径流是重要的淡水资源，对全球供水具有关键作用。深入理解径流在长时间尺度上的变化及其成因，对于有效管理水资源和分析水资源的可用性至关重要。二氧化碳（CO₂）在推动气候变化、调节全球水循环和影响地表动态方面扮演着重要角色。然而，CO₂的升高（eCO₂）对径流的直接影响仍存在较大争议。这是因为eCO₂可能通过两种主要的相反机制影响径流：一方面，气孔关闭会导致植物蒸腾量减少，从而增加径流；另一方面，叶片面积的扩大会降低土壤蒸发和增加植被耗水，从而减少径流。
研究内容
在这项研究中，作者基于观测径流数据，在小流域上采用径流分离的全微分方法，同时在全球尺度上使用观测约束的全球生态模型，分离出eCO₂、气候变化（如降水和潜在蒸散发）对径流的影响。研究结果表明，1981至2020年间，植被对CO₂的响应对径流的直接调节作用有限。在1,116个几乎未受人类活动影响的流域中，eCO₂对径流的贡献中值接近于零（图1）；在大流域约束的全球生态模型中，最优指纹法的归因表明，全球径流变化并没有直接证据支持其归因于eCO₂（图2）。此外，作者还指出模型在趋势模拟方面的局限性，强调不仅要考虑年径流值，还要重视年径流趋势对模型的约束作用，因此在通过全球模型评估全球径流变化时需谨慎。
尽管在过去40年间CO₂上升了21.8%，但其通过调节植被对径流的影响并不明显。这一发现为理解过去40年中CO₂及其他因素对径流变化的复杂动态提供了重要启示，对当前eCO₂条件下的径流变化归因具有重要意义。
图1 1981-2020 年间，在1,116个受人类活动影响小的小流域通过全微分方法分离降水量 (P)、潜在蒸散量 (ETp) 和CO₂升高 (eCO₂) 对径流变化的贡献。a-c为变化贡献（%）的空间分布特征；d为所有结果的箱型图汇总。
图2 1981-2020 年间，基于观测约束的全球生态模型的年径流趋势（a）、变化（b）以及归因结果（c）
发表信息
该研究成果题为“Direct vegetation response to recent CO₂ rise shows limited effect on global streamflow”，于2024年10月31日在《Nature Communications》期刊在线发表。中国科学院地理科学与资源研究所2020级直博生魏豪杉为第一作者，通讯作者为张永强研究员和夏军院士，其他作者包括中国科学院地理资源所刘昌明院士、博士生黄琦、博士毕业生栾金凯以及澳大利亚联邦科学与工业研究组织的Francis H. S. Chiew资深首席研究员。该论文得到了国家重点研发计划（资助号：2022YFC3002804）和国家自然科学基金（资助号：42330506和42361144709）等项目的资助
论文信息：Haoshan Wei, Yongqiang Zhang*, Qi Huang, Francis H. S. Chiew, Jinkai Luan, Jun Xia* & Changming Liu. Direct vegetation response to recent CO2 rise shows limited effect on global streamflow. Nature Communications 15, 9423 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53879-x
