研究院武瑞东研究员“保护生物地理学研究组”揭示干旱对北半球植被物候变化的影响

全球变暖导致频繁干旱发生，进而影响物候事件的时间。各种干旱类型(即大气、水文和土壤干旱)的形成、相互作用及其产生影响的差异，进一步使干旱与物候事件之间的关系复杂化。例如，为了应对高蒸汽压亏缺(VPD)，植被降低气孔导度以最大限度地减少水分损失；土壤水分减少触发部分植被气孔关闭，以防止水力传导性丧失；植物和土壤水力学(植被提取地下水)使植被在干旱期间保持气孔开放和植被碳吸收。以往的研究考虑了单一干旱或复合干旱对植被物候的影响，而较少综合考虑大气、水文和土壤干旱对植被物候的独立效应和复合效应。此外，在干旱期间，植被会以一定的速度和方向迁移，以维持其生态位。这重塑了植被的空间分布格局。因此，了解不同干旱类型对植被物候的时间变化和空间迁移的影响，对于准确评估植被物候变化至关重要。

图1VPD、TWSA和SSMI1 - SSMI4对植被物候的遗留效应

针对上述研究背景与需求，国际河流与生态安全研究院“保护生物地理学研究组”以北半球陆地生态系统为研究对象，探讨了两个问题:(1)如何表征不同干旱类型对植被物候时空变化的影响?(2)如何表征不同极端干旱条件下植被物候的空间迁移格局，且复合极端干旱对植被物候的影响是否大于单一极端干旱?一方面，本研究利用最大相关系数评价(饱和水汽压差)VPD、总储水异常(TWSA)和标准化土壤水分指数(SSMI)对植被物候的差异效应，并用机器学习方法验证结果；同时使用地理探测器来检查不同极端干旱相互作用对植被物候的影响。另一方面，评估了不同极端干旱和复合极端干旱对植被物候空间迁移速度和角度的差异影响。本研究提供了不同干旱类型如何影响陆地生态系统空间迁移的科学认识。从时间敏感性与空间迁移角度探讨了干旱对植被物候的影响。在时间维度上，与正常年份相比，在极端干旱年份，大多数像素的SOS提前，EOS延迟，这种结果可归因于极端的大气干旱；在空间维度上，SOS在大部分地区呈负速度，EOS在大部分地区呈正速度。SOS和EOS的空间迁移速度与第三层极端大气干旱和极端土壤干旱的相关性最好(r= 0.43，p< 0.01)。与单一极端干旱事件相比，复合极端干旱事件对植被物候空间迁移的负反馈作用较弱。因此，我们建议应重视干旱的差异效应及其对植被物候的伴随效应，特别是在干旱事件正因全球变暖而呈加剧趋势的背景下。

研究论文“Droughts Force Temporal Change and Spatial Migration of Vegetation Phenology in the Northern Hemisphere”（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168192323003751?via%3Dihub），刊登于Agricultural and Forest Meteorology期刊。论文第一作者为2022级自然地理学博士研究生闫文波，武瑞东研究员为通讯作者。