黄土高原造林绿化趋势转变（2000-2023）：从持续增绿到局部褐变的驱动机制与生态启示

针对干旱区造林引发的植被-水分权衡问题，研究人员基于MODIS LAI数据（2000-2023年），采用运行斜率差异（RSD）t检验方法，揭示黄土高原79.2%人工林维持增绿趋势，10.4%出现增绿减缓（GS）或褐变逆转（GB），发现降水梯度与林龄交互作用主导峰值LAI和褐变程度，PLA-SEM模型表明气候变暖、土壤沙化和人类活动是主要驱动因子，为干旱区生态修复可持续管理提供科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，干旱区生态恢复面临严峻挑战。中国黄土高原（CLP）作为全球最大规模退耕还林工程（GFGP）实施区，其植被动态对理解人工林可持续性具有标杆意义。尽管遥感监测显示该区域整体呈现"变绿"趋势，但隐藏的植被衰退信号和驱动机制尚不明确。随着造林年限增长和气候变暖加剧，深层土壤水分持续消耗引发的"小老树"现象引发学界担忧——这些局部退化是否会扩散？哪些因素主导植被生长轨迹转变？

针对这些问题，国内研究团队在《Ecological Indicators》发表最新成果，通过融合多源遥感数据和机器学习方法，首次系统量化了CLP人工林增绿趋势转变的时空格局。研究创新性地采用运行斜率差异（RSD）t检验方法，将2000-2023年植被动态划分为持续增绿（NS）、增绿减缓（GS）、褐变逆转（GB）和增绿加速（GA）四种类型，结合偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）解析驱动机制。

关键技术方法包括：1）基于30米分辨率人工林分布数据集（1986-2021年）提取造林年限；2）利用MODIS LAI（500米分辨率）和30米中国森林AGB数据集（CFATD）量化植被生长动态；3）采用7年滑动窗口的RSD t检验识别趋势转折点；4）整合气候、土壤属性（0-1米土层砂粒含量、有机碳等）和人类活动（夜间灯光指数NTL）等18个环境因子构建PLS-SEM模型。

研究结果揭示：

1. 绿化趋势转变空间格局
   71.6%人工林保持持续增绿（NS），但10.4%区域出现GS或GB转变。GB森林集中分布在年降水（MAP）<400 mm的干旱亚区，其面积占比（12.3%）显著高于湿润区（8.6%）。值得注意的是，2000年前种植的林地在2013-2014年出现褐变高峰，而2010年后新造林未检测到衰退信号。

2. 植被动态与降水梯度关系
   MAP>500 mm区域LAI峰值>3，显著高于干旱区（0.9）。GB森林在StageⅠ（转折前）的LAI增速（0.051/yr）是干旱区的2.7倍，但StageⅡ（转折后）所有亚区均呈现-0.002/yr的相似衰退速率。AGB分析验证了LAI趋势可靠性，70.24%的GB区域出现AGB增速下降。

3. 褐变特征指标解析
   峰值LAI与MAP呈正相关（R²=0.82），88.6%的GB区域褐变程度<20%。土壤属性分析显示，高砂粒含量（加载系数0.90）和低有机碳（SOC，-0.63）显著加剧褐变风险，这与砂质土壤持水能力差、SOC影响孔隙结构的机制一致。

4. 多维度驱动机制
   PLS-SEM模型（GOODNESS-OF-FIT=0.453）表明：自然气候（NC）通过直接（β=0.19）和间接影响土壤属性（SOL，β=0.72）成为主导因子，总效应达0.36；升温（0.89）和降水趋势减缓（-0.55）共同导致水分胁迫；人类活动（HA）强度（NTL_avg加载0.91）与褐变程度呈显著正相关，城市扩张区衰退风险提升38%。

讨论部分指出，CLP人工林褐变呈现典型"生态超载"特征：10-20年林龄的深根系树木（如刺槐）持续消耗超过降水补给能力的深层土壤水（>3米），导致水分供需失衡。该研究创新点在于：1）突破传统线性趋势分析局限，捕捉非线性植被动态；2）量化降水-林龄交互作用对衰退时间的调控；3）揭示气候变暖背景下干旱区植被-水分权衡的临界阈值。

这项研究为GFGP工程精准管理提供科学依据，建议对MAP<400 mm区域的15年以上人工林优先实施疏伐改造，在城乡过渡带控制人类活动强度。未来研究需结合激光雷达（LiDAR）获取冠层三维结构，并开发深层土壤水分（>5米）遥感反演算法，以更全面评估干旱区生态恢复的可持续性。