目錄

文章簡介

01?文章摘要

02?研究背景、目標(biāo)及創(chuàng)新點

2.1 研究背景

2.2 研究現(xiàn)狀

03?研究區(qū)域與數(shù)據(jù)集

3.1 研究區(qū)域

3.2 研究數(shù)據(jù)

04?研究方法

4.1 趨勢分析

4.2 殘差趨勢分析

4.3 偏相關(guān)

4.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價

4.5 約束線的定義和提取

05?研究結(jié)果

5.1 植被動態(tài)與ERPs的貢獻

5.2 實施生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化

5.3 植被覆蓋對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的約束效應(yīng)

06?研究討論

6.1 生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）和氣候變化對青藏高原（QTP）植被動態(tài)的交互影響

6.2 植被覆蓋對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)限制效應(yīng)的內(nèi)在機制

6.3?對可持續(xù)生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）的啟示

6.4?局限性及未來研究

07?研究結(jié)論

08?文章引用????????????????

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文章簡介

論文名稱：Vegetation cover dynamics and its constraint effect on ecosystem services?on the Qinghai-Tibet Plateau under ecological restoration projects（青藏高原生態(tài)恢復(fù)項目下植被覆蓋動態(tài)及其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的約束效應(yīng)）

第一作者及其單位：Zhongxu Zhao（中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所）

通訊作者及其單位：Erfu Dai（中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所）?

文章發(fā)表期刊：《Journal of Environmental Management》（中科院2區(qū)Top期刊|最新影響因子：8.7）

期刊平均審稿速度：6.2個月（參考）

文章關(guān)鍵詞：生態(tài)恢復(fù)項目;恢復(fù)閾值;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);約束線;高山生態(tài)系統(tǒng)

01?文章摘要

????????世界范圍內(nèi)實施生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）旨在恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)，促進生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。近年來，一系列生態(tài)恢復(fù)項目已在青藏高原（QTP）獨特的高山生態(tài)系統(tǒng)中實施，以增強植被覆蓋。然而，目前對生態(tài)恢復(fù)項目生態(tài)效益的評估相對單一，未來生態(tài)恢復(fù)項目實施的規(guī)模和范圍無法確定。該研究量化了自生態(tài)恢復(fù)項目實施以來歸一化植被指數(shù)（NDVI）的趨勢。評估了生態(tài)恢復(fù)項目實施前后四種主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化，包括防風(fēng)侵蝕、保持土壤、水資源產(chǎn)量和凈初級生產(chǎn)力（NPP）。進一步利用約束線方法探討了NDVI與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系，以確定NDVI作為生態(tài)恢復(fù)項目實施的閾值參考。結(jié)果顯示：（1）自生態(tài)恢復(fù)項目實施以來，QTP區(qū)域的NDVI顯著增加了21.80%。（2）生態(tài)恢復(fù)項目實施后，2000年至2020年平均總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)（TES）從0.269增加到0.285。土壤保持和水資源產(chǎn)量平均增加，但NPP和防沙能力略有下降。（3）NDVI對土壤保持和NPP沒有顯著的約束效應(yīng)，但對防風(fēng)侵蝕和水資源產(chǎn)量有顯著的約束效應(yīng)。（4）NDVI對TES的約束線呈S型。生態(tài)恢復(fù)項目實施后，當(dāng)NDVI為0.65-0.75時，TES逐漸達到閾值。我們的研究結(jié)果確定了生態(tài)恢復(fù)項目的顯著貢獻以及植被覆蓋對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的約束效應(yīng)的閾值，可為政府制定可持續(xù)的生態(tài)恢復(fù)項目提供參考。

