《Water》：Relationships Among Groundwater Depth, Vegetation Dynamics, and Evapotranspiration in an Arid Basin: Identification of Groundwater-Dependent Vegetation Ecosystems and Ecological Reference Thresholds
编辑推荐：
在干旱与半干旱地区，气候变化导致地表水不确定性增加背景下，地下水在维持生态系统稳定性方面发挥着重要的生态水文作用。区分降水与地下水补给对植被生长的影响仍具挑战性，这限制了地下水依赖植被生态系统（Groundwater-Dependent Vegetation
在干旱与半干旱地区，气候变化导致地表水不确定性增加背景下，地下水在维持生态系统稳定性方面发挥着重要的生态水文作用。区分降水与地下水补给对植被生长的影响仍具挑战性，这限制了地下水依赖植被生态系统（Groundwater-Dependent Vegetation Ecosystems, GDVEs）的可靠识别及生态地下水位的定量估算。研究人员以典型内陆闭流区——岱海（Daihai）盆地为案例，整合多源遥感数据（2005–2025年）与地下水原位监测资料，构建了生态水文响应分析与管控量化的综合框架。采用改进Mann–Kendall检验结合时空相关性分析，解析了植被动态与地下水埋深的空间关系。结果表明：（1）流域整体植被呈变绿趋势（Theil–Sen斜率＝0.00014），且具空间异质性；（2）植被对地下水的依赖性呈现明显阈值特征，低盖度区（植被覆盖度 Fractional Vegetation Cover, FVC < 0.3）显示较强地下水依赖性（r ＝ 0.698），而高盖度区关系较弱；（3）林地与草地近似生态地下水参考阈值分别估算为 1.0 m（保证率 90％）与 0.6 m（保证率 80％）。所提出的 GDVEs 识别方案可为适应性地下水管理与生态评估提供科学参考。
论文解读：干旱盆地地下水埋深、植被动态与蒸散发相互关系及地下水依赖植被生态系统(GDVEs)识别与生态参考阈值研究
该研究以内蒙古凉城县岱海（Daihai）盆地这一典型温带干旱—半干旱闭流区为对象。现有研究多强调气候驱动下的植被变化，较少关注持续地下水补给在生态过程中的作用，且缺乏系统识别地下水依赖植被生态系统（Groundwater-Dependent Vegetation Ecosystems, GDVEs）并定量估算生态地下水位的统一框架。明确地下水—植被关系及 GDVEs 空间格局与生态阈值，对旱区地下水开采管控与生态保护具有重要意义。本研究由研究人员发表于期刊《Water》。
研究人员集成 2005–2025 年多源遥感产品（MODIS 归一化/增强型植被指数 NDVI/EVI、Landsat 8/9 土地利用、GPM 降水、MOD16A2 实际蒸散发 Actual Evapotranspiration, ETa、潜在蒸散发 Potential Evapotranspiration, PET、30 cm 土壤湿度）与地下水监测井埋深数据（Kriging 空间插值），采用 Mann–Kendall(M–K)趋势检验与 Theil–Sen 中位数斜率估计量化 EVI 与 ETa年际变化趋势；Pearson 相关与线性回归分析地下水埋深、植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover, FVC）及 ETa的统计关系；选取偏干年份生长季晚期，将 NDVI、PET、土壤湿度、降水、地下水埋深标准化后按自然断点(Jenks)分级并加权叠置构建 GDVE 复合指数识别 GDVEs 空间分布；基于相对植被覆盖度 Cp（由 EVI 计算）与地下水埋深累积频率曲线确定不同土地利用类型的生态地下水约束阈值；结合 DEM 计算地形湿润指数(Topographic Wetness Index, TWI)与汇流累积量(Flow Accumulation)识别 GDVE 核心区补给廊道；利用 MODFLOW 三维地下水水流模型设计多组开采方案评估允许地下水开采量。
3.1. Spatiotemporal Variability of the Enhanced Vegetation Index (EVI)
通过对 2005–2025 年 7 月 EVI 时序分析，研究人员发现流域平均 EVI 呈显著上升趋势（Sen's slope = 0.00014，M–K p < 0.01），均值由 2005 年 0.277 增至 2025 年 0.445，最低值出现于降水显著偏少的 2011 年(0.225)。空间上，EVI 自流域周边向湖滨呈"高—低—高"带状分布，西北边界山区 EVI 多高于 0.5，环湖带 EVI 明显增加，中心草地 EVI 对气候波动更敏感，反映区域生态恢复措施与气候共同影响。
