内蒙古高原内陆河流域生态干旱对植被的影响机制研究

本研究针对内蒙古高原内陆河流域(IRB)生态干旱(ED)与植被净初级生产力(NPP)的响应机制，创新性构建标准化生态水分亏缺指数(SEWDI)，结合CASA模型揭示NPP时空分异规律，发现植被对干旱存在2.60个月平均滞后响应，并通过Copula函数量化不同干旱等级下NPP损失概率，为干旱区生态恢复提供科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，干旱半干旱地区生态系统面临严峻挑战。内蒙古高原作为我国北方重要生态屏障，其内陆河流域(IRB)近年来频发生态干旱事件，引发植被退化、生物多样性下降等一系列生态问题。传统干旱监测指标多关注气象或农业干旱，而忽视植被生理需水特性，难以准确评估生态系统的真实干旱胁迫。更关键的是，植被对干旱的响应存在复杂时空异质性，既有累积效应又有滞后特征，这种动态互馈机制尚未被充分揭示。

河南高校重点科研项目团队通过构建标准化生态水分亏缺指数(SEWDI)，首次实现从植被水分供需平衡角度量化生态干旱。研究整合1982-2022年多源遥感数据，采用卡内基-艾姆斯-斯坦福方法(CASA)模型计算净初级生产力(NPP)，运用最大相关系数法解析干旱累积-滞后效应，基于Copula函数建立干旱等级与NPP损失的定量关系，并通过结构方程模型(SEM)解耦气象因子的直接/间接影响路径。

关键技术包括：1) 基于NDVI和实际蒸散发(ET_A)的SEWDI指数构建；2) 光能利用率模型(CASA)反演NPP；3) 最大相关系数法识别3-5个月累积效应和1-2个月滞后周期；4) Copula函数计算不同干旱等级下NPP损失概率；5) SHAP值分解气象因子贡献度。

【时空变化特征】
年均NPP呈现东南(297.84gC m^-2)向西北(17.91gC m^-2)递减格局，2000年后增速显著放缓至0.10gC m^-2 yr^-1。Theil-Sen趋势检测显示95.72%区域NPP呈上升趋势，但4.21%区域出现退化，主要分布在乌拉特后旗等西部干旱区。

【累积与滞后效应】
87.89%区域呈现正累积效应，南部地区相关性最高(r=0.48)。植被平均滞后响应2.60个月，其中草原响应最强(0.044)，森林最弱(0.022)。东部乌珠穆沁旗高覆盖草地对干旱敏感，而西部荒漠草原因适应性强表现稳定。

【NPP损失概率】
当发生极端干旱(SEWDI≤-2.0)时，NPP低于0.4分位数的概率达0.463。值得注意的是，随干旱等级加剧，NPP损失概率反而降低，反映植被进入低代谢维持状态。

【驱动机制】
结构方程显示温度(Temp)总效应最大(0.282)，降水(Prec)通过"Prec→SEWDI→NPP"路径间接影响(0.132)。SHAP分析揭示比湿(Shum)是影响SEWDI的首要因子(SHAP=0.18)，而长波辐射(Lrad)对NPP贡献最高(SHAP=0.52)。

该研究创新点在于：1) 提出植被中心主义的干旱评估框架，克服传统气象指标的局限性；2) 揭示干旱累积效应(3-5个月)主导植被响应；3) 建立概率化损失评估模型，识别东部草地为关键脆弱区。研究结果为"退耕还林还草"工程效果评估提供量化工具，建议将2个月滞后周期纳入生态旱情预警系统，并为干旱区植被恢复的合理目标设定提供科学依据。未来研究需整合人类活动因子，进一步区分气候变化与人为干扰的贡献比例。