近年来，气候变化和植被绿化导致陆地生态系统中的碳-水耦合关系发生了显著变化。中国科学院地理科学与资源研究所国家生态科学数据中心何洪林研究组采用自主研发的生态过程模型（CEVSA-ES），系统评估了中国陆地生态系统水分利用效率（WUE）的年际变化及其驱动机制，揭示了2000年至2022年间WUE的年代际变化趋势和关键影响因素的差异。这一研究成果于2024年11月发表在生态学与信息学领域国际主流期刊Ecological Informatics（IF: 5.8）。
研究通过将WUE分解为两个关键比值——总初级生产力与蒸腾的比值（GPP/T）和蒸腾与蒸散的比值（T/ET），解析了植物生理过程和植被变化等因素对WUE的影响。研究结果表明：2000–2022年，中国陆地生态系统的WUE整体呈显著增长趋势，但不同年代际的变化趋势及驱动机制存在显著差异。其中，2000–2010年，WUE变化较为平稳（年均增长率为0.0023 g C kg−1 H2O，p > 0.05），主要是因为GPP/T的下降（p < 0.05）被T/ET的增加（p < 0.01）所抵消；然而，2010–2022年，WUE呈显著增加趋势（年均增长率为0.0145 g C kg−1 H2O，p < 0.01），这一变化主要由GPP/T的增加（p < 0.01）驱动，而T/ET保持相对稳定（p > 0.05）。
图1 2000–2022年中国陆地生态系统及不同气候区WUE、GPP/T和T/ET年际变化趋势
图2 （a）2000–2010年及（b）2010–2022年中国陆地生态系统WUE变化趋势空间格局
图3 2000–2010年（a）GPP/T和（b）T/ET及2010–2022年（c）GPP/T和（d）T/ET变化趋势空间格局
研究团队进一步发现，GPP/T和T/ET的主要影响因素存在很大差异。降水是GPP/T变化的最主要驱动力，解释了其年际变化的70%；21世纪初期降水呈下降趋势，而随后持续增加的降水波动引发了GPP/T的年代际变化。另一方面，T/ET受叶面积指数（LAI）、温度和降水的共同影响，三者对其年际变异的贡献率分别为39%、29%和32%。
图4 (a) 2000–2010年和2010–2022年降水的年际变化趋势，(b) 2000年至2022年降水与GPP/T的相关性
图5 （a）GPP/T和（b）T/ET与降水、温度、LAI之间的相关性
本研究为理解陆地生态系统在全球变化背景下的碳-水耦合机制提供了重要理论依据，也为未来实现碳中和目标下的生态系统管理与水资源规划提供了科学支持。
该研究得到了国家重点研发计划（2021YFF0703903）和国家自然科学基金（42201312）的资助。国家生态科学数据中心何洪林研究员为通讯作者，鲁东大学牛忠恩博士为第一作者。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2024.102895
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国家生态科学数据中心
ID :NESDC2019
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