《Ecohydrology & Hydrobiology》：Spatial associations among meteorological drought exposure vulnerability, soil erosion, and vegetation health in the Mayurakshi River Basin, India
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•气象干旱暴露脆弱性（MDEV）因植被丧失和土壤凝聚力降低而加剧土壤侵蚀。•发现干旱严重程度与植被健康之间存在显著负相关关系。•土壤侵蚀进一步削弱了流域范围内的植被健康。•MDEV、土壤侵蚀（SE）和植被健康（VH）之间的级联相互作用加剧了景观的脆弱性。•综合资源管理是增强农
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气象干旱暴露脆弱性（MDEV）因植被丧失和土壤凝聚力降低而加剧土壤侵蚀。
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发现干旱严重程度与植被健康之间存在显著负相关关系。
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土壤侵蚀进一步削弱了流域范围内的植被健康。
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MDEV、土壤侵蚀（SE）和植被健康（VH）之间的级联相互作用加剧了景观的脆弱性。
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综合资源管理是增强农业韧性的关键。
引言
干旱和土壤侵蚀是全世界广泛报道的两种自然灾害，且二者在功能上相互关联。干旱和干旱化常被同义使用；然而，干旱化是指降雨亏缺，而干旱则指某区域在特定时段内持续存在的降雨亏缺（Kamruzzaman et al., 2022），尤其是在气候变化背景下。因此，干旱化并非在所有气候区域都存在，但干旱几乎普遍存在（Niaz et al., 2022）。干旱可分为四大类型：（1）气象干旱，表示长期降水亏缺（Escalante-Sandoval and Nu?ez-Garcia, 2017）；（2）农业干旱，由土壤水分亏缺和作物歉收引起（Mishra and Nagarajan, 2011; Araneda-Cabrera et al., 2021）；（3）水文干旱，在表面水和地下水短缺滞后时发生（Bouabdelli et al., 2020）；（4）社会经济干旱，当社会经济活动的水需求超过供水时出现（Wang et al., 2022b; Xu et al., 2021）。各类干旱相互关联，一种类型的干旱可能影响其他类型。然而，气象干旱是水文干旱、农业干旱和社会经济干旱的主要决定因素。用于测量气象干旱的常用指标包括标准化降水指数（SPI）（Livada and Assimakopoulos, 2007）、标准化降水-蒸散指数（SPEI）（Beguería et al., 2014）和帕尔默干旱严重程度指数（PDSI）（Alley, 1984）。
正如许多文献所示，干旱事件不仅与粮食安全密切相关（He et al., 2019），而且对土壤侵蚀有深远影响，后者反过来又恶化了干旱周期，尤其是农业干旱（Liu et al., 2016）。持续时间更长、强度更高、严重程度更大的气象干旱可导致土壤水分严重亏缺、土壤结构破坏和凝聚力减弱（Zhu et al., 2021）。降雨减少和水分亏缺阻碍了植被生长，从而增加了裸露面积，使其更易受到土壤侵蚀因子的侵害（Wang et al., 2022a）。长期干旱造成的有机质含量低也可能恶化土壤结构，使其更易遭受侵蚀（Lal and Moldenhauer, 1987）。由于长期植被裸露，干旱过后降雨开始时，仅有极少部分降雨能下渗，大部分降雨以径流形式冲刷带走肥沃的表土（Garg et al., 2024）。这反过来又导致土壤肥力下降和生产系统退化。该过程导致特定地区的农业干旱、社会经济和生计困境，并进而影响国家国内生产总值（GDP）。图1展示了气象干旱、土壤侵蚀和农业干旱之间的功能关系。如果审视全球土壤侵蚀和土地退化状况，全球7%的土地面临土壤侵蚀风险，水运动被确定为土壤侵蚀的主导因子（Borrelli et al., 2017）。全球广泛使用的土壤流失估算方法包括通用土壤流失方程（USLE）（Kinnell, 2010）和修正的通用土壤流失方程（RUSLE）（Renard et al., 2017），各地应用效果参差不齐。
