绿色化是一种全球性过程,其特征是光合作用活动显著增加,伴随着叶面积指数(LAI)、每株植物叶片数量、绿叶季节持续时间以及植被群落密度和多样性的提升(Myneni et al., 2015; Zhu et al., 2016; Piao et al., 2020)。全球绿色化的多种驱动因素已被识别,包括直接因素(如造林和农业集约化)和间接因素(如气候变暖、氮沉降和二氧化碳浓度升高)(Lu et al., 2016; Zhu et al., 2016; Piao et al., 2020)。近年来,全球55%的陆地表面经历了加速的绿色化(Chen et al., 2024)。绿色化的广泛规模和令人信服的证据已使其成为全球环境变化的四大主要组成部分之一,与全球变暖、海平面上升和海冰减少并列(Arneth et al., 2019)。
在全球范围内,20世纪中期至21世纪初的干旱区总体呈扩张趋势,并且由于气候变化可能继续扩张(Feng and Fu, 2013),但较新的模型表明干旱区相对稳定,甚至某些地区出现收缩(Berg and McColl, 2021)。近年来,全球干旱并未引发反向过程(褐化),尽管它们减缓了绿色化速率(Chen et al., 2024)。干旱区绿色化的假设驱动因素包括降水格局的变化(Piao et al., 2020; Chen et al., 2021)和大气CO?浓度升高(Lu et al., 2016; Zhu et al., 2016)。CO?浓度升高通过两种互补机制提高植物生产力:首先,通过提高卡尔文循环中的羧化速率,直接促进光合碳同化(Donohue et al., 2013; Zhu et al., 2016);其次,通过诱导气孔部分关闭,减少蒸腾水分损失,从而提高植物水分利用效率——这一效应在受水分限制的干旱区生态系统中尤为相关(Keenan et al., 2014)。关于干旱区绿色化的直接人为区域驱动因素,如农村人口外迁、土地利用变化和放牧压力,除中国及萨赫勒地区的研究外,仍缺乏充分研究(Anyamba and Tucker, 2005; Kaptué et al., 2015; Li et al., 2016, 2017, 2022; Li and Tan, 2018; Piao et al., 2020; Chang et al., 2023)。更好地理解局部绿色化驱动因素将有助于揭示其与全球及区域效应和过程之间的关系(Zhu et al., 2016)。
在局部和区域尺度上,绿色化可能与土地利用存在复杂的相互作用。拉丁美洲干旱区在全球绿色化文献中明显代表性不足。在南美洲,木本植被覆盖的变化主要由森林砍伐主导,特别是在湿润和干旱森林以及可在机械化雨养农业条件下存在的稀树草原/灌丛生物群落中(Aide et al., 2013)。那些不涉及大规模森林砍伐或再造林的土地利用与土地覆盖变化(如植被密度或组成的渐进变化)相对较少受到关注,因为这些变化更细微,更难通过传统土地覆盖分类方法加以识别,且很少被各国农业或林业政府统计数据捕捉。阿根廷西北部的亚热带干旱高地为填补这一研究空白提供了良好机会。尽管存在少数例外(如Morales et al., 2005),在“蒙塔”(Monte)沙漠北部地区的局部观察往往支持荒漠化仍在进行的观点(Villagra et al., 2009; Collantes and González, 2012; Sayago et al., 2012; Sampietro Vattuone et al., 2018; García et al., 2019),尽管这些评估主要依赖局部证据,而非全面的区域分析。相比之下,21世纪初的研究已发现这些地区植被绿度(NDVI)近期呈正向趋势,并将这些变化归因于全球南方的气候波动(Gaitán et al., 2015; García et al., 2019)。理解这些相互矛盾趋势背后的驱动因素——是气候还是人为——对土地管理和将局部植被动态与全球绿色化过程联系起来具有直接意义。据我们所知,这是南美洲首次对较长时期内区域尺度的绿色化趋势进行研究,重点探讨这些趋势与土地利用变化及人类人口结构的关系。
全球多个干旱区系统已识别出绿色化的区域驱动因素。在萨赫勒地区——严重土地退化后植被恢复的最常被引用的案例之一——自20世纪80年代初起已记录到绿色化趋势(Anyamba and Tucker, 2005; Kaptué et al., 2015),这主要归因于该十年期干旱之后降雨量增加,这一模式在南非和澳大利亚的干旱地区也观察到(Piao et al., 2020)。在中国农村地区,绿色化与人为和生物物理因素的共同影响相关(Li et al., 2016, 2017; Liu et al., 2020),包括山区农村人口密度下降(Li et al., 2016, 2017, 2022; Chang et al., 2023),以及西南青藏高原等地区粗放畜牧业活动的减少(Li et al., 2022)。在某些情况下,人类土地利用活动和农村人口外迁对植被绿度的影响超过了自然因素(Li et al., 2016)。在南美洲,木本植被通常在因过于干旱或坡度过大而不适宜现代农业的地区扩展,这主要受人口结构变化驱动(Grau and Aide, 2008);然而,尚无研究明确考察山区干旱区绿色化的时空格局与人口密度、土地利用及降水变化的关系。值得注意的是,农村人口外迁、粗放畜牧业减少与绿色化趋势之间的关系在南美洲干旱区尚未得到充分研究。考虑到人为影响是生态变化的最直接驱动因素之一(Newbold, 2018),在当前全球绿色化的框架下理解这些相互作用至关重要。
在这里,我们研究了阿根廷西北部山地干旱区的情况,作为全球南部人口稀少河谷和山区绿色化过程的一个案例。我们假设,与全球(Daskalova and Kamp, 2023)及拉丁美洲(Aide and Grau, 2004)观察到的趋势一致,阿根廷西北部山地干旱区的农村人口减少(Izquierdo and Grau, 2009)将导致牲畜活动减少,从而降低对天然植被的食草压力,进而促进区域绿色化。具体而言,我们探讨了农村人口外迁与粗放畜牧业减少的作用,以及它们作为阿根廷西北部山地干旱区绿色化区域驱动因素的潜在联合影响,同时考虑降水对植被长期响应的影响。为实现这些目标,我们检验了农村人口密度、牲畜密度、降水格局和植被绿度变化趋势之间的时空统计关联。