我国陆地植被状态三十年转变特征
陆地植被作为关键生态要素，可通过多重机制影响区域水循环过程和碳封存能力，其核心生态系统服务功能均与土壤水分有效性密切相关。土壤水分有效性反映了土壤水分能否被植被吸收及其被植物吸收的难易程度，深入研究该指标，对于解析植被群落结构特征与地理分布格局具有重要意义。
陆地植被对土壤水分的响应主要分为两个阶段：当土壤水分低于临界阈值θ2时，植被水分传输受阻，绿度下降，系统从能量限制状态转变为水分限制状态；若土壤水分进一步低于物种耐受极限θ1时，植被死亡率上升、群落多样性丧失，系统进入崩溃状态。全球变化和人类活动背景下，我国陆地植被响应土壤水分的模式、趋势及影响因素有待进一步研究。
近期，中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全全国重点实验室朱青研究员团队聚焦上述科学问题，采用经典的“空间换时间”研究方法，系统分析了1986–2015年我国归一化植被指数与土壤水分之间的非线性响应关系，识别了土壤水分两阶段临界阈值，并揭示了阈值指示的植被状态转变模式。
研究发现（图1）：我国θ1的范围为0.12–0.22 m³ m⁻³，对应水分限制状态和生态系统崩溃状态之间的过渡，这一过程主要受温度影响（r = –0.46，p < 0.01）；θ2的范围为0.24–0.41 m³ m⁻³，对应能量限制状态与水分限制状态之间的过渡，这一过程则更多地受降水量影响（r = –0.29 ，p < 0.01）。
图1. 植被与土壤水分的非线性响应关系及其指示的植被状态
1986–2015年间，我国陆地植被崩溃状态向水分限制状态转变主要发生在华北和西北地区（图2），植被恢复是模式转变背后的重要原因。气候干旱化趋势导致我国西南和东北地区陆地植被由能量限制状态转变为水分限制状态（图2）。上世纪90年代以来的暖湿化则导致青藏高原地区由水分限制状态向能量限制状态转变（图2）。
图2. 我国陆地植被状态转变模式的空间分布
总体而言，三十年以来我国约21%的陆地植被生长处于水分限制状态，其中植被恢复导致系统崩溃状态向水分限制状态转变，贡献了其中的17%；气候干旱化趋势导致系统能量限制状态向水分限制状态转变，贡献了剩余的4%。研究结果表明，气候变化导致的生态系统水分亏缺，极有可能进一步被植被恢复过程加剧，亟需在植被恢复与区域水资源可用性之间寻求平衡。
以上研究成果得到国家自然科学基金项目、江苏省自然科学基金项目和研究所自主部署项目共同资助。