全球地下水依赖型生态系统固氮效率研究取得进展
文章导读
你可能以为，干旱区的生态退化主要怪气候变暖、降雨减少。但一项覆盖全球GDEs的颠覆性研究告诉我们：真正决定这些“生态岛”生死的，恰恰是地下水的补给。这个结论直接打脸了过去只关注降雨和温度的主流研究。中国科学院团队用ISIMIP多模型数据和AI分析方法，首次在全球尺度上量化了地下水补给的驱动贡献——结果令人震惊：地下水补给不仅是配角，反而是固氮效率提升最核心的因子。更反直觉的是，随着气候变暖加剧，地下水的作用发生了从“限制”到“促进”的根本性逆转。
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地下水依赖型生态系统（GDEs）是干旱半干旱区的“生态岛”与生物多样性热点区，其固氮过程高度依赖地下水系统的稳定供给。但全球尺度研究普遍忽视地下水补给的核心作用，加之地下水超采，加剧了GDEs生态退化风险。以往研究聚焦单一因子对固氮效率的独立影响，对地下水补给的长期驱动效应考虑不足。在全球气候变化情景下，揭示其对GDEs固氮效率的驱动效应演变、贡献占比与内在作用路径，是水文学与全球变化生态学交叉领域的关键挑战。
近期，中国科学院东北地理与农业生态研究所联合沈阳应用生态研究所等，以全球GDEs为研究对象，在总结气候变化下水文过程与生态系统氮循环耦合研究的基础上，整合ISIMIP多模型、多驱动全球数据集，并结合基于随机森林的可解释SHAP方法与偏最小二乘结构方程模型，评估SSP126低排放与SSP585高排放两种未来气候变化情景下，全球及不同分区地下水补给对GDEs固氮效率的驱动贡献，厘清了多驱动因子对固氮效率的直接与间接作用路径，提出了GDEs保护与地下水管理的核心方向。
研究结果表明：气候变化下，全球生态系统地下水补给与固氮效率呈协同增长趋势，且增幅与波动程度随排放情景的极端化提升；地下水补给是GDEs固氮效率提升最核心的贡献因子；气候变化驱动下，地下水补给对GDEs固氮效率的作用发生了从“限制效应”到“促进效应”的根本性转变，且驱动效应强度随排放情景呈现显著差异。
相关研究成果发表在《水研究》（Water Research）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和吉林省自然科学基金的支持。
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