《Agricultural and Forest Meteorology》：How resilient are China’s forest conservation and restoration efforts against drought risks? Empirical evidence from nearly two decades of forest management in China
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中国通过森林保护（FC）和森林恢复（FR）显著增加森林面积，但极端干旱事件下两者抗逆性差异及驱动机制不明。本研究量化评估FC与FR的干旱韧性（稳定性、抵抗力、恢复力），结合机器学习揭示关键驱动因素，发现FC整体抗逆性更强，FR恢复力更具优势，且气候与非气候因素对两者影响差异显著。
牛帅|胡叶翠|高梦文|王杰|白玉萍
中国地质大学土地科学技术学院，北京100083，中国
摘要
通过森林保护（FC）和森林恢复（FR）管理措施，中国显著增加了森林面积，为全球绿化和碳封存做出了巨大贡献。然而，在频繁发生的极端干旱事件的背景下，这些管理模式在应对干旱风险方面的差异及其驱动机制仍不明确。为此，本研究利用干旱韧性（包括稳定性、抵抗力和恢复力）来定量衡量2000年至2020年间FC和FR的差异特征，并采用机器学习算法揭示这些差异背后的关键驱动因素。研究结果表明：(1) 以天然林为主的FC具有较高的整体干旱韧性，而以人工林为主的FR则表现出更大的干旱脆弱性，但其恢复力方面具有一定优势。(2) 不同地理区域的干旱韧性也存在显著差异，总体趋势为南部地区（SC）>北部地区（NC）>青藏高原（TP）。(3) FC和FR在不同地理区域的干旱韧性主要受气候变量影响，但非气候变量对FR的干旱韧性影响更大。我们的研究突出了不同森林管理模式在应对干旱风险方面的显著差异，强调了制定有针对性的森林适应管理策略的必要性。这为气候变化背景下的全球森林干旱风险预防和可持续发展提供了重要参考。
引言
森林作为最广泛和资源最丰富的陆地生态系统之一，覆盖了全球约31%的陆地面积。它们在气候调节、碳封存、水资源保护以及生物多样性维护方面发挥着不可替代的作用（Mai等人，2025年）。近年来，全球范围内大力推广大规模森林管理计划，特别是联合国的森林战略计划的实施，有效促进了森林生态系统的可持续发展（Ge和Lin，2024年；Marshall等人，2023年）。中国实施了以森林保护和森林恢复（FR）为中心的两项主要森林管理策略（即减少原始森林采伐和增加人工林覆盖率），成为全球森林战略维护的重要贡献者（Hu等人，2024年；Peng等人，2023年）。然而，在全球变暖的背景下，干旱的强度、频率和持续时间达到了前所未有的水平（Yin等人，2022年）。干旱事件被视为破坏森林生长的主要灾害因素，严重影响光合作用，降低生长能力，并威胁植被存活（G.L. Li等人，2025年；L. Zhang等人，2025年）。同时，由于FC和FR管理模式在组成成分、生理结构和水文条件上的差异，它们在抵抗干旱风险方面的表现也存在显著差异（Ma等人，2025年）。因此，系统探讨FC和FR对干旱事件的响应特征对于制定有效的森林管理措施以减轻这些事件的影响具有重要意义。
一般来说，FC是指针对现有森林生态系统采取的保护措施，防止主要由原始森林组成的区域受到破坏或干扰（Hu等人，2025年；Peng等人，2023年）。而FR则主要通过植树造林等方式增加人工林覆盖率（Peng等人，2023年）。多项研究表明，与FR相比，FC具有更强的生态系统结构、丰富的水文条件和更高的物种多样性，这使其能够在极端干旱冲击下及时调节水分，维持原有的水分平衡（Sun等人，2024年）。相比之下，FR通常追求增加森林覆盖率的单一量化目标，过度依赖单一树种并采用高种植密度，导致大量消耗区域水资源，显著降低水分利用效率（Sun等人，2024年）。因此，广泛认为FC比FR更耐旱（Wang等人，2024年）。然而，一些研究指出，由于FC具有强大的水分调节能力，可能无法承受极端天气事件带来的干旱阈值，这需要打破原有的水分平衡来减轻干旱风险（Fernández等人，2009年）。而FR由于树种选择的适应性、结构多样性和管理实践的灵活性，可以有效提高区域水分利用效率，减轻干旱事件造成的损害（Novick等人，2024年；Pérez-Romero等人，2025年）。这些有争议的结论使得难以准确判断FC和FR在变化环境中的耐旱能力。因此，系统比较FC和FR对干旱的不同响应是必要的，这为实施差异化的森林管理策略以适应极端干旱事件提供了科学依据。
