文章信息：Chi Chen, Taejin Park, Xuhui Wang, Shilong Piao, Baodong Xu, Rajiv K. Chaturvedi, Richard Fuchs, Victor Brovkin, Philippe Ciais, Rasmus Fensholt, Hans Tømmervik, Govindasamy Bala, Zaichun Zhu, Ramakrishna R. Nemani, & Ranga B. Myneni. (2019). China and India lead in greening of the world through land-use management. Nature Sustainability: 2(2), 122–129.https://doi.org/10.1038/s41893-019-0220-7
阅读笔记：刘钊
阅读时间：2019年2月2日
本项研究主要使用了美国宇航局Terra和Aqua卫星上的中等分辨率成像仪（MODIS）全时间序列叶面积指数（leaf area index）数据。
过去基于卫星数据的研究发现，全球植被叶面积呈增加趋势（下文把叶面积增加称作变绿，把叶面积减少称作变黄），而这主要是由一系列的直接和间接因素造成的。其中，直接因素指人为土地利用管理，间接因素则包括气候变化、二氧化碳施肥作用、氮沉降、以及植被遭受灾害之后的自我恢复。而在这些因素中，气候变化和二氧化碳施肥作用则被广泛认为是造成全球植被叶面积增加的最主要因素。然而，最近的MODIS卫星数据显示（2000-2017年），中国和印度的植被叶面积增加得最为明显。同时，全球的变绿趋势与全球农用地的分布十分吻合。中国占据了全球6.6%的植被面积，但却贡献了全球25%的绿叶面积增加量。其中，中国变绿的过程中，森林和农用地分别贡献了42%和32%。而印度主要是由于农用地变绿（贡献了82%），其森林的贡献量可以忽略不计（4.4%）。中国实施了很多浩大的生态环保工程来保护和扩张森林。这些工程初衷是为了减少土地退化、降低空气污染、和应对气候变化。中国和印度的作物产量自2000年起增加了约35%-40%，这主是是由于收获面积的增加。这些收获面积的增加归功于多季种植、化肥使用、以及现代灌溉技术的发展。研究认为，直接因素（人为土地利用管理）是导致地球变绿的重要原因，至少贡献了三分之一的植被叶面积增量。本文呼吁地球系统模式需要改进对人为土地利用的模拟。
在全球尺度上，全球三分之一的植被在变绿，而5%的在变黄。全球叶面积以每十年2.3%的速率增加。这相当于在过去18年中增加了540万平方公里的叶面积，相当于亚马逊雨林的平面面积。全球三分之二的变绿量来自森林和农作物，并且人口聚集的温带贡献了全球最多的变绿量。这些结论不论是讨论叶面积（leaf area）增加，亦或是在讨论叶面积指数(leaf area index)增加时（即归化到单位面积），均成立。全球范围上，主要有七个变绿的聚集群，而中印两国的变绿量基本相当于全球三分之一的变绿总量。
为什么说人为土地利用是主要的全球变绿驱动因素？第一，农作物贡献了全球三分之一的变绿量，而且变绿的聚集群与农作产量聚集群高度吻合。数据显示，作物收获面积的增速要远大于农业用地面积的增速。中印两国在农作物产量上的增加尤为明显。第二，从理论上讲，二氧化碳施肥作用最容易在干热环境下体现。干热环境下，水是植物生长和光合作用的主要限制因子，而CO2浓度增加可以相应提高植被对水的利用率。然而，这个现象，与人为因素相比，在本研究中并不明显。第三，有独立的研究证明，本文观测到的北半球中纬度农作物产量增加对增加全球二氧化碳浓度季节波动的振幅有所反馈。最后，北半球的大规模植树造林护林活动更加显现了人为因素的重要性。例如，在中国，叶面积指数的增速，在有人为管理的森林的增速，比在没有人为管理的森林的增速，要大53%；树木覆盖率的增速，在有人为管理的森林的增速，比在没有人为管理的森林的增速，要大29%。
最后，文章呼吁，尽管变黄面积仅占全球陆地植被面积的5%，但这些变黄区域位于巴西、印尼、以及刚果（金）的原始热带雨林中。由于这些热带雨林在区域及全球生态系统的修复和可持续性中有着举足轻重的地位，人们应该对这些地区的植被变黄现象保持警惕。
图 2000-2017年MODIS LAI的年平均水平趋势图
统计学上显著的趋势（Mann-Kendall检验，P≤0.1）采用颜色编码。灰色地区显示植被土地，统计趋势不显著。白色区域描绘了贫瘠的土地、永久的冰覆盖区域、永久的湿地和人工建筑区域。蓝色区域代表水。插图显示了统计上显著的趋势的频率分布。除圆圈4外，红色圆圈中突出的绿化区域大部分与农田重叠。在P≤0.05时也可以看到类似的模式，甚至在P≤0.01时也可以看到7个绿化集群。
图 中国森林和其他木本植被的发展趋势
a、森林和其他木本植被的年平均赖变化趋势。b，2014-2016年至2000-2002年期间，在a中显示出统计上显著的赖地区趋势的地区，森林和其他木本植被区域的树木覆盖比例的变化。灰色地区显示植被土地，统计上不显著的赖趋势或主要的草本植被。白色的区域描绘了没有植被覆盖的土地。黑线是一级行政区划的边界。c，d，在2000-2005年、2006-2011年和2012-2016年，树木覆盖分数（TCF）(c)和非树木植被覆盖分数（NTVCF）(d)。气候学是长期观测值的平均值。颜色进一步将分析限制在LAI绿化（绿色条）、褐变（褐变条）和无LAI变化（灰色条）的区域。
图 中国和印度农田叶面积的变化趋势
a，b，中国(a)和印度(b).农田年平均赖趋势c-e，中国(c)、印度(d)和世界的耕地面积（星号）与中国(c)2000值的比率(e)。在c中用红色圈出的星号是一个异常值。e中的垂直虚线表示2000
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-019-0220-7
