河西走廊植被水碳通量對氣候變化和人類活動的響應

吳昕蕾 范云飛 康德奎 何玉江 王素芬*

(1.中國農業大學 水利與土木工程學院，北京 100083；2.甘肅省水利廳石羊河流域水資源利用中心，甘肅 武威 733000)

根據IPCC第六次評估報告，1850—1900年以來，全球平均氣溫上升約1.0 ℃，并預測在未來氣溫上升速度將加快，20年后平均將上升1.5 ℃[1]。氣候的急劇變化是人類對生態系統過度消耗的體現，而陸地生態系統作為受人類影響最大的生態系統，對氣候變化與人類活動的響應最劇烈。陸地水-碳循環是地表物質與能量交換的主要載體，植被的水碳特征可以有效反映區域生態狀況，氣候變化與人類活動將促進生態系統中植被的水-碳交互作用，對生態系統影響增強[2-3]。

蒸散發作為植被水循環的關鍵環節，參考作物蒸散量(ET0)表征了在特定高度、地表阻力、反照率和無水分脅迫條件下假想參考作物的蒸散能力。ET0是研究區域植被需水量等水分指標的重要參數，有時可用于表征區域植被水通量，通過討論ET0對于氣候和環境變化的響應，對估算區域農業蒸散量、反映植被需水量以及氣候變化情況有重要作用[4-7]。王蒙等[8]通過量化ET0的影響因素，發現江蘇省ET0變化的主控因子是風速和相對濕度，并以此為參考依據提高農業對未來氣候變化的適應性。Liu等[9]利用通徑分析探究青藏高原不同高程區ET0的氣候驅動模式，結果表明在2005年ET0發生突變上升前，不同高程區的主導驅動因素并不相同，而在2005年之后，最高氣溫成為了整個區域共同的主導驅動因子，說明ET0的突變與氣候因素之間的響應關系存在一定的連續性、耦合性機制。此外，為表征植物固定與轉化光能的能力，植被凈初級生產力(NPP)作為陸地生態系統碳通量變化的重要指標，是綠色植物在單位時間內、單位面積上所累積的有機物的數量。徐茜等[10]利用改進的CASA模型分析了NPP在黃土高原地區的時空演變特征，通過探究各自然因素之間的差異對NPP變化的影響，分析了不同地貌類型區域上NPP演變的主要驅動因素，結果顯示在不同地貌類型區上的主要驅動因素差異明顯，水熱條件是影響NPP空間分布格局的主要因素，特別是對干旱氣候區的影響尤為突出。土地利用變化作為人類活動的重要體現[11-12]，可根據土地利用時空格局的變化側面了解并評價當地人類活動的劇烈程度。Cao等[13]通過比較錫林郭勒盟草地的土地利用變化情況以反映人為土地轉換與管理措施對該區域NPP的影響，強調了土地利用在人類活動中的重要性。Yang等[14]利用氣候變化和土地利用變化以量化自然因素和人類因素對生態系統服務改變的貢獻，模擬了未來不同情景下面臨的挑戰并提出合理解決方案。

植被水碳通量的時空演變規律及影響因素是一個持續的熱點問題，已有研究表明ET0或NPP時空變化受氣象因素或人類活動的劇烈影響[15-18]，但少有研究關注于區域尺度上，兩者同時對氣侯變化與人類活動的響應狀況。因此，探究復雜的氣候變化以及人類活動的持續干預對于區域植被和生態環境的綜合影響，對于未來區域資源合理調配十分重要。

因此，為探究西北旱區植被水碳通量在氣候變化以及人類活動影響下的時空演變特征，本研究擬以河西走廊作為研究區域，以ET0和NPP作為表征區域水碳通量的指標，基于河西走廊2000—2020年氣象數據、MODIS NPP產品遙感數據以及土地利用變化數據，討論在氣候與土地利用格局變化下的植被水碳通量時空演變格局，以獲得2000—2020年河西走廊地區植被水碳通量與生態系統的互饋效應，旨在指導河西走廊水資源合理分配、土地利用格局優化以及為生態治理與恢復提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區域概況

