生態(tài)干旱，如何定義？

如何評(píng)估植被真正感受到的干旱程度？生態(tài)系統(tǒng)水分供給和水分需求都不可少。我們需要從水分供需平衡角度來定義生態(tài)干旱。

近日，中國科學(xué)院青藏高原研究所生態(tài)系統(tǒng)功能與全球變化團(tuán)隊(duì)崔江鵬副研究員聯(lián)合美國科羅拉多州立大學(xué)陳安平研究員、英國生態(tài)與水文研究中心Chris Huntingford研究員和樸世龍?jiān)菏肯到y(tǒng)梳理了生態(tài)干旱研究存在的問題和挑戰(zhàn)，在《自然-水》（Nature Water）發(fā)表評(píng)論文章，呼吁建立考慮水分供需平衡的生態(tài)干旱監(jiān)測(cè)評(píng)估框架。

該文章的第一作者崔江鵬介紹，干旱深刻影響陸地生態(tài)系統(tǒng)和人類生產(chǎn)生活。目前，生態(tài)干旱研究?？紤]水分供給不足對(duì)生態(tài)影響，忽略了不同植被類型以及時(shí)空尺度上生態(tài)系統(tǒng)用水需求的差異。值得注意的是，氣象干旱和生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)有時(shí)并不是一一對(duì)應(yīng)的，甚至可能在時(shí)間和空間上“脫鉤”，給生態(tài)干旱研究帶來諸多困擾。

該文章指出，生態(tài)干旱監(jiān)測(cè)和評(píng)估仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，生態(tài)干旱定義不明確。有學(xué)者認(rèn)為，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性超過一定閾值稱為生態(tài)干旱，亦有學(xué)者認(rèn)為，生態(tài)干旱應(yīng)是一個(gè)綜合框架，包括生態(tài)系統(tǒng)對(duì)干旱響應(yīng)的各個(gè)維度。生態(tài)干旱研究的另一個(gè)挑戰(zhàn)是生態(tài)干旱量化指標(biāo)匱乏。帕默爾干旱指數(shù)(PDSI)、標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)(SPEI)等氣象水文干旱指標(biāo)常被用于識(shí)別生態(tài)干旱。然而，氣象水文干旱指標(biāo)僅考慮了生態(tài)系統(tǒng)水分供給，并未考慮生態(tài)系統(tǒng)用水需求及其時(shí)空變化。例如，IPCC第六次評(píng)估報(bào)告采用土壤水和飽和水氣壓差(VPD)評(píng)估生態(tài)干旱。土壤水和VPD雖能分別指示植被水分供給和大氣水分需求，卻不能反映植被的用水需求，不能代表植被真正“感受到”的干旱程度。因此，僅利用土壤水和氣象指標(biāo)評(píng)估生態(tài)干旱偏差較大。

圖1 生態(tài)干旱研究的現(xiàn)狀和趨勢(shì)

a 過去20多年（2000-2023）有關(guān)“生態(tài)干旱”關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)年發(fā)表量。b 生態(tài)干旱關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖。圓圈的大小表示關(guān)鍵詞共現(xiàn)的次數(shù)，顏色表示聚類。c 前20個(gè)增長最快的引用關(guān)鍵詞。藍(lán)色柱狀圖表示2000年至2023年。柱狀圖的紅色部分表示關(guān)鍵詞引用迅速增長的開始、結(jié)束和持續(xù)時(shí)間。

為提高生態(tài)干旱評(píng)估的準(zhǔn)確性，該文章作者呼吁，生態(tài)干旱的監(jiān)測(cè)與評(píng)估應(yīng)該增加生態(tài)系統(tǒng)用水需求，包括不同生態(tài)系統(tǒng)類型的差異，生態(tài)系統(tǒng)抵抗力和恢復(fù)力的變化等。例如，植被對(duì)干旱的敏感性可能隨時(shí)間發(fā)生變化。樹輪數(shù)據(jù)表明，1950年以來，針葉樹對(duì)干旱的抵抗力增強(qiáng)，恢復(fù)力下降。不僅如此，季節(jié)不同，植被用水需求也不同。另外，生態(tài)干旱的驅(qū)動(dòng)機(jī)制因區(qū)域而異。例如，在干旱地區(qū)，土壤水降低是導(dǎo)致生態(tài)干旱的主因；而在濕潤地區(qū)，植被生長對(duì)VPD升高更為敏感。因此，深入理解不同時(shí)間和空間尺度植被對(duì)干旱的響應(yīng)，對(duì)于生態(tài)干旱的監(jiān)測(cè)和評(píng)估至關(guān)重要。

雖然生態(tài)干旱極其復(fù)雜，但生態(tài)系統(tǒng)不同維度的響應(yīng)常常是緊密聯(lián)系在一起的，因而可采用對(duì)水分脅迫敏的生態(tài)指標(biāo)來表征生態(tài)干旱。例如，在干旱半干旱區(qū)，植被綠度（如葉面積指數(shù)）對(duì)水分脅迫非常敏感，可指示植被水分供需平衡狀態(tài)。該文章認(rèn)為，遙感等技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)多維度動(dòng)態(tài)變化，為研究人員和決策者及時(shí)獲取大范圍的生態(tài)干旱信息提供便利。

圖2 生態(tài)干旱的多維度特征

這些維度包括生態(tài)系統(tǒng)的群落及其結(jié)構(gòu)組成層次、干旱階段和特征，以及不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。每個(gè)維度還包括不同的尺度、階段和過程等。

該文章的共同通訊作者，中國科學(xué)院院士樸世龍表示，建立完備的生態(tài)干旱監(jiān)測(cè)和評(píng)估體系仍有很長的路要走。目前，我們監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)用水需求的能力還存在較大不足。因此，在氣候變化背景下，提升監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)水分脅迫的能力，開發(fā)捕捉不同生態(tài)功能水分需求的監(jiān)測(cè)工具，對(duì)實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的生態(tài)干旱監(jiān)測(cè)和評(píng)估至關(guān)重要。

該研究獲得國家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心和第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究等項(xiàng)目資助。