过去四十年中国全境植被响应广泛增强及干旱累积时间尺度延长

《Journal of Environmental Management》：Widespread strengthening vegetation responses and lengthening drought-accumulation timescales across China over the past four decades

　　- 植被响应向更长的干旱累积时间尺度转移。- 缺水区表现出更高的R_max和更短的T_opt。- R_max与T_opt之间的时空耦合总体上较弱。- 水-热条件与R_max和T_opt的变化密切相关。## 引言干旱是世界上最普遍、最复杂且最具破坏性的自然灾害之一，从根本上改变了陆地生态系统的组成、结构和功能（Berdugo等，2020；Ma等，2023）。近几十年来，随着全球变暖的持续，干旱事件的频率、持续时间和严重程度均显著增加（AghaKouchak等，2020）。干旱不仅抑制植被生长和光合作用活性，还会引发植物脱水、气孔关闭和水力故障等生理胁迫响应，最终导致大面积生产力下降，甚至大规模植被死亡（Yan等，2024；Zhao等，2025）。因此，系统评估植被对干旱的响应特征及其长期变化，对于增进我们理解持续气候变化下陆地生态系统的脆弱性和适应能力至关重要（Li等，2024；Wu等，2025）。植被对干旱的响应表现出强烈的时空异质性，不同生物群和植被类型之间在干旱敏感性、响应强度及潜在机制方面存在显著差异（Vicente-Serrano等，2013；Sun等，2024）。在区域尺度上，这种异质性受多种因素的共同调控，包括气候背景条件、土壤性质、植被结构和人类活动（Wang等，2021；Bai等，2025）。不同生态系统在干旱胁迫下也表现出抗性差异（Yao等，2024），这些功能差异直接影响植被对干旱扰动的敏感性以及植被-干旱耦合关系的稳定性（Ma等，2025）。在持续的气候变暖和不断增加的大气蒸散需求下（Ji等，2026），水分可利用性正逐渐成为制约植被生长和生态系统功能的关键限制因子（Jiao等，2021；Denissen等，2022；Song等，2024）。日益加剧的水分胁迫不仅增强了植被的脆弱性，还改变了植被在多个时间尺度上整合和响应干旱信号的方式，可能导致在不同水分可利用性条件下植被对干旱的响应出现分歧（Green等，2025；Chen等，2025）。值得注意的是，植被对干旱的响应既非即时发生，也不受简单的线性过程所支配（Wu等，2025；Xue等，2026）。相反，它们受前期土壤水分条件的累积效应和滞后生理调节过程的影响（Yuan等，2024；Zhang等，2025），近期的证据还表明，在许多生态系统持续变绿和变干的背景下，植物对前期降水量的依赖有所增加（Zhang等，2026a；Zhang等，2026b）。在更长的时间尺度上，气候变暖可能加剧水分供给与大气蒸散需求之间的不平衡，从而改变植被对干旱的响应强度及其特征响应时间尺度（Tang等，2025）。以往关于植被对干旱响应的研究主要遵循三个方向。一些研究使用预定义的干旱时间尺度，从静态角度评估了植被对干旱的响应强度及其空间变异性（Jiao等，2021；Sun等，2025）。另一些研究使用多时间尺度干旱指数来识别水分缺口的累积和滞后效应，并确定植被响应最强的特征时间尺度（Vicente-Serrano等，2013；Wang等，2024a；Zhang等，2025）。较新的研究进一步探讨了植被-干旱耦合的长期演化，包括干旱响应强度和特征响应时间尺度的时间变化（Li等，2024；Tang等，2025；Wu等，2025；Yan等，2025；He等，2026；Cao等，2026；Wang等，2026b）。然而，在国家尺度上，植被响应强度长期变化与最优干旱累积时间尺度在不同生态和水文气候条件下的一致性尚未得到充分评估。特别是，这些模式在不同植被指数、分析窗口长度和去趋势方法之间的稳健性程度，以及它们在不同水分可利用性和植被条件下的差异如何，仍然不清楚。过去几十年来，中国经历了显著的植被变绿，贡献了全球叶面积净增量的约25%（Chen等，2019）。这一变绿趋势在很大程度上归功于多项大规模生态保护和修复工程的实施，并产生了巨大的生态效益（Shao等，2023）。