近日，水保學(xué)院張志強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在地球科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Geophysical Research Letters在線發(fā)表了學(xué)術(shù)論文“Water Budgets Control the Resilience of Large-Scale Ecological Restoration”。
大規(guī)模生態(tài)恢復(fù)被視為基于自然方式應(yīng)對(duì)環(huán)境變化和提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要手段。我國(guó)自1978年啟動(dòng)的“三北防護(hù)林工程”是當(dāng)前全球最大、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目。然而，隨著氣候變化的加劇和植被用水量的不斷增加，該工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可持續(xù)性受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。亟需在生態(tài)恢復(fù)中充分考慮水資源的約束，實(shí)現(xiàn)“以水定綠”，以保障生態(tài)工程的長(zhǎng)期成效與可持續(xù)發(fā)展。
該研究以“三北”工程區(qū)植被為研究對(duì)象，整合地面觀測(cè)數(shù)據(jù)、遙感產(chǎn)品以及13個(gè)全球氣候模型預(yù)測(cè)結(jié)果，采用核歸一化植被指數(shù)（kNDVI）的滯后1階自相關(guān)系數(shù)（AC）量化植被韌性，系統(tǒng)解析了水分收支與植被韌性之間的關(guān)系。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用季節(jié)趨勢(shì)分解、薩維茨基–戈雷濾波和貝葉斯模型平均等多種統(tǒng)計(jì)與空間分析方法，并結(jié)合渦度相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)遙感產(chǎn)品進(jìn)行交叉驗(yàn)證，確保結(jié)果的可靠性與穩(wěn)健性。
研究表明，盡管過(guò)去20年“三北”工程區(qū)整體呈現(xiàn)顯著的“變綠”趨勢(shì)，但約48%的植被（尤其是森林）韌性卻出現(xiàn)下降趨勢(shì)，這表明植被覆蓋度的增加和生物量的提升并不必然意味著生態(tài)修復(fù)工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定。植被生產(chǎn)力在水資源承載力范圍內(nèi)有助于增強(qiáng)韌性，一旦突破水分限制出現(xiàn)超載，韌性會(huì)顯著下降。研究發(fā)現(xiàn)，森林韌性在降水與蒸散達(dá)到平衡時(shí)表現(xiàn)最佳，而草地在這一平衡點(diǎn)反而最脆弱，凸顯了不同植被類型在水分利用策略和生態(tài)適應(yīng)性上的差異。未來(lái)情景預(yù)測(cè)顯示，到2050年，約1.8%（30388 km2）的區(qū)域?qū)⒚媾R明顯退化風(fēng)險(xiǎn)，另有11.1%（188748 km2）的區(qū)域處于潛在風(fēng)險(xiǎn)之中，這些高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要集中在沙漠與沙地邊緣，以及黃土高原人工林分布區(qū)。
圖1 2001-2022年“三北”工程區(qū)植被韌性變化趨勢(shì)的空間特征和頻率分布
圖2 “三北”工程區(qū)植被生產(chǎn)力、水資源承載力與植被韌性之間的關(guān)系
據(jù)此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)就提升“三北”工程的成效與長(zhǎng)期可持續(xù)性，提出四點(diǎn)建議。一是依據(jù)植被韌性與區(qū)域水資源承載力，科學(xué)優(yōu)化植被空間分布、群落密度和覆蓋格局；二是將恢復(fù)目標(biāo)由單純追求覆蓋率轉(zhuǎn)向提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與資源利用效率；三是將基于自然的解決方案確立為生態(tài)修復(fù)的核心原則；四是通過(guò)科學(xué)的經(jīng)營(yíng)管理措施，實(shí)現(xiàn)生態(tài)需水與區(qū)域供水的動(dòng)態(tài)平衡。
圖3 “三北”工程區(qū)植被退化風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的空間分布（SSP2-4.5情景、到2050年）
本論文第一作者為水保學(xué)院許行副教授，通訊作者為張志強(qiáng)教授。該研究得到“十四五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFF1302501）、國(guó)家自然科學(xué)基金（32301664）、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程（YESS20230091）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（JCYJ202507）以及國(guó)家林業(yè)和草原局揭榜掛帥項(xiàng)目（202401-07）的資助。