02?研究背景、目標(biāo)及創(chuàng)新點

2.1 研究背景

????????隨著人類活動的加劇和生態(tài)系統(tǒng)的不斷退化，全球范圍內(nèi)面臨著嚴(yán)重的環(huán)境問題，如水土流失、生物多樣性喪失等，這些問題對人類福祉產(chǎn)生了負(fù)面影響。為了解決這些問題，全球各地開始實施生態(tài)恢復(fù)項目，旨在恢復(fù)受損的生態(tài)系統(tǒng)并改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。然而，不同地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)項目效果存在差異，需要深入研究和評估。

2.2 研究現(xiàn)狀

????????目前已有大量的研究關(guān)注生態(tài)恢復(fù)項目的效果及其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。全球范圍內(nèi)已經(jīng)實施了各種生態(tài)恢復(fù)項目，并對其效果進行了評估。在中國，政府實施了一系列大規(guī)模的生態(tài)恢復(fù)項目，如退耕還林工程、天然林保護工程等，已經(jīng)取得了一定的成效。然而，由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性，生態(tài)恢復(fù)項目的效果存在一定的不確定性和差異性。盡管已經(jīng)進行了大量的生態(tài)恢復(fù)項目，并對其效果進行了評估，但在全球范圍內(nèi)和特別是中國的一些地區(qū)，仍然存在一些研究空白。首先，盡管已經(jīng)有許多關(guān)于生態(tài)恢復(fù)項目的效果評估，但對于其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的具體影響仍有待深入研究，尤其是在不同地區(qū)和不同生態(tài)系統(tǒng)類型下的影響差異。其次，對于生態(tài)恢復(fù)項目的長期效果和可持續(xù)性問題，仍然缺乏系統(tǒng)的研究和分析。此外，對于生態(tài)恢復(fù)項目中各種恢復(fù)措施的效果及其相互關(guān)系的研究還比較有限，需要進一步探討。最后，對于如何在不同地區(qū)和不同生態(tài)系統(tǒng)類型下制定適合的生態(tài)恢復(fù)策略和措施，以及如何提高生態(tài)恢復(fù)項目的效率和效果，也需要更深入的研究和探討。

2.3 研究目的

????????該研究的目標(biāo)是：1）量化自執(zhí)行ERPs項目以來植被覆蓋變化的趨勢，比較項目啟動時和現(xiàn)在的情況，并分析ERPs在優(yōu)化植被覆蓋區(qū)域方面的貢獻；2）比較QTP實施ERPs前后關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化；3）確定植被覆蓋對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的閾值。研究結(jié)果將有助于確定植被覆蓋和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的最佳組合，并為未來的ERPs投資和實施提供參考。

03?研究區(qū)域與數(shù)據(jù)集

3.1 研究區(qū)域

????????青藏高原位于亞洲中部和中國西南地區(qū)，（北緯73°19′至104°47′，東經(jīng)26°00′至39°47′），總面積約為2.6 × 10^6平方公里，平均海拔超過4000米。青藏高原是全球海拔最高的自然地理單元，被稱為“世界屋脊”和“第三極”。作為亞洲多條大河的發(fā)源地，其自然環(huán)境對于區(qū)域水相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)至關(guān)重要。青藏高原的高山生態(tài)系統(tǒng)提供了碳儲存、氧釋放、氣候調(diào)節(jié)和生物多樣性維護等重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。青藏高原的土地利用以森林、草地和未利用地為主，草地是最主要的土地利用類型，其中高山草甸和高山草原是主要的草地植被類型。自上世紀(jì)80年代以來，青藏高原實施了多個生態(tài)恢復(fù)項目，包括草地保護和森林保護項目，旨在保護高山草地生態(tài)系統(tǒng)和森林資源。這些項目主要分布在西藏西部、青海南部、四川西部和高原東南地區(qū)。

圖1|(a) 三江源自然保護區(qū)的地理位置以及 (b) 數(shù)字高程和 (c) 土地利用的空間分布

3.2 研究數(shù)據(jù)

