贺兰山植被GPP对干旱的非线性响应

摘要

【目的】阐明干旱半干旱区植被生产力对多时间尺度干旱事件的响应机制及其时空变化规律，为区域碳循环调控与气候适应性管理提供科学依据。【方法】以贺兰山为研究区，利用反硝化-分解模型（DNDC）和森林反硝化-分解模型（Forest-DNDC）模拟2001—2021年植被总初级生产力（GPP）的时空变化特征。基于标准化降水蒸散指数（SPEI），构建SPEI-1（月）、SPEI-6（半年）、SPEI-12（年）和SPEI-24（中长期）干旱指标，结合线性相关分析与广义加性模型，定量评估干旱特征（干旱历时、严重程度、强度和频率）对GPP的影响。【结果】（1）2001—2021年间，贺兰山GPP总体显著增加，平均增长率为0.20 g/（m²·a）(以C计)，空间上呈中心高、四周低的分布格局；（2）GPP对干旱的响应具有显著的时间尺度依赖性与非线性特征。短期干旱（SPEI-1）下，GPP与干旱历时、严重程度和频率显著负相关，而轻度干旱时，GPP表现出一定的促进效应；（3）随时间尺度延长至SPEI-6、SPEI-12和SPEI-24，干旱对GPP的抑制作用逐渐增强，并呈现非线性阈值特征；（4）草地对中长期干旱最为敏感，GPP下降幅度显著高于森林和灌丛。【结论】贺兰山植被GPP对干旱胁迫表现出显著的时间尺度依赖性和非线性响应，不同生态系统敏感性差异明显。本研究强调，应综合干旱特征与植被敏感性，构建区域多尺度干旱风险评估与生态管理策略，为提升干旱区碳汇功能提供科学依据和理论支撑。

关键词

贺兰山 / 干旱事件 / 总初级生产力 / 非线性响应 / Forest-DNDC模型 / DNDC模型