《Land Degradation & Development》：Spatiotemporal Interactions of Land Use Change, Land Surface Temperature, and Vegetation Dynamics in China's Caohai National Nature Reserve
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理解土地利用变化（LUC）、地表温度（LST）和植被指数的时空动态对于评估生态变化和指导可持续土地管理至关重要。本研究调查了2000年至2024年中国草海国家级自然保护区（CNNR）内LUC、LST和植被指数之间的长期相互关系。通过将保护区划分为生态景观保护区
理解土地利用变化（LUC）、地表温度（LST）和植被指数的时空动态对于评估生态变化和指导可持续土地管理至关重要。本研究调查了2000年至2024年中国草海国家级自然保护区（CNNR）内LUC、LST和植被指数之间的长期相互关系。通过将保护区划分为生态景观保护区（ELPZ）和土地利用开发区（LUDZ）进行了比较分析。利用多时相Landsat影像，研究人员量化了土地利用类型、LST和植被指数的趋势，并通过皮尔逊相关和线性回归分析评估了它们的相关性。结果表明：（1）耕地和建设用地经历了最显著的转变，净增加分别为25.17%和362.68%；（2）平均LST呈现非线性趋势，从2000年的19.56°C上升到2013年的峰值21.68°C，随后波动至2024年的21.36°C；（3）植被指数显著增加（p??0.7），与耕地和建设用地呈正相关（R2?>?0.5）；（5）在ELPZ中观察到归一化植被指数（NDVI）与LST之间加强的正相关（R2：0.69–0.80），而在城市化LUDZ中则为弱到负相关（R2：0.10–0.03）。这些发现强调了控制城市扩张和促进植被恢复以缓解区域变暖和增强生态韧性的土地管理政策的必要性。
**研究背景与目的**
随着城市化与工业化的快速推进，自然生态系统的保护成为全球性议题。中国国家级自然保护区（NLNRs）在保护生物多样性、维持生态平衡方面发挥关键作用，但面临土地利用变化（LUC）、气候变异和人类活动的压力。草海国家级自然保护区（CNNR）作为一个完整的典型喀斯特高原湿地生态系统，具有丰富的生物多样性和脆弱的生态平衡。已有研究多关注LUC、地表温度（LST）和植被指数的大尺度模式，但忽略了自然保护区等异质景观中的局部变异，也缺乏高频时序数据的动态分析。为此，研究人员以CNNR为例，开展2000–2024年长期研究，旨在揭示LUC、LST、归一化植被指数（NDVI）和增强型植被指数（EVI）的时空变化及相互关系，为平衡土地开发与生态保护提供科学依据。该论文发表在《Land Degradation》。
**主要技术方法**
研究数据包括：行政边界矢量（国家测绘地理信息局）、数字高程模型（DEM，地理空间数据云）、土地利用/覆被数据（中国科学院资源与环境科学数据中心）。选取2000、2005、2010、2015、2020、2024年生长季（7–9月）的30米分辨率Landsat影像（美国地质调查局USGS），进行云掩膜和合成平均处理。土地利用分为耕地、森林、草地、水体、建设用地、未利用地六类，人机交互解译精度90%，Kappa系数>0.9。LST采用辐射传输方程（RTE）反演；NDVI和EVI按标准公式计算。运用Mann–Kendall（MK）趋势检验和Pettitt突变点检验分析时序变化；相关性分析采用皮尔逊相关和线性回归。基于高程、坡度、土地利用类型、距水体距离四个因子，通过层次分析法（AHP）将CNNR划分为生态景观保护区（ELPZ，面积41.4 km2）和土地利用开发区（LUDZ，面积54.6 km2）。