????????該研究的數(shù)據(jù)用于評估2000年至2020年間的植被覆蓋和氣候變化動態(tài)，以及四種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估模型參數(shù)的輸入。該研究利用了各種數(shù)據(jù)集，包括歸一化植被指數(shù)（NDVI）、土地利用和覆蓋、氣候、土壤特性和數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)（見表1）

表1|數(shù)據(jù)描述、分辨率和時間段

04?研究方法

???????植被覆蓋的變化受人類活動和氣候變化的共同影響。為了評估生態(tài)恢復(fù)工程計劃（ERPs）對植被恢復(fù)的貢獻，有必要將氣候因素和人類活動的影響分離開來。殘差趨勢法廣泛用于量化氣候變化和人類活動對植被覆蓋變化的貢獻。

4.1 趨勢分析

????????使用Theil-Sen趨勢分析和Mann Kendall非參數(shù)統(tǒng)計測試來測量植被覆蓋的長期變化趨勢。Theil-Sen趨勢用于反映時間序列數(shù)據(jù)的變化趨勢，Mann Kendall用于測試變化趨勢的顯著性。這種方法不要求數(shù)據(jù)遵循正態(tài)或線性分布，能夠有效去除噪聲干擾。公式如下：

????????其中，i和j是時間序列，Xj和Xi是第j年和第i年的NDVI。斜率的正值表示上升趨勢，負(fù)值表示下降趨勢。

4.2 殘差趨勢分析

????????殘差趨勢分析方法用于區(qū)分影響植被覆蓋變化的自然因素和人類活動因素。通過建立降水、溫度和NDVI之間的多元線性回歸模型，使用回歸模型參數(shù)計算預(yù)測NDVI（NDVIpre）。

????????其中，a和b分別代表NDVI觀測值對降水和溫度的回歸系數(shù)，c是回歸常數(shù)。NDVI觀測值與預(yù)測值之間的差異（NDVIres）反映了人類活動對植被變化的貢獻。公式如下：

?????????生態(tài)恢復(fù)工程計劃（ERPs）對植被恢復(fù)區(qū)（Slope NDVI > 0）的貢獻是根據(jù)NDVI pre和NDVI res的不同變化趨勢組合計算的。

4.3 偏相關(guān)

????????地理系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多因素系統(tǒng)。任何驅(qū)動因素的變化都會影響其他因素。雖然殘差趨勢法只能計算人類活動和氣候變化對NDVI變化的總體貢獻，但偏相關(guān)分析可以具體展示每個氣象要素對NDVI的影響，并分別量化溫度和降水的影響。在像素尺度上使用偏相關(guān)分析，探討溫度和降水與植被變化之間的關(guān)系。

4.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價

????????使用多個模型評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)：利用InVEST模型的SDR模塊，基于地形和氣候條件計算潛在土壤流失，結(jié)合管理和工程措施計算實際土壤流失，兩者差異即為土壤保持量；使用InVEST模型的水生產(chǎn)模塊，基于Budyko假設(shè)和降水?dāng)?shù)據(jù)的水熱耦合計算每單位柵格的水生成量；使用RWEQ模型，計算無植被覆蓋和有植被覆蓋條件下的土壤風(fēng)蝕，差異用于衡量風(fēng)沙控制能力；使用CASA模型，基于光合有效輻射（APAR）和光能利用效率計算植被生產(chǎn)力。為了綜合評估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力，對每個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行標(biāo)準(zhǔn)化，并計算總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)（TES）。在2000年、2005年、2010年、2015年和2020年五個階段評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，以全面檢驗ERPs實施前后的變化。詳細(xì)計算過程見補充材料。

4.5 約束線的定義和提取

????????在復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)中，生態(tài)系統(tǒng)變量之間的關(guān)系受多種因素影響，數(shù)據(jù)點呈現(xiàn)分散的云狀分布。約束線從這種云狀分布中浮現(xiàn)，傳達生態(tài)信息。約束線方法用于消除多因素對響應(yīng)變量的影響，并揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的最大潛力。通過分位數(shù)劃分方法繪制NDVI與各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的約束線，將X軸上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)范圍分為100部分，選擇每列中的99.5%分位數(shù)作為邊界點，生成約束線并進行擬合，得到相應(yīng)的約束線。

