差异。 ④不同植被类型ΔNPP对年尺度SPEI的响应具有一定差异，具体表现为：在严重和极端干旱胁迫下，林地的ΔNPP最大，农作物次之，灌木最小。

结论

目前宁夏中部干旱带出现湿润化趋势，为提高研究区植被对干旱的抵抗力，需提高植被结构与组成的复杂性和多样性。

Abstract

Objective

The response relationships of the net primary productivity loss （ΔNPP） of different vegetation types caused by drought of different vegetation types to various precipitation annual patterns were evaluated， in order to gain an in-depth understanding about the responses of vegetation to climate extreme events and provide a theoretical basis for regional drought prevention.

Methods

Drought characteristics was quantified by standardized precipitation evapotranspiration index （SPEI）， and NPP was estimated based on MODIS remote sensing data by carnegie-ames-stanford approach （CASA） model and annual SPEI during 2001 to 2020 in the middle arid zone of Ningxia Hui Autonomous Region was calculated to explore the differences of net primary productivity（NPP） of different vegetation types to SPEI， and the correlation between NPP loss （ΔNPP） due to drought and SPEI index by using the methods of trend analysis， Mann-Kendall test and correlation analysis.

Results

① From 2001 to 2020， the SPEI index indicated that the drought trend in the study area was generally slowing down， and drought was still dominant in spatial dimension， but there was a trend of humidification. ② ΔNPP

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=95355618&type=

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=95355608&type=

0.84666669

0.93133330

in the study area showed a totally decreasing trend of fluctuation； spatially， the ΔNPP in the eastern part of the study area decreased significantly. ③ The correlation analysis between SPEI index and ΔNPP showed that the negative correlation was dominant， but there were obvious spatial-temporal differences due to different drought grades. ④ The response of ΔNPP

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=95355629&type=

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=95355609&type=

0.84666669

0.93133330

of different vegetation types to annual SPEI was different， under severe and extreme drought stresses， the

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=95355611&type=

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=95355620&type=

8.21266651

2.87866688

loss of forest was the largest， followed by crop， and shrubs was the least.

Conclusion

At present， the middle arid zone of Ningxia shows a trend of humidification. In order to improve the resistance of vegetation to drought in the study area， the complexity and diversity of vegetation structure and composition should be improved.

关键词

Keywords

references

Bouillon S ， Borges A V ， Castañeda-Moya E ， et al . Mangrove production and carbon sinks： A revision of global budget estimates ［J］. Global Biogeochemical Cycles ， 2008 ， 22 （ 2 ）： 1 - 12 .

Li Yue ， Piao Shilong ， Chen Anping ， et al . Local and teleconnected temperature effects of afforestation and vegetation greening in China ［J］. National Science Review ， 2020 ， 7 （ 5 ）： 897 - 912 .

Reichstein M ， Bahn M ， Ciais P ， et al . Climate extremes and the carbon cycle ［J］. Nature ， 2013 ， 500 （ 7462 ）： 287 - 295 .

Xu Haojie ， Wang Xinping ， Zhao Chuanyan ， et al . Assessing the response of vegetation photosynthesis to meteorological drought across northern China ［J］. Land Degradation & Development ， 2021 ， 32 （ 1 ）： 20 - 34 .

Li Xiangyi ， Piao Shilong ， Wang Kai ， et al . Temporal trade-off between gymnosperm resistance and resilience increases forest sensitivity to extreme drought ［J］. Nature Ecology & Evolution ， 2020 ， 4 （ 8 ）： 1075 - 1083 .

Zhao Maosheng ， Running S W . Drought-induced reduction in global terrestrial net primary production from 2000 through 2009 ［J］. Science ， 2010 ， 329 （ 5994 ）： 940 - 943 .

He Wei ， Ju Weimin ， Jiang Fei ， et al . Peak growing season patterns and climate extremes-driven responses of gross primary production estimated by satellite and process based models over North America ［J］. Agricultural and Forest Meteorology ， 2021 ， 298 ： 108292 .

Wang Weixuan ， Cui Chenfeng ， Yu Weihua ， et al . Response of drought index to land use types in the Loess Plateau of Shaanxi， China ［J］. Scientific Reports ， 2022 ， 12 ： 8668 .

李忆平，李耀辉 . 气象干旱指数在中国的适应性研究进展［J］. 干旱气象， 2017 ， 35 （ 5 ）： 709 - 723 .

