《Journal of Environmental Management》：The paradox of green fragmentation: fractional vegetation cover and landscape pattern coupling in the agro-pastoral ecotone of Inner Mongolia
编辑推荐：
内蒙古农牧交错带植被覆盖度与景观格局的耦合关系及生态策略研究，基于1990-2020年遥感数据，运用分维模型、景观格局指数和耦合协调度模型，揭示FVC时空演变规律及与景观破碎化的相互作用，提出分区管理与格局优化策略。
姜玉彤|胡叶翠|高梦文|薛玉婷|刘彪
中国地质大学土地科学与技术学院，学苑路29号，北京100083，中国
摘要
在生态脆弱的农牧交错带，理解景观格局与植被覆盖度（FVC）之间的相互作用对于可持续管理至关重要。本研究以内蒙古的农牧交错带为例，利用1990-2020年的遥感数据以及综合方法（包括中间像素模型、景观格局指数分析和耦合协调度模型），系统研究了植被覆盖度与景观格局指数之间的时空演变特征及其相互作用关系。研究结果表明：（1）1990-2020年间，植被覆盖度呈现波动上升趋势，空间分布表现为“东北部较高，西南部较低”，表现出“北部退化与南部改善”的区域差异；（2）高覆盖度区域存在“绿色碎片化悖论”，而低覆盖度区域则经历了“连续性丧失”的危机，反映了荒漠化前沿地带从连续裸地向碎片化沙地的转变过程；（3）景观格局指数与植被覆盖度高度吻合，耦合协调度持续下降，但在2000年出现严重失衡。基于这些发现，我们提出两条关键建议：一是实施具有差异优先级的空间分区策略，控制西北部的退化并优化东南部的生态质量；二是通过优化景观格局来增强连通性、对抗碎片化，这对区域生态安全和可持续发展至关重要。
引言
自21世纪以来，全球陆地生态系统面临前所未有的挑战（Strassburg等，2020）。联合国粮食及农业组织（FAO）的评估显示，由于侵蚀、有机物流失和盐碱化，全球33%的土壤遭受中度至重度退化，且大多数地区的退化速度超过了恢复工作（Smith等，2024）。为此，联合国2030年可持续发展议程将土地退化中和（LDN，SDG目标15.3）作为核心目标，强调全球范围内应对土地退化的努力（Colglazier，2015）。1980-2015年间，中国的干旱生态系统表现出明显的退化趋势，11.4%的干旱/半干旱地区出现了明显的土地退化或植被退化。日益加剧的干旱加剧了半干旱地区退化土地的扩张风险（Bai等，2021；Li等，2021）。作为半干旱生态系统中的关键缓冲带，农牧交错带在遏制退化过程中起着决定性作用（Jian等，2022）。内蒙古的农牧交错带凭借其独特的地理位置，在拦截来自华北地区的沙尘和保护水源方面发挥着不可替代的生态屏障作用（Zhang和Huisingh，2018）。
在全球范围内，针对典型生态脆弱区域（如农牧交错带）的研究范式在干旱和半干旱地区正在发生重大转变。这一变化在中国尤为明显。生态项目与技术的持续进步，使研究重点从早期对地理边界划定（Zhao等，2002）和土地利用分类（Xu等，2015）的静态描述，转向对复杂人地关系和相互生态过程的动态分析（Yang等，2020）。在此背景下，这一独特区域的生态状况引起了广泛学术关注。近期研究从多个维度评估了生态项目的有效性，包括气候变化适应（Dou等，2025；Kheiri等，2023）、韧性生计（Thornton等，2024）和生态系统服务组合（Huang等，2024）。在此背景下，植被覆盖度作为量化生态恢复的核心指标，成为解读气候与人类活动之间反馈机制的关键工具。
FVC研究经历了三个相互关联的维度：技术创新、模式整合和数量-质量协同。早期研究依赖于地面样方调查和低分辨率航空影像解析，受数据准确性的限制，主要集中在静态覆盖度量化上。21世纪以来，随着多源遥感技术的发展，如中分辨率成像光谱辐射计（MODIS）、Sentinel和Landsat等卫星数据，通过时间序列过滤和混合像素分解有效实现了植被覆盖度的时空动态跟踪；Google Earth Engine等平台使得长期大数据分析在多个领域得到应用（Liang等，2020）。主流研究中，全球研究人员基于多源遥感数据（如归一化差异植被指数（NDVI）和增强植被指数（EVI）与Google Earth Engine（GEE）平台的整合，实现了从流域到省级的多尺度动态跟踪（Jodhani等，2024；Liu等，2022；Martinez和Labib，2023；Song等，2024）。近年来，研究进一步深入，学者结合气象（Fastovich等，2025）、地形（Ni等，2025）和人类活动（Pichon等，2025）数据，揭示了不同因素对植被覆盖度变化的影响。对北地中海地区（Bautista等，2010）、沙特阿拉伯的Tabuk和Khulais（Al-Mutairi，2025）以及中国北部农牧交错带（Zhang等，2025c）的研究表明，学者们不仅致力于揭示植被和土地退化的演变过程，还普遍强调在提出的综合生态管理策略中考虑景观格局的重要性。