05?研究結(jié)果

5.1 植被動態(tài)與ERPs的貢獻

（1）植被的動態(tài)空間分布

????????2000年至2020年，青藏高原（QTP）NDVI（歸一化植被指數(shù)）趨勢分析顯示（圖2a），NDVI顯著增加（P < 0.05，Slope>0）的區(qū)域集中在高原北部和東南部，占總面積的21.80%；顯著減少的區(qū)域（P < 0.05，Slope<0）主要在西藏那曲和青海海西，占3.78%。NDVI非顯著減少的區(qū)域（P > 0.05，斜率<0）主要分布在西藏和青藏高原東北部的新疆。

????????土地利用類型的NDVI變化分析顯示（圖2b），在農(nóng)田中，69.6%的區(qū)域NDVI呈增加趨勢，其中31.99%顯著增加。草地是主要的土地利用類型，64.75%的NDVI呈增加趨勢，其中顯著增加的部分占總草地面積的18.13%。

????????基于NDVI預(yù)測值與實際值的殘差分析表明，人類活動對NDVI變化的貢獻顯著（P < 0.05）。2000年至2020年，NDVI殘差顯著增加的區(qū)域為4.25×10^5平方公里（圖2c），顯著減少的區(qū)域為1.29×10^5平方公里。ERPs（生態(tài)恢復(fù)項目）改善了21.71%的未利用地和16.40%的農(nóng)田（圖2d），以及12.85%的林地和13.79%的草地，主要改善區(qū)域為草地（1.92×10^5平方公里）、林地（5.80×10^5平方公里）和未利用地（3.47×10^5平方公里）。

圖2|(a) NDVI趨勢和(c) NDVI殘差趨勢的空間分布 (b) 每種土地利用類型中NDVI趨勢和(d) NDVI殘差趨勢的面積比例

（2）ERPs對植被恢復(fù)的貢獻

????????在NDVI顯著較高的地區(qū)中，主要由生態(tài)恢復(fù)項目（ERP）貢獻的區(qū)域分布在青藏高原的西北部和東南部（圖3）。其中，西北部是草地廣泛分布并實施了大量草地保護項目的區(qū)域。相反，東南部的主要植被是森林，該區(qū)域?qū)嵤┝嗽S多森林保護項目?？傮w而言，草地保護項目實施區(qū)域的NDVI改善具有零星但顯著的特征，而在森林保護項目區(qū)域，顯著的NDVI改善主要集中在青藏高原東南邊緣的四川和云南。在NDVI顯著改善的縣中，超過90%的縣生態(tài)工程貢獻了超過50%的NDVI改善，其中36.30%的縣中ERP貢獻了90%或更多的NDVI改善。

圖3|(a) 生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）對植被恢復(fù)貢獻的空間分布，(b) 各縣平均貢獻的空間分布

5.2 實施生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化

（1）單個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化

????????2000年至2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估發(fā)現(xiàn)，除了2005年外，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量保持穩(wěn)定趨勢（見表S1），因此我們選擇了2000年和2020年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行進一步檢查，分別作為未實施和實施后的ERP狀態(tài)。對2000年和2020年兩個時期的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行的配對樣本t檢驗結(jié)果顯示，整個地區(qū)的防風(fēng)固沙和蓄水量明顯增加（P <0.01）。相比之下，NPP的檢驗結(jié)果顯示總體呈下降趨勢（P <0.01）。