在研究森林生态系统对干旱的响应时，生态系统会利用自我调节机制来应对干旱干扰，表现出复杂的非线性反馈过程。这表明森林生态系统具有一定的“韧性”（Anderegg，2015年）。1973年，学者首次提出了“生态韧性”的概念，强调生态系统在外部干扰后维持其结构和功能的能力（Trenbath，1999年）。具体来说，干旱是一种外部干扰事件。在干旱发生之前，森林生态系统具有保持结构稳定的能力（Brando等人，2010年）。在干旱期间，生态系统表现出一定的抵抗力，而森林生长则呈现下降趋势（Misson等人，2011年）。在干旱后期，由于时间滞后效应，森林具有吸收干扰并逐渐恢复到某种平衡状态的能力（Huang和Xia，2019年）。因此，森林生态系统的干旱韧性可以通过三个维度进行全面评估：稳定性（干旱前维持结构和功能稳定的能力）、抵抗力（干旱期间抵抗外部干扰的能力）和恢复力（干旱后期恢复到正常功能的速度）（Kumi等人，2025年；M. Zhu等人，2025年）。然而，当前的研究主要通过稳定性、抵抗力和恢复力等单一维度来解释森林对干旱的响应，对综合维度的定量研究较少（G.L. Li等人，2025年）。同时，研究大多局限于整个森林生态系统，缺乏在更大规模上比较FC和FR管理方法下干旱韧性的研究（Ma等人，2025年；Wei等人，2025年）。因此，迫切需要建立一个综合的干旱韧性评估框架，系统比较FC和FR之间的差异。
值得注意的是，研究人员越来越认识到探索影响干旱韧性的关键驱动因素对于森林生态系统的可持续发展和管理至关重要（Wang等人，2025年）。现有研究表明，包括水分因素在内的气候变量被认为是干旱韧性的主要决定因素（Wei等人，2025年；M. Zhu等人，2025年）。例如，降水（PRE）作为大气水分需求的指标，可以通过调节气孔导度和木质部导度直接影响森林生态系统中的光合作用和蒸腾作用（Cheng等人，2025年）。此外，地形条件、土壤质地、森林本身因素以及人类活动也可能直接或间接影响干旱韧性的表现，尤其是在FC和FR的系统性比较研究中（Wang等人，2025年）。同时，我们注意到影响干旱韧性的因素存在地域差异。例如，在干旱或半干旱地区，降水等水文因素在塑造干旱韧性方面起着特别重要的作用（Gong等人，2025年）。这些地区的森林生态系统通常依赖及时的降水补充来维持其生态功能。而在湿润地区，气候因素的影响相对较弱，土壤质地、地形等因素变得更加重要。这些因素通过影响水分保持和森林适应性进一步调节森林的干旱韧性（Li等人，2026年）。然而，当前的研究尚未充分考虑这些因素在不同地理区域对干旱韧性的综合影响，也没有通过先进的机器学习算法进行有效探索，这仍然是一个亟待关注的关键问题。
在过去二十年里，中国实施了一系列FC和FR项目，使得区域植被覆盖率持续增加，成为中国最大的陆地碳汇之一（Ma等人，2024年）。在此期间，中国经历了严重且频繁的干旱事件，这些事件削弱了通过森林管理策略取得的显著成果，并对全国不同地理区域的植被产生了不同影响（Ding等人，2022年）。例如，研究表明，与中国北部地区（NC）和青藏高原（TP）等干旱地区相比，中国湿润的南部地区（SC）的森林生态系统对干旱的韧性更强（Wei等人，2025年）。更重要的是，中国政府计划进一步加强FC和FR的管理，以实现更高的碳封存水平（G.L. Li等人，2025年）。因此，在未来干旱日益普遍的背景下，明确中国不同地理模式下干旱韧性的差异响应至关重要。
总之，本研究系统探讨了中国森林生态系统中FC和FR两种管理模式在不同地理条件下的干旱韧性响应及其相应驱动因素。具体来说，我们试图回答以下问题：(1) 2000年至2020年间FC和FR在中国的时空分布模式是什么？(2) FC和FR的干旱韧性（包括稳定性、抵抗力和恢复力）表现出哪些时空特征？(3) 哪些因素（包括气候、地形、土壤、森林结构和人类活动）影响FC和FR的干旱韧性？通过回答这些问题，我们旨在为在气候变暖背景下提高FC和FR的干旱韧性提供科学依据，并为制定有针对性的抗旱造林策略提供理论支持。
研究区域
中国是一个面积约为960万平方公里的辽阔国家，地形从西向东倾斜。由于其境内复杂的山脉和多样的地貌，中国地理学家将全国划分为三个典型的生态地理区域：北部地区（NC）、南部地区（SC）和青藏高原（TP）（图1a）（Wei等人，2025年）。该地区的气候条件变化丰富，从南部到北部呈现出从湿润到干旱的梯度变化
FC和FR的空间分布模式
在中国，2000年至2020年间未发生变化的森林面积为186.9万平方公里。其中，受到干扰损失的面积为72.05万平方公里，表明实际的FC面积为114.2万平方公里（图3a）。其中，中国的南部地区（SC）的森林损失最为严重，占总损失的56%（图3b）。最终确定的FC区域主要分布在南部地区（SC）和北部地区（NC），占
FC和FR在应对干旱压力时表现出明显的不同生态韧性模式
多项研究表明，过去二十年里，中国实施了一系列国际公认的FC和FR项目，使其成为全球增长最快的绿色区域之一，也是增加碳汇能力最显著的贡献者之一（Hu等人，2025年；Yuan等人，2024年）。我们的研究结果完全支持这一观点，同时也发现中国的FC面积远大于FR面积。尽管如此，FR对植被绿化的贡献仍然显著
结论
本研究系统比较了FC和FR在干旱韧性方面的差异特征，并确定了影响两者干旱韧性的关键驱动因素。研究发现，以天然林为主的FC在应对干旱风险方面具有较高的整体韧性，而以人工林为主的FR虽然整体韧性较低，但其恢复力方面具有一定优势。在不同地理区域，干旱韧性表现出
作者贡献声明
牛帅：写作 – 审稿与编辑，撰写初稿，可视化，验证，监督，资源获取，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。胡叶翠：写作 – 审稿与编辑，验证，监督，项目管理，调查，资金获取，正式分析，概念化。高梦文：软件，资源，方法论，调查，数据管理，概念化。王杰：验证，监督，软件