西北河西走廊地處37°17′～42°48′ N、92°12′～103°48′ E，具體地理位置見圖1。河西走廊地區作為西北旱區的重要經濟發展中心，總面積66萬 hm2，東西方向長約1 000 km，南北方向寬由10 km 到100 km不等，是西北干旱區人類活動最為劇烈的地區，同時也是典型的生態脆弱區域，其人地矛盾問題也最為突出[19]。該區域屬于溫帶大陸性氣候，年降水量約200～400 mm，降水量自東南至西北逐漸減少，有明顯的空間變異性[20]，年蒸發量約500～1 100 mm，蒸發量是降水量的3倍左右，氣候干燥，風沙大。河西走廊地形復雜多變，有疏勒河、黑河和石羊河三大內陸河貫穿其中，自然景觀以沙漠及戈壁、綠洲和平原為主，在其西部主要表現為大量戈壁沙漠，由三大水系在河西走廊中部、東部平原發育出部分綠洲[21]。沙漠等未利用土地在河西走廊上面積最大，林草地分布廣，而耕地與城鎮主要分布于內陸河周邊，面積較小。因此兼顧高效農業發展、經濟發展與生態環境治理成為河西走廊的主要發展方向，其中荒漠化是最迫切的亟待解決的重要環境問題。

圖1 河西走廊地區地理位置圖Fig.1 Geographical location map of Hexi Corridor

1.2 數據來源

數據包括2000—2020年河西走廊地區氣象數據、NPP遙感數據、地理高程數字模型和土地利用類型分布數據。氣象數據包括降水量、平均氣溫、最高溫、最低溫、2 m處平均風速、站點平均氣壓、相對濕度、日照時長，均來源于中國氣象數據網(http:∥data.cma.cn/)地面觀測氣象數據日數據集。NPP遙感數據來自于美國航空航天局(NASA)MODIS數據集提供的2000—2020年的NPP年值產品MOD17A3H，空間分辨率為500 m。地理高程數字模型和土地利用分布情況數據均來源于中國科學院資源環境科學與數據中心(https:∥www.resdc.cn/)。選取2000、2005、2010、2015和2020年5個年份的土地利用空間分布，均為基于landsat8遙感影像的1 km×1 km柵格數據。

1.3 研究方法

1.3.1參考作物蒸散量(ET0)的估算

本研究選擇由FAO-56所推薦的Penman-monteith公式計算參考作物蒸散量[22]。該公式綜合考量了影響田間水分散失的大氣及作物因子，并結合能量平衡、空氣動力學以及表面參數，建立了一個對于任何水分狀態下適用于任何植被類型的綜合模型，具體計算公式如下：

(1)

式中：ET0為參考作物蒸散量，mm/d；Δ為飽和水汽壓與溫度相關曲線的斜率，kPa/℃；Rn為作物表面的凈輻射量，MJ/(m2·d)；G為熱通量,MJ/(m2·d)；T為平均氣溫，℃；U2為離地面2 m高處的風速，m/s；(es-e0)為飽和水汽壓與實際水汽壓之差，kPa；γ為濕度計常數，kPa/℃。

1.3.2M-K突變檢驗與趨勢分析

本研究通過M-K突變性檢驗與趨勢檢驗探究氣象因子、ET0以及NPP的時間序列上的變異特征，并利用變異系數分析ET0和NPP在區域上2000—2020年間變化波動程度的空間分布格局。

M-K突變檢驗通過對時間序列xi構造秩序列ri(表示xi>xj(1≤j≤i)的樣本累計數)定義統計變量UFk：

(2)

(3)

(4)

(5)

趨勢檢驗利用標準正態分布統計量Z作為指標，計算公式如下：

(6)

(7)

式中：var(S)為方差；n為時間序列個數。

變異系數是統計學中衡量數據變化程度的統計量，計算公式如下：

(8)

