中国北方及青藏高原不同草地生物群落对极端干旱的稳定性差异评估

针对中国北方及青藏高原(NCTP)草地生态系统在极端干旱下的稳定性差异问题，研究人员通过量化NDVI(归一化植被指数)时间稳定性、干旱抵抗力(Resistance)和恢复力(Resilience)，结合CMIP6模型预测，发现高寒草地因更高的生物多样性、降水和辐射而比温带草地更稳定。该研究为评估气候变化对植被生长和碳循环的影响提供了科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，干旱事件频发已成为威胁陆地生态系统稳定的重要因素。中国北方及青藏高原(NCTP)作为全球最大的干旱-半干旱区之一，其草地覆盖面积占国土30%，承担着碳汇、畜牧生产和生态屏障等关键功能。然而，该区域生态脆弱性突出：降水稀少、土壤易蚀，叠加全球变暖与人类活动干扰，使得草地生态系统面临前所未有的压力。尽管CO₂施肥效应和生态工程促进了区域"绿化"，但干旱频率加剧可能逆转这一趋势——已有研究表明，干旱会降低植物光合能力、削弱净初级生产力(NPP)，甚至引发碳汇衰退。更关键的是，目前关于不同草地类型应对干旱的稳定性差异仍存在认知空白，这严重制约了精准生态管理策略的制定。

针对这一科学难题，中国国家自然科学基金资助的研究团队在《Agriculture, Ecosystems 》发表重要成果。研究团队创新性地整合了1901-2022年SPEI(标准化降水蒸散指数)干旱数据和MODIS卫星NDVI数据，运用机器学习算法解析了高寒草地与温带草地的稳定性差异机制，并基于CMIP6模型预测未来变化趋势。

关键技术方法包括：1) 利用0.05°分辨率的MCD12C1 v6.1产品划分5类草地生物群落(高寒草甸AMS、高寒草原ATS、温带草甸TMS等)；2) 通过SPEI识别严重干旱事件，计算暴露度、抵抗力(NDVI下降幅度)和恢复力(NDVI恢复速度)；3) 采用随机森林模型评估气候-生物因子对稳定性的贡献度；4) 耦合13个CMIP6模型预测RCP4.5/RCP8.5情景下稳定性变化。

【干旱暴露差异】
• 温带草地(TMS/TTS/TDS)的干旱强度、持续时间和频率显著高于高寒草地(AMS/ATS)，内蒙古、新疆等地的干旱暴露度比青藏高原高40-60%
• 归因分析显示：高寒区较低温度(<1°C)和较高降水(>500mm)形成天然缓冲

【稳定性机制解析】
• 抵抗力差异：AMS的NDVI下降幅度比TDS低35%，归因于物种丰富度(高28%)、年辐射量(高15%)和多年生植物占比(高42%)构成的"三重防护"
• 恢复力趋同：所有草地类型在干旱后2-3年内NDVI恢复至基线水平，表明土壤种子库和克隆生长策略的普遍作用

【未来预测】
• CMIP6模拟显示：RCP8.5情景下至2100年，高寒草地稳定性指数将提升12-18%，而温带草地仅增长5-8%
• 敏感性分析揭示：辐射变化(贡献度39%)将超越降水(31%)成为主导因子

这项研究首次系统量化了中国主要草地生物群落的抗逆性梯度，其创新价值体现在三方面：1) 证实高寒系统具有"高抵抗-中恢复"的独特稳定性模式；2) 提出辐射-降水-生物多样性协同调控理论；3) 建立CMIP6驱动的稳定性预测框架。研究成果不仅为《巴黎协定》履约提供科学依据，更指导了"三北工程"中草地恢复的优先区选择——建议在温带干旱区实施人工增雨和轮牧制度，而在高寒区重点保护原生植被。未来研究可结合稳定同位素技术，进一步解析碳-水耦合过程对干旱响应的生物物理机制。