Li Yiping ， Li Yaohui . Advances in adaptability of meteorological drought indices in China ［J］. Journal of Arid Meteorology ， 2017 ， 35 （ 5 ）： 709 - 723 .

Wu Xiuchen ， Liu Hongyan ， Li Xiaoyan ， et al . Differentiating drought legacy effects on vegetation growth over the temperate northern hemisphere ［J］. Global Change Biology ， 2018 ， 24 （ 1 ）： 504 - 516 .

王东 . 黄土高原干旱时空特征及对植被生长潜在风险评估［D］. 甘肃兰州：兰州大学， 2023 .

Wang Dong . Spatial and temporal characteristics of the Loess Plateau drought and its potential risk to vegetation growth ［D］. Lanzhou， Gansu ： Lanzhou University ， 2023 .

Yu Dongsheng ， Li Yonghong ， Yin Binglu ， et al . Spatiotemporal variation of net primary productivity and its response to drought in Inner Mongolian desert steppe ［J］. Global Ecology and Conservation ， 2022 ， 33 ： e01991 .

赵雪雁，马平易，李文青，等 . 黄土高原生态系统服务供需关系的时空变化［J］. 地理学报， 2021 ， 76 （ 11 ）： 2780 - 2796 .

Zhao Xueyan ， Ma Pingyi ， Li Wenqing ， et al . Spatiotemporal changes of supply and demand relationships of ecosystem services in the Loess Plateau ［J］. Acta Geographica Sinica ， 2021 ， 76 （ 11 ）： 2780 - 2796 .

Ni Xiangnan ， Guo Wei ， Li Xiaoting ， et al . Heterogeneity of increases in net primary production under intensified human activity and climate variability on the Loess Plateau of China ［J］. Remote Sensing ， 2022 ， 14 （ 19 ）： 4706 .

高阳，高甲荣，温存，等 . 宁夏盐池沙地土壤水分条件与植被分布格局［J］. 西北林学院学报， 2006 ， 21 （ 6 ）： 1 - 4 .

Gao Yang ， Gao Jiarong ， Wen Cun ， et al . The relationship between the soil water condition and vegetation distribution pattern in Yanchi ［J］. Journal of Northwest Forestry University ， 2006 ， 21 （ 6 ）： 1 - 4 .

毕凡，潘竟虎 . 2000年以来中国潜在植被净初级生产力的时空分布模拟［J］. 生态学报， 2022 ， 42 （ 24 ）： 10288 - 10296 .

Bi Fan ， Pan Jinghu . Estimation of temporal and spatial distribution of potential vegetation net primary producti-vity in China since 2000 ［J］. Acta Ecologica Sinica ， 2022 ， 42 （ 24 ）： 10288 - 10296 .

朱文泉，潘耀忠，张锦水 . 中国陆地植被净初级生产力遥感估算［J］. 植物生态学报， 2007 ， 31 （ 3 ）： 413 - 424 .

Zhu Wenquan ， Pan Yaozhong ， Zhang Jinshui . Estimation of net primary productivity of Chinese terrestrial vegetation based on remote sensing ［J］. Journal of Plant Ecology ， 2007 ， 31 （ 3 ）： 413 - 424 .

Lei Tianjie ， Feng Jie ， Lv Juan ， et al . Net primary productivity loss under different drought levels in different grassland ecosystems ［J］. Journal of Environmental Management ， 2020 ， 274 ： 111144 .

李焱，巩杰，戴睿，等 . 藏西南高原植被覆盖时空变化及其与气候因素和人类活动的关系［J］. 地理科学， 2022 ， 42 （ 5 ）： 761 - 771 .

Li Yan ， Gong Jie ， Dai Rui ， et al . Spatio-temporal variation of vegetation cover and its relationship with climatic factors and human activities in the southwest Tibetan Plateau ［J］. Scientia Geographica Sinica ， 2022 ， 42 （ 5 ）： 761 - 771 .

Biederman J A ， Scott R L ， Goulden M L ， et al . Terrestrial carbon balance in a drier world： The effects of water availability in southwestern north America ［J］. Global Change Biology ， 2016 ， 22 （ 5 ）： 1867 - 1879 .

马小燕，朱晓雯，赵金涛，等 . 基于SPEI的宁夏沿黄城市带干旱特征及驱动性分析［J］. 水土保持研究， 2022 ， 29 （ 5 ）： 364 - 373 .

