程春香 于 敏 毛子軍 謝連妮 張永成 孫 濤 徐作敏 吳 雙 荔千妮 徐 嘉

(1.東北林業(yè)大學(xué) 哈爾濱 150040； 2.黑龍江省生態(tài)氣象中心 哈爾濱 150030； 3.雙鴨山市氣象局 雙鴨山 155100)

植被凈初級生產(chǎn)力(NPP)作為植被凈固碳量，具有可以抵消人為碳排放量的巨大潛力(Panetal.， 2011； Running， 2008)，在維持生態(tài)系統(tǒng)碳平衡、調(diào)節(jié)碳循環(huán)、評估碳收支中起著至關(guān)重要的作用(Zhaoetal.， 2010)，是生態(tài)安全評價(jià)、土地利用決策、環(huán)境變化指示和糧食安全評估等方面的重要指標(biāo)(洪長橋等， 2017)。目前中國陸地植被NPP時(shí)空演變特征研究取得了顯著進(jìn)展。研究表明中國植被NPP在2001—2014年呈波動增加趨勢，空間分布由東南向西北遞減(劉剛等， 2017)。安徽省2000—2015年植被NPP呈微小增加趨勢，具有較強(qiáng)的時(shí)空分異性(王芳等， 2018)。中國東北2001—2010年不同地表覆蓋類型植被NPP變化趨勢存在明顯差異(程春曉等， 2014)。年際變化趨勢可以反映NPP動態(tài)，但它們無法捕捉到外部干擾引起的一些突然變化，相比之下突變分析可以提供更多的時(shí)空演變信息，可用于NPP的驅(qū)動力檢測。多年來氣候變化、環(huán)境變化和人類活動等因素明顯對植被NPP變化趨勢產(chǎn)生了重要影響(王芳等， 2018； Mishraetal.， 2015)，促使我們進(jìn)一步深入開展植被NPP時(shí)空演變及突變特征研究。

2000—2020年是中國“退耕還林”、“退耕還草”、“退耕還濕”、“天然林保護(hù)計(jì)劃”和“三北防護(hù)林發(fā)展規(guī)劃”等多項(xiàng)生態(tài)保護(hù)修復(fù)重大工程和解決“三農(nóng)農(nóng)業(yè)問題”的關(guān)鍵實(shí)施期(Cao， 2011)。在全球變化和中國雙碳戰(zhàn)略背景下，本研究利用已驗(yàn)證的TEC模型(Yanetal.， 2019)，針對植被資源豐富的黑龍江省，開展了2000—2020年21年間植被NPP時(shí)空演變及突變模式研究，探討生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程對NPP的影響，研究結(jié)果對了解陸地植被固碳能力的時(shí)空分布和植被碳匯格局具有重要意義，以期為中國未來生態(tài)環(huán)境管理和政策制定以及“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)參考(Anderssonetal.， 2009)。

1 資料與方法

1.1 植被NPP計(jì)算和土地覆蓋數(shù)據(jù)集

1.1.1 植被NPP計(jì)算 利用遙感數(shù)據(jù)估算植被NPP的模型大致可以分為三類： 統(tǒng)計(jì)模型、遙感過程模型和光能利用率模型。其中，光能利用率模型是目前研究應(yīng)用最多的一種遙感模型。它以光能利用率理論為基礎(chǔ)，貫穿資源平衡觀點(diǎn)，通過植被冠層對太陽輻射的有效利用率來估算植被生產(chǎn)力(趙國帥， 2011)。本研究采用TEC模型計(jì)算植被NPP。TEC模型由Yan等( 2015)根據(jù)LUE模型(Monteith，1972)改進(jìn)提出，是一種光能利用率模型。該模型充分考慮了水分脅迫、輻射和C3/C4植物光合作用的差異。模型產(chǎn)品已完成地面通量觀測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，比較可靠，精度優(yōu)于BESS和MOD17產(chǎn)品(Yanetal.， 2019)。主要公式如下:

NPP=GPP-Rg-Rm；

(1)

GPP=ε*×Tε×Wε×FPAR×PAR；

(2)

Rg=0.2×(GPP-Rm)；

(3)

Rm=GPP×(7.825+1.145×Ta)/100。

(4)