1.3.3地統計分析

以氣象站點為基準，利用反距離權重法(IDW)對各氣象因素和ET0進行空間插值，得到其逐年空間分布情況。具體計算公式如下：

(10)

(11)

利用ArcGIS軟件將河西走廊地區的土地利用類型重分類為6大類：耕地、林地、草地、水域、城鎮用地和未利用土地。通過地統計分析探索數據：1)統計各年各地類在河西走廊上的面積占比，以獲得不同土地類型逐時段的增減情況；2)對2000年與2020年的土地利用數據進行空間疊加融合，結合地統計分析得到2000—2020年土地利用的動態變化，建立土地利用轉移矩陣；3)通過空間多圖層和點密度分析數據多年變化以獲得區域受影響程度的空間分布情況。

1.3.4地理探測器模型

地理探測器是一種融合多種統計方法的分析工具，其主要優勢在于能夠處理分析數值量和定性數據兩大類數據，并且能夠探究氣象因素對水碳通量的交互影響。該模型包括4個探測器：因子探測、交互作用探測、生態探測以及風險區探測。因子探測主要是對因變量Y的空間分異性以及每個自變量X解釋Y的空間分異性的程度進行探測，用q值量化衡量解釋的程度高低，q值越大代表該自變量X對因變量Y的解釋能力越強，反之則越弱，q的表達式為[23]：

(12)

(13)

SST=Nσ2

(14)

式中：h=1,2,…；L為變量Y或因子X的分層，即分類或分區；Nh和N分別為層h和全區的單元數；σh2和σ2分別是層h和全區的Y值的方差；SSW和SST分別為層內方差之和。

交互作用探測是評估2個因子X1和X2共同作用下對因變量Y的解釋能力是否會增強或減弱，交互探測結果按由弱至強可分為5類：非線性減弱、單因子非線性減弱、雙因子增強、獨立和非線性增強。生態探測器利用F檢驗，比較說明各影響因素對于水碳通量空間差異性的驅動作用是否有顯著影響。風險探測器通過t檢驗來判斷兩個子區域間的屬性均值是否有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 氣象因素變化趨勢

以氣象數據為基礎，研究2000—2020年河西走廊上平均氣溫、降水量、平均氣壓、平均相對濕度和日照時長的變化規律，趨勢檢驗結果見圖2。可知：平均氣溫與降水量均呈上升趨勢，在95%顯著性水平下降水量上升趨勢顯著，而平均氣溫不顯著。平均氣壓、平均相對濕度和日照時長均呈下降趨勢，其中平均氣壓和平均相對濕度在95%顯著性水平下下降趨勢顯著。在2015年降水量出現突變點，即在2015年后降水量突變性上升。2008年與2011年前后，平均相對濕度與平均氣壓也存在突變點，在突變點后顯著下降。

圖2 氣象因素M-K趨勢檢驗結果Fig.2 M-K trend test results of meteorological factors

與2000年相比，2020年河西走廊地區氣候條件變化顯著，平均氣溫上升了約0.48 ℃，日平均降水量增加1.2 mm，這與劉凱等[3]對中國多年來的氣候變化趨勢研究結果相符，說明在氣候變暖的影響下河西走廊整體氣候趨于暖濕，且影響較為顯著。

2.2 土地利用格局變化

5個年份的土地利用類型分布格局見圖3。可知：發現2000—2020年河西走廊地區的土地利用類型分布整體變化不顯著，但均有明顯變化趨勢。21年間城鎮用地、耕地與水域面積分別增加65%、21%和14%，未利用土地與林地面積減少2%～4%，草地面積無明顯變化。耕地面積在黑河流域以及石羊河流域中部地區顯著增加；而未利用土地在民勤縣、張掖市等地區被草地、耕地等其他土地所覆蓋的現象較明顯；城鎮用地面積的增大主要是在原有城鎮用地的擴張所導致，分布在原有城鎮用地周邊。

圖3 2000—2020年河西走廊土地利用分布格局Fig.3 Land use distribution pattern in Hexi Corridor from 2000 to 2020

