《CATENA》：Spatiotemporal divergence of rainfall use efficiency and vegetation sensitivity in the Yellow River Basin: decoupling effects of anthropogenic disturbances
编辑推荐：
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植被与降雨的关系对黄河流域的可持续性至关重要。
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自2000年以来，降雨利用效率有所提高
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植被与降雨的关系对黄河流域的可持续性至关重要。
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自2000年以来，降雨利用效率有所提高，但植被对降雨的敏感性却下降了。
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人类活动是导致植被与降雨关系脱钩的主要原因。
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在可持续的水域管理中，平衡效率与韧性是根本性的。
引言
全球气候变化导致植被与降雨的关系发生了显著变化（Chen et al., 2023）。例如，植被绿化增强了蒸发和蒸腾作用，并加剧了全球水循环（Weligamage et al., 2025）。更多的降水通常会增加植被的绿色度和生产力（Zhang et al., 2025a）。为了量化这些关系，人们采用了各种指标，如水分利用效率（WUE）。然而，在黄河流域，降雨是主要限制因素，因此使用专门衡量降雨利用情况的指标更为合适（Keenan et al., 2013）。在这项研究中，我们采用了两个互补的指标：降雨利用效率（RUE），它反映了植被利用降雨的能力；以及植被对降雨的敏感性（VSR），表示降雨对植被生长的影响程度（Fensholt et al., 2013; Abel et al., 2021）。单独使用任何一个指标都无法完全把握植被与降雨关系的复杂性。然而，目前尚不清楚较高的净初级生产力（NPP）是否意味着更高的RUE或更稳定的VSR（Yu et al., 2024）。因此，需要结合RUE和VSR的趋势来阐明这两者之间的关系（Runge et al., 2025）。
在不同生态系统中，植被对降雨的反应存在显著异质性。特别是在干旱和半干旱地区，即使降雨模式的微小变化也会被放大，引发更明显的响应（Zhang et al., 2025b）。不同类型的生态系统采取不同的策略，例如，具有深根系的森林能高效利用水分，但仍然容易受到长期干旱的影响（Liu et al., 2024a）。相比之下，由于根系较浅，草原更依赖短期降雨（Lu et al., 2024）。此外，人类活动如植树造林和灌溉可以改变植被与降雨的关系（Wang et al., 2024a）。通过密集管理，人工林可以实现更高的NPP，但其RUE仍低于自然森林（Zhao et al., 2025）。在干旱地区，农作物生产力严重依赖灌溉，而草原则主要依靠降雨（Qin et al., 2024; Zheng et al., 2025）。RUE和VSR的驱动因素本质上不同。以往的研究表明，RUE主要受植被类型、叶面积指数（LAI）和蒸腾作用等植被特征的控制（Huxman et al., 2004; Yang et al., 2010）。相比之下，VSR主要受降雨异常（如干旱和暴雨）频率的影响（Feldman et al., 2024）。因此，仅基于效率（RUE）或敏感性（VSR）来评估植被与降雨的关系可能会导致过于简化的观点，需要一个综合考虑这两个维度的评估方法（Ingrisch and Bahn, 2018）。
黄河流域是一个重要的生态缓冲区和主要农业生产区，具有重要的地理和社会经济意义。它支撑着中国超过10%的人口和耕地，但其水资源却不到3%（Liu et al., 2024b）。由于水资源稀缺和生态脆弱，自2000年以来，黄河流域一直是大规模生态修复的重点区域（例如“退耕还林”项目），导致其各个地区发生了深刻的人为景观变化（Lü et al., 2012; Zhang et al., 2024a）。因此，黄河流域是一个理想的系统，可以用来研究人类活动对连续但多样的生态系统中植被与降雨关系的影响。
然而，关于NPP、RUE和VSR的综合分析很少，人类活动（如灌溉）如何调节植被与降雨关系也尚未得到充分量化（Yu et al., 2024）。为了解决这一空白，本研究利用多源遥感和气象数据，分析了2000年以来黄河流域NPP、RUE和VSR的时间和空间分布特征，以：（1）描绘NPP、RUE和VSR的时空模式；（2）比较不同生态系统之间的关系；（3）量化自然因素与人为因素的相对贡献。我们假设生态修复使植被生长与自然降雨脱钩，从而提高了RUE但降低了VSR，主要是通过人类干预实现的。
章节摘要
研究区域
黄河是中国北部的一个关键生态和经济区域（北纬30°至42°；东经94°至120°），总面积约为795,000平方公里（Feng et al., 2025）。该流域跨越九个省份和自治区，地形从西向东逐渐下降，包括高山、黄土高原和平原等多种地貌（Luan and Ma, 2025）。这里属于典型的温带季风气候，年降水量在200毫米至700毫米之间。
植被NPP、RUE和VSR的时空变化
图3显示了2000年至2022年整个流域NPP、RUE和VSR的时空变化趋势。在流域80.43%的区域内，NPP呈现显著增长趋势，其中中游地区的增长比例最高，达到95.48%（图3a）。同样，RUE在42.57%的区域内有所增加，其中中游地区的增长比例最高，达到67.47%。上游（23.83%）和下游（12.40%）地区的RUE也显著增加（图3b）。
生态修复使黄河流域的植被生长与降雨脱钩
自2000年以来，黄河流域的NPP和RUE显著增加，表明生态系统功能有所提升。然而，这种改善伴随着VSR的普遍下降，这一趋势在人为管理的生态系统中尤为明显。这表明植被生长与自然降雨之间的联系已经减弱，这可能归因于植树造林等人类活动，这些活动调节了水分供应，可能降低了生态系统的敏感性。
结论
本研究分析了2000年以来黄河流域NPP、RUE和VSR的时间和空间演变，以及各系统中的关键自然和人为驱动因素。我们的分析表明，在80.43%的流域内，NPP和RUE显著增加，表明大规模生态修复项目显著提升了植被覆盖率和降雨利用效率。然而，在整个流域内，VSR出现了显著的下降趋势。
CRediT作者贡献声明
赵新灵：撰写——初稿，可视化，方法论，调查。 余洋：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，监督，项目管理，调查，资金获取，概念化。 华婷：撰写——审阅与编辑，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号42377331和42177310）的支持。
赵新灵 | 余洋 | 华婷