式中： NPP為陸地植被凈初級生產(chǎn)力；GPP為陸地植被總初級生產(chǎn)力；Rg為植被的生長呼吸消耗量；Rm為植被的維持呼吸消耗量，單位均為 gC·m-2；ε*為植被最大光能利用率，C3植物ε*=1.8 gC·MJ-1, C4植物ε*=2.76 gC·MJ-1；Tε為溫度脅迫系數(shù)；Wε為水分脅迫系數(shù)； FPAR為植被吸收光合有效輻射的比例； PAR為光合有效輻射(MJ·m-2)；Ta為月平均氣溫(℃)。

1.1.2 土地覆蓋數(shù)據(jù)集 土地覆蓋數(shù)據(jù)采用中國國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)的重要成果——全球地表覆蓋GlobeLand30數(shù)據(jù)(國家基礎(chǔ)地理信息中心全球地表覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)網(wǎng)站DOI： 10.117 69)，空間分辨率30 m，已發(fā)布2000、2010和2020年3份數(shù)據(jù)，包括耕地、林地、草地、灌木地、濕地、水體、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久積雪10個(gè)類型。本研究根據(jù)黑龍江省實(shí)際情況和研究需要，簡化合并為7個(gè)類型，分別代表農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、聚落生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、水體和其他，其中聚落生態(tài)系統(tǒng)是一種人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，包含民居區(qū)及其周邊地理環(huán)境。此外，因地表覆蓋數(shù)據(jù)非連續(xù)性和研究對比需要，文中生態(tài)系統(tǒng)尺度分析均采用2020年GlobeLand30數(shù)據(jù)作為分區(qū)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2 NPP趨勢分析

區(qū)域整體NPP趨勢分析采用一元線性回歸法，可直接進(jìn)行NPP變化率計(jì)算和顯著性檢驗(yàn)。同時(shí)根據(jù)文中突變結(jié)果進(jìn)行了2000—2010年和2010—2020年的階段性趨勢分析。像元級NPP趨勢分析采用Sen趨勢度估計(jì)法，并利用Mann-Kendall(簡稱M-K)趨勢檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。兩種方法相結(jié)合可以降低噪聲干擾，在一定程度上提高空間像元的趨勢準(zhǔn)確性(王佃來等， 2013)。

1.2.1 Sen趨勢度估計(jì)法 Sen趨勢度經(jīng)過計(jì)算序列中值得到，計(jì)算公式為：

(5)

式中：β為趨勢度，i、j代表數(shù)據(jù)在時(shí)間序列中的順序位置，xi、xj為時(shí)間序列i、j位置上的數(shù)據(jù)，?表示窮舉所有情況。當(dāng)β>0時(shí)，時(shí)間序列呈上升趨勢，反之呈下降趨勢。

1.2.2 M-K趨勢檢驗(yàn)法 M-K法本身對異常值不敏感，并且對序列分布沒有要求。檢驗(yàn)中對于序列X=(x1,…,xn)，先確定所有對偶值(xj，xk，k>j)中xj和xk的大小關(guān)系。假設(shè)：H0，序列中數(shù)據(jù)隨機(jī)排列，即無顯著趨勢；H1，序列存在上升或下降單調(diào)趨勢。計(jì)算公式如下：

(6)

其中

(7)

S為M-K檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)變量，屬于正態(tài)分布，其均值為0，方差Var(S)按公式(8)計(jì)算:

(8)

當(dāng)n>10時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量Z按公式(9)計(jì)算:

(9)

在雙邊趨勢檢驗(yàn)中，在給定的0.05置信水平上，如果|Z|≥1.96，則原假設(shè)不成立，時(shí)間序列數(shù)據(jù)在0.05置信水平上存在明顯的上升或下降趨勢。

1.3 突變點(diǎn)檢測及突變模式

采用M-K和滑動t-檢驗(yàn)法同時(shí)進(jìn)行2000—2020年逐像元NPP的突變點(diǎn)檢測，將兩種方法的共同突變點(diǎn)作為突變最終結(jié)果，以消除不同突變方法帶來的差異，保證突變結(jié)果的準(zhǔn)確率。

1.3.1 M-K突變檢驗(yàn) 按時(shí)間序列X=(x1,…,xn)的順序，構(gòu)造一個(gè)秩序列Sk:

(10)

(11)

