《Ecological Frontiers》：Spatiotemporal dynamics and driving mechanisms of vegetation cover in the desertification-prone region of the Yellow River Basin
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本研究分析了2001-2020年黄河九曲弯植被覆盖度时空动态，采用Theil-Sen中位数趋势分析、Mann-Kendall检验、Moran's I指数等方法，发现植被覆盖总体呈上升趋势（年均增长率0.005），空间异质性显著，土壤类型、降水及土地利用是主要驱动因素。
姚瑶|李泽江|郭月|于瑞新|敖特根·齐劳|冯雪|李宗山|刘建波|李Frank Yonghong
教育部蒙古高原生态与资源利用重点实验室及内蒙古大学生态与环境学院草原生态重点实验室，中国呼和浩特010020
摘要
黄河的J形弯曲段从兰州延伸至三门峡，构成了该河流中上游地区的一个关键生态和经济区域。它既是沙尘暴的主要来源地，也是沙尘暴向北京、天津和中国东部地区传播的通道。了解这一区域的长期植被动态并预测其未来趋势对于黄河流域的高质量发展至关重要。本研究采用了多种分析方法来研究植被的时空变化：Theil-Sen中位数趋势分析、Mann-Kendall检验、Moran’s I指数、变异系数以及GeoDetector模型。此外，还使用Hurst指数来评估植被覆盖度的潜在变化。结果显示，在2001至2020年期间，黄河J形弯曲段的植被覆盖度（FVC）呈持续增长趋势，年均增长率为0.005%，其中86.79%的研究区域植被状况有所改善。这一植被改善情况证实了区域生态工程实施的有效性。研究区域内植被覆盖度表现出显著的空间异质性，并呈现出明显的聚集模式。从变异系数的角度来看，整个区域的植被覆盖度保持了较高的稳定性。值得注意的是，抗持续性变化的区域（占24.80%）多于持续变化的区域（占9.34%），65.86%的区域表现出随机变化，表明可能存在逆转趋势。在影响植被覆盖度时空分布的关键因素中，土壤类型、降水量和土地利用类型起到了主导作用。自然环境因素的影响大于人为活动因素。
引言
黄河流域作为中国的关键生态安全屏障，对于推进生态安全措施和促进社会经济发展具有重要意义。作为该流域的关键部分，黄河的J形弯曲段位于中上游地区。该区域能源资源丰富，经济增长迅速，但生态脆弱性较高，是维持整个黄河流域稳定发展的重要生态节点。然而，气候变化和人为活动对该区域的植被造成了严重破坏，导致荒漠化、土地退化和土壤侵蚀等严重问题，使得当地生态系统极其脆弱[1]。植被作为生态系统中的关键组成部分，充当了连接土壤、大气和水的天然桥梁，在维护生态系统平衡方面发挥着不可替代的作用[[2], [3], [4], [5]]。植被恢复是改善生态环境最有效的方法：它不仅能够修复退化的生态系统，还能提升其稳定性和生物多样性[6]。因此，监测植被动态并探索其演变趋势对于科学制定恢复策略和促进高质量的经济和社会发展至关重要。
植被覆盖度（FVC）是指单位面积内植被覆盖面积与总地面面积的百分比，是评估陆地生态系统健康状况的重要指标[7,8]。在实际应用中，FVC常用于生态学、土壤和水资源保护以及气候学相关的研究中。研究表明，中国的整体植被覆盖度显著增加，对全球绿化做出了贡献[9,10]。其中，黄河流域的植被覆盖度年均增长率为0.19%，总体呈波动上升趋势[11]。然而，目前尚无关于黄河J形弯曲段植被覆盖度长期变化的分析，也未了解植被恢复的效果。
本文收集了2001至2020年研究区域的FVC数据，并对其时空变化模式进行了分析。本研究的具体目标包括：1）监测2001至2020年期间的植被覆盖度变化趋势；2）描述不同尺度上的植被覆盖度时空分布；3）预测植被覆盖度的未来趋势；4）识别FVC变化的关键驱动因素。这项研究有助于深入了解气候变率和人为干扰如何调节植被动态，为环境保护、造林计划以及干旱和半干旱生态系统的可持续管理提供坚实的生态基础。
研究区域
黄河的J形弯曲段（北纬35°3′-43°8′，东经103°4′-114°5′）覆盖面积达557,000平方公里[12,13]，跨越内蒙古自治区、陕西省、山西省、宁夏回族自治区和甘肃省五个省/自治区。该区域位于中国干旱、半干旱和半湿润地区的交界处，拥有森林、草原、沙漠、沙地和湿地等多种多样的生态系统（图1，图2）[1]。
决定因素的空间分布
图3显示，研究区域内的各驱动因素分布存在空间差异。温度（MAT）从南向北逐渐降低。降水量（PRE）从东南向西北呈下降趋势，临汾、延安和吕梁（东南部）的年均降水量超过500毫米，而包头、巴彦淖尔和阿尔察左旗（西北部）的年均降水量低于300毫米。土壤类型（SOL）方面，肥沃的黄土和冲积土主要分布在东南部，为植被生长提供了有利条件。
FVC的趋势特征
通过T-S趋势分析和M-K检验发现，2001至2020年间，研究区域的植被覆盖度整体呈现恢复趋势，但同时存在局部退化现象。具体而言，60.93%的研究区域植被覆盖度显著增加（图9）。FVC的时间变化表现出明显的空间异质性，其中吕梁和延安等东南部地区的植被覆盖度较高（平均值为0.881）。
结论
本研究探讨了黄河J形弯曲段植被覆盖度的空间和时间变化特征及其驱动因素。研究结果总结如下：
(1)2001至2020年间，植被覆盖度总体呈波动上升趋势，年均增长率为0.005%，2003年、2012年和2018年的增长尤为显著。
(2)不同城市的年均植被覆盖度存在显著差异。
CRediT作者贡献声明
姚瑶：方法论设计、数据分析、初稿撰写。李泽江：资源获取、数据调查。郭月：数据验证、调查工作。于瑞新：方法论设计、数据调查。敖特根·齐劳：数据调查。冯雪：数据调查。李宗山：数据验证、审稿与编辑。刘建波：项目统筹、数据调查。李Frank Yonghong：数据分析、概念框架构建。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了鄂尔多斯重点科技计划项目（ZD20232324）、鄂尔多斯科技计划项目（YF20250267）、内蒙古自治区科技计划项目（2025YFHH0201）和内蒙古自治区科技计划项目（2023KJHZ0021）的财政支持。我们衷心感谢鄂尔多斯沙漠化控制与可持续发展院士专家工作站提供的专业学术指导和技术支持。