????????從2000年到2020年，青藏高原53.32%的地區(qū)風(fēng)蝕防治效果有所增加（圖4），增長集中在雅魯藏布江流域的拉薩和山南，以及怒江、瀾滄江和金沙江流經(jīng)的昌都和甘南地區(qū)。相反，西藏中部和西部的阿里和納曲，以及青海西北部的海西地區(qū)出現(xiàn)了明顯減少，與2000年相比，單位面積沙塵暴防治量減少了1千克或更多。

????????從2000年到2020年，青藏高原大部分地區(qū)的蓄水量增加（圖4），與2000年相比，61.78%的地區(qū)水量有所增加。增長主要集中在青藏高原東部，包括四川的阿壩和甘肅的甘南。相反，在青藏高原西北邊緣以及東南部的怒江和瀾滄江流域，一些地區(qū)的水量與2000年相比減少了100毫米以上。

????????從2000年到2020年，青藏高原51.14%的地區(qū)土壤保持能力增強（圖4）。增長高度集中在30°N和36°N之間的區(qū)域以及東經(jīng)85°W的多邊形區(qū)域，包括西藏北部、青海南部、四川西北部，以及山南和林芝的南部地區(qū)。土壤保持力減少的區(qū)域集中在青藏高原東南部和西部邊緣。

????????從2000年到2020年（圖4），青藏高原的NPP在總面積的43.12%的地區(qū)有所增加。在變化分布方面，增加的地區(qū)集中在高原的中部和東部，特別是在青藏高原東部的四川省的一些地區(qū)。2020年的單位NPP與2000年相比增加了50克或更多。明顯減少的區(qū)域分布在青藏高原東南部的山南和林芝地區(qū)。該地區(qū)一些地方的單位NPP與2000年相比減少了100克或更多。

圖4|2000年和2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布及其變化的空間分布

（2）TES的變化

????????TES是一個有效的指標(biāo)，能夠全面反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力。青藏高原的平均TES從2000年的0.269增加到2020年的0.285（見圖5）。TES顯著增加的區(qū)域集中在青藏高原東部的四川省。四川省大部分地區(qū)的TES平均增加了0.3或更多，增長率超過20%。該地區(qū)服務(wù)增長的空間分布與土壤保持服務(wù)和水量服務(wù)的顯著增長一致，表明該地區(qū)TES的增長主要得益于土壤保持和水量服務(wù)的改善。此外，TES增長區(qū)域廣泛分布在西藏北部和青海南部，平均TES增長了0.1或更多。TES減少的區(qū)域主要位于青藏高原的西部和北部。青海北部海西地區(qū)的一些地區(qū)TES減少了0.3或更多?？臻g分布與顯著減少的沙塵暴防治服務(wù)的區(qū)域一致，表明該地區(qū)TES的減少主要是由沙塵暴防治服務(wù)的退化引起的。

圖5|(a) 2000年和(b) 2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值（TES）的空間分布，以及(c)其變化的空間分布

5.3 植被覆蓋對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的約束效應(yīng)

（1）植被覆蓋對各個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的約束效應(yīng)

????????實施生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）前后，NDVI與沙塵暴防治的約束線呈駝峰形狀（圖6a和b）。在ERPs實施后，NDVI的閾值從0.1-0.2提高到0.4-0.5，且約束效應(yīng)顯著增加。NDVI與土壤保持的約束關(guān)系呈指數(shù)特征（圖6c和d），隨著NDVI增加，對土壤保持的約束效應(yīng)逐漸減少。ERPs實施前后，NDVI與土壤保持的約束線變化較小。NDVI與水量的整體約束線呈駝峰形狀（圖6e和f），ERPs實施前后的約束線不同，實施前擬合度更高，NDVI在0.4-0.5時達到閾值。NDVI與NPP的約束線呈指數(shù)特征（圖6g和h），隨著NDVI增加，對NPP的約束效應(yīng)逐漸減少。ERPs實施后，當(dāng)NDVI達到0.7時，對NPP的約束效應(yīng)顯著降低，NPP增長更為顯著。