利用地統計分析得到河西走廊上不同地類占比分布，由圖4(a)可見：未利用土地在河西走廊的總土地面積中所占比例最大(約65.0%)，城鎮用地所占比例最小(約0.6%)。在西北部大部分區域以及民勤縣北部大多是沙漠、戈壁以及鹽堿地等未利用土地，穿插有部分草地。草地和林地主要分布在沿祁連山山脈、中部地區以及西南部地區。水域主要沿石羊河、黑河以及疏勒河河網分布，所占比例極小。城鎮用地多依附于三大水系，在石羊河與黑河流域分布最廣。

利用土地類型轉移矩陣以探究2000—2020年間不同地類間的轉移情況，結果如圖4(b)可見：相比于2000年，2020年未利用土地主要轉換為草地，其次是耕地；草地除轉移為未利用土地外，還有相當部分轉移為耕地與林地；耕地與林地均主要轉換為草地；水域轉移為未利用土地與草地面積較大；城鎮用地轉化為耕地面積最大。2000—2020年整體土地利用格局向植被增多的方向轉變，受人類活動干預的區域面積大幅增加。

圖4 2000—2020年河西走廊土地利用類型變化情況Fig.4 Changes of land use types in Hexi Corridor from 2000 to 2020

2.3 水碳通量時空演變特征

ET0多年均值空間分布如圖5(a)所示。可知：河西走廊上ET0的分布呈現自西向東遞減的空間格局，有較明顯的空間差異性。日均值最高出現在敦煌市(4.02 mm)，最低值出現在天祝藏族自治縣(2.61 mm)。敦煌至玉門一帶ET0普遍較高，天祝藏族自治縣附近明顯低于其他區域。由圖5(e)可以看出，21年間ET0均值在河西走廊上整體較為穩定，其中在黑河中游變化波動最劇烈，其次是在敦煌、肅北、玉門、民勤等地區變化程度較大。

NPP多年均值在河西走廊上的分布情況如圖5(c)。可見：NPP多年均值在河西走廊地區呈現自南向北、自西向東遞減的空間格局。最高值在天祝藏族自治縣(319.4 g/m2),在祁連山山脈、武威市、天祝藏族自治縣和張掖市數值較高，最低值在肅北蒙古族自治縣(93.9 g/m2)，最高值約為最低值的3.4倍。21年來整體NPP變化波動不大，在黑河中上游以及武威北部小部分地區CV值較大，說明該區域年際變化波動劇烈，其次是石羊河流域古浪縣、武威市以及永昌市鄰近區域。在祁連山山脈一帶CV值均偏小，說明近20年該區域NPP變化較小，整體趨于穩定。

圖5 2000—2020年河西走廊ET0與NPP時空演變特征化趨勢檢驗結果Fig.5 Spatial and temporal evolution characteristics of ET0and NPP in Hexi Corridor from 2000 to 2020

根據MK突變性檢驗以及趨勢分析結果，河西走廊21年間ET0在95%顯著性水平下呈顯著上升趨勢，并且在2011—2012年之間出現明顯突變點。河西走廊上NPP均值年際變化同樣在95%顯著性水平下呈顯著上升趨勢，在2010年前后出現明顯突變點。在2010—2012年期間區域植被水碳通量均出現明顯突變，說明在此前后生態環境可能因氣候變化或人類活動影響發生較大轉變。

2.4 植被水碳通量驅動因子交互作用

2.4.1氣象驅動因素分析

通過地理探測器探究不同氣象因素對ET0與NPP影響效應。為獲得更加準確的探測結果，依照數據變化區間長度不同，劃定不同因素的等級數，利用自然斷點法將平均氣溫和日照時長分成15個等級，將降水量、平均相對濕度和平均氣壓分為25個等級。

由因子探測結果顯示，對于ET0與NPP而言5個氣象因素均通過了99%水平的顯著性檢驗，可以對ET0與NPP空間變異性做出不同程度的解釋。ET0的單因子相關性結果發現：平均相對濕度q值最大接近1，其次是降水量與日照時長，均超過了0.8。平均氣溫的q值最低，僅為平均相對濕度的30%左右。NPP的結果顯示，日照時長對NPP變化的影響最大，其次是平均相對濕度，這兩個因子對NPP變化的解釋能力最強，其次是降水量、平均氣壓，平均氣溫對其變化的作用明顯低于其他4個因子。

