土壤-大气复合干旱胁迫下中国植被生产力脆弱性定量分析
Quantitative analysis of the vulnerability of the vegetation productivity under soil-atmosphere compound drought stress in China
摘要植被总初级生产力(GPP)是全球碳循环的核心组成部分,在陆地碳封存中起着至关重要的作用.土壤水分(SM)和饱和水汽压差(VPD)对植被生产力的影响和制约已得到广泛证实.然而,中国植被生产力对土壤和大气干旱的脆弱性响应仍不明确.利用土壤 水 分、ERA5-Land 气象数据和 GPP 等数据,使用 Copula 函数构建了"标准化土壤-大气植被胁迫指数"(standardized soil-atmospheric vegetation stress index,SSAVI),划分不同情景下的干旱等级.并基于条件概率和 Copula 函数搭建植被损失概率模型(copula conditional probability model,CCP),量化了 1982-2019 年间土壤干旱、大气干旱及土壤-大气复合干旱对中国植被生产力的影响.研究发现:(1)复合干旱对植被生产力的影响高于两种单一干旱,土壤干旱胁迫下的植被脆弱性大于大气干旱,大气干旱在干旱加剧情景下植被损失增幅(+17.4%)最大.中国北方地区植被损失概率整体偏高.复合干旱胁迫下,内蒙古地区、新疆北部及东北地区森林地带植被脆弱性最为显著;土壤干旱胁迫下,东南沿海湿润地区及青藏高原西南缘植被脆弱性高;大气干旱胁迫下,华北平原植被损失概率整体偏高,其中京津冀地区尤为显著.(2)轻度干旱胁迫下,复合干旱主导中国大部分区域植被损失(平均占比 63.97%),单一土壤干旱和大气干旱主导的区域相对有限.随干旱等级上升,复合干旱主导区域显著减少,土壤干旱主导发生扩张.(3)复合干旱对干旱区(86.5%)和半干旱区(81.5%)主导作用最为显著.轻度干旱胁迫下,复合干旱引发的植被损失从高到低依次为:稀疏植被>灌丛>森林>草地>农田,单一土壤和大气干旱影响下,草地高度脆弱.重度大气干旱胁迫导致半湿润区的农田失去原有的耐旱优势,损失达到最大.研究结果揭示了土壤和大气干旱胁迫下植被脆弱性的空间异质性特征,为深入理解陆地生态系统对干旱胁迫的响应机制提供了科学依据.
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