《Ecological Indicators》：Hydrological responses and multi-pathway regulatory mechanisms associated with vegetation change in the Yellow River Basin
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本研究针对黄河流域植被变化对水文过程的影响机制不明确问题，通过耦合遥感LAI数据与改进的SWAT模型，结合InVEST模型和PLS-SEM方法，揭示了植被通过增强ET（蒸散发）和消耗SW（土壤水）等多路径调控水文过程的新机制。结果表明人类活动主导植被改善（70.73%），植被恢复通过非线性方式影响径流深度（RD）和产水量（WYLD），为生态修复背景下水资源管理提供了科学依据。
在全球气候变化和人类活动双重压力下，植被与水文过程的相互作用日益复杂，特别是在黄河流域这样的生态脆弱区。过去几十年，黄河流域植被覆盖显著改善，尤其是中游地区绿化趋势明显，但与此同时，部分区域径流持续减少，加剧了水资源短缺问题。这种植被恢复与水文变化并存的现象，迫切需要阐明植被动态如何影响流域水文过程及其作用机制。
为解决上述问题，华北水利水电大学的研究团队在《Ecological Indicators》上发表论文，通过多源数据与多模型耦合的研究框架，系统揭示了1982-2020年间黄河流域植被变化的水文响应特征与多路径调控机制。研究综合运用趋势分析、敏感性评估、偏相关分析和残差趋势分析等方法，并创新性地将融合遥感LAI的改进SWAT模型与InVEST模型、偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）相结合，从过程机理层面解析了植被变化对水文过程的调控途径。
研究采用的关键技术方法包括：基于长时间序列叶面积指数（LAI）的植被动态趋势分析，结合Sen斜率估计和Mann-Kendall检验；通过敏感性分析和偏相关分析定量评估气候因子对植被的影响；利用残差趋势法分离气候变化和人类活动对植被变化的贡献；开发LAI增强的SWAT水文模型，并与基于Budyko假设的InVEST产水模块进行交叉验证；运用PLS-SEM方法解析植被与水文变量的多路径因果关系。
4.1. LAI动态的时空格局
研究表明黄河流域植被覆盖总体呈增加趋势，平均LAI增长率为0.0022/a，显著绿化区域占流域面积的60.45%，其中中游地区增长最快（0.0037/a）。空间上表现为从西向东递增的分布特征，下游平原区LAI多大于1.2，而西部高寒干旱区LAI普遍低于0.6。
4.2. LAI动态的气候控制
降水（PRE）是植被生长的主要气候约束因子，其敏感性系数（0.201）略高于温度（TEM）（0.195）。偏相关分析进一步证实PRE与LAI的独立相关性更强（平均偏相关系数0.220），表明水分可用性是流域尺度植被生长的主要限制因素。
4.3. CC和HA对LAI动态的相对作用
人类活动（HA）是植被改善的主导因素，贡献率达70.73%，远超气候变化（CC）的29.27%。空间上，中游地区CC贡献相对较高（61.93%），而下游地区HA贡献最为突出（70.73%），反映了生态工程和农业管理的显著效果。
4.4. 径流变化的时空格局
径流变化呈现明显的空间异质性，源头区和上游径流增加（兰州站1.1326m3/s/a），而中下游径流减少（利津站-1.9298m3/s/a）。这种空间分异与气候变化和植被恢复的复合效应密切相关。
4.5. 模型验证与可靠性评估
LAI增强的SWAT模型显著提高了径流模拟精度，R2平均提高0.015，NSE提高0.10。与InVEST模型的交叉验证显示，两者在产水量（WYLD）的时空变化趋势上高度一致，增强了结果的可信度。
4.6. 植被变化的多路径水文响应
PLS-SEM分析揭示，植被主要通过增强ET（直接效应0.552）和消耗SW（直接效应-0.796）来调控水文过程。对径流深度（RD）和产水量（WYLD）的影响呈现非线性特征，其中LAI对WYLD的总效应为-0.292，包含直接负效应（-0.523）和间接正效应（0.231）的补偿作用。
研究结论表明，黄河流域植被恢复通过多路径协同机制重塑流域水文过程，其中ET增强和SW消耗是主要调控途径。植被变化对RD和WYLD的影响并非单一抑制，而是通过直接与间接效应的复合作用产生非线性响应。这一发现深化了对生态修复背景下植被-水文耦合机制的理解，为协调流域生态保护与水资源管理提供了重要科学依据。
讨论部分指出，尽管通过多模型交叉验证和PLS-SEM路径分析降低了单一方法的不确定性，但研究仍存在LAI数据饱和效应、模型结构差异等局限性。未来研究应关注极端气候情景下的非线性响应、植被生理过程的动态参数化，以及构建综合考虑气候变化、植被演替和人类活动的耦合框架，以进一步提升流域水循环过程的模拟预测能力。
