青藏高原青海湖流域植被覆盖度时空动态及其驱动机制研究

《Frontiers in Plant Science》：Vegetation dynamics and its driving force in the Qinghai Lake Basin, China

　　本综述系统分析了2001–2022年青藏高原东北部青海湖流域植被覆盖度（FVC）的时空演变特征，综合运用遥感数据与地理探测器模型，揭示了气候变化（温度、降水）和人类活动（放牧强度、土地利用）对植被的交互影响，并阐明了地形（海拔、坡度）通过调节水热条件产生的间接作用，为高寒半干旱生态系统的保护与恢复提供了科学依据。

　　

引言

青海湖流域作为青藏高原东北部最大的内陆封闭盆地，生态系统脆弱且对全球气候变化高度敏感。植被作为维持水文循环和调节水资源的关键介质，其动态变化不仅反映生态系统健康状况，还直接影响碳氧平衡、气候调节及生物多样性保护。以往研究多关注单一植被指数（如NDVI）而忽略了多因子交互作用，特别是地形要素对气候因子的调节机制。本研究利用长时间序列MODIS-EVI数据，结合多源环境与人类活动数据，旨在深入揭示青海湖流域植被覆盖的时空格局、地形效应及驱动机制。

材料与方法

研究采用MOD13Q1 EVI数据，通过最大值合成法（MVC）和像元二分模型估算FVC，并利用Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall检验评估变化趋势。地形分布指数用于量化不同地形条件下FVC变化的优势分布，地理探测器（q统计量）和偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）则用于解析气候、地形、土壤及人类活动等多因子的直接与间接作用路径。所有数据统一至250米空间分辨率，并经过标准化和离散化处理以满足模型要求。

结果与分析

FVC时空变化特征

2001–2022年间，青海湖流域FVC呈显著上升趋势（斜率1.38×10^-3/年），多年平均值为0.53。空间上，低覆盖度（0.00–0.20）和中低覆盖度（0.20–0.40）区域占30.83%，主要分布于湖区西部和东岸；中高（0.60–0.80）和高覆盖度（0.80–1.00）区域占46.15%，集中于流域中部及青海湖南岸带状区域。显著改善区域（18.02%）位于流域西北部和布哈河中下游，显著退化区域（5.40%）则分布于湖区北部和东部。转移矩阵分析表明，FVC等级转换主要发生于相邻等级间，整体呈现低向高等级转化趋势，但局部高覆盖区域存在退化现象。

地形对FVC的影响

地形要素通过调节水热条件显著影响FVC分布：海拔3500–3800米范围内FVC达到峰值，且离散度随坡度增加而增大；阴坡和半阴坡主导高FVC分布。植被改善类型集中于低海拔、缓坡和阴坡，而退化类型多见于中低海拔、陡坡及阳坡。地形分布指数（K值）分析进一步证实，植被改善在低海拔和阴坡占优势（K>1），退化则在中海拔和阳坡更显著。

驱动因子作用机制

地理探测器显示，单因子解释力排序为：海拔（q=0.42） > 温度（q=0.41） > 土地利用 > 放牧强度 > 土壤有机碳（SOC） > 土壤类型 > 降水 > 坡度 > 人口密度 > 坡向。因子交互作用均呈增强效应，其中温度与降水交互作用最强（q=0.59）。PLS-SEM模型表明，气候因子（总效应0.46）和地形因子（总效应-0.46）主导FVC变化，土壤和人类活动因子分别贡献0.35和0.26。气候因子以直接正效应为主（路径系数0.44），而地形主要通过调节水热条件（如温度与降水）产生间接负效应。各因子存在最优范围：海拔3400–4100米、降水325–550毫米、温度-6至0°C，超出该范围则抑制FVC。

时间尺度驱动演变

2001–2022年间，气候因子的直接促进作用减弱，而人类活动的正向效应增强。生态保护政策（如禁牧、退牧还草）的实施有效促进了植被恢复，但局部区域因气候暖湿化导致的蒸发加剧和水分胁迫仍引发退化风险。

讨论

青海湖流域FVC变化受“气候主导-地形调节”协同机制驱动。温度与降水通过协同作用影响FVC，且温度作用更显著；海拔通过改变水热空间分布间接调控气候因子效应。人类活动的积极影响日益凸显，合理管理措施（如季节性放牧、有机肥施用）可促进高海拔和陡坡区域植被恢复。本研究为高寒生态系统适应性管理提供了多因子交互作用的理论依据。

结论

青海湖流域植被覆盖整体改善但局部退化，地形要素通过水热调节显著影响FVC空间分异。气候与人类活动是时序变化的主控因子，多因子交互效应凸显了系统性生态管理的必要性。未来需重点关注中海拔阳坡等退化敏感区，实施基于水热优化范围的精准生态修复策略。