4.1　引言

水是生态系统最为活跃的元素，光合作用等许多生理化学反应都离不开它。全球变化在一定程度上增强了水文循环过程，进一步增加了极端气候事件的发生频率，比如极端干旱事件（Jentsch和Beierkuhnlein，2008）在美国、加拿大、非洲、南美洲、澳大利亚、中国、印度等地，严重干旱经常与厄尔尼诺现象伴生（Shanahan等，2009；Yeh等，2009）。在全球范围内，干旱的频率、持续时间和严重程度在近几十年大幅增长（Dai，2011），尤其是在干旱和半干旱地区（Solomon，2007；Stocker等，2013）。与此同时，干旱对人类社会和生态系统造成了严重的影响和破坏（Lambers等，2008；Meehl等，2000；Piao等，2010）。区域性干旱往往造成全球性的影响，旱灾已经成为影响最为广泛的全球性自然灾害（Keyantash和Dracup，2002；Sternberg，2011），全球每年旱灾经济损失高达60亿～80亿美元，1900—2010年旱灾累计经济损失达851亿美元（EM-DAT，2010；Wilhite，2000）。各种例证不断表明，未来的干旱可能发生得更加频繁，强度更大，持续时间更长，远远超越生态系统所能承受的压力阈值，最终导致未来的生物地球化学循环过程更剧烈（Parmesan，2006；Sheffield和Wood，2012）。

事实上，干旱能够显著影响植物生长、生产力、生态系统结构、组成和功能（Jentsch等，2011；Xia等，2014）。然而，由于干旱复杂的时空变化特征和生态系统功能属性多样化，很难有效监测和评估干旱对生态系统的潜在影响（Wang等，2014）。大量研究已经使用许多方法来衡量干旱灾害对碳循环的影响，如通量观测和野外田间试验（Baldocchi等，2001；Baldocchi，2003）、遥感（Asner等，2004；Zhao和Running，2010）、生态系统模型（Ciais等，2005；Woodward和Lomas，2004）或通量观测、卫星数据和生态系统模拟等多种手段有机结合广泛开展干旱对生态系统的影响（Reichstein等，2007；Running等，1999）。尽管我们有多种手段评估干旱对生态系统的影响，但是我们还缺少干旱对生态系统影响统一评估的框架和标准，不同的研究目的或标准导致干旱评估结果存在较大差异。干旱是全球对人类社会和生态环境造成威胁最严重的自然灾害之一，如何定量评估干旱造成的社会经济生态损失长期以来都是比较困难的事情（Crabtree等，2009；Loehle，2011）。因此，本章重点探讨干旱对生态系统生产力影响的量化方法，定量刻画不同等级干旱对生产力的影响。(https://www.daowen.com)

水分是干旱和半干旱区草地植被生长的主要限制因子（Knapp等，2002；Smith和Knapp，2001）。同时，草地比其他生态系统对干旱更为敏感（Bloor和Bardgett，2012；Coupland，1958）。因此本书选择具有代表性的草地生态系统作为评估对象，基于Biome-BGC模型和SPI干旱指数，采用新的评估标准和方法刻画干旱对草地NPP的定量影响，尤其是不同等级干旱影响的量化。选择内蒙古典型的10个站点分别代表不同草地类型：草甸草原[海拉尔（Hailar）和通辽（Tongliao）气象站，鄂温克旗（Ewenki Banner）牧业气象站]、典型草原[锡林浩特（Xilinhot）和阿巴嘎旗（Abaga Banner）气象站，锡林浩特野外试验站（Xln）和中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站（锡林郭勒站：Xilingol）]和荒漠草原[阿拉善右旗（Alxa Right Banner）和苏尼特左旗（Sonid LeftBanner）气象站，乌拉特中旗野外试验站（Urat Banner）]，其中气象站点数据用于不同等级干旱的影响评估，牧业气象站、野外试验站和生态定位观测站观测的NPP数据用于干旱影响评估结果验证。