2001年至2024年间中国植被生态质量的改善及其驱动因素

中国植被生态质量指数（EQI）2001-2024年显著提升，年均增长0.106，总增幅9%。人类活动贡献50.1%，环境因素49.9%，其中大气CO2浓度（42.8%）主导，氮沉积（4.5%）和气候变化（2.7%）次之。空间差异显著，西部及北部改善明显，东南沿海及高海拔地区停滞或退化。研究整合多源遥感数据构建EQI，突破传统单指标局限，为生态项目评估和区域差异化策略提供依据。

徐梦阳|李晓晓|范莎莎|沈飞龙|姚冲|张中殿|王菊|张兴国

信阳师范学院地理科学学院，中国信阳464000

摘要

在中国生态文明和碳中和目标的背景下，明确植被生态质量指数（EQI）的变化及其驱动因素至关重要。基于遥感数据，本研究显示2001年至2024年间中国的EQI以每年0.106的速度显著增加，总体增长了约9%。与以往仅关注归一化差异植被指数或净初级生产力并仅考虑气候和土地利用变化的研究不同，本研究将大气CO₂和氮沉降明确纳入EQI的全国性归因框架中。人类活动解释了EQI变化的50.1%，而环境因素合计贡献了49.9%，其中大气CO₂增长（42.8%）的贡献最大，氮沉降（4.5%）和气候变化（2.7%）的贡献较小。总体而言，过去二十年中国的EQI显著改善，主要得益于与生态项目相关的植被恢复以及大气CO₂浓度的增加。从空间上看，中国的东部和北部地区的改善最为明显，而东南沿海部分地区和高海拔山区则出现停滞或退化。本研究为评估生态项目的有效性以及制定区域差异化的生态管理和气候适应策略提供了新的归因证据。

引言

植被是陆地生态系统的重要组成部分，在全球碳循环和气候变化中发挥着关键调节作用，通过光合作用吸收大气中的CO₂（Friedlingstein等人，2025年），调节水循环和热循环（Li等人，2024年；Wu等人，2024年），并提供多种生态系统服务（Díaz等人，2018年）。传统上，人们使用归一化差异植被指数（NDVI）（Tuoku等人，2024年）、植被覆盖度（FVC）（Mu等人，2024年）或净初级生产力（NPP）（Mao等人，2024年）等单一指标来表征植被状况和生产力水平。然而，这些指标通常分别强调植被覆盖度或生态系统功能，难以从结构和功能的综合角度全面反映生态系统质量和健康状况。近年来，基于多源遥感数据构建生态质量指数（EQI）并在区域甚至国家层面评估生态环境动态逐渐成为生态学和地理学的重要研究方向（Mao等人，2024年；Peng等人，2025年）。中国的陆地面积约为960万平方公里，与欧洲大陆或美国相当。近年来，中国在全球绿化工作中发挥了重要作用。尽管中国仅占全球植被面积的6.6%，但其对全球叶面积净增长的贡献达到了四分之一（Chen等人，2019年）。在全球碳循环中，中国既是重要的碳源，也是关键的陆地碳汇。因此，明确其生态质量变化的驱动因素可以为其他正在经历快速社会经济转型的发展中国家提供宝贵见解。

自21世纪初以来，中国实施了一系列生态保护和恢复项目（Lu等人，2022年；Wang等人，2025a），包括三北防护林工程、退耕还林工程、天然林保护工程和京津沙源治理工程，同时伴随着快速的城市化和经济增长。这些项目显著改变了土地利用模式和植被覆盖情况（Yu等人，2022年）。多项研究表明，中国大部分地区的植被正在绿化，NDVI和NPP总体有所增加（Mao等人，2024年；Tuoku等人，2024年）。这些生态项目在防风固沙、水土保持和增强碳汇方面发挥了重要作用（Lu等人，2018年）。然而，快速的城市扩张（Yang等人，2021年）、基础设施发展（Tan等人，2024b）和过度放牧（Zhu等人，2023年）也导致某些地区的农田、草地和森林用地被占用或退化，局部生态质量下降问题仍然突出。相比之下，欧洲和全球某些地区的植被恢复往往与被动废弃和自然演替有关（Lasanta等人，2017年；Zhu等人，2016年）。与此同时，大气CO₂浓度的上升（Zhang等人，2022年）、气候变暖（Zeng等人，2023年）以及极端事件的增加进一步加剧了干旱和高山地区的生态系统脆弱性（Hollenbeck和Sax 2024年；Yan等人，2023年）。在这种背景下，仅仅关注绿化趋势已不足以支持精细的生态监测和评估，以实现生态文明和高质量发展。因此，有必要系统地描述全国范围内植被生态质量的时空演变。

