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本研究量化了黄河流域（Yellow River Basin, YRB）2001-2020年间植被归一化植被指数（NDVI）的时空变化，并评估了有效降水（EFPR）、活动积温（ACTE）等气候因子以及城市化、造林等人类活动对其变异的贡献。结果表明，流域超过90%的区域NDVI呈现“绿化”趋势，气候因子和人类活动的贡献率分别占35%和65%，其中人类活动是驱动植被变化的主导因素，但在高海拔源区则以气候因子为主。研究揭示了不同子流域（上、中、下游）植被动态的主导驱动机制异质性，为生态脆弱区植被恢复与可持续管理提供了量化依据。
1 引言
植被作为连接生态系统与气候变化的纽带，其生长、功能及分布格局深受气候变化和人类活动的影响。在全球及区域尺度上，自2000年以来植被呈现显著的“绿化”趋势，尤其是在裸地与稀疏植被区。然而，传统的归一化植被指数（NDVI）分析往往难以完全解释其时空变异背后的驱动机制。一个重要研究缺口在于识别影响NDVI的直接生理制约因子：并非总温度而是≥10℃的活动积温（ACTE）调控着植物的热生态位与物候周期；并非总降水量而是有效降水（EFPR）决定着植物代谢实际可用的水分。此外，水热因子之间的复杂交互往往掩盖了各自的独立效应，简单相关分析不足以剥离这些驱动因素，需要采用偏相关与复相关等更严谨的量化方法。同时，土地利用变化（如城市化、造林等人类活动）也在改变陆地植被动态。现有研究多聚焦于植被活动对驱动因子的敏感性，而对气候与人类活动因素的定量贡献评估仍相对有限。因此，亟需理解植被格局的时空变化及其与气候变化和人类活动的关系。
黄河流域（YRB）作为中国北方重要的生态屏障，其植被对环境变化极为敏感。本研究旨在量化水热条件（EFPR与ACTE）和人类活动（夜间灯光、林地、耕地）对流域植被变化的影响。区别于既往研究，本研究目标为：（a）识别过去20年（2001–2020年）黄河流域陆地植被的时空格局；（b）分别量化气候与人类活动因子对植被活动的贡献；（c）探究影响植被变异和空间格局的主要驱动力。
2 研究区概况
黄河流域位于中国中东部，总面积约7.9×105km2，地势西高东低，海拔范围1-6,188米，自西向东横跨青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和黄淮海平原。流域大部分地区属于典型的东亚季风气候区，表现为温带大陆性季风气候，自西北向东南呈现出干旱、半干旱和半湿润的气候梯度。主要植被/土地利用类型包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地。
3 材料与方法
3.1 数据
NDVI数据：采用Terra MODIS卫星的MOS13Q1.006植被指数产品（空间分辨率250 m），时段为2001–2020年，采用最大值合成法和ArcGIS平台获取年尺度NDVI。
ACTE与EFPR数据：基于中国气象信息中心提供的流域内100个气象站2001–2020年的日降水与温度数据计算。活动积温（ACTE）为日平均温度≥10℃的逐日累积值，10℃被广泛认为是温带植被进行活跃光合作用的生物学零点。有效降水（EFPR）指渗入土壤并被作物根系利用的降水部分，计算公式为EFPR=∑(μPi)，其中Pi为日降水量，μ为降水有效利用系数，其值随月降水量变化。
夜间灯光数据：采用DMSP-OLS数据集（2000–2013年）表征人类活动空间变化。
其他数据：整合国家统计局农业与林业统计数据、资源环境科学与数据中心（RESDC）的土地利用数据（2001–2020年，分辨率1 km）以及地表人为热通量（AHF）数据。
3.2 方法
线性回归与趋势分析：采用线性回归法计算NDVI、ACTE和EFPR的年际变化趋势（斜率），并通过F检验评估趋势的显著性。
偏相关与复相关分析：分别计算NDVI与EFPR、ACTE的偏相关系数及NDVI与气候因子的复相关系数，以量化气候因子对NDVI的独立与综合影响。
气候驱动因子界定：基于复相关系数（FCLI）及NDVI与EFPR（CEPR）、ACTE（CACT）的偏相关系数，依据设定标准界定主导气候因子（如主要受EFPR驱动、受ACTE驱动、受两者共同作用或气候驱动较弱）。
气候与人类活动贡献的量化：通过构建多元线性回归残差法，将NDVI变化趋势分解为气候贡献部分和人类活动贡献部分。计算公式为：dNDVI/dt = ε1(dEFPR/dt) + ε2(dACTE/dt) + RES，其中ε1(dEFPR/dt)和ε2(dACTE/dt)分别代表EFPR和ACTE的动态贡献，RES残差项则归因于人类活动。依据NDVI变化趋势斜率及气候、人类活动贡献值的正负组合，定义了六种情景（GCH、GC、GH、BCH、BC、BH）并计算各自的贡献率。
4 结果
4.1 NDVI的时空变化
