21世纪初对伊朗植被健康和碳储存变化的分析：量化气候变率和人类活动的影响

《Advances in Space Research》：Early Twenty-First Century Analysis of Changes in Vegetation Health and Carbon Storage in Iran: Quantifying the Impacts of Climate Variability and Human Activities

本研究基于SPEI和RTA方法，分析2001-2020年伊朗植被健康指数（VHI）和净初级生产力（NPP）的时空变化，发现气候变率对VHI和NPP的影响分别为33.79%和66.21%，而人类活动贡献更大（51.49%和48.51%），揭示了气候与人类活动对植被的双重作用机制，为可持续生态管理提供依据。

　　

Pouyan Dehghan Rahimabadi|Bing Liu|Arash Malekian|Maliheh Behrang Manesh|Hossein Azarnivand|Weihao Sun|Bin Wang|Changkun Yang|Xiao Wang|Wen Li

中国和伊朗干旱地区生态安全与可持续发展国家重点实验室，中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站干旱地区农业与生态联合实验室，兰州730000，中国

摘要

了解气候变化如何影响植被对于评估生态系统和进行可持续土地管理至关重要。本研究考察了2001年至2020年间伊朗植被干旱和生产力的时空变化，并评估了气候变化和人类活动对观测到的植被动态的相对贡献。结果表明，植被健康指数（VHI）在半干旱/干旱（SH/SA）地区的平均值为45.60±9.41%，净初级生产力（NPP）在湿润地区的最大值为0.14±0.09 kg*C/m²，尽管该气候区的NPP显著下降。短期干旱（3个月和6个月的标准化降水蒸发蒸腾指数（SPEI）对75.86%的面积的VHI和82.28%的NPP有显著影响。此外，植被状况指数（VCI）对VHI的影响大于温度状况指数（TCI），覆盖了整个面积的60.05%，而在仅10.24%的地区，VCI和TCI的综合影响相当。与其他气候区相比，超高干旱地区的VHI（R=0.66）和NPP（R=0.68）与多时相SPEI的相关性更强。VHI-降水量和NPP-降水量之间的偏相关性在总面积的74.41%和79.87%上具有统计学意义（p<0.05）。研究结果表明，人类活动对VHI和NPP的影响通常大于气候变化。气候变化对VHI和NPP变化的平均相对作用分别为33.79%和66.21%，而人类活动对VHI的贡献为51.49%，对NPP的贡献为48.51%。这些发现为评估植被状况提供了宝贵的见解，这对于评估粮食安全至关重要。

引言

植被健康和生产力在粮食安全、碳循环以及能量和水交换的调节中起着基础性作用（Deng et al., 2024; Li et al., 2024）。这些功能使植被对气候变率和人类活动都非常敏感（Bejagam and Sharma, 2022）。近几十年来，气温上升、降雨模式变化和土地利用压力加剧导致植被状况发生显著变化，常常带来严重的生态和经济后果（Zheng et al., 2019, Chen et al., 2020, Chen et al., 2024）。总体而言，增强对植被如何响应气候变化和人类压力的认识对于可持续的生态系统管理和未来的环境规划至关重要（Afuye et al., 2021）。尽管许多研究关注气候变化和人类活动如何影响植被覆盖，但对特定气候驱动因素和人类影响如何共同影响植被健康和生产力的清晰定量分析仍然有限——特别是在像伊朗这样环境条件高度多样化的广阔空间尺度上，那里的生态系统从超高干旱地区到湿润森林地区都有（Heydari Alamdarloo et al., 2020）。

植被健康指数（VHI）和净初级生产力（NPP）是广泛使用的指标，它们反映了植被状况的不同但互补的方面（Kamangar et al., 2023）。VHI提供了植被活力和压力水平的综合测量，使其成为干旱和环境监测的宝贵工具（Hang et al., 2024）。另一方面，NPP代表碳同化和生物量生产，有助于了解生态系统生产力（Cao et al., 2020; Wu et al., 2020）。了解这两个植被指标（VIs）如何响应气候波动对于评估生态系统韧性至关重要（Ahmadi et al., 2016, Yang et al., 2023）。此外，标准化降水蒸发蒸腾指数（SPEI）结合了降水和潜在蒸发蒸腾量，已成为一种广泛使用的指标，因为它能够跨多个时间尺度进行干旱评估（Wang et al., 2024, Dehghan Rahimabadi et al., 2024a）。