与此同时，持续的植被变绿可能会增强蒸散发，增加区域耗水量（Lan等，2024；Wang等，2024b；Liu等，2025a），从而可能降低生态系统应对干旱胁迫的能力。尽管以往的研究从不同角度考察了干旱对中国植被生长的影响，包括水文气候条件、植被结构和功能特征以及干旱阈值（Zhang和Zhang，2019；Deng等，2021；Sun等，2024），但在持续气候变化背景下植被对干旱响应特征的长期演化仍然知之甚少。因此，本研究以中国为研究对象，使用1983至2022年的长期数据集，系统研究了植被对干旱响应特征的时空变化及其相关因子，并明确考虑了植被对干旱的最优响应时间尺度。具体而言，本研究的目标是：（1）刻画过去四十年来中国最大植被响应强度（R_max）和最优干旱累积时间尺度（T_opt）的时空变化；（2）识别R_max和T_opt的协同变化与发散变化，并考察其时空关系在不同植被结构和水分可利用性条件下如何变化；（3）量化气候变化、水文气候背景条件和植被结构因子对R_max和T_opt变化的相对重要性及非线性关联。通过上述分析，本研究旨在增进我们理解在气候变暖和广泛植被变绿的共同影响下，中国陆地生态系统中干旱-植被相互作用的模式及其长期演化。## 各节摘要### 植被数据本研究使用两个长期植被数据集来研究中国植被对干旱的响应。用于1983-2022年期间的归一化植被指数（NDVI）数据集来自全球清单建模和制图研究第三代产品（GIMMS 3G+，版本1.2），该数据集源自高级甚高分辨率辐射计（AVHRR）。该数据集的空间分辨率为1/12°，时间分辨率为半月一次，已被广泛用于研究……### 植被对干旱响应的时空格局过去四十年来，中国R_max和T_opt表现出明显的时空异质性（图3）。在空间上，R_max和T_opt的均值沿干旱梯度和植被组成呈现出明显的模式（图S2）。在受水分限制的区域（AI < 0.6）和树木覆盖度低的地区，植被通常表现出较高的R_max（>0.6）和较短的T_opt（<12个月），表明非木本植被在受水分限制条件下响应更快且更敏感。在……### 累积水分可利用性对中国植被动态的重要性日益增加我们的结果表明，过去四十年来，中国普遍存在植被-干旱关联增强和最优干旱累积时间尺度延长的趋势。然而，响应强度增加的证据在所有分析设置中并不一致。在像素层面，R_max增加趋势的空间分布范围大于减少趋势，且基于NIRv的国家均值时间序列显示出显著增加。相比之下，国家均值R_max趋势……### 结论本研究使用移动窗口框架结合多时间尺度相关分析，考察了1983-2022年中国最大植被响应强度（R_max）和最优干旱累积时间尺度（T_opt）的长期变化。R_max增加趋势的空间分布范围大于减少趋势，尽管国家均值趋势的显著性在不同植被指数和分析设置之间有所差异。相比之下，T_opt延长更为一致……### CRediT作者贡献声明**马佳豪：** 撰写——原稿，可视化，方法学，形式化分析。**高美玲：** 撰写——审阅与编辑，方法学。**宋创：** 撰写——审阅与编辑，监督。**李真宏：** 监督，资金获取，概念构思。**付欣欣：** 方法学，形式化分析。**周美玲：** 软件，调查。**陈莉莉：** 软件，调查。**彭建兵：** 资金获取。### 生成式AI和AI辅助技术在稿件准备过程中的声明在本文准备过程中，作者使用ChatGPT协助将稿件从中文翻译为英文并提高其可读性和语言质量。使用此工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对出版物的内容承担全部责任。### 利益冲突声明作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报道的工作。### 致谢本研究部分由**中国教育部基础学科与交叉学科突破计划**（JYB2025XDXM104）资助，部分由**国家自然科学基金**（42341101）资助，部分由**陕西省科技创新团队**（2021TD-51）资助，部分由**陕西省地球科学大数据与地质灾害防治创新团队（2022）**资助，部分由**中央高校基本科研业务费**……---马佳豪 | 高美玲 | 宋创 | 李真宏 | 付欣欣 | 周美玲 | 陈莉莉 | 彭建兵