《Water》：Smart Farming Technologies for Groundwater Conservation in Transboundary Aquifers of Northwestern México
Alfredo Granados-Olivas,
Luis C. Bravo-Pe?a,
Víctor M. Salas-Aguilar,
Christopher Brown,
Alfonso Gandara-Ruiz,
Víctor H. Esquivel-Ceballos,
Felipe A. Vázquez-Gálvez,
Richard Heerema,
Josiah M. Heyman and
Luis C. Alatorre-Cejudo
+ 4 authors
编辑推荐：
气候变化导致森林生态系统水资源减少，生长季蒸散增强，干旱风险上升。本研究在Dobro?原始森林（国家自然保护区，NATURA 2000）的两个不同地点——接近自然的冷杉-山毛榉缓冲带和人工管理的挪威云杉纯林——评估了小气候和土壤水文状况。研究人员测量了两个水文
气候变化导致森林生态系统水资源减少，生长季蒸散增强，干旱风险上升。本研究在Dobro?原始森林（国家自然保护区，NATURA 2000）的两个不同地点——接近自然的冷杉-山毛榉缓冲带和人工管理的挪威云杉纯林——评估了小气候和土壤水文状况。研究人员测量了两个水文年（具有截然不同的气候条件）的数据。采用气候水平衡（CWB）评估降水亏缺，并利用GLOBAL数学模型模拟土壤水分动态。2021年，降水量比长期平均值低223.7 mm，3月至9月累计CWB亏缺达224 mm。干旱风险在2021年夏季达到峰值。云杉林的A/B土层有197天低于可利用性降低点（PDA），而山毛榉缓冲带为179天。干旱在两个地点均以3–4天的滞后时间在土层间向下传播。结果证实，在相同条件下，挪威云杉纯林比近自然山毛榉林更易遭受干旱胁迫，这支持了中欧山地森林中积极进行森林转化的策略。
**论文解读：利用气候水平衡与GLOBAL模型评估原始森林土壤干旱风险——以Dobro?原始森林为例**
**研究背景与目的**
气候变化导致降水格局改变和蒸散增强，使得中欧森林生态系统面临日益严重的干旱风险。森林土壤水分动态受植被类型、根系分布和土壤水力特性的共同影响，但不同森林类型的干旱脆弱性差异尚需定量评估。Dobro?原始森林（斯洛伐克国家自然保护区，NATURA 2000）是保存完好的温带冷杉-山毛榉混交原始林，其缓冲带与邻近人工挪威云杉纯林为对比研究提供了独特的场地。研究人员旨在检测相同生境条件下不同植被覆盖的小气候与水文变化，理解干旱在土壤剖面中的传播过程，并验证两个假设：（1）云杉林因根系较浅和冠层特性而比山毛榉林面临更高干旱风险；（2）干旱传播随土壤深度增加存在可测时滞。
**主要关键技术方法**
研究人员在Dobro?原始森林缓冲带（BU，以欧洲山毛榉Fagus sylvatica为主）和邻近人工云杉林（SP，挪威云杉Picea abies纯林）各设置一个样地。利用自动气象站（EMS TUZVO）连续监测降水、气温、风速、水汽压和日照时数，通过PENMAN公式计算潜在蒸散（PET）。土壤水力特性参数（饱和导水率Ks、土壤水分保持曲线）取自46个实验室样本（BU 21个，SP 25个），使用NTE 5压力板装置测定并采用van Genuchten方程拟合。采用单域GLOBAL数学模型（基于Richards方程有限元法）模拟非饱和土壤水分动态，以日均步长运行。叶面积指数（LAI）取自文献和Copernicus全球土地服务（Sentinel-3）卫星数据。根系分布函数（RDF）和Feddes水分胁迫模型参数基于实地土壤剖面挖掘和文献确定。数据来源为Dobro?地区的缓冲带与云杉纯林样地。
**研究结果**
**3.1 气象与气候干旱**
2020水文年降水1173 mm（为长期平均值125%），气温偏高1.9 °C；冬季降水充沛，春末夏初出现短暂亏缺，但整体CWBcum在6月后转为负值，表明生态系统水分需求得到满足。2021水文年降水仅711.3 mm（比长期均值低223.7 mm），冬季和春季降水显著偏低，夏季出现约45天持续干旱，6月和7月每月水分亏缺超过100 mm。CWBcum自5月中旬持续上升至年末，表明严重持续水分胁迫。
**3.2 根系层干旱风险**
2020年：云杉林主根层（Au和A/B土层）的水分含量在4月中旬已降至PDA以下，持续近三个月；缓冲带则因叶片发育推迟至4月底5月初才出现PDA以下状态，且春季降水后迅速恢复。云杉林干旱比山毛榉林平均长2–3天，两地点相邻土层干旱传播均存在3–4天滞后。2021年：缓冲带从3月中旬开始快速失水，Au层在16天后低于PDA，A/B层8天后，Bv1层14天后；各土层低于PDA的天数超过140天。云杉林更严重：A/B层连续干旱142天，Bv1层干旱持续49天后又发生第二轮全剖面干旱；Au层出现五次干旱事件，仅9月30日一次强降雨（30.4 mm）短暂回升。
**3.3 土壤剖面干旱模式**
2020年干旱主要发生在生长季前期，后期降水充沛；2021年干旱在夏季达到峰值，深层土壤干旱持续至水文年结束后可能仍未恢复。Au层干旱事件次数多但每次较短，深层干旱天数随深度增加且变异性降低（低变异系数）。Pearson相关系数（PCC）显示，土壤干旱与气候干旱（CWB）的相关性随深度下降，但云杉林的PCC值显著高于山毛榉林，归因于云杉维持稳定LAI使其生理活动直接依赖气象条件，而山毛榉受物候限制。
**讨论与结论**
研究证实了两个假设：云杉林在所有水文年和所有土层中低于PDA的天数均高于山毛榉林（2021年干年深层超过190天 vs 约180天），且干旱传播存在3–4天时滞。云杉对土壤水分减少更敏感，因其根系浅、冠层截留和蒸散特性，而山毛榉能利用深层土壤水分。Dobro?原始森林作为参考站点，为人工云杉纯林向抗旱性更强的混交林或阔叶林转化提供了实证支持。方法学上，CWB与GLOBAL模型的结合有效评估了短期波动与长期累积效应，但模型假设（如均匀水分分布、忽略石砾影响和土壤斥水性）可能带来局限性。未来研究应扩展至更多森林类型并纳入长期监测。研究结论部分指出，本研究评价了气候水平衡（CWB）及其累积过程（CWBcum），并应用水量平衡模型捕捉不同气候条件下土壤-水-植物相互作用。两种假设均被证实：云杉林干旱风险高于山毛榉林，干旱传播存在可测时滞。该结果支持中欧山地森林中从挪威云杉纯林向更抗旱的混交或阔叶林进行转化。基于CWB的分析与模拟结合为评估生态系统恢复力提供了有效工具，该方法可推广至面临类似挑战的其他欧洲森林。
