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为解决土地表面脆弱性定量研究不足，尤其是动态变化下的研究匮乏问题，研究人员开展了基于 “水 - 土 - 气 - 植” 系统时间序列地理空间数据集评估土地表面脆弱性的研究。结果显示该区域脆弱性分布有差异，且与人类和自然因素相关。这为提升土地系统韧性提供依据。
在全球生态环境日益复杂的当下，土地表面作为陆地生态系统与外界环境交互的关键界面，其脆弱性评估对理解生态系统响应环境变化的机制至关重要。然而，目前关于土地表面脆弱性的定量研究相对薄弱，特别是在动态变化方面。传统的研究方法往往无法全面捕捉土地表面在不同时间尺度下的变化特征，难以深入探究其与人类活动、自然因素之间的复杂关系。例如，一些静态评估指标虽然能在特定时刻提供脆弱性信息，但缺乏时间维度上的可比性，无法反映长期趋势和演变模式。在这样的背景下，开展一项全面、深入的土地表面脆弱性研究迫在眉睫。
为了填补这一研究空白，国内研究人员针对呼和浩特 - 包头 - 鄂尔多斯 - 榆林（HBOY）城市群开展了相关研究。该城市群位于中国干旱半干旱地区，生态环境脆弱，面临着诸如水资源短缺、土地退化等多重挑战，对其土地表面脆弱性进行评估意义重大 。研究人员通过构建一个全新的评估框架，整合 “水 - 土 - 气 - 植” 系统（涵盖地表水、土壤侵蚀、干旱和植被的动态变化）的时间序列地理空间数据集，对该区域土地表面脆弱性进行了深入分析。研究成果发表在《Ecological Informatics》上，为该领域的研究提供了新的思路和方法。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用多源地理空间数据集，包括归一化植被指数（NDVI）、潜在蒸散量（PET）、降水数据等，为研究提供了丰富的数据基础。其次，采用修订的通用土壤流失方程（RUSLE）和修订的风蚀方程（RWEQ）分别计算土壤水蚀和风蚀情况。同时，运用标准化降水蒸散指数（SPEI）评估气候干旱状况，并借助主成分分析（PCA）对多个子系统数据进行降维处理，从而综合量化土地表面脆弱性指数（LSVI）。
研究结果如下：
- 子系统年度异常动态：2000 - 2022 年期间，植被和地表水的年度异常呈现出显著趋势，植被负异常区域比例总体下降，显示植被有所恢复，但在某些干旱年份仍出现负异常增加的情况；地表水负异常的面积和均值均呈上升趋势，表明水体退化加剧。而土壤和干旱的异常则波动明显，无清晰趋势，且干旱在 2018 年后出现强度与空间范围的解耦现象。
- 子系统脆弱性空间特征：植被脆弱性以轻度为主，部分高脆弱区域集中在阴山 - 大青山生态管理区；土壤脆弱性主要为轻度，但在毛乌素沙地和黄土丘陵沟壑区存在严重侵蚀区域；干旱脆弱性呈西北 - 东南梯度递减，高脆弱区域集中在西北和北部；地表水脆弱性以中度为主，湖泊区域相对较高，且缺水问题愈发严重。
- 土地表面脆弱性评估：高脆弱区域与生态管理区多有重叠，如毛乌素沙地东部和库布齐沙漠西部等，部分区域虽经治理有所改善，但仍需持续管理。此外，榆林西部和包头北部等非生态管理区也存在高脆弱区域。不同土地覆盖类型的脆弱性不同，水体和裸地较高，农田和不透水表面较低。
在研究结论与讨论部分，研究人员发现土地表面脆弱性与人类活动和干旱指数存在复杂关系。人类活动对不同区域的影响各异，在阴山 - 大青山和库布齐沙漠等区域，人类活动促进了生态恢复，降低了脆弱性；但在毛乌素沙地，人类干预效果有限；在黄土丘陵沟壑区，脆弱性反而随人类活动强度增加而上升。土地表面脆弱性随干旱指数变化呈现非线性趋势，不同土地覆盖类型的响应也有所不同。
这项研究的重要意义在于，它将土地表面系统的动态信息融入脆弱性评估，为准确评估土地表面脆弱性提供了新视角，揭示了不同区域土地表面脆弱性的特征和影响因素。其成果有助于制定更具针对性的生态管理和恢复策略，提升干旱半干旱地区土地表面系统的韧性，对推动区域可持续发展具有重要的指导价值。同时，研究也指出了存在的不确定性和局限性，为后续研究指明了方向，有望进一步完善土地表面脆弱性评估体系，更好地服务于生态环境保护和资源管理工作。