**研究结果**
**3.1 2000–2024年CNNR及其分区中LUC、LST、NDVI和EVI的时空变化特征**
**3.1.1 LUC的变化特征**：CNNR中耕地和建设用地持续扩张，耕地从2000年增加至2010年（净增22.69 km2）后持续减少，建设用地始终增加；水体与草地先减后增再减；森林面积持续下降。ELPZ内水体与草地先减后增，耕地先增后减；LUDZ中草地与建设用地增加，耕地先增后减。转移方向显示：2000–2010年耕地主要来自草地和未利用地；2010–2020年耕地转为草地和建设用地；2020–2024年未利用地转为草地和建设用地。
**3.1.2 LST的变化特征**：CNNR平均LST呈非线性波动，2000–2010年升高5.82°C，2010–2020年降低8.18°C，2020–2024年再升高6.02°C。ELPZ与LUDZ趋势相似，但LUDZ温度更高。MK检验显示LST在各区均呈弱上升趋势但不显著（p>0.1）；Pettitt检验提示2020年可能存在突变点，尤其在ELPZ（p≈0.11）。
**3.1.3 NDVI和EVI的变化特征**：CNNR中NDVI和EVI总体上升，NDVI在2020年小幅下降后回升，EVI持续增加。ELPZ中NDVI波动较大，EVI显著上升；LUDZ中两者均显著上升。MK检验显示CNNR和LUDZ的NDVI呈显著增加趋势（LUDZ: Z=2.63, p=0.009），EVI在所有区域均显著增加（p<0.05）。Pettitt检验表明NDVI和EVI在2010–2015年或2020年存在突变点。
**3.2 LST与LUC、NDVI、EVI的关系**
**3.2.1 LUC与LST的关系**：不同地类LST差异显著，水体平均LST最低（9.92°C），未利用地最高（23.99°C）。森林和水体面积与LST呈负相关（R2>0.7），耕地和建设用地面积与LST呈正相关（R2>0.5），草地相关性弱。
**3.2.2 NDVI与LST的关系**：CNNR和ELPZ中NDVI与LST呈正相关且随时间增强（ELPZ的R2从0.6878升至0.8028）；LUDZ中呈弱负相关，R2从0.0979降至0.0328，表明城市化削弱了植被的降温作用。
**3.2.3 EVI与LST的关系**：CNNR和ELPZ中EVI与LST亦呈正相关但强度弱于NDVI，且随时间略有波动；LUDZ中相关性极弱（R2<0.02），进一步证实城市化对植被-温度关系的干扰。
**讨论与结论**
讨论指出，LUC对LST影响显著，城市化和耕地扩张导致升温，森林和水体则降温，这与城市热岛效应一致。在ELPZ中植被指数与LST出现正相关，主要因水体区域同时呈现低NDVI和低LST，扭曲了回归斜率，提示在湿地生态系统中需谨慎解释NDVI-LST关系。NDVI比EVI更能捕捉自然区域的植被-温度动态，而两者在城市化区域均失效。研究局限性在于未考虑气候变异和人为因素的叠加效应。
结论部分翻译：本研究考察了2000–2024年CNNR中土地利用、植被和LST的时空动态。将保护区划分为ELPZ和LUDZ为评估生态和人为影响提供了框架。LUC经历了三个阶段：农业扩张（2000–2010）、通过退耕还林还草的生态恢复（2010–2020）和相对稳定期（2020–2024）。相应地，LST先升后降再升，而植被指数持续上升。不同地类LST差异明显，未利用地最高，水体最低。城市扩张显著升高LST，植被和湿地起降温作用。植被指数与LST的关系因区域而异：在CNNR和ELPZ中，NDVI与LST总体呈正相关，主要受大面积水体同时降低NDVI和LST的影响，改变了回归模式；在LUDZ中呈弱负相关，反映不透水表面的主导地位和植被缓解城市热岛能力的减弱。这些发现强调在湿地主导的保护区中需谨慎解释NDVI-LST关系，管理策略应考虑区域特定生态背景。未来研究应进一步探索气候变率、水文过程和社会经济驱动因素的综合影响，并整合NDVI/EVI之外的指标以更准确捕捉城市热异质性。