遥感（RS）和地理信息系统（GIS）可以监测大范围和长时间段的复杂模式（Kazemzadeh and Malekian, 2018, Ghasemi Karakani et al., 2021, Deng et al., 2024）。将GIS与RS数据结合使用可以结合这两种技术的优势（Ba et al., 2023），从而更准确地监测植被状况，支持复杂的建模，并通过提供有价值的数据来增强环境监测的决策制定（Jahelnabi et al., 2020, Ali et al., 2024）。气候变化对植被的影响通常通过相关性分析进行评估，为了区分这些效应和人类活动的影响，研究人员采用残差趋势分析（RTA）方法（Gedefaw et al., 2021）。人类活动影响植被动态，但这种影响在远离人类活动区域且没有人口的地方会消失，在这些地方植被仅受气候变化影响（Dehghan Rahimabadi and Azarnivand, 2023）。此外，人类活动在不同景观中的影响不同，同样的活动在不同的景观中可能有不同的影响（Yi et al., 2021）。

然而，仍然缺乏全面和定量的评估，以识别气候驱动因素和人类活动对植被健康和生产力的综合影响。为了解决这一差距，本研究（1）分析了VHI和NPP与多时相SPEI之间的关系；（2）通过偏相关性评估降水量和温度对这些植被指标的影响；（3）通过RTA方法量化气候变化与人类活动在塑造伊朗植被健康和生产力方面的相对重要性。研究结果旨在为了解伊朗的植被状况和生态系统功能提供清晰有效的见解，以支持在气候变化下的更明智的环境管理。

研究区域

研究区域包括伊朗，其面积为1648195平方公里，位于西南亚的25°-40°N和44°-63°E之间（图1a）。伊朗主要以山地地形为特征，平均海拔超过1250米（Choubin et al., 2018）（图1b）。地形和环境因素是植物物种分布和多样性的关键驱动因素。具体来说，北部地区的植物多样性最高，而南部地区主要由

VHI和NPP的时空动态

伊朗各地的月度VHI和NPP表现出显著的空间变异性。平均VHI的空间分布显示，北部地区的值最低，西部和南部地区的值相对较高，范围从2.85%到99.38%。大约79.13%的地区的VHI值在40%到60%之间。里海沿岸地区的平均VHI最低（< 40%），而VHI值为60%的地区仅占整个面积的1.79%。

讨论

干旱是世界上许多地区植被状况和生产力的主要威胁（Li et al., 2024），长期降水不足会严重影响自然和人工植被覆盖，通常导致作物产量减少、生态系统退化和生物多样性丧失（Joneidi Jafari et al., 2025）。本研究调查了伊朗前二十年期间植被与多时相SPEI之间的联系

结论

本研究分析了2001年至2020年间伊朗植被干旱和生产力的时空变化，重点关注气候变化如何影响这些变化。这些见解对于维持农业生产力、确保粮食安全和增强我们对生态系统碳循环的理解至关重要。

主要结论如下：i) VHI在半干旱/干旱（SH/SA）地区的平均值最高。尽管里海沿岸地区的平均VHI最低，但它表明

未引用的参考文献

Abbas et al., 2020, Alavinia and Zarei, 2021, Bi et al., 2023, Burka et al., 2024, Chang et al., 2022, Li et al., 2024b.

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影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了甘肃省博士后资助项目——省人力资源和社会保障部门（E539880124）的支持。此外，作者还感谢甘肃省重大科技项目-国际合作项目（22ZD6WA036）以及中华人民共和国人力资源和社会保障部的国家外国专家个人项目（H20240314）对本研究的支持。同时，他们也感谢所有参与人员