全球陆地生态系统根区储水能力对气候变化的响应：过去四十年的增强机制与干旱韧性启示

为揭示生态系统根区储水能力（SR）如何适应气候变化并影响干旱韧性，研究人员基于质量曲线技术（MCT）分析1982-2020年全球数据，发现SR平均增长11%（1652亿m3），9类生态系统呈上升趋势，但干旱区三类系统下降或达临界点。该研究首次量化了根区动态对气候变化的响应，为评估干旱影响提供了新视角。

　　

气候变化正以复杂方式重塑陆地生态系统的生存策略。尽管气象干旱加剧导致降水减少、蒸发需求增加，但全球植被却呈现“绿化”趋势，这一悖论长期被归因于CO₂施肥效应和人为管理。然而，隐藏在地下的关键角色——根区储水能力（S_R）的动态变化却被忽视。S_R作为植物应对干旱的“地下水库”，控制着水分获取效率与碳分配策略，但其全球时空演变规律及气候响应机制仍是未解之谜。传统方法依赖静态土壤-植被查表法或需复杂参数化的反演模型，难以捕捉动态过程。

为解决这一难题，中国国家自然科学基金委和欧洲研究委员会支持的研究团队创新性地采用质量曲线技术（MCT），基于ERA5再分析数据和多模型灌溉数据集，首次量化了1982-2020年全球S_R的时空变化。研究发现，全球S_R均值从182 mm增至202 mm（增幅11%），相当于新增1652亿m³储水量，其中干旱持续时间是主要驱动因子。值得注意的是，9类生态系统（如热带草原）S_R显著增加，但三类干旱区系统（如荒漠灌丛）却持续下降，暗示可能已跨越生态临界点。该成果发表于《Science Bulletin》，为理解“绿化悖论”提供了地下视角。

关键技术方法
研究整合多源数据：ERA5日尺度蒸发、降水、融雪和温度数据（0.5°分辨率）；四模型（WaterGAP/H80/LPJmL/PCR-GLOBWB）灌溉数据；GLASS LAI产品。采用MCT技术，通过累积水分收支计算最大干旱赤字来推定S_R，避免了传统方法的静态假设。统计分析了S_R与干旱持续时间、日均水分赤字及干旱指数（AI）的关系。

研究结果

1. 增加干旱持续时间驱动全球S_R上升
全球S_R以0.56 mm/a速率增长（P=0.000），其中干旱持续时间贡献率达68%，日均水分赤字贡献32%。热带草原和地中海气候区增幅最大，印证了高季节性与高干旱变异区的适应策略。

2. 干旱区生态系统或达临界点
12类土地覆被中，荒漠灌丛、干旱草原和半荒漠三类系统S_R下降，其LAI同步降低，反映水分胁迫已超越根系适应极限。

3. 根区-冠层协同适应机制
S_R与LAI呈显著正相关（R²=0.53），表明植物通过增加碳分配至根系来维持冠层生产力，这种“地下投资”使全球植被在干旱加剧背景下仍保持生长。

结论与意义
该研究揭示了陆地生态系统通过增强S_R缓冲气候干旱化的普适机制，但警示干旱区系统可能已丧失适应弹性。从应用角度看，动态S_R参数化可显著改进水文与陆面模型精度；从理论层面，提出了“根区-气候反馈”新框架，将传统基于CO₂的绿化解释拓展至水土耦合维度。正如Qiaojuan Xi和Hongkai Gao所强调，未来需关注S_R饱和阈值，这对预测生态系统崩溃风险至关重要。