从驱动机制的角度来看，现有研究主要集中在温度、降水和干旱指数等气候因素上（Peng等人，2025年；Zhan等人，2022年；Zheng等人，2024年）。它们采用相关性分析、偏相关性和趋势分解等方法来探讨NDVI或NPP变化的机制（Lin等人，2022年；Zhang和Ye 2021年）。一些研究还从土地利用/土地覆盖变化的角度评估生态项目和城市扩张对陆地生态系统的影响（Yang等人，2021年；Yu等人，2022年；Yue等人，2024年）。然而，一方面，这些研究仍局限于单一遥感指标（Lin等人，2022年；Mao等人，2024年），无法全面反映植被覆盖度和生产力。这一限制阻碍了对生态系统质量变化多维影响的全面理解。另一方面，基于遥感产品的非过程模型在定量归因驱动因素时主要关注气候变化和土地利用，对大气CO₂浓度上升和氮沉降的关注不足（Peng等人，2025年；Tuoku等人，2024年）。大多数研究的时间范围截至2015年或2020年，缺乏涵盖过去二十年（2001–2024年）的系统评估，这些评估明确考虑了CO₂和氮沉降等关键环境因素。

因此，在推进国家生态文明建设和碳中和目标的背景下，迫切需要系统地揭示2001年至2024年中国EQI的时空演变特征及其驱动因素。基于此，本研究整合了MODIS遥感产品、TerraClimate再分析数据、大气CO₂浓度和氮沉降数据以及高分辨率土地利用数据，构建了一个结合FVC和NPP的EQI。多元回归分析的残差用于区分环境变化（气候变化、大气CO₂增长、氮沉降）和人类活动对EQI变化的影响。本研究克服了依赖单一植被指标的局限性，将大气CO₂浓度增长和氮沉降明确纳入EQI归因框架，超越了传统归因方法主要关注气候变化和土地利用变化的限制。具体目标包括：（1）描述2001年至2024年中国FVC、NPP和EQI的时空模式和趋势；（2）分析土地利用/覆盖变化对EQI演变的作用；（3）识别EQI对降水、辐射、干旱指数、风速、大气CO₂浓度和氮沉降的响应特征；（4）定量评估环境变化和人类活动对EQI变化的相对贡献和区域差异，为评估生态项目效果和制定区域差异化的生态保护和气候适应策略提供科学支持。

数据来源

本研究整合了多源数据集，包括卫星遥感产品、气候再分析数据、大气CO₂浓度、氮沉降和土地利用数据，以在全国范围内构建和归因EQI。为确保一致性，所有数据集均统一为1公里×1公里的空间分辨率，并在必要时调整为年度时间分辨率。数据集的详细信息总结在表1中。连续变量已重新采样

植被指数和生产力的时空动态

从空间上看，2001年至2024年间，中国东部的FVC平均值较高，西部较低，超过70%的区域的FVC值大于0.6（图1a）。FVC在北部、东北部、西北部和西南部大部分地区呈现增长趋势。在北部，某些网格单元的FVC增长速率超过每年0.005（图1b），是全国平均增长率（每年0.001，p < 0.01）的五倍以上（图1c）。这是因为这些

从绿化到质量提升：利用EQI评估生态恢复质量

过去二十年，中国广泛的植被绿化趋势得到了广泛记录（Chen等人，2019年）。中国年轻和中等年龄森林（< 60年）的比例已超过65%（图5a），森林碳汇从94.9 Tg C yr^-1增加到195.6 Tg C yr^-1（图5b）。LAI的持续增长进一步支持了这一趋势（图5b）。然而，单一指标如NDVI（Tuoku等人，2024年）或NPP（Ji等人，2020年；Mao等人，2024年）已被用来

结论

通过整合FVC和NPP构建的EQI从结构和功能的综合角度反映了2001年至2024年中国植被生态质量的演变。与传统单一指标方法相比，它更有效地反映了全国范围内的植被状况变化，同时考虑了植被覆盖度和生态系统生产力。全国范围内的EQI显著改善，但在改善过程中存在明显的区域差异

作者贡献声明

徐梦阳：撰写——初稿、可视化、调查、资金获取。李晓晓：撰写——审阅与编辑、验证、调查。范莎莎：调查、正式分析。沈飞龙：撰写——审阅与编辑、监督、正式分析、概念化。姚冲：调查、正式分析。张中殿：调查、正式分析。王菊：调查。张兴国：正式分析

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性声明

年度MODIS NDVI数据集可在以下链接获取：https://developers.google.com/earth-engine/datasets/catalog/MODIS_061_MOD13Q1?hl=zh-cn。

年度NPP数据集可在以下链接获取：https://developers.google.com/earth-engine/datasets/catalog/MODIS_061_MOD17A3HGF?hl=zh-cn。

气候数据可在以下链接获取：https://developers.google.com/earth-engine/datasets/catalog/IDAHO_EPSCOR_TERRACLIMATE?hl=zh-cn。

所有数据可应要求提供给相应作者。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了信阳师范学院重大自然科学预研项目（2025-ZDYY-LK-105）、国家自然科学基金（42407473）、河南省高等学校重点研究项目（25A170007、25A170006）、信阳生态研究院开放基金（编号2023XYQN12）、南湖学者计划（XYNU青年学者项目）以及信阳师范学院青年研究员研究基金（2024-QN-047）的支持。