数字中国研究院（福建）教师邱炳文研究团队与内布拉斯加大学林肯分校和卡内基科学研究所合作，开展全球植被绿化时空异质性研究。研究发现，在全球绿化大幅增加的背景下，潜藏着茂盛植被严重退化的危机。研究成果发表在环境领域Top 期刊《Science of the Total Environment》上。

该项研究得到国家自然科学基金 (42171325, 41771468)和福建省科技厅项目(2020N5002)的资助。

论文引用：Qiu, B., Ye, Z., Chen, C., Tang, Z., Chen, Z., Huang, H., Zhao, Z., Xu, W., Berry, J., 2022. Dense canopies browning overshadowed by global greening dominant in sparse canopies. Sci Total Environ 826, 154222.

论文下载地址：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969722013146

内容简介如下：

植被绿化，表示植被光合作用显著上升趋势；植被褐化，则刚好相反。植被光合作用增强，将增加陆地生态系统碳汇，有效应对全球气候变化从而促进可持续发展。虽然众多研究表明，全球植被总体呈现绿化态势(Global greening)，但植被绿化呈现显著的时空异质性：不同国家或地区，植被绿化程度存在明显差异。虽然植被褐化程度远低于全球绿化，但对陆地生态系统功能的影响将不可忽视，特别是森林植被退化。森林，作为陆地生态系统最重要的贮碳库，在全球变化大背景下由于极端高温和干旱胁迫加剧，日益严重影响其碳汇功能。由于人类对优质土地的争夺以及气候变化影响下森林植被的脆弱性，使得茂盛植被更有可能倾向于退化甚至死亡。自然界密度依赖性(Density-dependence)现象广泛存在，但全球植被绿化是否存在密度依赖性，尚未得到充分证实。

我们基于2001-2019年全国500米8天最大化合成的MODIS NIRv新型植被指数时序数据集，分析了全球绿化随植被密度演变规律，探索土地覆盖变化和气候变化是否将加剧全球绿化的密度依赖性，进一步聚焦干旱区和高纬度地区植被绿化变异性。我们依据全球8天最大化合成500m植被指数NIRv年最大值分布情况，将全球植被冠层密度从高到低依次分为1-20个不同等级。其中，第一级表示植被冠层密度最高，而第20级表示植被冠层密度最低。将基于植被密度的植被绿化程度回归方程斜率，定义为密度梯度。通过研究，有以下新发现：

全球植被绿化普遍存在密度依赖性。植被绿化的密度依赖性，不仅在全球尺度，而且在干旱区、高纬度地区等不同区域以及不同植被类型中均得到证实。在全球尺度上，最高级密度植被G1仅有9%植被绿化，而较高密度植被G15有32%植被呈现显著绿化趋势。高密度植被褐化显著，甚至超过植被绿化，呈现出净褐化现象。在全球不同植被类型中，林地、耕地、草地和稀树草原绿化，均随着植被密度的下降呈现出显著增加趋势，唯独灌木例外。灌木绿化程度，在较为茂盛区域更显明显。其原因在于不同密度灌木分布不均衡性，全球灌木植被覆盖度总体偏低，相对较为茂盛和稀疏的灌木分别主要分布在高纬度地区和干旱区，而高纬度地区植被绿化程度总体远高于干旱区。

植被变化的密度依赖性，部分原因在于茂盛和稀疏植被对气候变化响应以及LUCC变化影响的不均衡性。植被绿化及其密度梯度，在气候变湿或辐射减弱(WDR，Wetting or Decreasing solar Radiation)的情况下大幅提高，尤其是草地和灌木。褐化现象，在高密度植被区域非常突出，并且随着干旱和太阳辐射增强(Drying and Increasing solar Radiation，DIR)而加剧。全球尺度上，DIR情景下高密度植被褐化比例达到16%。DIR情景下高密度植被褐化加剧现象，在全球不同植被生态系统中普遍存在，尤其是灌木最为突出，高密度灌木褐化比例超过1/3(35%)。

植被绿化的密度梯度，随着植被类型和不同区域发生变化。全球尺度上，植被绿化的密度梯度为0.69%；其中耕地绿化的密度梯度最高，从9%增加到50%，以每级增加1.86%的速度直线上升；其次为除灌木以外的三种植被类型，大约以每级1%的速度递增。干旱区植被绿化的密度梯度，远低于全球平均水平；而高纬度地区，则远高于全球平均水平。植被绿化梯度随着植被类型和不同区域发生变化，主要源自于稀疏植被绿化程度差异，而茂盛植被绿化程度差异很小。

植被绿化的密度梯度，与气候变化和土地利用/覆盖变化密切相关。在降水增加或太阳辐射减弱区域，密度梯度显著增加；在降水减少和太阳辐射增强区域，密度梯度明显减少，甚至接近于0；密度梯度在不同气候变化情景下的差异性，与植被类型密切相关，以草地和灌木变化最为明显。植被绿化或褐化中LUCC的贡献比例及其变化类型，与植被类型、所处区域以及气候变化情景有关。全球尺度上，约1/4的植被绿化，与土地利用/覆盖有关；从不同植被类型来看，稀树草原绿化中LUCC比例更高，大于1/3。在干旱区和高纬度地区，草地绿化分别主要与耕地开垦、灌木或稀树草原扩张有关。从草地或灌木开垦为耕地导致的全球绿化，在降水增加或太阳辐射减弱的情况下尤为突出。与森林退化相关联的LUCC，主要为稀树草原扩张，尤其是在高纬度地区占绝对优势。

在全球尺度上，在没有LUCC和气候变化干扰下，植被绿化的密度梯度相比大约下降1/3。其原因在于，在没有干扰的情况下，高密度植被绿化程度明显提高。密度梯度在没有干扰情况下减弱现象，在大部分植被类型中得到证实，尤其是稀树草原降幅最明显，唯独耕地基本保持不变。在没有LUCC和气候变化干扰下，高密度植被的褐化程度大幅下降；全球尺度上，约下降3%。在无干扰情况下高密度植被褐化减弱现象，在所有生态系统中均得到证实，但耕地的降幅甚微。在没有气候变化以及土地覆盖变化的情景下，略有减缓但依然明显的植被绿化梯度，一定程度上揭示了人类对高质量土地的过度开垦以及其对气候变化的脆弱性和敏感性。

基于全球植被密度-绿化比例关系模型，对比分析不同国家绿化程度与对应密度下全球平均水平的差异性。研究发现，由于干旱或太阳辐射增强(DIR)、全球变暖等气候因素，地处热带区域国家绿化程度远低于同等密度的全球平均水平。而高纬度地区、地中海地区以及中国绿化比例，远远高于同等密度的全球平均水平，分别依次源自全球变暖、气候变湿或辐射减弱(WDR)以及中国大型生态工程建设的贡献(下图)。

总之，高密度植被褐化，隐藏在全球绿化大背景下，容易被人忽视。随着全球气候气候变化持续，茂盛木本植被将大范围加速退化，值得密切高度关注。