交互探測器結果顯示，對于ET0而言，平均相對濕度與其他因素交互作用最強，均接近于1，降水量與平均氣壓交互作用q值最低。降水量本身對ET0影響作用較小，與其他因子交互后q值明顯提高。所有因子的交互作用都是雙因子增強作用，表示任意兩個因子之間交互作用均大于單個因子的個體作用。對于NPP而言，平均氣溫與降水量、平均氣壓之間的交互作用呈現非線性增強，其余因子兩兩之間均為雙因子增強。其中平均氣壓與平均相對濕度的交互作用q值最大，平均氣溫與平均氣壓的交互作用q值最小。降水量與其他因子的交互作用普遍較強，而降水自身的q值并不是最高的，進一步說明因子間的交互作用對NPP空間分布的控制程度更高。

利用生態探測器以比較各個因子之間對ET0與NPP空間變異性影響的差異性，通過F檢驗發現，平均氣溫與其他因子之間以及降水量與平均相對濕度均存在顯著差異。

風險探測器結果顯示ET0與NPP與氣象因素的相關方向相反，即ET0隨氣溫、日照時長和平均氣壓等級的增加而上升，呈正相關，其余呈負相關；而平均氣溫、日照時長和平均氣壓與NPP值變化呈負相關，平均相對濕度和降水量與NPP值變化呈正相關。ET0與NPP隨平均氣溫增加變化波動較大，可以發現其顯著性明顯低于其他4個因子。

表1 ET0與NPP氣象驅動因素的單因子相關性分析Table 1 Single factor correlation analysis on the meteorological driving factors of ET0 and NPP

表2 ET0與NPP氣象驅動因素的雙因子交互探測結果Table 2 Two-factor interactive detection results of the meteorological drivers of ET0 and NPP

2.4.2不同地類變化下的響應

近20年來，ET0在水域上日均值最大(3.23 mm)，在城鎮用地、草地、林地以及耕地上均值較小，均在3.17 mm左右。自2000—2020年各個地類上ET0均值一致呈現顯著的上升趨勢，其中林地增幅最大，達8.6%；耕地增幅最小為6.5%。NPP在耕地上均值最大(182.88 g/m2)，未利用土地上最小(40.58 g/m2)，僅為耕地的22%。除城鎮用地外，其他5種地類都有不同程度的增長，耕地與林地漲幅超40%，草地與水域增長約30%，未利用土地增長13%左右。ET0與NPP在不同地類上的分布有顯著差異，這與不同地類的氣候條件與下墊面情況密切相關。

圖6 2000—2020年不同地類的ET0與NPP均值Fig.6 Mean values of ET0 and NPP of different land types from 2000 to 2020

顯然，不同地類的互相轉化與ET0和NPP的變化關系緊密，利用地統計分析建立ET0與NPP對于地類轉移的損益矩陣。結果顯示不同地類轉為林地或未利用土地時ET0增長明顯高于轉移為其他地類，其他地類轉化為耕地所增加的ET0均處于較低水平。林地轉入其他地類所增加的ET0最高值相較于最低值高100%，除未利用土地外其他地類轉移間的差異均高于60%。對于NPP而言，除城鎮用地外四種地類轉入耕地所增加的NPP都是最高的，其次是林地與草地。城鎮用地轉為林地時NPP增加最多。其他地類轉化為未利用土地所增加的NPP最低。不同地類轉化所引起的NPP變化差異大，林地、水域以及未利用土地最大值均比最小值高1倍以上，城鎮用地極值間差距最小，最大值高出最小值43%。

