全球植被綠化并非“越綠越好”專家指出要充分考慮區域水資源承載能力

　　綠化面積越大，生態環境越好嗎？

　　一項研究給出了令人意外的答案。看著全球植被“綠化”率和土壤水分的耦合數據，中國科學院新疆生態與地理研究所（以下簡稱新疆生地所）研究員李稚皺起了眉頭。

　　目前，全球約65.82%的植被覆蓋區呈現綠化趨勢，但其中近一半區域存在土壤水分下降問題，根據根區土壤水分數據集ERA5（第五代全球高分辨率大氣再分析數據集）、GLEAM（阿姆斯特丹全球陸地蒸發數據）的統計，占比分別為49.96%、38.19%，呈現出“綠化-干旱”模式。

　　“綠化并非‘越綠越好’，要充分考慮區域的水資源承載能力。”李稚告訴《中國科學報》，尤其在干旱與半干旱地區，如果大規模生態工程或農田擴張超出土壤水分植被承載力，將導致區域水資源短缺加劇。近日，相關研究成果發表于《通訊-地球與環境》。

　　該研究揭示了全球植被-土壤水分因果耦合關系。同行評議稱：“該研究明確了植被在強化蒸散發、影響土壤濕度趨勢上的雙重作用，為洞察未來氣候變化提供了重要參考。”

　　全球綠化新認知

　　在人們普遍印象里，繁茂的植被覆蓋意味著更強的光合作用和二氧化碳吸收能力，還能遮陰、減少蒸發、促進水循環，涵養當地水源，形成“綠化-濕潤”的正反饋過程。

　　但李稚研究團隊發現，現實情況并非完全如此。她和團隊長期從事干旱區生態水文過程研究，在野外調查、長期監測和模型研究中發現，植被變化與土壤水分變化之間不是簡單的“增加-增加”“減少-減少”的關系，在水分有限的區域，過度綠化不僅未能緩解干旱，反而因蒸散耗水增加而加重土壤干化。

　　“區域水資源承載能力指為維系良好的生態系統結構和功能，在現有氣候、水文條件和生態系統特征下，水資源系統能夠長期穩定支撐的最大經濟社會規模。”李稚告訴《中國科學報》，這不僅要考慮降水量、土壤蓄水能力、地下水補給和蒸散發需求等基本水文要素，還要結合生態系統對水文變化的敏感性來分析。

　　研究團隊基于多源衛星觀測、再分析資料及地球系統模式輸出數據，在全球尺度上系統量化了1982年—2020年植被動態與土壤水分變化的因果耦合關系。

　　結果顯示，全球近一半區域出現土壤水分下降、“綠化-干旱”模式，如非洲中部、歐洲中高緯地區、中亞、澳大利亞東部等。與此同時，約22.74%~34.68%的區域呈現“綠化-濕潤”模式，多見于北美洲中部、印度半島、撒哈拉南緣等地區。

　　李稚介紹，這種顯著的區域差異主要受氣候背景、植被類型、水分來源與補給方式、區域的能量與水分交換機制影響。在干旱與半干旱區，“綠化”一定程度上影響區域水循環過程、涵養當地水源，但植被活動過強也會增強蒸騰作用，加劇土壤失水。

　　這一研究為不同氣候區植被恢復的水文效應評估提供了新的理論依據，尤其在全球變暖的趨勢下至關重要。

　　“在干旱區，過度植被‘綠化’可能通過增強蒸騰和冠層截留加劇土壤水分虧缺，影響生態系統的穩定性與可持續性。”李稚補充道，同時，氣溫升高導致極端降水增加、冰川消融加速、春季融雪提前，不僅加劇干旱區毗鄰山區洪水、冰湖潰決的概率，也增加雪旱風險、加劇缺水期土壤水分虧缺，進一步加大干旱-熱浪等復合極端事件頻率。

