中国自然-人为复合生态系统类型中人类活动对植被动态气候影响的差异化调控研究

本研究针对气候与人类活动双重胁迫下生态系统植被动态响应机制不清的科学问题，通过构建kNDVI（核归一化植被指数）变化趋势模型，结合偏导数分解法量化了中国2001-2022年不同生态系统类型中气候因子（降水、温度、太阳辐射）与人类活动的相对贡献。研究发现中国植被总体呈0.16%/a增长趋势，但城镇（19.1%）与耕地（3.2%）退化显著，而农林/农牧交错带绿化率达80%以上。降水（>40%）与人类活动（>25%）是主导驱动因子，自然生态系统对人类干扰更敏感。该研究为生态系统类型化精准管理提供了科学依据。

　　

在全球环境变化背景下，陆地生态系统正经历着前所未有的转型。气候变暖与人类活动的双重夹击，使得从热带雨林到干旱草原的各类生态系统都面临着持续退化的威胁。这种退化不仅表现为植被覆盖的减少，更引发了一系列连锁反应——土壤侵蚀加剧、生物多样性锐减、碳汇功能削弱，最终威胁到人类的生存基础。尽管国际社会已通过可持续发展目标（SDG 15）等倡议积极应对，但一个根本性难题始终悬而未决：在气候变化的自然压力与人类活动的干扰之间，究竟谁在主导不同生态系统的命运？

中国作为世界上生态系统类型最丰富的国家之一，从青藏高原的高寒草甸到东南沿海的亚热带森林，从东北黑土农田到西北荒漠绿洲，各类生态系统对气候与人类干扰的响应存在巨大差异。传统研究往往将目光聚焦于单一气候因子（如降水或温度）的影响，或笼统讨论人类活动的整体效应，却忽视了不同类型生态系统可能存在的"体质差异"。这就好比给所有病人开同一剂药方，却忽略了每个人不同的免疫系统特性。

为破解这一难题，研究人员开展了一项跨越22年（2001-2022）的系统研究。通过创新性地应用kNDVI（kernel Normalized Difference Vegetation Index，核归一化植被指数）这一能克服传统NDVI饱和问题的新指标，结合偏导数函数分解法，首次实现了对中国自然-人为复合生态系统中气候与人类活动贡献的精准量化。研究发现中国植被整体呈现0.16%/a的增长趋势，但存在显著的空间异质性：城镇生态系统退化面积高达19.1%，成为"生态重灾区"；而农林交错带却展现出惊人的恢复力，绿化面积超过80%。

驱动机制分析揭示了令人意外的结果：降水（贡献率>40%）与人类活动（>25%）共同贡献了超过80%的植被变化，而温度与太阳辐射的影响普遍低于10%。更关键的是，随着人类足迹的扩大，人工/半人工生态系统（如农田）对气候波动的抵抗能力显著强于自然生态系统。这一发现颠覆了传统认知——并非所有"绿色"都同等脆弱，经过人类适度改造的生态系统可能具备更强的气候适应韧性。

在技术方法上，研究团队整合了多源遥感数据构建年度kNDVI序列，采用Theil-Sen趋势分析评估植被动态，运用偏相关分析和贡献率分解模型量化气候与人类活动的影响权重。研究覆盖中国全境9.6×10⁶ km²，基于30个自然-人为复合生态系统类型进行差异化解析。

研究结果

kNDVI时空变化特征
2001-2022年间中国kNDVI均值从0.132增长至0.169，但4.7%区域出现退化。空间上呈现"东南高-西北低"的格局，青藏高原东部和黄土高原表现出最显著的增长趋势（>0.005/a）。

生态系统类型差异
城镇生态系统退化面积占比高达19.1%，远超其他类型；耕地生态系统退化率为3.2%。相反，混合 farmland/forestland 和 farmland/pastureland 生态系统分别有81.1%和78.0%的区域呈现显著绿化。

驱动因子贡献
降水是影响kNDVI变化的主导气候因子，在草原和森林生态系统中贡献率超过45%。人类活动在农田生态系统的贡献率达32.7%，而在自然保护区内仅17.2%。温度与kNDVI呈普遍正相关，但贡献率多低于8%。

讨论与结论
该研究揭示了人类活动如何通过"生态系统类型依赖"的方式重塑气候对植被的影响。在人工干预较强的生态系统中，灌溉系统、品种改良等人为调控手段可能缓冲了气候波动的影响；而自然生态系统则因缺乏此类缓冲机制，更容易受到双重压力的冲击。这一发现为"基于自然的解决方案"（NbS）提供了重要补充——在某些场景下，适度的人工干预反而能增强生态系统韧性。

研究建议将生态系统类型差异作为生态保护修复工程规划的核心依据：对城镇生态系统实施"生态修补"，对脆弱自然区域强化保护区网络建设，对农林交错带推广生态农业模式。这些发现不仅推动了对"人类世"生态系统演变机制的理论认识，更为《生物多样性公约》第十五次缔约方大会（COP15）提出的"3030目标"（保护30%陆地和海洋）的实施路径提供了科学支撑。

值得注意的是，kNDVI的应用突破了传统植被监测的局限，其非线性特性特别适合中国这样具有复杂植被梯度的大国。该研究的创新之处在于将生态系统类型作为分析单元，而非传统的行政区划或土地利用分类，这种"生态本体论"视角的转变，为全球变化研究提供了新的方法论范式。