3 討 論

3.1 氣候變化與人類活動影響下植被水碳通量時空演變模式

河西地區生態環境脆弱，敏感性高，近年來人類活動愈加強烈，對該區域植被生長與生態狀況的影響較大。自2000年以來河西走廊潛在蒸散發與植被凈初級生產力有所波動但整體保持上升的趨勢，這與汪精海等[24]和李傳華等[25]的相關研究結果一致。

地理探測器結果顯示氣象因子對于水碳通量的演變有顯著影響。平均相對濕度和日照時長是主導因素，且與其他氣象因子交互作用明顯增強。ET0與平均氣溫呈正相關，與降水量呈負相關，NPP則反之。戶廣勇等[26]與范也平等[27]分別對于水碳通量變化驅動因子的討論結果與本研究相似。在河西走廊的經濟中心城市帶NPP偏高，NPP與土地利用變化面積年際波動大。主要由于區域城市化程度高，人口密度大，耕地、草地面積覆蓋率高，對于涵養水源，擴展耕地面積，保護林草地等生態保護方面重視程度高。祁連山山脈草地與林地密度大，NPP在山脈附近達到高值。西部及民勤縣大部分地區為荒漠、戈壁與裸巖石質地等未利用土地，沿疏勒河與石羊河水系有小部分綠洲，氣溫高，降水少，蒸散量大，地區生態敏感性強，因此導致ET0明顯高于其他區域，且年際變化劇烈，NPP極低。

在氣溫高、降水少的沙漠地區由于人類活動的干擾較少，植被水碳通量的主要控制因素為氣候條件，而在城鎮以及耕地等人類活動密集的區域，人類活動對植被水碳通量的干擾不容忽視，對于調節該區域的氣候以及植被密度等方面有重要作用(圖7)，這與李傳華等[25]研究發現河西走廊大部分區域人類活動對NPP有積極影響的結果一致。草地及林地屬于較為穩定的生態系統，水碳通量的變化主要依賴于氣候條件的變化以及部分地區退耕還林、還草政策的實施。在氣候變化與人類活動的共同影響下，河西走廊生態環境的空間變異性顯著，且生態環境的變化對水碳通量有顯著影響，同時水碳通量的時空演變也反映了區域生態環境的變化。

圖7 河西走廊受氣候變化及人類活動影響程度區域分布Fig.7 Regional distribution of impacts of climate change and human activities in Hexi Corridor

3.2 河西走廊的生態治理管理與效應

河西走廊NPP空間分異性強，在部分地區年際變化較不穩定，表明區域生態演替發生較為頻繁，并且地區生態環境在向好發展。而ET0在絕大部分區域也是呈現顯著上升趨勢的，這主要取決于地區氣候條件的變化，說明該地區氣候條件變化方向較為一致，趨勢較為顯著。總體來說，在人類與自然的共同作用下，近20年來河西走廊的生態環境總體向好。

2000年后，河西走廊地區展開了大面積的生態治理工程，經過20年的不斷努力，防沙治沙工程、流域生態保護、恢復植被等方面取得了相當的進展[28]。將甘肅2014年第五次荒漠化和沙化監測結果與2009年的第四次監測結果相比，全省荒漠化土地面積整體呈減小趨勢[27]。在2016年之后，加強了河西走廊疏勒河、黑河以及石羊河三大內陸河流域的生態治理。河西走廊上的居住用地以及耕地多依附于內陸河以及祁連山發展，可以發現在流域干流附近的城鎮居民用地以及耕地明顯增多，NPP顯著升高且變化較劇烈，說明在氣候變化的條件下生態治理促進了區域生態演替過程，生態改善效果顯著，這與孫欽珂等[30]、方創琳等[31]以及Kang等[32]相關研究的研究結果一致。民勤、敦煌等沙漠地區通過人工造林、工程固沙、恢復植被等措施重點治理，對于該區域的生態治理有顯著作用，由河道衍生的綠洲面積不斷增大，特別是民勤地區20年來NPP不斷呈上升趨勢，生態演替速度加快。