圖6|2000年(a, c, e, g)和2020年(b, d, f, h)NDVI與各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的散點圖（藍點）、邊界點（紅點）和約束線（紅曲線）

（2）植被覆蓋對總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的約束效應(yīng)

????????NDVI與總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（TES）之間的約束線呈S形曲線（圖7），即隨著NDVI的增加，NDVI對TES的約束效應(yīng)先增強，后減弱，再次增強。在生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）實施之前，當(dāng)NDVI在0-0.2范圍內(nèi)時，NDVI的增加對TES有顯著的約束效應(yīng)，但在實施之后，這一過程不明顯。在ERPs實施前后，當(dāng)NDVI在0.2-0.8范圍內(nèi)時，NDVI上升對TES的約束效應(yīng)減弱。在實施ERPs之前，當(dāng)NDVI在0.7-0.8之間時，TES逐漸達到閾值。當(dāng)NDVI超過0.8時，NDVI對TES的約束效應(yīng)再次增強，TES減少。ERPs實施后，TES的閾值在NDVI為0.65-0.75之間達到。值得注意的是，與實施前相比，TES的閾值顯著增加，并且在比實施前閾值更小的NDVI值時達到。

圖7|2000年(a)和2020年(b)之間NDVI與TES的散點圖（藍點）、邊界點（紅點）和約束線（紅曲線）

06?研究討論

6.1 生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）和氣候變化對青藏高原（QTP）植被動態(tài)的交互影響

????????青藏高原（QTP）的高山生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化非常敏感。研究主要關(guān)注氣候變暖以及農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)強度增加對QTP植被動態(tài)的影響。該研究發(fā)現(xiàn)，那曲南部、拉薩北部和日喀則的植被指數(shù)（NDVI）顯著下降，一些研究將其歸因于氣候變暖和干燥。盡管這些地區(qū)實施了許多生態(tài)恢復(fù)項目（ERP），但由于氣候趨勢和高山地區(qū)植被恢復(fù)的難度，ERP效果不顯著。

????????對于QTP大部分地區(qū)，低溫是植被的主要限制因素。在水文條件穩(wěn)定的情況下，較高溫度可以延長植被生長季，增強ERP效果。例如，阿里和那曲北部的NDVI顯著增加，同時溫度也顯著上升，表明氣候變暖對植被恢復(fù)有積極影響。殘差趨勢法顯示，該地區(qū)NDVI改善的70%以上歸因于ERPs，表明在適宜氣候條件下，ERPs對植被恢復(fù)有顯著作用。川滇東南部高原地區(qū)的ERP對植被恢復(fù)的平均貢獻率也超過70%，在這些地區(qū)，溫度和降水量沒有顯著變化，表明在水分充足和氣候穩(wěn)定的地方，ERPs效果顯著。

????????殘差趨勢法廣泛用于區(qū)分人類活動和氣候變化對植被變化的貢獻。利用提取的NDVI增長區(qū)域，該研究量化了ERPs對QTP植被恢復(fù)的貢獻。盡管研究結(jié)果因年份、數(shù)據(jù)來源和模型方法不同而有所差異，但一致認(rèn)為氣候?qū)χ脖坏挠绊懘嬖陂撝敌?yīng)。溫度持續(xù)上升將增加植被呼吸作用，如果水資源不足，將導(dǎo)致植被退化。同步增加的降水和溫度將促進高山植被生長，但過度降水可能導(dǎo)致土壤侵蝕和養(yǎng)分流失，阻礙植被恢復(fù)。一些為草地和森林實施的ERPs對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)和氣候變化有調(diào)節(jié)作用，能在氣候條件惡化時增強生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，并通過更好的氣候調(diào)節(jié)顯著改善植被覆蓋。

6.2 植被覆蓋對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)限制效應(yīng)的內(nèi)在機制

