東北地理所在作物變綠對(duì)區(qū)域水循環(huán)影響研究方面取得重要進(jìn)展
區(qū)域可用水資源與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間的矛盾一直是制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。東北地區(qū)作為我國(guó)最大的農(nóng)業(yè)區(qū)，在維護(hù)國(guó)家糧食安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。自21世紀(jì)以來(lái)，東北地區(qū)呈現(xiàn)出前所未有的作物變綠趨勢(shì)，然而，作物變綠通過(guò)改變水文循環(huán)對(duì)區(qū)域水資源的影響尚不明確。本研究以東北地區(qū)為研究區(qū)，在前期研究“作物變綠對(duì)地表溫度的不對(duì)稱(chēng)影響及其生物地球物理機(jī)制 (Yu et al., AFM, 2022)”的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了作物變綠對(duì)區(qū)域水循環(huán)的影響及機(jī)制。首先利用時(shí)間序列衛(wèi)星觀測(cè)記錄分析了水循環(huán)關(guān)鍵要素包括蒸散、降水和土壤水分的時(shí)空變化特征；進(jìn)而應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法探究了土壤水分對(duì)葉面積指數(shù)的敏感性，并應(yīng)用可解釋深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行土壤濕度變化的貢獻(xiàn)歸因；最后采用區(qū)域氣候模式WRF情景模擬研究作物變化對(duì)東北地區(qū)區(qū)域水分平衡的影響及物理機(jī)制。
研究結(jié)果表明，2001-2020年，東北地區(qū)生長(zhǎng)季水循環(huán)增強(qiáng)，主要表現(xiàn)為作物蒸散、降水和土壤水分呈顯著增加趨勢(shì)。土壤水分對(duì)葉面積指數(shù)的敏感性具有顯著的區(qū)域差異性，西南半干旱地區(qū)敏感性為正，典型黑土區(qū)敏感性為負(fù)，即西南半干旱地區(qū)作物變綠會(huì)增加土壤濕度，而在典型黑土區(qū)則相反。區(qū)域氣候模式情景模擬發(fā)現(xiàn)，松嫩平原北部作物變綠使蒸散增強(qiáng)，水汽輻合使得下風(fēng)向降水增加。該研究結(jié)果表明在東北地區(qū)區(qū)域尺度上，氣候變化背景下的“DDWW范式（干的地方越干，濕的地方越濕）”并不適用，景觀格局與配置在影響作物變綠對(duì)區(qū)域水循環(huán)的反饋時(shí)發(fā)揮著更為重要的作用。此外，降水的增加是導(dǎo)致東北地區(qū)作物生長(zhǎng)季土壤水分增加的主要因素，有效抵消了作物變綠造成的區(qū)域整體水分虧缺。同時(shí)，基于CMIP6預(yù)測(cè)的未來(lái)降水持續(xù)增加趨勢(shì)可以進(jìn)一步緩解農(nóng)業(yè)發(fā)展和水資源之間的沖突。
綜上，本研究為深入理解作物生長(zhǎng)對(duì)東北地區(qū)區(qū)域水分平衡的影響提供了科學(xué)依據(jù)，并強(qiáng)調(diào)景觀格局和背景降水變化對(duì)厘清作物生長(zhǎng)對(duì)水循環(huán)反饋的重要性。
圖1. 2001-2020年?yáng)|北地區(qū)農(nóng)田生長(zhǎng)季蒸散 (mm·d？1/a, a),、降水 (mm·d？1/a, b)與土壤水分 (m3·m？3/a, c)變化趨勢(shì).
圖2. 2001-2020年?yáng)|北地區(qū)農(nóng)田生長(zhǎng)季蒸散、降水和土壤水分變化趨勢(shì)核密度圖（農(nóng)田變綠：橙色，控制實(shí)驗(yàn)：藍(lán)色）
研究成果于近期以“Increased background precipitation masks the moisture deficit caused by crop greening in Northeast China”為題在Journal of Hydrology上發(fā)表，由中科院東北地理所于靈雪副研究員等共同完成。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)（XDA28080503）、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中國(guó)科學(xué)院“十四五”網(wǎng)絡(luò)安全和信息化發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目的資助。
論文信息如下：
Lingxue Yu, Xuan Li, Kun Bu, Fengqin Yan, Shuwen Zhang, Tingxiang Liu.Increased background precipitation masks the moisture deficit caused by crop greening in Northeast China. Journal of Hydrology, 2023. https://doi. org/10.1016/j.jhydrol.2023.129857.
Lingxue Yu, Ye Liu, Jiuchun Yang, Tingxian Liu*, Kun Bu, Guangshuai Li, Yue Jiao and Shuwen Zhang. Asymmetric daytime and nighttime surface temperature feedback induced by crop greening across Northeast China, Agricultural and Forest Meteorology, 2022: 325. 109136. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2022.109136
附件下載：
吉公網(wǎng)安備22017302000214號(hào)