　　“由此形成的氣候-水文-生態多過程耦合驅動的風險傳遞效應，必須引起高度重視。”李稚說。

　　破解數據難題

　　長期以來，全球尺度上植被-土壤水分耦合關系的研究面臨多重挑戰，其中數據問題是首要挑戰。

　　“全球衛星觀測和再分析資料的發展，讓我們有可能在長時間尺度、全球范圍內同時獲取植被和土壤水分的長時間序列數據。但并沒有一個能覆蓋全球、具備足夠長時間尺度（1982年至今）且穩定一致的植被觀測數據集。”論文第一作者、研究團隊成員劉永昌表示。

　　劉永昌介紹，現有土壤水分數據大多來自站點觀測、衛星收集和模式模擬，但空間分辨率差異大，難以精確統一。如果不進行統一處理，構建起穩定一致的長序列植被數據，這項研究就無從談起。

　　然而，這是個浩大的工程。劉永昌介紹，第一步是從多源衛星遙感產品中收集、篩選數據。他們匯總了4套數據集，進行數據融合評估和交叉驗證，排除單一數據集的偏差，耗費了大量時間。

　　但這還不夠。為了解析植被-土壤水分響應的關鍵過程，需要構建更長時間尺度的新數據。

　　“這要對不同來源的數據進行延長和融合。”劉永昌表示，這不是一個團隊能夠完成的，這項研究不僅涉及氣候變化下的水文過程，還包括生態學中的植被動態觀測與機制解析，甚至需要利用地球系統模式進行未來情景模擬。

　　因此，在研究之初，團隊就聯絡了氣候學、水文學、生態學、遙感科學、數理統計學多個領域的專家，不定時召開視頻會議。各領域專家從自身角度出發開展合作，通過統計建模方式將不同來源的數據進行融合。

　　“這是我們研究中至關重要的一步。既保留了長序列數據的趨勢一致性，又引入了高分辨率產品的細節信息。”李稚表示，近年來，國際上陸續出現了多套歸一化植被指數（NDVI）數據集，“我們的研究不僅彌補了全球尺度上植被-土壤水分動態長期變化與因果分析的不足，也為制定差異化生態恢復與水資源管理策略提供了科學依據”。

　　警惕“越綠越干”

　　“全球綠化并不意味著水資源狀況一定改善。”李稚反復強調，植被恢復的同時，必須考慮區域水資源可持續利用底線，否則可能造成生態系統耗水超過自然補給，進而加劇土壤干化和地下水消耗，形成“越綠越干”的風險。

　　同時，植被恢復不是件簡單事，水文-生態過程中存在多環節風險放大效應。李稚告訴記者，土壤水分下降不僅直接威脅植被生長，還可能通過增加干旱與熱浪的復合事件頻率，降低生態系統的穩定性和恢復力。

　　此外，全球水資源安全必須納入區域差異視角。全球水資源管理與生態保護策略不能簡單套用統一模式，要針對不同氣候區、不同植被類型制定差異化方案，關注水循環、能量交換和植被動態之間的相互作用。

　　隨著全球綠化提速，對于已在部分水資源緊張區域實施的生態工程，李稚認為應當提高水資源利用效率。

　　“首先要以高效利用和水安全保障為目標，尋找開源增水和可持續開發利用途徑。”李稚舉了個例子，例如可以從節水、蓄水、增水等多維度系統挖掘空中云水、山區巖溶水、礦井疏干水、平原盆地及沙漠區淺層微咸/苦咸水等非常規水資源潛力。此外，要探究河-庫-湖-濕水資源聯用、多源水資源優化配置與可持續利用途徑，并進一步研發構建水資源與能源之間的替代性經濟發展模式，以能補水，資源互補，全面提升水資源利用效率。

　　盡管該研究從全球尺度上系統揭示了植被-土壤水分的因果耦合關系，并厘清了不同區域的響應格局，但在李稚眼中，還有諸多局限與不足。

　　目前，在高緯度凍土區和復雜地形區，植被和土壤水分反演精度仍存在不確定性。此外，水分過程的垂向細節不足，尚未區分淺層與深層土壤水分的動態差異，而在干旱區，深根植物對深層水分的利用尤其重要。

　　“為此，我們將引入更高精度與多時相觀測數據，開展氣候變化與人類活動的綜合研究，為政策制定提供更有針對性的科學依據。”李稚說。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02470-3