????????ERPs（生態(tài)恢復(fù)項目）的實施改變了植被的結(jié)構(gòu)、數(shù)量和增長，從而改變了植被覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系。更多的植被覆蓋并不總是促進生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增長。例如，退耕還林項目可以減少食物供應(yīng)，而蒸散和植被表面保持可能限制水產(chǎn)出和土壤保持服務(wù)。在青藏高原（QTP），ERP導(dǎo)致NDVI與不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其相互作用機制的關(guān)系發(fā)生變化。

????????NDVI增加對土壤保持的限制效應(yīng)減弱，NDVI與土壤保持之間的相關(guān)系數(shù)全年較高，表明植被恢復(fù)可減輕土壤水蝕（圖6，表S2）。然而，NDVI與土壤保持的限制關(guān)系在ERP實施前后未顯著變化，表明植被覆蓋與土壤侵蝕之間存在閾值關(guān)系。當(dāng)植被覆蓋達到一定比例時，植被可以有效攔截沉積物和降雨，改善土壤性質(zhì)，減少土壤可蝕性。因此，ERP的設(shè)計應(yīng)根據(jù)閾值關(guān)系和客觀條件調(diào)整項目范圍和實施強度。

????????對于防風(fēng)蝕，NDVI與其呈駝峰形限制關(guān)系，2000年至2020年間NDVI的影響由正相關(guān)變?yōu)樨?fù)相關(guān)（圖6，表S2）。增加的植被覆蓋可以降低風(fēng)速并改善下墊面條件，控制土壤風(fēng)蝕。研究表明，QTP的ERP有效限制了土壤風(fēng)蝕，尤其當(dāng)植被覆蓋超過60%時，土壤風(fēng)蝕得到有效控制，這與我們的發(fā)現(xiàn)一致。

????????NDVI與水產(chǎn)出的相關(guān)系數(shù)逐漸減小（表S2），ERPs實施后擬合的限制線變低。盡管更高的植被覆蓋改善了土壤保持和植被生產(chǎn)力，但也增加了水消耗和蒸散，導(dǎo)致水產(chǎn)出減少，造成土壤保持和水產(chǎn)出服務(wù)之間的權(quán)衡。ERP如造林和種草，最初提高了植被覆蓋，但蒸散和土壤水利用導(dǎo)致區(qū)域干旱，限制了植被恢復(fù)。因此，水服務(wù)與NDVI之間顯著的限制關(guān)系是指導(dǎo)ERPs實施的重要指標(biāo)。

????????該研究發(fā)現(xiàn)，NDVI與NPP（凈初級生產(chǎn)力）具有最顯著的相關(guān)性。ERPs實施后，當(dāng)NDVI達到0.6時，NPP幾乎不受限制。QTP的植被覆蓋受氣候因素影響大，NPP的估算主要基于溫度、降水和NDVI。因此，NDVI和NPP顯示出一致趨勢而無限制關(guān)系。盡管ERP增加了碳固定和植被生產(chǎn)力，但達到土壤持水容量閾值后，植被增加可能導(dǎo)致荒漠化和植被死亡，引發(fā)土壤保持和水產(chǎn)出服務(wù)之間的權(quán)衡。因此，ERPs中的植被覆蓋和生產(chǎn)力閾值需作為項目可持續(xù)管理的重點。

6.3?對可持續(xù)生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）的啟示

????????通過將嚴(yán)重侵蝕和沙化的土壤及一些坡耕地轉(zhuǎn)為林地，實施圍欄禁牧、輪牧和對過度放牧的草地進行人工補植，生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）在中國各地增強了碳固存、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和居民福祉。政府計劃繼續(xù)投資ERPs。與黃土高原、喀斯特地貌區(qū)和北方地區(qū)的顯著效益相比，青藏高原（QTP）的ERPs效果因氣候變化而異，其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和服務(wù)更復(fù)雜。