式中：xi、xj為時(shí)間數(shù)列數(shù)據(jù)，i、j代表數(shù)據(jù)在時(shí)間序列中的順序位置，aij為樣本xi>xj的累計(jì)數(shù)。

在時(shí)間序列為隨機(jī)的假設(shè)下，定義統(tǒng)計(jì)量UFk:

(12)

(13)

(14)

式中：E(Sk)為Sk的均值，Var(Sk)為Sk的方差。若|UFk|>α，則表明序列有明顯的趨勢變化。

再根據(jù)時(shí)間序列X的逆序，重復(fù)上述過程，求出UBk。若UFk和UBk兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，則交點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻便是突變開始的時(shí)間。α=0.05時(shí)，臨界值為±1.96。

1.3.2 滑動t-檢驗(yàn) 滑動t-檢驗(yàn)公式為：

(15)

(16)

1.3.3 突變模式 計(jì)算突變點(diǎn)前后的NPP變化趨勢，正值和負(fù)值分別表示趨勢的增加和減少。根據(jù)突變點(diǎn)前后趨勢將NPP突變劃分為4種突變模式： ZZ(突變前后均為增加趨勢)、FF(突變前后均為減少趨勢)、FZ(突變前為減少趨勢，后為增加趨勢)、ZF(突變前為增加趨勢，后為減少趨勢)。其中ZZ和FZ模式在突變后NPP均呈增加趨勢，統(tǒng)稱為正向突變； FF和ZF模式在突變后NPP均呈減少趨勢，統(tǒng)稱為負(fù)向突變。

1.4 生態(tài)保護(hù)修復(fù)對NPP增長的直接貢獻(xiàn)率

2010年是中國生態(tài)保護(hù)修復(fù)重大工程以及解決三農(nóng)農(nóng)業(yè)問題的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)(Cao， 2011)，也是黑龍江省植被NPP突變發(fā)生最多的年份。因此本研究利用2000、2010和2020年GlobeLand30數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行2000—2010年和2010—2020年生態(tài)保護(hù)修復(fù)對NPP變化的影響分析。首先通過空間疊加分析計(jì)算土地覆蓋類型轉(zhuǎn)移矩陣，提取生態(tài)修復(fù)類型——植樹造林(全部類型轉(zhuǎn)森林，其中農(nóng)田轉(zhuǎn)森林即退耕還林)、退耕還草(農(nóng)田轉(zhuǎn)草地)、退耕還濕(農(nóng)田轉(zhuǎn)濕地)的具體分布區(qū)域。計(jì)算生態(tài)保護(hù)修復(fù)對修復(fù)區(qū)域NPP增長的直接貢獻(xiàn)率(SBG)。SBG計(jì)算公式如下：

(17)

(18)

NPPni=(NPPmi-NPPbi)×Si。

(19)

式中： NPPn為扣除氣候變化等因素影響，全部生態(tài)保護(hù)修復(fù)區(qū)域中僅受生態(tài)保護(hù)修復(fù)影響的年NPP總量(即年NPP的區(qū)域累計(jì)值，年NPP為單位面積一年內(nèi)每月NPP的總和)的凈變化量； NPPc為全部生態(tài)保護(hù)修復(fù)區(qū)域中年NPP總量的變化量；n為生態(tài)保護(hù)修復(fù)類型數(shù)量；i為生態(tài)保護(hù)修復(fù)類型。NPPni為某一生態(tài)保護(hù)修復(fù)類型區(qū)域中僅受生態(tài)保護(hù)修復(fù)影響的年NPP總量凈變化量； NPPmi為該生態(tài)保護(hù)修復(fù)類型區(qū)域階段末期的年NPP均值(即年NPP的區(qū)域平均值)； NPPbi為對照區(qū)域階段末期的年NPP均值，對照區(qū)域即該生態(tài)保護(hù)修復(fù)類型在生態(tài)修復(fù)前后土地覆蓋類型不變的區(qū)域；Si為該生態(tài)保護(hù)修復(fù)類型的區(qū)域面積(計(jì)算2000—2010年退耕還林區(qū)NPPni，NPPmi取2010年農(nóng)田轉(zhuǎn)森林區(qū)域的年NPP均值，NPPbi取2010年農(nóng)田轉(zhuǎn)農(nóng)田區(qū)域的年NPP均值，Si取農(nóng)田轉(zhuǎn)森林的面積)。

