林水關(guān)系是當(dāng)前全球變化研究的熱點(diǎn)。大規(guī)模人工造林如何改變土壤水以及土壤水如何限制森林的分布和生長(zhǎng)一直的相關(guān)研究的難點(diǎn)。近期，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2022YFF0801803）、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（42230503）和中以合作項(xiàng)目（42161144008）的支持下，北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院劉鴻雁團(tuán)隊(duì)在森林與土壤水的相互關(guān)系研究方面取得了進(jìn)展，成果分別發(fā)表在《Science Bulletin》和《The Innovation》。

全球范圍內(nèi)人工林面積的增加導(dǎo)致下游徑流減少，引起了人們對(duì)以水換碳的警惕。在未來(lái)持續(xù)升溫和干旱風(fēng)險(xiǎn)加大的背景下，準(zhǔn)確評(píng)估人工林對(duì)土壤水分的影響，探究土壤水分變化規(guī)律、預(yù)測(cè)土壤水分變化趨勢(shì)，是實(shí)施旱區(qū)山水林田湖草沙合理配置的基礎(chǔ)。劉鴻雁團(tuán)隊(duì)整合前人的觀(guān)測(cè)結(jié)果，綜合分析了中國(guó)北方干旱半干旱區(qū)人工林對(duì)土壤水分的影響，量化了不同造林管理措施對(duì)土壤水分的影響，并計(jì)算了北方旱區(qū)人工林對(duì)土壤水分的消耗速率。結(jié)果顯示，土壤水分隨著林齡增加持續(xù)減少，且土壤深度越深、林齡越老，水分減少越多（圖1）。自三北防護(hù)林工程實(shí)施以來(lái)，中國(guó)北方人工針葉林和人工闊葉林降低土壤含水量的速率分別為每十年0.6 mm和3.2 mm。該研究成果以“Will large-scale forestation lead to a soil water deficit crisis in China’s drylands?”為題發(fā)表在《Science Bulletin》（https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.03.005）。北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院已出站博士后王秋銘為論文第一作者，已出站博士后梁博毅、石亮、伍露、曹靜為共同作者，劉鴻雁教授為論文通訊作者。

圖1. 中國(guó)北方不同林齡人工林對(duì)土壤水的影響。(a)，全部人工林；(b)，≤20年；(c)，21-40年；(d)>40年。

前人研究表明，模式模擬的北半球熱帶以外地區(qū)冰消期森林?jǐn)U張要早于基于孢粉重建的森林?jǐn)U張約4000年，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為“冰消期森林覆蓋之謎”。然而該時(shí)滯現(xiàn)象僅在亞洲地區(qū)出現(xiàn)，歐洲和北美地區(qū)的森林覆蓋率的孢粉重建和模式結(jié)果具有同步性并同時(shí)達(dá)峰（圖2A）。學(xué)術(shù)界對(duì)該時(shí)滯的成因至今仍然存在爭(zhēng)議，是植被演變研究領(lǐng)域亟待解決的難題之一。劉鴻雁團(tuán)隊(duì)利用衛(wèi)星觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)亞洲地區(qū)現(xiàn)代森林覆蓋率對(duì)土壤水的依賴(lài)性（相關(guān)性）要高于氣溫與降水，但在歐洲和北美地區(qū)，森林覆蓋率與土壤水的相關(guān)性較弱（圖2BC）。在亞洲大范圍的半濕潤(rùn)和半干旱區(qū)，森林覆蓋對(duì)土壤水的敏感性要高于濕潤(rùn)區(qū)。歷史時(shí)期的孢粉重建結(jié)果表明，亞洲森林覆蓋演變與土壤水演變具有很強(qiáng)的正相關(guān)性，突出了土壤水在森林覆蓋演變中的重要性，而前人的工作忽略了土壤水的作用。研究結(jié)果說(shuō)明，為了更好地預(yù)測(cè)未來(lái)亞洲地區(qū)森林覆蓋的變化以及精準(zhǔn)確定人工造林潛力，需要充分考慮土壤水動(dòng)態(tài)。該研究成果以“The crucial role of soil moisture in the evolution of forest cover in Asia since the Last Glacial Maximum”為題發(fā)表在《The Innovation》雜志（https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100594）。北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院2018屆博士畢業(yè)生程穎為論文第一作者（現(xiàn)任陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院副教授），劉鴻雁教授為論文通訊作者。

圖3北半球森林覆蓋與土壤水分之間的關(guān)系。A.末次冰盛期以來(lái)氣候、土壤水及北半球不同地區(qū)森林覆蓋的變化；B.北半球現(xiàn)代森林覆蓋分布和孢粉重建過(guò)去森林覆蓋地點(diǎn)；C.北半球不同地區(qū)森林覆蓋與土壤水、年降水量、年均溫之間的關(guān)系