然而，尽管定量监测系统显著提升了追踪植被动态的能力，但仅依赖覆盖度增加等标量指标仍无法揭示生态恢复的质量效应（Zhang等，2025b）。随着研究视角的深化，FVC的评估正从单纯的定量增长转向生态质量和空间功能的协同分析，并逐渐融入景观生态学的“格局-过程-服务-可持续性”范式（Fu等，2025），以解决“空间格局弱化”的实际问题。研究证实，自20世纪80年代以来，全球植被覆盖度持续增加，特别是在中国和印度等高强度农业和造林地区，景观格局显著强化；而在北极等低干扰地区，由于气候变暖，植被覆盖度也有所扩展（Li等，2024b）；中国学者从非线性角度探讨了祁连山地区景观生态风险的驱动机制和阈值识别（Qiao等，2025）。这种范式转变的必要性根植于全球土地恢复的实际困境。模式优化研究为半干旱地区的生态工程提供了科学工具，从“被动恢复”转向“主动设计”，标志着植被覆盖度研究进入“数量-质量-效应”协调调控的新时代。
总之，当前关于FVC的研究存在明显的“数量优先”偏见。国内外学者普遍使用叶面积指数（LAI）、总初级生产力（GPP）、NDVI和FVC等植被指数来描述植被状况（Zhang等，2025a），主要关注覆盖度变化幅度和碳封存评估等定量指标（Li等，2024a；Sun等，2023）。然而，景观格局在调节生态系统服务功能方面的调节作用常被忽视。这种认知偏差使生态项目陷入“高覆盖度但功能低”的陷阱。例如，尽管三北防护林项目的FVC显著增加，但传染指数（CONTAG）的下降反映了景观的碎片化，这在一定程度上削弱了防风和固沙效果（Chen等，2015）。这一矛盾表明，当前的评估系统仍严重依赖定量指标，对斑块形态优化和景观异质性增强等关键定性方面关注不足。因此，亟需开发一个综合考虑植被覆盖数量和景观格局质量的综合评估框架。通过从空间配置优化的角度重新评估农牧交错带的造林项目，生态系统管理可以从基于静态覆盖度的方法转向以动态生命周期为导向的策略。这种转变将为实现有效整合“数量、质量和效率”的可持续土地管理提供坚实的科学支持（Fu等，2025）。
本研究分析了内蒙古农牧交错带植被覆盖度的时空演变特征。从景观生态学的角度，揭示了生态恢复过程中FVC增加与景观碎片化之间的动态反馈机制。这为优化造林和农田转化为森林及草地生态项目的空间配置模型提供了科学依据，并为维护中国北部的生态安全和区域可持续发展提供了决策支持。主要目标是：（1）定量分析研究区域内FVC的时空变化趋势和空间差异；（2）揭示景观格局的动态演变；（3）构建FVC与景观格局的耦合协调模型并评估其协调水平；（4）提出针对区域可持续发展的生态恢复策略。技术路线如图1所示。
本研究首次全面分析了内蒙古农牧交错带30年间的植被覆盖-景观耦合关系。它为从数量导向向综合的“数量-质量-效果”生态评估范式的转变提供了关键实证证据和诊断工具。通过运用耦合协调度模型，本研究阐明了潜在的“格局-过程”反馈机制。研究结果转化为“分区管理和模式优化”的可操作治理策略，为提升区域生态项目提供了直接的科学依据。此外，它还为解决全球干旱地区“高覆盖度、低功能”难题提供了宝贵的理论和实践框架。
研究区域
研究区域
内蒙古的农牧交错带是中国北部农牧交错带的重要组成部分，位于东经108°91′-124°78′、北纬37°85′-48°38′之间，覆盖内蒙古东部、中部和西部地区。研究区域包括8个盟和市的51个县（市和区），总面积约为28.99×104平方公里（图2）。
该地区的地形和地貌复杂多样，海拔范围从87米到2284米不等。
FVC的时空演变特征
从整体来看（图S1），研究区域内30年的平均植被覆盖度为51.67%，属于中等水平。在此期间，FVC总体上呈上升趋势，平均值从51.4%增加到57.26%。值得注意的是，1995年至2000年间，FVC出现了显著下降。
FVC分级百分比是指不同植被覆盖类别的比例面积，是衡量生态状况的重要指标。
数量-质量悖论：农牧交错带中FVC增加但景观碎片化
内蒙古农牧交错带植被覆盖度和景观格局的时空演变揭示了该区域生态系统的复杂性和脆弱性。1990年至2020年间，植被覆盖度总体趋势从51.4%增加到57.26%，但局部退化表明区域生态响应存在显著的空间异质性。因此，本研究进行了县级统计分析，发现华德县的退化最为严重。
结论
本研究通过构建整合“植被覆盖度”和“景观格局”的分析框架，深化了对生态脆弱地区植被动态演变机制的理解。以中国北部典型的农牧交错带为案例，综合运用中间像素模型、景观格局指数和耦合协调度模型，系统揭示了植被覆盖度的时空演变特征。
CRediT作者贡献声明
姜玉彤：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法论、正式分析、数据管理、概念构建。胡叶翠：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念构建。高梦文：撰写——审稿与编辑、资源获取、数据管理。薛玉婷：撰写——审稿与编辑、调查、数据管理。刘彪：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、资源提供。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金的支持[资助编号：U23A2014]
