引言
在持续的暖湿气候格局下 (Linmao et al., 2025, Xu et al., 2025, Zhu et al., 2022)，青藏高原 (QTP) 的水文循环正在经历深刻的变革。在季节性冻土区，该区域占 QTP 的 56% 以上 (Pan and Liu, 2026, Ran et al., 2022, Ran et al., 2021)，活动层的水热稳定性与覆盖其上的高寒草甸植被 (AMV) 生态系统紧密耦合 (Yang et al., 2022)。作为主要的土地覆盖类型 (图 1) (Zeng et al., 2013)，AMV 作为一个关键的生态水文界面，通过冠层截留和蒸腾作用调节土壤湿度和热状况。然而，这种自然调节正日益受到加速的永久冻土退化和加剧的降雨事件的挑战 (Gao et al., 2025, Li et al., 2023, Zhang et al., 2013)。野外观察表明，AMV 覆盖度的退化（高达 24%）在时空上与被改变的土壤水力性质和增加的浅层边坡破坏相关 (Cao et al., 2025, Feng et al., 2024, Ma et al., 2023, Wang et al., 2019)。这种退化最明显地表现在西藏东南部和三江源地区的红粘土边坡上，那里浅层破坏急剧增加 (Ni et al., 2021, Zhang et al., 2021)。这些事件表明，生物损害和气候胁迫剂的协同影响从根本上重塑了包气带水文，驱动景观走向广泛的饱和过剩不稳定性 (Gao et al., 2025)。
虽然根系的机械作用已有充分记载，但仍存在一个关键的生态水文知识空白：在冻土极端水热情景下，“植被 - 土壤 - 大气”相互作用如何演变？植被通过根系吸水 (RWU) 和蒸腾冷却调节质量和能量的交换 (Hu et al., 2009, Kumar et al., 2015, Lu et al., 2025, Ni et al., 2019)。然而，尚不清楚这种生物排水能力是否具有明确的水文临界点。具体而言，在持续的湿润化和变暖下，是否存在一个降水输入超过根系耗散孔隙水压力能力的阈值？
解决这一问题需要超越静态稳定性分析，对活动层内的土壤 - 植物 - 大气连续体 (SPAC) 过程进行动态量化。然而，当前的理论框架存在显著局限性，阻碍了此类分析。一方面，现有研究探讨了植被如何持水 (Albasha et al., 2015, Leung et al., 2015, Zhong et al., 2022)，但它们往往关注未冻结土壤。至关重要的是，现有研究往往忽略冻融循环固有的相变过程和根系的双重热力学效应 (Hu et al., 2009, Li et al., 2026, Ni et al., 2019, Zhu et al., 2021)——这一疏忽在冰冻圈环境中至关重要，因为在这些环境中，冰 - 水转变会显著改变水力传导率和基质吸力。另一方面，作为理查德方程中关键汇项的根系吸水 (RWU) 参数化在方法论上受到限制。虽然传统模型通常依赖根长密度 (RLD) 作为主要标量 (Feddes et al., 1976, Li et al., 1999, Ojha et al., 2009, Shankar et al., 2013, Yadav and Mathur, 2008, Yang et al., 2022)，但这种简化对 QTP 的 AMV 是有问题的。在此，经验证据表明，表现出随深度特征指数衰减的根生物量 (Hou et al., 2023, Ma et al., 2023, Su et al., 2021)，是代谢活性和水力功能密度的更好代理变量 (Wu, 2017)。因此，为了简化指标而忽视这些生理现实，当前模型不可避免地过度简化了冰冻圈环境中复杂的水分再分配过程，从而未能准确表征植被的调节效能。此外，虽然我们之前的研究阐明了暖湿气候下裸露边坡的不稳定性机制 (Zhao et al., 2026)，但忽视 AMV 的关键生态水文缓冲作用限制了我们对其真实景观演化的理解。
为了弥合这些差距，本研究开发了一个专门针对 QTP AMV 生态系统校准的基于过程的水热耦合模型。核心创新在于将基于物理的根系汇模块集成到耦合传热和质量传输控制方程中。与传统的做法不同，我们利用根生物量重构根系密度函数，以准确参数化根系吸水 (RWU) 和热量吸收的空间变异性。该框架允许对冻融循环下土壤温度、体积含水量 (VWC) 和孔隙水压力的瞬态演变进行严格模拟，然后将这些模拟结果与边坡稳定性评估联系起来。
认识到遥感在捕捉地下水文状态方面的局限性 (Ma et al., 2021, Wen et al., 2022)，本研究将原位野外监测与数值模拟相结合。通过量化生态水文调节的边界，这项工作为理解高海拔生态系统的水文韧性 和识别 QTP 景观演化的关键气候阈值提供了物理基础。
