半干旱草原内陆河流域水资源-生态水文-放牧-经济复合系统的动态互作与干扰响应机制研究

针对半干旱草原内陆河流域复合系统耦合机制不明的问题，研究人员基于VAR（向量自回归）模型框架，构建了水资源-生态水文-放牧-经济（WEGE）四维耦合模型。研究发现水资源子系统对复合系统具有主导影响，经济子系统抗干扰韧性最强（0.0046/步），而生态水文子系统敏感性最低（0.0015/步）。该研究为草原流域可持续发展提供了量化调控依据。

　　

在全球气候变化和人类活动加剧的背景下，半干旱草原内陆河流域正面临前所未有的生态挑战。作为欧亚草原带东缘的典型代表，锡林河流域近十年径流量锐减606.96×10⁴
m³
，天然草地面积年均减少3.68 km²
，水资源短缺与生态退化已严重制约区域发展。这种"水-生态-牧业-经济"的复杂互作关系，亟需系统性解构。传统研究多聚焦三维系统（如水-能-粮纽带），而对四维复合系统（WEGE）的动态机制认知仍存空白。

为解决这一科学难题，内蒙古农业大学联合多家机构的研究团队，创新性地将宏观经济领域的VAR（Vector Autoregressive，向量自回归）模型引入生态水文系统分析。通过构建包含8项水资源指标、10项经济指标、8项放牧指标和14项生态水文指标的四维评价体系，首次实现了对WEGE复合系统耦合关系的量化解析。这项突破性成果发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》上，为草原流域综合治理提供了新范式。

研究团队采用多学科交叉技术路线：首先通过极差标准化和熵权法处理2003-2023年38项指标的798组数据；继而建立VAR(2)耦合模型，运用格兰杰因果检验判定子系统间驱动关系；最后采用脉冲响应函数量化子系统韧性（Resilience）、抗性（Resistance）和敏感性（Sensitivity）。野外调查涵盖124个生态样点、12个人工水文断面，并整合了统计年鉴和水资源公报等多源数据。

3.1 耦合模型构建与验证
通过ADF检验确认一阶差分序列dWAT、dECO、dGRA、dEHY的平稳性后，构建的VAR(2)模型所有特征根倒数均落在单位圆内（-1～1），满足稳定性条件。格兰杰因果检验揭示：水资源子系统是经济和生态水文子系统的格兰杰原因（p<0.05），对放牧子系统的影响临界显著（p=0.118）。值得注意的是，经济子系统同时受到水资源和生态水文子系统的双向驱动，这种网状互作关系在传统系统动力学模型中难以捕捉。

3.2 系统脉冲响应
脉冲响应分析显示四大子系统的抗干扰能力呈现梯度差异：放牧子系统抗性最强（r_GRA
=76.92），水资源子系统最弱（r_WAT
=27.78）。经济子系统展现出惊人的恢复能力（R_ECO
=0.0047/步），而生态水文子系统恢复速率最慢（R_EHY
=0.0028/步）。特别值得注意的是，水资源子系统表现出"高敏感-低抗性"特征（S_WAT
=0.93 Hz），其波动会通过级联效应影响整个复合系统。

3.3 系统贡献度分解
方差分解结果表明：当水资源子系统受干扰时，其自身贡献度达77.06%，放牧子系统贡献15.89%，凸显水-牧耦合的关键作用。而生态水文子系统受冲击时，放牧子系统的解释度高达68.05%，揭示放牧活动对生态水文过程的潜在调控效应。这种非对称的贡献格局，为精准调控提供了靶点。

讨论与展望
该研究首次量化了WEGE复合系统的级联响应机制，证实水资源子系统是系统稳定性的"阿喀琉斯之踵"。这一发现与Schlosser等提出的"水-经济"环境库兹涅茨曲线假说形成呼应，同时拓展了Gonzalez等关于放牧生态效应的认知边界。实践中，建议优先实施两项调控策略：一是建立水资源红线管理制度，将流域开发强度控制在27.78抗性阈值内；二是推行草畜平衡政策，利用放牧子系统的高抗性特征（76.92）缓冲系统波动。

研究的创新性在于突破传统三系统研究框架，但仍有深化空间。如Liu等指出的，未来可引入Agent-Based模型捕捉牧民行为非线性特征。随着"碳中和"目标推进，如何量化碳汇功能对WEGE系统的反馈效应，将成为下一阶段研究重点。该成果不仅为草原流域编制"水-草-畜-人"协同发展规划提供科学依据，也为全球干旱区可持续发展目标（SDGs）的实现贡献了中国案例。