2 結(jié)果與分析

2.1 NPP的年際變化

2000—2020年黑龍江省年NPP均值極顯著增加(P<0.01,R2=0.81)，變化增長率為8.55 gC·m-2a-1(圖1)。2000—2010年(P< 0.01，R2= 0.53)和2010—2020年(P< 0.01，R2=0.64)NPP同樣呈增加趨勢。2010—2020年NPP均值變化率(10.85 gC·m-2a-1)高于2000—2010 年(7.69 gC·m-2a-1)。2000—2020年黑龍江省年NPP總量(植被年總凈固碳量)平均值為284.1 TgC(1 Tg =1012g)，從 2001年的240.6 TgC增加到2020年的350.1 TgC(圖2)。

圖1 2000—2020年黑龍江省年NPP均值的年際變化Fig.1 Interannual variation of average annual NPP in Heilongjiang Province from 2000 to 2020

圖2 2000—2020年黑龍江省年NPP總量的年際變化Fig.2 Interannual variation of annual total NPP in Heilongjiang Province from 2000 to 2020

不同生態(tài)系統(tǒng)中，森林、農(nóng)田和草地是2000—2020年黑龍江省年平均NPP總量的前三名，分別占全省的46.1%、37.1%和12.1%。2000—2020年不同生態(tài)系統(tǒng)年NPP總量均極顯著增加，其中農(nóng)田增加最快，為1.91 TgC·a-1，森林其次，為1.38 TgC·a-1。2000—2020年農(nóng)田年NPP總量占全省比例極顯著增大，年變化率為0.15%。受此影響，雖然森林年NPP總量同樣呈極顯著增加，占比反而出現(xiàn)極顯著減小，年變化率為-0.16%。聚落生態(tài)系統(tǒng)占比顯著增大，年變化率為0.01%。草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)占比基本沒有變化(表1)。

表1 2000—2020年不同類型生態(tài)系統(tǒng)年NPP總量的統(tǒng)計(jì)分析Tab.1 Statistical analysis of annual total NPP of different ecosystems from 2000 to 2020

2000—2020年黑龍江省約99.4%像元的年NPP呈增加趨勢，其中93.9%趨勢達(dá)到顯著。年NPP增加最明顯的區(qū)域主要位于齊齊哈爾、大慶、綏化西部、鶴崗東部、佳木斯中部及雙鴨山北部的部分地區(qū)，這些地區(qū)大部分為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，NPP變化率普遍高于15 gC·m-2a-1。年NPP減少區(qū)域零星分布在哈爾濱、伊春北部、佳木斯和雞西東北部的部分地區(qū)，這些地區(qū)NPP變化率為-0.07～-26.41 gC·m-2a-1，但大部分像元減少趨勢并不顯著。

2.2 NPP突變時(shí)間和突變模式

2000—2020年NPP突變發(fā)生在2003到2018年， 2010年突變最多，占總突變面積的20.8%，中國陸地總初級生產(chǎn)力GPP在2009—2011年也發(fā)生了類似的集中性突變(Maetal.， 2019)。按突變特征NPP突變可分為4個(gè)階段， 2003—2009年為突變轉(zhuǎn)折期， 2010—2014年為突變高發(fā)期， 2015—2017年為突變減少期， 2018年開始進(jìn)入突變增加期，分別占突變總面積的21.6%、57.8%、9.9%和10.7%(圖3)。突變模式中，ZZ是最明顯的突變模式，占突變總面積的87.4%。其余模式FZ、ZF和FF分別占總突變面積的6.6%、4.2%和1.8%。ZZ和FZ正向突變面積占比呈現(xiàn)“先降-后升-終平穩(wěn)”式的階段性變化， 2003—2006年占比快速降低，到2006年僅占41.2%， 2007—2009年占比開始逐漸增加， 2010年之后正向突變基本占據(jù)主導(dǎo)并保持比例平穩(wěn)，突變面積均占年突變總面積的96.9%以上(圖4)。

圖3 不同突變模式的突變面積占突變總面積的百分比Fig.3 Percentage of abrupt change area per abrupt change mode in total abrupt change area

圖4 正向突變(ZZ+FZ)面積占突變總面積的百分比Fig.4 Percentage of positive abrupt change (ZZ+FZ)area in total abrupt change area