全球土壤流失情景图进一步表明，干旱频发地区的土壤侵蚀强度显著更高（Trnka et al., 2016）。在此需要指出的是，干旱并非唯一决定因素，土壤本身的特性也描述了其可蚀性和侵蚀易感性。例如，若某季风气候区由具有高硅和铁含量的红土组成，季节性氧化机制本身就会增强土壤的脆弱性。季风降雨引发的高径流造成了巨大的土壤流失，正如本研究区域——梅尤拉基什河流域（马尤拉基什河）所经历的那样，该流域是恒河的一条下游支流，位于红土带内，常经历季节性干旱（Roy et al., 2023）。季风前季节（三月至五月）降雨极为稀少，加剧了这一状况，并反映在植被健康中。这可以通过不同的遥感光谱指数精确映射，包括归一化植被指数（NDVI）、植被状况指数（VCI）和植被/作物健康指数（VHI）（Kundu et al., 2016）。当土壤水分水平过于稀缺、降水不足以保障植物生长、导致作物产量产生胁迫时，就会发生农业干旱（Bodner et al., 2015）。这些指数能够捕捉这种农业干旱状况。在此需要指出的是，本研究中农业干旱指的是植被水分胁迫，不一定意味着作物产量损失。VHI受植被类型和物候的影响较大，不仅仅取决于土壤水分亏缺。
景观格局质量的下降与干旱和土壤侵蚀的耦合作用，可能对农业生产力及粮食安全体系造成日益严重的危害。迫切需要解决这一问题，以阐明干旱-土壤侵蚀-农业干旱三者现有的关联关系，并展示管理或适应当前状况的潜力。本研究的意义正在于此。
尽管气象干旱、土壤侵蚀和农业干旱已得到广泛研究，但现有研究往往孤立地探讨这些事件。传统干旱评估主要关注SPI、SPEI等气象干旱指数，而土壤侵蚀研究则频繁使用USLE、RUSLE等模型，却未考虑干旱在时空尺度上对侵蚀动态的影响。农业干旱研究虽然得到了应有的关注，强调植被胁迫或产量损失及其深入的模式分析，但往往忽视了因果性的土壤退化过程。此外，对气象干旱、土壤流失和农业干旱严重程度的综合空间评估——以及其对粮食安全的共同影响——严重缺乏，尤其在亚热带、河流环境以及涵盖多样化土壤-地貌和土地利用状况的区域，如印度东部的梅尤拉基什河流域，在多灾种研究框架中仍属未探索领域。
针对上述空白，本研究提出了一种新颖的跨学科方法，采用先进的地理空间分析技术，评估气象干旱对土壤侵蚀和农业干旱的统一影响，特别是在雨稀缺的季风前季节。研究利用相关的空间和时间数据，建模干旱严重程度如何加剧侵蚀风险、破坏耕地、促进农业干旱脆弱性，从而威胁当地粮食安全。通过整合气象干旱指数、侵蚀流失制图和农业干旱脆弱性评估，本研究提供了一个全面的、鲜有探索的干旱-土壤侵蚀-农业干旱三位一体关系。此外，研究结果支持区域特定的适应策略，使本研究成为干旱易发亚热带流域可持续土地和水资源管理的重要贡献。图1展示了气象干旱和土壤侵蚀的示意图。
章节摘要
材料
梅尤拉基什河（全长288公里）是巴吉拉蒂河的一条支流，在印度贾坎德邦高原区和西孟加拉邦洪泛区的河流格局中享有盛名，本研究选其流域作为研究区。梅尤拉基什河发源于贾坎德邦特里库特山（位于森塔尔帕尔加纳区德夫格尔以南约10公里处），海拔400米，流经印度东部大片区域，沿途汇入众多知名支流，包括莫蒂哈里河、多比河、普萨罗河、巴拉姆河等，
方法
本研究包含四个主要部分：（1）使用标准化降水指数（SPI）及基于九项暴露参数的干旱暴露脆弱性进行气象干旱制图与监测；（2）使用修正的通用土壤流失方程（RUSLE）估算土壤侵蚀；（3）利用USGS的Landsat时序影像模拟农业干旱状况；（4）在空间尺度上将干旱、土壤侵蚀和农业干旱进行关联分析。图4
基于AHP的干旱暴露脆弱性条件
图7a展示了流域干旱暴露脆弱性条件的空间特征。MDEV模型清楚地表明，约38%的地理面积主要集中在流域上游（图7c），该区域特征为相对较高海拔、相对较陡坡度、更密的低阶次河道和切割地形。下游集水区受干旱暴露脆弱性影响较小。地形平坦、高阶次河道密集、存在水体和地下水
讨论
本研究提供了对MDEV、土壤侵蚀和VHI之间级联相互作用关系的简明空间评估，同时将三者与环境胁迫因子和田间数据驱动的作物表现相连接。通过整合模型输出、空间统计和田间数据，当前研究展示了干旱如何作为土壤流失、土地退化和农业脆弱性的主要决定因素，跨越不同的土壤-地貌和地貌区域，如图25所示。
结论
本研究证明，气象干旱暴露、土壤侵蚀和植被健康是梅尤拉基什河流域农业脆弱性相互关联的组成部分。干旱胁迫和土壤退化并非独立作用，而是共同影响植被状况和作物表现，在流域内形成了空间分异的脆弱性。上游集水区，以相对较陡的地形、切割地形和低阶次排水系统为特征
CRediT作者贡献声明
Manashi Haldar：可视化、监督、软件、调查、正式分析、概念化。Shibtosh Roy：软件、调查。Pabitra Kanti Mitra：软件。Sandipta Debanshi：软件。Ripan Ghosh：软件。Swades Pal：写作 – 初稿、验证、监督、方法论、正式分析、概念化。
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