摘要
亚洲中部干旱区（包括中亚五国地区（以哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、吉尔吉斯斯坦、土库曼斯坦以及塔吉克斯坦）以及我国新疆等地区，本研究中简称“中亚干旱区”）是中纬度最具代表性的干旱区之一，作为新丝绸之路核心区，对全球气候暖化、降水格局（强度和周期）变化、以及大气成份变化极其敏感。过去几千年，放牧一直是干旱半干旱区主要的人类活动。近50年来，中亚干旱区放牧强度持续增加，过度放牧已成为草地生态系统普遍存在的现象，这使得原本脆弱的草地生态系统退化日益加剧，在气候变化背景下尤为脆弱。草地净初级生产力是食草动物的主要消费来源，对干旱区草地净初级生产力(Net Primary Production，NPP)进行量化，揭示放牧过程对干旱草地生态系统NPP的影响程度，提出合理的干旱区草地放牧制度，促进草地生态系统的可持续发展具有重要的理论与现实意义。 基于植被指数的遥感模型已广泛运用于区域尺度模拟草地净初级生产力的模拟，在干旱区的运用充分发挥了其高时空分辨率的优势。然而，遥感模型是基于动物啃食后的草地残余植被信息模拟的草地净初级生产力，忽略了人类干扰诸如放牧活动消耗的部分，并非真实状态下的草地净初级生产力。鉴于此，针对其独特的生理生态机制和以放牧为主的人类活动干扰，本研究将GLOPEM-CEVAS遥感模型应用于中亚干旱区，在模型本地参数化的基础上，通过多种模型对比和实测数据来评估其适用性和可靠性，同时通过加入落叶方程模型，考虑放牧过程消耗的NPP后，评价放牧对于亚洲中部干旱区草地生态系统NPP的影响。获得的主要结论如下: (1)对中亚干旱区草地生态系统NPP模拟结果表明，与生态模型结果的对比，GLOPEM-CEVAS模型由于忽略了放牧过程，其结果相对生态模型较低。。 (2)在放牧条件下GLOPEM-CEVAS模型模拟的36个放牧样点草地NPP与实测数据显著相关(AdjR2=0.80，p＜0.01)，模型能够解释草地实测值的80％。在无放牧条件下，GLOPEM-CEVAS模型模拟了4个无放牧活动的采样点，草地平均NPP为356.44±86.78gC m-2，与实测值370.23±41.88gC m-2接近，GLOPEM-CEVAS模型能较好的模拟新疆草地NPP。 (3)未考虑放牧活动时，基于GLOPEM-CEVAS模型模拟的1982-2011年新疆草地年均NPP为121.05gC m-2yr-1，草地NPP波动增加但不显著(AdjR2=0.06，p＞0.05)，其年际波动方式和年均降水较为相似(AdjR2=0.24，p＜0.01)，与气温相关性不明显;考虑放牧过程加入落叶方程模型后，模型模拟的新疆草地年均真实NPP为179.41gC m-2yr-1，草地NPP持续增加显著(slope=1.18gC m-2yr-1，AdjR2=0.63，p＜0.01)，其年际NPP和年均气温显著相关(AdjR2=0.42，p＜0.01)，与降水相关性不明显，放牧消耗的平均NPP占草地NPP的29.06％;新疆草地实际NPP逐年增加且由温度主导，其增加部分被放牧活动所消耗，忽略放牧活动会掩盖这一事实，这会对气候变化对新疆草地的影响带来错误的理解。 (4)忽略放牧过程的影响下，GLOPEM-CEVAS模型模拟的中亚干旱区草地年均NPP为121.05gC m-2yr-1，草地NPP波动增加显著(slope=1.02gC m-2yr-1，AdjR2=0.43，p＜0.01)，最大值和最小值分布是1996年的167gC m-2和1984的121gC m-2，与年际降水的相关性不显著(AdjR2=0.12，p=0.03)，与年际气温相关性显著(AdjR2=0.44，p＜0.01);考虑放牧活动后，中亚草地NPP持续增加(slope=2.7gC m-2yr-1，AdjR2=0.86，p＜0.01)，2000以后的增加趋势尤为明显，放牧活动对中亚干旱区草地NPP的消耗极为显著，与年际气温同样相关(AdjR2=0.49，p＜0.01)，与年际降水不相关。 (5)在空间上，考虑放牧活动后中亚草地NPP空间分布从大到小依次为:哈萨克斯坦北部草原（257gC m-2yr-1）、天山地区(208gC m-2yr-1)、中部荒漠草原带(105gC m-2yr-1)。从区域上比较，哈萨克斯坦北部草原NPP最大，中部荒漠草原NPP最小，哈萨克斯坦北部草原是放牧消耗NPP的主要区域，放牧使得草地NPP平均减少了99gC m-2yr-1，占NPP的20％-25％。
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