2000—2020年所有生態(tài)系統(tǒng)NPP都有突變發(fā)生，農(nóng)田、森林和草地突變面積為前三名，分別占突變總面積的42.1%、37.4%和13.8%。生態(tài)系統(tǒng)突變模式均以正向突變(ZZ和FZ)為主，其中農(nóng)田96.0%為正向突變，草地、聚落和森林正向突變占比分別為95.4%、95.3%和92.2%，濕地正向突變比例較小，占濕地突變總面積的82.4%(圖5)。不同突變模式中，正向突變主要發(fā)生在農(nóng)田、森林和草地，為正向突變面積的43.0%、36.7%和14.0%。其中ZZ突變模式以農(nóng)田占比較高，占ZZ模式的43.7%，F(xiàn)Z突變模式以森林占比較高，占FZ突變模式的44.8%。負(fù)向突變(FF和ZF)主要發(fā)生在森林、農(nóng)田和草地生態(tài)系統(tǒng)，分別占負(fù)向突變總面積的48.9%、28.2%和10.6%(圖6)。

圖5 不同生態(tài)系統(tǒng)各突變模式突變面積占突變總面積的百分比Fig.5 Percentage of mutant area per abrupt change mode in mutant total area in different ecosystem types

圖6 不同突變模式各生態(tài)系統(tǒng)突變面積占突變總面積的百分比Fig.6 Percentage of mutant area per ecosystem type in mutant total area in different abrupt change modes

黑龍江省NPP突變集中發(fā)生在2010—2014年，但空間分布較為分散。NPP大部分突變像元為ZZ突變模式，在突變點(diǎn)前后NPP均呈增加趨勢。FF突變模式零星分布，主要位于大興安嶺西部、伊春中部、佳木斯東北部和雞西東部等區(qū)域的部分地區(qū)。森林中存在一處較大面積的ZF突變模式區(qū)域，位于伊春中部地區(qū)。

2.3 生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程對NPP的影響

2000—2010年監(jiān)測到黑龍江省植樹造林、退耕還草和退耕還濕生態(tài)修復(fù)總面積17 985.0 km2，占土地覆蓋變化總面積的47.3%。其中植樹造林14 470.1 km2(草地造林11 872.2 km2、退耕還林2 159.7 km2)，退耕還草3 462.4 km2，退耕還濕52.5 km2。植樹造林是2000—2010年最重要的生態(tài)保護(hù)修復(fù)方式，并以草地造林為主(表2)。2010年生態(tài)保護(hù)修復(fù)區(qū)域年NPP總量11.5 TgC，與2000年相比年NPP總量變化量為1.83 TgC，其中扣除氣候變化等其他因素影響，僅受生態(tài)保護(hù)修復(fù)直接影響的年NPP總量凈變化量為1.04 TgC，貢獻(xiàn)率為56.8%。

2010—2020年監(jiān)測到黑龍江省生態(tài)修復(fù)總面積為15 840.0 km2，占土地覆蓋變化總面積的37.2%。其中植樹造林11 697.1 km2(草地造林8 882.9 km2、退耕還林2 524.0 km2)同樣是2010—2020年最重要的生態(tài)保護(hù)修復(fù)方式，但面積比2000—2010年略有減少。退耕還草和退耕還濕面積分別為3 540.9 和602.0 km2，面積均有所增加(表2)。2020年生態(tài)保護(hù)修復(fù)區(qū)域年NPP總量12.0 TgC，與2010年相比年NPP總量變化量為1.90 TgC，其中扣除氣候變化等其他因素影響，僅受生態(tài)保護(hù)修復(fù)直接影響的年NPP總量凈變化量為0.63 TgC，貢獻(xiàn)率為33.2%。

表2 生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程對NPP的影響Tab.2 Effect of ecological protection and restoration projects on NPP

