中亚伊犁河流域干旱对植被的累积与滞后效应精细解析及生态管理启示

针对全球变暖背景下干旱-植被互作机制不清的问题，研究人员以中亚伊犁河流域为对象，基于日尺度GPP(总初级生产力)和SPEI(标准化降水蒸散发指数)，首次量化了干旱对植被的累积(90-180天)、滞后(117-280天)及主导效应(77%区域呈正效应)，揭示了草地敏感性最高、夏季累积抑制最强等规律，为干旱区生态系统精准管理提供科学依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱对植被的影响正变得日益复杂。中亚作为全球最脆弱的生态区之一，其核心地带的伊犁河流域(IRB)承载着从雪山到荒漠的过渡带生态系统，被誉为"半干旱区生态活化石"。然而，这片面积达15.1万平方公里、横跨中哈两国的特殊区域，正面临降水时空分布不均、干旱频发的严峻挑战。更棘手的是，现有研究多基于月尺度数据，难以捕捉植被对干旱的快速响应；且87%的草地覆盖使其他土地利用类型的研究被忽视。尤其令人困惑的是，巴尔喀什湖周边区域植被与干旱呈反常负相关，传统最大相关系数法在此可能严重低估生态响应强度。

针对这些科学难题，中国第三次新疆综合科学考察项目资助的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表重要成果。研究人员创新性地构建了0-365天的连续滞后窗口，通过融合日尺度GPP和多时间尺度SPEI数据，首次在三个维度上实现了突破：时间精度从月尺度提升至日尺度，空间覆盖从单一草地扩展到全土地利用类型，方法学上采用双变量相关分析克服了负相关区评估偏差。

关键技术包括：1) 基于1982-2019年气象数据计算多尺度SPEI；2) 利用GLASS和FLUXCOM数据集获取日分辨率GPP；3) 采用滑动窗口法识别最优累积/滞后周期；4) 通过Theil-Sen趋势分析量化40年GPP与干旱变化趋势。

【研究结果】

1. 时空特征：过去40年生长季GPP呈上升趋势(k=1.302 g C/m²/a)，但干旱加剧(k=-0.002/a)，70%区域处于"轻度干旱"状态。

2. 累积效应：90%流域GPP受抑制，累积期集中在90/180天。干旱越严重，累积强度越大、持续时间越长。夏季表现最强抑制(相关系数达-0.4)，春季则呈现"低敏感高滞后"特征。

3. 滞后效应：58%区域在干旱280天后出现GPP促进，42%区域117天后受抑制。草地响应最敏感，滞后强度与干旱程度呈正相关。

4. 主导效应：77%流域以正累积效应为主，且干旱加剧时正效应范围扩大。秋季观察到补偿性恢复现象，可能与植被碳再分配机制有关。

【结论与意义】
该研究首次系统揭示了干旱影响植被生产力的三重效应机制：累积效应主要源于土壤水分持续亏缺，滞后效应反映植被生理适应策略，主导效应则体现生态系统恢复力。特别值得注意的是，研究发现干旱对GPP的抑制存在"季节性窗口期"——夏季累积效应最强，春季滞后效应最显著，这为精准实施生态管理提供了时间靶点。在空间上，草地对干旱的敏感性是其他土地利用类型的1.3-2倍，建议优先加强草地干旱风险防控。

这项研究不仅为理解干旱区碳循环提供了新视角，更创新性地提出了"时空双维度"管理策略：时间上建议春夏侧重水分调控、秋季注重生态恢复；空间上应按草地>耕地>裸地的优先级配置资源。相关成果已应用于伊犁河流域生态保护规划，对全球半干旱区应对气候变化具有重要示范价值。