3.2. Relationship Between Fractional Vegetation Cover (FVC) and Groundwater
采用像元二分模型由 EVI 计算 FVC 并按 <0.3、0.3–0.7、>0.7 分为低/中/高盖度。流域尺度 FVC 与地下水埋深呈弱但显著正相关(r = 0.073, p < 0.001)；分区分析显示低盖度区(FVC < 0.3)二者呈强正相关(r = 0.698, p < 0.001)，表明湖滨低盖度植被对地下水可得性更敏感；中盖度(r = ?0.075)与高盖度(r = ?0.097)区呈弱负相关，说明较深地下水位对其生长限制有限，降水等因素作用增强。表明地下水—植被关系具空间异质性，分区分析更适于 GDVEs 识别。
3.3. Association of EVI with Actual Evapotranspiration
月尺度 EVI 与 ETa相关性极强(Pearson r = 0.87, p < 0.001；Spearman ρ = 0.73)，交叉相关函数最大相关出现在滞后 0，说明 EVI 与 ETa同步变化，无显著超前或滞后。M–K 检验二者均呈显著上升趋势(EVI Sen's slope = 0.00014；ETaSen's slope = 0.023)，反映植被改善伴随蒸散耗水增加，受共同气候驱动因子影响。
3.4. Dependency of Evapotranspiration on Groundwater Depth
ETa与地下水埋深呈显著负相关(r = ?0.24, p < 0.001, R2= 0.057)，即浅埋深对应较高 ETa；PET 与埋深呈弱正相关(r = 0.17, p < 0.001)，反映大气蒸发需求受地下水直接影响小。分土地利用看，林地 ETa–埋深关系最强(r = ?0.408, R2= 0.166)，草地(r = ?0.164)、农田(r = ?0.137)次之，裸地呈正相关(r = 0.199)，说明植被密度越高对地下水变化越敏感。
3.5. Spatial Distribution of Groundwater-Dependent Vegetation Ecosystems (GDVEs)
选取代表性偏旱年(2022 年)7 月 NDVI、PET、30 cm 土壤湿度及标准化降水、地下水埋深，经 Jenks 分级按生态水文意义赋权(NDVI 与埋深权重最高，土壤湿度略低，降水与 PET 较低)叠加构建 GDVE 指数并分五级。GDVEs 核心区(等级 4–5)占流域面积约 31.9%，集中分布于湖周及浅层地下水丰富带。权重敏感性分析表明空间格局总体稳定，NDVI 权重变化对高值区范围影响较大，地下水埋深权重变化对核心区位置影响小，说明埋深起区域性控制作用，NDVI 控制空间异质性。
3.6. GDVEs Recharge Corridor Identification
以 DEM 衍生的 TWI 与 Flow Accumulation 表征地形控水潜力，计算补给廊道指数(ReC)，GDVE 核心区按缓冲区与核心区水文指数差值归一化。湖滨核心区 ReC 值最高(0.6–0.8)，显示强水文连通性与稳定地下水补给；高海拔或地形破碎区 ReC 低(<0.2)，主要靠降水和浅层土壤水。岱海湖泊兼具终端汇与 GDVEs 地下水循环关键节点功能。
3.7. Evaluation of Allowable Groundwater Exploitation
基于校准的三维 MODFLOW 模型设 12 种开采方案，林地允许最大降深 1.0 m，其他区域 0.6 m。满足生态约束的方案中，优选方案(Scheme 10)总开采量约 6600 万 m3，为现状总开采量的 64.7％，湖水位降幅有限；若需进一步满足工农业用水可于盆地西南新增深含水层开采井以减少生态影响。
讨论与结论翻译（浓缩自 Conclusions and Recommendations）：
2005–2025 年岱海盆地 EVI 总体上升（增幅约 66.7%），长期呈显著变绿趋势，与湿地围封及生态补水等恢复措施相关。流域尺度 FVC 与地下水埋深弱正相关，但低盖度区(FVC < 0.3)呈强正相关(r = 0.698)，中、高盖度区呈弱负相关，反映地下水—植被关系的空间异质性与分区依赖性。EVI 与 ETa显著同步增强(r = 0.87)，ETa随浅埋深增大，PET 随埋深略增。识别出的 GDVEs 核心区约占流域面积 31.9％，围绕湖泊及浅层地下水带分布。依据生态阈值，林地与草地生态参考地下水埋深分别为 1.0 m（90％保证率）与 0.6 m（80％保证率），据此估算维持生态系统稳定的允许开采量。研究表明旱区地下水条件与生态响应具空间关联性，所建 GDVEs 识别框架与生态水位阈值为地下水生态红线划定、生态补水管护及可持续地下水利用提供了定量化科学依据。