對于未來的城鎮規劃和農田管理，需要加強河西走廊地區水土資源的合理調配。由于氣候趨于暖濕，河西走廊ET0均值呈現持續上升的趨勢，特別是河西走廊西北地區氣候干旱，蒸散量大，故提高水資源利用效率尤為重要。關注敦煌、玉門等地的用水缺口，建設引調水工程以助力地區發展。武威、高臺、金昌等多個大型灌區可通過增加經濟投入發展節水灌溉農業，考慮秸稈還田、輪作、休耕等耕作制度，調整作物種植結構以解決生態資源與經濟利益之間的矛盾；而人類活動對環境的干預是可控的，目前河西走廊NPP整體穩定上升，土地利用情況較20年前有明顯變化，尤其黑河與石羊河流域中部的張掖、永昌、武威等地城鎮與耕地面積不斷增大。未來人類對河西走廊自然景觀的干預應在可持續發展為原則的基礎上，加強城市化的擴張管理，不能以犧牲生態的條件發展經濟，盡量保護林地、草地以及濕地面積；另外，目前河西走廊西北部大面積戈壁沙漠及東部巴丹吉林沙漠與騰格里沙漠的生態情況仍不容樂觀，氣候加速變暖是暫時無法改變的趨勢，因此需要持續關注荒漠化區域的生態狀況，尤其民勤縣作為阻隔兩大沙漠交匯的綠洲區域需要重點保護，積極采取相應的措施(例如植樹造林、涵養水源等)以避免生態脆弱區域環境加速惡化，防止區域周圍的可利用土地受到影響。

4 結 論

本研究以多源數據為基礎，通過分析河西走廊地區2000—2020年氣候變化和人類活動對水(ET0)、碳(NPP)通量時空變化的影響，本研究主要結論如下：

1)2000—2020年，河西走廊地區ET0和NPP均呈顯著上升趨勢，突變點分別出現在2010年和2011年前后，在該時間點后水碳通量呈現突變性的顯著上升。在空間上，ET0呈現西高東低的分布格局，NPP多年均值自南向北遞減，在西部區域以及民勤縣值普遍較低。21年間ET0年際變化均較為穩定，而NPP的變化波動相較于ET0更加顯著。在黑河上游和武威-永昌一帶ET0和NPP變化波動大，生態演替活動頻繁，未來應重點關注該區域生態環境變化。

2)平均氣溫、降水量、平均氣壓、日照時長和平均相對濕度5個氣象因素對ET0和NPP的影響顯著：平均相對濕度是ET0變化的主控因子，日照時長是NPP變化的主控因子；但雙因子組合對ET0與NPP的時空演變特征的解釋能力更強，對ET0和NPP影響最大的雙因子組合均是平均相對濕度和降水量，平均氣溫對兩者變化的影響最小且對兩者的影響與其他因子間存在顯著不同。

3)2000—2020年河西走廊地區沙漠、戈壁等未利用土地面積顯著減少，耕地、水域與城鎮用地面積大幅提高。不同地類的轉移對ET0和NPP的變化有很大影響且存在較大差異，不同地類轉為林地以及未利用土地時ET0漲幅明顯增大，轉移為耕地時漲幅較低。其他地類轉為耕地時NPP增加最多，轉為未利用土地時最少。在未來的土地利用規劃中，應將土地格局引起的植被水碳通量變化考慮在內，合理擴張城市，保護耕地，擴展林草地面積，最大限度減少人類對生態環境的消極影響。

4)植被水碳通量變化可以較好地反映區域生態環境演變趨勢，在氣候條件變化和人類活動的影響下，河西走廊地區整體生態環境向好。面對氣候變暖的大環境，人類活動對于生態的影響不容小覷，在人類活動比較頻繁的地區，例如黑河中上游流域、武威市等區域應避免人類對環境的過度改造，同時保持經濟發展與生態保護間的平衡；對于沙漠等偏遠地區應通過植樹造林、固沙防沙等合理的干預措施以改善環境，防止生態持續惡化。因此，河西走廊地區生態問題仍需要重視，實現區域環境可持續發展的目標仍需要政策的大力支持以及群眾的共同努力。