气候变化与土地利用/覆盖变化的时空不对称性交互作用对中国生态系统产水量的影响

本研究针对全球变化多重胁迫因子对生态系统服务（如产水量）的动态交互影响机制这一科学难题，通过整合InVEST模型与多气候情景（SSP245/SSP585），首次揭示了中国境内气候与土地利用/覆盖变化（LULC）的时空不对称性交互模式。研究发现降雨变化主导交互格局，而LULC转化过程（城市化/草地化）会强化或弱化这种格局，为跨境水资源管理提供了理论框架。

　　

随着全球气候变化和人类活动加剧，生态系统服务正面临前所未有的挑战。作为支撑社会经济发展的基础性服务，产水量（Water Yield）的时空分布规律受到气候与土地利用/覆盖变化（LULC）的双重胁迫。然而，传统研究多局限于单一因子或静态分析，难以揭示多重胁迫因子的动态交互机制。这种认知空白导致水资源管理策略往往与实际生态响应脱节，特别是在中国这样地域辽阔、气候梯度显著的国家。

为破解这一难题，中国科学院等机构的研究团队在《Journal of Hydrology》发表了一项开创性研究。该研究创新性地采用"反事实"分析框架，结合InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型与多全球气候模型（GCMs）输出，系统模拟了2021-210年间中国不同SSP情景下气候与LULC变化的交互效应。

关键技术方法包括：1) 基于SSP245（中排放）和SSP585（高排放）情景的CMIP6气候数据降尺度处理；2) 采用InVEST产水模块量化生态系统服务；3) 通过空间显式模型解析LULC转化（如城市化、草地扩张）与降雨变化的协同/拮抗作用；4) 运用中国全域9.6×10⁶ km²地理空间数据进行验证。

【研究结果】

1. 研究区域：中国地形呈现三级阶梯分布，西北部以高原为主（海拔>4000m），东南部以平原丘陵为主，这种地理异质性为交互效应研究提供了天然实验场。

2. LULC与降雨变化：SSP585情景下西北部草地扩张伴随沙漠化，东南部城市化导致森林锐减；降雨变化呈现"东北-西南"分异格局，成为交互效应的主导因子。

3. 动态交互模式：

• 城市化过程中，仅在极低降雨条件下呈现正向交互
• 草地/林地转化时，中等降雨区交互效应最强（协同效应达27%），随降雨增加效应减弱
• 时空迁移特征：2040年前交互热点集中在东北-中部，2100年转移至西部-南部

【结论与讨论】
该研究首次量化了气候-LULC交互效应的非线性特征：当LULC转为自然植被时，中等降雨区的"降雨-LULC"协同效应最显著；而人工地表扩张则会抑制这种协同作用。这种时空不对称性源于生态系统的阈值响应——当降雨超过某一临界值（约800mm/yr），LULC变化的调控作用将被气候信号掩盖。

研究建立的动态评估框架突破了传统静态分析的局限，为跨境流域适应性管理提供了科学依据。例如，在黄河流域应优先调控耕地扩张以缓解负向交互，而珠江三角洲需警惕高排放情景下城市化与极端降雨的协同风险。这些发现对实现联合国可持续发展目标（SDG6清洁饮水）具有重要实践价值，也为全球变化生态学研究提供了方法论范式。