????????本研究利用遙感數(shù)據(jù)和生態(tài)過程的生物物理模型，從宏觀尺度量化了ERPs實施后QTP的植被覆蓋和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化。未來項目需基于宏觀尺度發(fā)現(xiàn)的時空變異特征，在項目實施區(qū)進行持續(xù)的氣象、水文、土壤和植被觀測，并及時測量不同項目對高山生態(tài)系統(tǒng)的影響。例如，研究發(fā)現(xiàn)高原西南部長期實施ERPs的地區(qū)植被顯著減少，許多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化。

????????需通過更精確的多要素觀測評估植被、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和氣候變化間的關(guān)系，以確定未來恢復(fù)項目的類型、模式和投資水平。對于植被恢復(fù)效果顯著且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善的地區(qū)，應(yīng)及時調(diào)整恢復(fù)項目的關(guān)鍵階段，維護和持續(xù)監(jiān)測對區(qū)域自然資源的限制效應(yīng)，而不是盲目擴大種草、圍欄或造林的面積。

6.4?局限性及未來研究

????????為了評估青藏高原（QTP）生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）的生態(tài)效益，我們結(jié)合了現(xiàn)有研究中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)選擇以及ERPs的目的和具體措施，選擇了四種具有代表性的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。然而，目前這種分類和量化方法在中國的生態(tài)恢復(fù)評估中更為常用，因此難以與其他地區(qū)ERPs的國際評估結(jié)果進行比較。隨著國際上廣泛使用《共同國際生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類標(biāo)準(zhǔn)》（CICES），在未來的ERPs生態(tài)效益評估中使用其分類和標(biāo)準(zhǔn)，可以促進研究結(jié)果在全國范圍內(nèi)的比較分析。

????????其次，在具體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法上，可以根據(jù)具體的恢復(fù)措施進行一定的改進。例如，實際土壤風(fēng)蝕量可能更直接地反映出造林和圍欄禁牧等恢復(fù)措施在風(fēng)蝕控制方面的作用。

????????最后，本研究使用了來自多個來源的遙感和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，覆蓋了整個QTP，但由于數(shù)據(jù)分辨率和模型偏差等問題，一些局部的顯著特征可能被忽略。因此，在各個樣本點進行基于實地的生態(tài)監(jiān)測和評估，有助于更準(zhǔn)確地確定不同恢復(fù)措施區(qū)域的生態(tài)效益。

07?研究結(jié)論

????????自生態(tài)恢復(fù)項目（ERPs）實施以來，青藏高原（QTP）的植被覆蓋整體增加。西藏西北部的草地恢復(fù)項目和青藏高原東南緣的森林恢復(fù)項目有效地提高了區(qū)域植被覆蓋。在QTP的其他地區(qū)，氣候變暖和干燥趨勢可能影響了ERPs的恢復(fù)效果。植被恢復(fù)在QTP多個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的改善中起到了重要作用，尤其是在高原東南部。NDVI對各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的限制效應(yīng)和變化為未來ERPs的實施提供了參考，特別是對TES的限制效應(yīng)，可以作為未來ERPs實施的閾值參考。該研究表明，QTP的NDVI應(yīng)保持在0.65到0.75之間，以實現(xiàn)最佳的TES。對于不同的植被恢復(fù)區(qū)，高原東南部的森林恢復(fù)項目應(yīng)重點監(jiān)測植被覆蓋與水產(chǎn)出和土壤保持之間的限制關(guān)系，以控制適度的造林程度。西中部地區(qū)的草地恢復(fù)項目應(yīng)重點監(jiān)測NPP的提高和防風(fēng)蝕的效果。

08?文章引用????????????????

文獻來源：Zhongxu Zhao, Erfu Dai,Vegetation cover dynamics and its constraint effect on ecosystem services on the Qinghai-Tibet Plateau under ecological restoration projects,Journal of Environmental Manage-ment,Volume 356,2024,120535,ISSN 0301-4797,

https://doi.org/10. 1016/j.jenvman.2024.120535.