3 討論

3.1 NPP時(shí)空分布格局與固碳能力

植被NPP是表征陸地碳循環(huán)的重要變量，NPP時(shí)空分布格局在一定程度上可以反映陸地植被的生產(chǎn)能力和固碳能力(鄒嫻， 2018)。本研究表明， 2000—2020年黑龍江省年NPP均值總體極顯著增加，結(jié)論與東北地區(qū)其他研究結(jié)果基本一致(毛德華等， 2012； 國志興等， 2008； 程春曉等， 2014； 劉剛等， 2017； 王萍， 2009)。與中國植被生產(chǎn)力的總體變化趨勢一致(Piaoetal.， 2009； Zhangetal.， 2013； Maoetal.， 2014； Yaoetal.， 2018)。2010年之后，年NPP均值增長率明顯上升，并在2020年達(dá)到新高。同時(shí)， 2000—2020年NPP突變模式以正向突變?yōu)橹?，其中ZZ模式占突變總面積的87.4%，表明2000—2020年NPP一直處于持續(xù)加速增長狀態(tài)。本研究結(jié)果從多個(gè)側(cè)面表現(xiàn)出黑龍江省在具有強(qiáng)大碳儲量的基礎(chǔ)上仍具有持續(xù)增強(qiáng)的植被固碳能力。

森林、農(nóng)田和草地分別為2000—2020年生態(tài)系統(tǒng)年平均NPP總量的前三名。農(nóng)田年NPP總量增加較快，變化率明顯高于其他生態(tài)系統(tǒng)。2000—2020年農(nóng)田年NPP總量在全省中比例極顯著增大，顯示出農(nóng)田快速增長的植被固碳能力，未來可加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)碳匯潛力和固碳方式的關(guān)注。Dong等研究認(rèn)為農(nóng)田NPP快速增長是因?yàn)樗痉N植面積大幅擴(kuò)大，取代自然濕地，提高了農(nóng)田生產(chǎn)力(Dongetal.， 2016)。但黑龍江2000—2020年濕地轉(zhuǎn)農(nóng)田面積為1 174.9 km2，僅占土地覆蓋變化總面積的2.1%，占2020年農(nóng)田總面積的0.62%?？梢?，黑龍江省農(nóng)田NPP快速增長的主要原因不是農(nóng)業(yè)種植面積的擴(kuò)大，很可能是受到氣候變化或者種植結(jié)構(gòu)方式調(diào)整等其他因素的影響(蒲銀等， 2016； 王泓淯， 2019)。

3.2 生態(tài)保護(hù)修復(fù)進(jìn)程下的NPP變化

3.2.1 生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程與NPP突變模式 中國在1999—2001年先后開始實(shí)施了“退耕還林”、“退耕還草”、“退耕還濕”、“天然林保護(hù)計(jì)劃”和“三北防護(hù)林發(fā)展規(guī)劃”等多項(xiàng)生態(tài)保護(hù)修復(fù)重大工程(Cao， 2011)，并提出了要解決三農(nóng)農(nóng)業(yè)問題。2000年黑龍江省被正式批準(zhǔn)為全國生態(tài)省建設(shè)試點(diǎn)。隨著許多重大生態(tài)工程項(xiàng)目的推進(jìn)和生態(tài)改善力度的加大，到2009年黑龍江省森林生態(tài)環(huán)境惡化趨勢基本得到控制(高煒， 2014)，并于2010年“十一五”規(guī)劃結(jié)束時(shí)，多個(gè)工程項(xiàng)目取得了階段性勝利(蒲銀等， 2016； Dongetal.， 2016)。2014年4月黑龍江省開始全面停止森林采伐、加大森林撫育力度，森林資源出現(xiàn)了森林覆蓋率、森林面積和林木蓄積量的恢復(fù)性“三增長”(高玉娟等， 2018)， 2017年黨的十九大報(bào)告將“生態(tài)文明建設(shè)”目標(biāo)提到了一個(gè)新的高度。本研究發(fā)現(xiàn)，與中國“從生態(tài)惡化控制到生態(tài)文明建設(shè)”生態(tài)保護(hù)修復(fù)進(jìn)程相似，黑龍江省NPP突變也呈現(xiàn)類似的階段性變化——從正負(fù)突變膠著的突變轉(zhuǎn)折期到突變集中分布的突變高發(fā)期，之后進(jìn)入正向突變?yōu)橹鞯牟▌与A段。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)突變高發(fā)期和突變峰值與“退耕還林”、“天然林保護(hù)計(jì)劃”和“三北防護(hù)林發(fā)展規(guī)劃”以及解決三農(nóng)農(nóng)業(yè)問題等重大工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在時(shí)間上高度吻合(Cao， 2011)。此外，除ZZ突變模式，F(xiàn)Z模式突變最多，顯示2000—2020年黑龍江省部分NPP像元生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)先惡化后又再次修復(fù)改善的現(xiàn)象。FZ模式中森林占比最高，表明生態(tài)修復(fù)成果在森林中效果最顯著，意味著此部分森林生態(tài)剛剛修復(fù)，未來具有較大的碳匯潛力。

