朴世龙团队揭示干旱影响植被生长的关键阈值及其全球空间分布 | NSR论文

干旱频发是21世纪气候变化的一个显著特征。厘清植被生长如何响应干旱，对理解和预测生态系统碳汇功能演变至关重要。现有研究通常从气候角度出发，仅基于水分亏缺程度识别干旱。值得注意的是，生态学理论和研究证据表明植被生长对干旱的响应通常不是线性的：只有当干旱胁迫达到某一阈值时，才会引发植被生长的强烈响应，发生生态干旱。而不同植被对干旱耐受程度存在差异，干旱胁迫引发植被生长强烈响应的阈值（以下简称干旱阈值）可能在全球范围内存在很大差别。识别植被生长干旱阈值这一关键参数并揭示其全球空间分布规律，对于准确认识和评估干旱对全球植被生长的影响有着重要意义。然而，这方面的研究目前仍非常有限。

研究人员提出并证实，植被生长对不同程度干旱的响应可概括为两个阶段（图1）：

阶段A，即低响应阶段：土壤水分轻微亏缺时，由于植被生长对干旱的抵抗力，植被生长响应干旱的频率较低

阶段B，即高响应阶段：当水分亏缺超过干旱阈值后，植被生长对干旱的抵抗力快速丧失，因而响应干旱的频率迅速增加。

也就是说，随着干旱加剧，干旱阈值成为植被生长对干旱响应从低到高发生转变的关键节点。以表层土壤含水量的百分位数来对干旱阈值进行量化为例，越低的干旱阈值对应越高的土壤水分亏缺程度，即植被生长对干旱越不敏感，难以出现响应的骤变。反之亦然。

图1 干旱胁迫影响植被生长的阈值识别框架

基于上述干旱阈值识别框架，该团队以表层土壤含水量表征干旱，首次研编了全球植被生长响应干旱的阈值空间分布图（图2）。

图2 全球植被生长响应干旱的阈值空间分布图

结果表明：在全球七成以上的地区，干旱阈值大于第10个百分位数(10th percentile），即土壤水分亏缺达到中等水平时，植被生长对干旱的响应开始骤变。值得指出的是，干旱阈值的地理分异明显，且随着森林覆盖和气候湿润程度增加而减小。然而，当前全球植被模型要么未刻画干旱阈值，要么高估了森林覆盖率较高的潮湿地区和森林覆盖率较低的干旱地区的干旱阈值；皆未准确模拟植被生长对干旱的非线性响应过程。

在此基础上，团队进一步利用地球系统模式集合数据，预估了未来气候变化条件下生态干旱的发生概率(图3)。

图3 未来生态干旱发生概率变化的全球分布格局

在中高排放情景下（SSP2-4.5和SSP5-8.5），至21世纪末，东亚、欧洲、亚马逊、澳大利亚南部、非洲东部和南部，发生生态干旱的风险增加。值得注意的是，在高排放情景（SSP5-8.5）下，由于大气CO₂上升导致植被水分利用效率提高，干旱区的生态干旱风险反而有所降低。

上述研究为定量理解和预测不同程度干旱对植被生长的影响提供了关键科学基础。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），北京大学城市与环境学院博士后李湘怡为该论文第一作者，朴世龙院士为通讯作者。

Global variations in critical drought thresholds that impact vegetation

https://doi.org/10.1‍093/nsr/nwad049