Ma Xiaoyan ， Zhu Xiaowen ， Zhao Jintao ， et al . Analysis of drought characteristics and driving forces in the urban belt along the Yellow River in Ningxia based on SPEI ［J］. Research of Soil and Water Conservation ， 2022 ， 29 （ 5 ）： 364 - 373 .

姚旭阳，张明军，张宇，等 . 中国西北地区气候转型的新认识［J］. 干旱区地理， 2022 ， 45 （ 3 ）： 671 - 683 .

Yao Xuyang ， Zhang Mingjun ， Zhang Yu ， et al . New insights into climate transition in northwest China ［J］. Arid Land Geography ， 2022 ， 45 （ 3 ）： 671 - 683 .

丁一汇，柳艳菊，徐影，等 . 全球气候变化的区域响应：中国西北地区气候“暖湿化” 趋势、成因及预估研究进展与展望［J］. 地球科学进展， 2023 ， 38 （ 6 ）： 551 - 562 .

Ding Yihui ， Liu Yanju ， Xu Ying ， et al . Regional responses to global climate change： Progress and prospects for trend， causes， and projection of climatic warming-wetting in northwest China ［J］. Advances in Earth Science ， 2023 ， 38 （ 6 ）： 551 - 562 .

Gampe D ， Zscheischler J ， Reichstein M ， et al . Increasing impact of warm droughts on northern ecosystem productivity over recent decades ［J］. Nature Climate Change ， 2021 ， 11 （ 9 ）： 772 - 779 .

Shang Shasha ， Zhu Gaofeng ， Li Ruolin ， et al . Decadal change in summer precipitation over the east of northwest China and its associations with atmospheric circulations and sea surface temperatures ［J］. International Journal of Climatology ， 2020 ， 40 （ 8 ）： 3731 - 3747 .

Zeng Zhaoqi ， Wu Wenxiang ， Li Yamei ， et al . Increasing meteorological drought under climate change reduces terrestrial ecosystem productivity and carbon storage ［J］. One Earth ， 2023 ， 6 （ 10 ）： 1326 - 1339 .

张斌，李从娟，易光平，等 . 梭梭和头状沙拐枣形态及生理生化特性对干旱胁迫的响应［J］. 干旱区研究， 2024 ， 41 （ 7 ）： 1177 - 1184 .

Zhang Bin ， Li Congjuan ， Yi Guangping ， et al . Physiological， biochemical and morphological responses of Haloxylon ammodendron and Calligonum caputmedusae to drought stress ［J］. Arid Zone Research ， 2024 ， 41 （ 7 ）： 1177 - 1184 .

Hacke U G ， Sperry J S . Functional and ecological xylem anatomy ［J］. Perspectives in Plant Ecology， Evolution and Systematics ， 2001 ， 4 （ 2 ）： 97 - 115 .

陈燕丽，唐梅蓉，张会，等 . 广西喀斯特地区植被覆盖度和净初级生产力对SPEI干旱指数的响应差异［J］. 干旱气象， 2022 ， 40 （ 6 ）： 1042 - 1050 .

Chen Yanli ， Tang Meirong ， Zhang Hui ， et al . Response difference of fractional vegetation cover and net primary productivity to SPEI drought index in karst areas of Guangxi ［J］. Journal of Arid Meteorology ， 2022 ， 40 （ 6 ）： 1042 - 1050 .

靖娟利，孙佳荟，赵婷，等 . 西南地区植被NPP对多尺度气象干旱的响应［J］. 水土保持学报， 2024 ， 38 （ 3 ）： 335 - 344 .

Jing Juanli ， Sun Jiahui ， Zhao Ting ， et al . Response of vegetation NPP to multiscale meteorological drought in southwest China ［J］. Journal of Soil and Water Conservation ， 2024 ， 38 （ 3 ）： 335 - 344 .

Craine J M ， Ocheltree T W ， Nippert J B ， et al . Global diversity of drought tolerance and grassland climate-change resilience ［J］. Nature Climate Change ， 2012 ， 3 （ 1 ）： 63 - 67 .

Berdugo M ， Delgado-Baquerizo M ， Soliveres S ， et al . Global ecosystem thresholds driven by aridity ［J］. Science ， 2020 ， 367 （ 6479 ）： 787 - 790 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

黄河中游沙家湾小流域风沙环境特征及其入沟过程

季节性干旱对中国陆地生态系统碳-水耦合机制的影响

2000—2024年黄河源园区生态环境质量变化及其驱动因素

兰州-西宁城市群城市化与生态系统服务价值耦合协调关系

中国典型河口三角洲生态系统服务价值的时空异质性