揭示气候和地下水对华北平原海洋沉积盆地植被覆盖时空变化的影响

华北平原（NCP）是 中国三大平原之一 ，也是粮食、棉花和油料生产的重要区域。受 区域水热变化、地下水过度开采和海水入侵 的影响， 植被覆盖正在不断变化 。然而，在华北平原海相沉积区 降水、温度和地下水对植被影响的综合评估尚不足 。黑龙岗盆地（HB）位于华北平原东部低洼平原地区，是华北平原的一部分。

拟解决的科学问题

创新点

本研究通过对华北平原海相沉积盆地植被覆盖的综合分析，揭示了降水、温度和地下水对植被时空变化的重要影响机制，为未来制定合理的水资源利用规划和生态保护政策提供了理论基础。同时，研究采用了多种方法进行分析，对植被变化的研究具有一定的创新性。

研究方法

在本研究中，采用了多种方法，包括 地理统计学、线性回归、Theil-Sen趋势分析、Mann-Kendall趋势检验和相关性分析 。 基于2001年至2020年的20 年数据系 列，包括MOD13Q1 NDVI植被指数、降水、温度、 地下水深度和TDS，研究了黄河流域植被生长的时空变化，并探讨了其驱 动机制。

研究结果

结果显示，NDVI从2001年到2004年迅速增加，随后从2004年到2020年保持稳定波动。过去二十年里，HB地区的植被总体上有所改善，其中 76%显示改善 ，主要集中在 中部和东部地区 ，而 24%的地区植被恶化 。从2001年到2020年， NDVI与降水呈正相关 ，而与温度的关系在正负之间波动，且不具统计学意义。NDVI与地下水深度的 协同变化存在一个阈值 。当 地下水深度低于3.8米时，NDVI随地下水深度急剧增加 。然而， 超过此阈值后，NDVI趋于稳定和波动 。在东部沿海地区，NDVI与地下水深度呈强正相关，受地下水深度控制的地表土壤TDS影响。在中部地区，观察到强负相关，NDVI主要受地下水控制的土壤湿度影响。在西部和南部，存在强正相关关系，NDVI主要受地下水开采强度影响。因此，降水和地下水是HB地区植被时空变异的主要驱动力，而温度的影响则不确定。本研究 阐明了植被响应的机制 ，为减轻影响植被生长的不利因素和制定合理的水资源利用规定提供了理论基础。

研究区水系群的剖面

2001年至2020年间NDVI、降水和温度的变化。温度和降水系列已进行了归一化处理

黄河流域2001年（a）和2020年（b）的NDVI值的空间分布，以及土地利用类型（c）

黄河流域2001年至2020年NDVI趋势的空间变化及其面积比例

年际 NDVI 与温度的偏相关系数的变化，用红色表示；NDVI 与降水的偏相关系数的变化，用蓝色表示

黄河流域 NDVI 与降水之间的相关系数（a）和显著性（b）的空间变异性

NDVI与温度之间的相关系数（a）和显著性（b）在黄河流域的空间变异性

2001年（a）和2020年（b）的地下水深度空间变异性，以及2001年至2020年的地下水深度变化（c）

地下水深度与平均NDVI值之间的关系曲线

南水北调工程于2017年开始运营后，地下水农业灌溉与NDVI之间的关系在20年内发生了变化，导致外部排水流域的水转移增加

地下水深度与NDVI值之间的相关系数(a)、地下水中溶解总固体（TDS）浓度的空间分布(b)

讨论