3.2.2 生態(tài)保護(hù)修復(fù)對NPP的直接影響 生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程對NPP的影響大致可以分為2個(gè)方面。一方面是加速土地覆蓋類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的直接影響，另一方面是通過停止采伐、森林撫育、休牧禁牧、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化等政策產(chǎn)生的間接影響。本研究為進(jìn)一步驗(yàn)證生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程在黑龍江省植被NPP變化中的重要作用，精準(zhǔn)核算評估了生態(tài)保護(hù)修復(fù)對NPP增長的直接貢獻(xiàn)率。研究發(fā)現(xiàn)， 2000—2010年和2010—2020年2個(gè)階段黑龍江省植樹造林、退耕還草和退耕還濕生態(tài)修復(fù)總面積分別占土地覆蓋變化總面積的47.3%和37.2%。生態(tài)保護(hù)修復(fù)對修復(fù)區(qū)域NPP增長的直接貢獻(xiàn)率分別為56.8%和33.2%，顯示生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程中僅土地覆蓋類型轉(zhuǎn)變就會對植被NPP變化產(chǎn)生重要影響。這與2018年中科院“碳專項(xiàng)”結(jié)論基本一致，該研究表明中國生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的實(shí)施顯著增加了全國生態(tài)系統(tǒng)碳匯，6個(gè)項(xiàng)目區(qū)域的年碳匯總量超過一半歸功于項(xiàng)目的實(shí)施(Luetal.， 2018)。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)2010—2020年農(nóng)田NPP快速增長，年NPP已超過濕地和草地，導(dǎo)致此階段退耕還草和退耕還濕的年NPP總量凈變化量出現(xiàn)負(fù)增長。因此，與退耕還草和退耕還濕相比，植樹造林是促進(jìn)NPP增長更好的生態(tài)保護(hù)修復(fù)方式。結(jié)合植被生長曲線可知，隨著林齡的增長，植樹造林未來一定時(shí)期內(nèi)將具有更大的碳匯潛力。

展望未來， 2020年5月國家發(fā)改委推出《全國重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程總體規(guī)劃(2021—2035 年)》。我國未來15年將在東北森林帶的森林保育、濕地保護(hù)恢復(fù)和礦山生態(tài)修復(fù)等方面開展多項(xiàng)生態(tài)保護(hù)修復(fù)重點(diǎn)工程，有利于未來黑龍江省植被NPP的快速增長和固碳能力的增強(qiáng)。

值得指出的是，本研究結(jié)果是基于已驗(yàn)證的TEC模型數(shù)據(jù)和國家基礎(chǔ)地理信息中心GlobeLand30地表覆蓋數(shù)據(jù)分析得出，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源穩(wěn)定可靠，研究結(jié)果能夠較為真實(shí)地反映出黑龍江省NPP時(shí)空演變及突變模式特征。本研究重點(diǎn)為區(qū)域整體性分析，然而如果加上地面觀測數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證，則能使結(jié)果更為精準(zhǔn)。因此下一步我們將建立地面觀測樣點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證研究。

4 結(jié)論

2000—2020年中國生態(tài)保護(hù)修復(fù)進(jìn)程下黑龍江省NPP呈正向突變?yōu)橹鳌⒊掷m(xù)加速增長的特點(diǎn)。黑龍江省在擁有強(qiáng)大碳儲量的基礎(chǔ)上，仍表現(xiàn)出持續(xù)增強(qiáng)的植被固碳能力，其中農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳能力增長最快，未來可加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)碳匯潛力和固碳方式的關(guān)注。黑龍江省生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程已經(jīng)對植被NPP產(chǎn)生了重要的影響。與退耕還草和退耕還濕相比，植樹造林是促進(jìn)植被NPP增長更好的生態(tài)保護(hù)修復(fù)方式。未來在東北森林帶生態(tài)重大工程建設(shè)和全球氣候變暖的背景下，黑龍江省將具有更大的植被固碳潛力，并在全球和區(qū)域碳平衡中發(fā)揮重要作用。