内蒙古草原干旱时空变异及其对生态系统生产力(GPP)的影响机制研究

本研究针对全球变暖背景下内蒙古草原干旱加剧影响生态系统碳循环的关键问题，通过多尺度标准化降水蒸散指数(SPEI)和总初级生产力(GPP)分析，揭示1992-2018年间草原GPP总体下降(56.54%)与干旱显著相关，发现SPEI通过土壤湿度(SM)、饱和水汽压差(VPD)等因子间接影响GPP的路径机制，为干旱区草原生态恢复提供理论支撑。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱已成为威胁陆地生态系统稳定的重要因素。作为中国北方生态屏障的内蒙古草原，其脆弱的生态环境对干旱异常敏感。这片占全球陆地面积五分之一的草原，不仅储存着35%的陆地碳库，还承担着防风固沙、水土保持等重要生态功能。然而近年来，全球变暖导致干旱事件频发，严重影响了草原生态系统的生产力。植被总初级生产力(GPP，即绿色植物单位时间单位面积光合作用固定的有机质总量)作为衡量生态系统生产力的核心指标，其变化直接关系到全球碳循环平衡。尽管已有研究关注干旱对植被的影响，但针对内蒙古不同草原类型(草甸草原、典型草原、荒漠草原)GPP对干旱响应的动态差异及其内在机制仍缺乏系统认知。

为解决这一科学问题，由内蒙古多所科研机构组成的研究团队在《Journal of Arid Environments》发表了最新成果。研究采用12个月尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI)量化干旱强度，结合GLASS-GPP数据集，通过趋势分析、相关分析和结构方程模型等方法，揭示了1992-2018年间内蒙古草原GPP与干旱的时空演变规律及其作用机制。

关键技术方法包括：(1)使用12个月尺度SPEI表征长期干旱特征；(2)采用中国通量观测联盟(ChinaFLUX)数据验证GLASS-GPP产品的适用性；(3)运用Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall检验评估GPP和SPEI变化趋势；(4)通过结构方程模型解析SPEI影响GPP的直接和间接路径(经土壤湿度SM、饱和水汽压差VPD等因子)。

研究结果显示：

1. 草原GPP时空变化特征：1992-2018年内蒙古草原年均GPP为378.16 gC·m^?2
   ，呈现西低东高的空间格局。整体GPP呈下降趋势(56.54%区域)，下降速率为0.364 gC·m^?2
   ·a^?1
   ，唯荒漠草原GPP逆势上升(53.56%区域)。

2. 干旱时空演变规律：SPEI指数在95.54%区域呈下降趋势，表明干旱化加剧。草甸草原干旱趋势最显著，典型草原次之。

3. GPP对干旱的响应：88.78%区域GPP与SPEI呈正相关，其中35.44%达显著水平。结构方程模型显示SPEI对GPP的直接效应系数为0.203，并通过SM、VPD和NDVI产生间接影响。值得注意的是，SPEI对草甸草原和典型草原GPP的影响逐渐减弱，而对荒漠草原的影响持续增强。

4. 不同草原类型响应差异：草甸草原GPP受SM和VPD的间接影响最显著；典型草原中NDVI中介效应突出；荒漠草原GPP则主要受SPEI直接调控。

这项研究首次系统阐明了干旱影响内蒙古草原生产力的多路径机制，揭示了不同草原类型的差异化响应规律。发现荒漠草原生产力对干旱的敏感性增强，这一现象可能与其植被适应策略改变有关。成果为精准制定区域草原恢复策略提供了科学依据：针对草甸草原应重点改善土壤水分条件，典型草原需关注植被覆盖度维护，而荒漠草原则需建立抗旱预警体系。研究还证实GLASS-GPP产品在干旱区应用的可靠性(R²
=0.47)，为类似区域研究提供了方法学参考。

该成果由Jingfang Zhang、Fanhao Meng等学者共同完成，获国家自然科学基金(42261079等)和内蒙古自然科学基金(2024MS03048)资助。研究不仅深化了对干旱区草原碳循环机制的理解，也为应对气候变化下的生态系统管理提供了新思路。特别是发现荒漠草原生态系统对干旱响应的反常增强趋势，提示在全球变暖背景下，干旱区生态系统的适应机制可能发生根本性转变，这一发现值得后续研究重点关注。