2001–2020年间，黄河流域NDVI整体呈现显著增加趋势（slope = 0.055/10a，p < 0.05）。流域超过90%的区域NDVI呈上升趋势，平均增长速率为每十年0.055。子流域比较显示，中游（MB_YRB）绿化速率最高（0.0074/10a），下游（LB_YRB）平均NDVI值最高（0.762）。空间上，高NDVI值（>0.7）主要分布在下游及黄河源区部分区域，低NDVI值（<0.3）约占15%，集中于上游高寒干旱区。NDVI变化呈现显著的空间异质性，与经度、纬度和海拔存在复杂关联。在102.5°E–105°E和115°E–120°E经度带内NDVI随经度增加呈下降趋势，而在95°E–102.5°E和105°E–115°E则呈上升趋势。NDVI随纬度增加显著下降（每度减少0.056），在海拔1500–3500米之间NDVI随海拔升高而增加（每百米增0.02），高于3500米或低于1500米则呈下降趋势。约50%的区域NDVI呈显著（p < 0.05）增加，主要分布在中游地区；约10%区域NDVI呈下降趋势，零星分布于下游部分地区、中游东南部（如伊洛河流域）及上游黄土高原部分地区。分阶段（2001–2010年与2011–2020年）对比显示，约67%的像元在两个阶段均呈增加趋势，而趋势由增转减或由减转增的像元分别占16%和14%。
4.2 NDVI与主要水热条件的关系
2001–2020年间，流域ACTE与EFPR整体呈暖湿化趋势（ACTE斜率=7.9 °C/10a，EFPR斜率=3.35 mm/年）。空间上，约87%和89%的区域ACTE与EFPR呈上升趋势，但显著上升（p < 0.05）的区域比例分别为20%和8.5%。下降趋势区主要分布于流域北部及中游局部（如伊洛河流域）。
复相关分析表明，约34%的区域NDVI与气候因子（ACTE和EFPR）的复相关关系显著，主要分布于上游的甘肃东南部、宁夏西南部、鄂尔多斯高原及河套平原，以及中游的渭河-泾河流域和吕梁山区。偏相关分析显示，约70%的像元中NDVI与EFPR呈正相关（其中15%显著正相关），与ACTE的正相关区域亦广泛分布。主导因子识别结果显示，约45%的植被覆盖区NDVI变异显著受气候因子驱动，其中以EFPR为主导的区域占27%，以ACTE为主导的占8%，受两者共同驱动的区域占10%。
4.3 NDVI与人类活动的关系
夜间灯光（NL）趋势分析表明，自2001年以来流域城市化进程显著，超过20%的区域NL呈显著上升趋势。NDVI与NL趋势的散点图分析显示，约82%的显著变化像元中两者同步增加（象限I），表明城市化进程中部分区域植被仍呈“绿化”；约18%的像元显示城市化对NDVI产生负向影响（象限II和IV）。2000–2020年间，流域建设用地面积扩张了约65%，主要占用耕地、林地和草地。
林业与农业统计数据显示，2011–2020年间流域森林面积较前一时期增长了8.6%，累计造林面积占现有森林面积的22.4%，这得益于“三北”防护林、天然林保护和退耕还林等重大生态工程的实施。同期，尽管耕地收获面积仅微增5.5%，但粮食总产量增长了约25%，这主要归因于有效灌溉面积的扩大（增长16.4%）和化肥使用量的增加（增长24.7%）。空间上，山东省与河南省的粮食产量显著提升，山西省的森林覆盖率大幅增加。
4.4 气候与人类活动对NDVI变化的贡献
在NDVI显著变化的区域，气候因素（CLCH，即EFPR与ACTE的综合贡献）和人类活动（HUAC）对NDVI变化趋势的平均贡献值分别为每十年0.019和0.036，贡献率分别约为35%和65%，表明人类活动是驱动黄河流域植被变化的主导因素。空间分布上，气候因子对NDVI有正向贡献（CLCH > 0.01/10a）的区域约占72%，主要分布在渭河-泾河区域及黄河干流陕-晋段。人类活动正向贡献（HUAC > 0.04/10a）的区域约占70%，集中分布于中游的黄土高原及吕梁山地区；仅在西安、郑州、西宁等城市群及黄河源区部分地段，人类活动导致了植被“褐化”。
在NDVI变化显著的区域，约94%的植被“绿化”由气候与人类活动共同驱动；约2%的植被“褐化”同样由两者共同导致，主要分布于城市区域。仅由气候因子或仅由人类活动驱动NDVI增加的区域各占约1%和3%。分区贡献分析进一步揭示了驱动机制的异质性：在黄河源区，人类活动的贡献率低于20%，气候因子是主导驱动力（贡献率>60%）；而在中游流域，人类活动的贡献率接近80%，成为最主要的驱动因素。
5 讨论
气候与人类活动共同驱动了黄河流域的植被生长。在黄河高海拔源区，气候因子（尤其是水热条件）是NDVI显著变化的主要驱动者。在中游（MB_YRB）和下游（LB_YRB），人类活动（如生态工程、农业集约化）是驱动植被“绿化”的主要因素。研究强调，在生态脆弱区制定植被恢复与土地管理策略时，必须考虑这种空间异质性。仅在西安、郑州、西宁等城市群区域，人类活动（主要表现为城市扩张）与植被“褐化”相关。本研究通过量化气候与人类活动对NDVI变异的贡献，为理解黄河流域陆地生态系统与环境的相互作用提供了坚实的理论基础，并为区域生态保护与可持续发展政策的制定提供了科学依据。
