Soil moisture determines the recovery time of ecosystems from drought

Ying Yao | Yanxu Liu | Sha Zhou | Jiaxi Song | Bojie Fu 2023 in Global Change Biology

在全球干旱风险不断加剧的背景下，揭示生态系统如何从干旱中恢复，并进一步阐明影响恢复的主导因素，可以为维持陆地生态系统结构和功能的稳定提供关键支持。本研究首先基于多个遥感植被指标评估了陆地生态系统的干旱恢复时间，即生态系统经历干旱后恢复到正常状态所需的时间，作为衡量生态系统恢复能力的重要指标。然后估算了潜在驱动因素对恢复时间的相对重要性。最后识别了恢复时间主导因素的空间格局。

图1 干旱恢复时间空间格局

结果发现，基于LAI、kNDVI和SIF评估的陆地生态系统的平均干旱恢复时间分别是3.22、3.39和3.19个月。接近80%的生态系统在4个月内恢复正常，然而，北美西南部、南美洲南部、地中海、欧亚大陆中部、东南亚以及澳大利亚可能需要5个月或更长时间才可以恢复。

图2 基于随机森林回归模型的恢复时间与各驱动因素的偏依赖图

恢复期土壤水（RecSM）是影响恢复时间的最主要因素，干燥的土壤条件延长了恢复时间（图2a）。恢复时间对温度的响应是非单调的，更热或者更冷的恢复期间温度都不利于生态系统从干旱中恢复（图2b）。干旱对生态系统的破坏越严重或生态系统经历的干旱持续时间越长都会导致更长的恢复时间（图2c, d）。干旱大气环境不利于生态系统的生长，随着恢复期饱和水汽压差（RecVPD）的增加，恢复时间延长（图2e）。值得注意的是，干旱发生的时间会影响恢复时间，发生在植被峰值月份之前的干旱导致更长的恢复时间（图2j）。此外，土壤成分对恢复时间也有影响，砂土含量高或粘粒含量低的地区恢复时间较长（图2k, m）。

图3  恢复时间主导因素的空间格局

SM-区域主要集中在中纬度地区，占研究区域的58.4%，包括北美中南部、南美南部、非洲南部、地中海地区、欧亚中部、中国东部和澳大利亚（图3a）。VPD+区域集中在低纬度，分布在撒哈拉南部、非洲南部和澳大利亚东部 （图3b）。在27.5%的生态系统中，温度对恢复时间发挥主导作用。恢复时间主导因素空间格局的形成由区域水热组合决定。

注1：论文第一作者为北京师范大学地理科学学部2020级直博生姚莹，通讯作者为北京师范大学地理科学学部刘焱序副研究员，论文合作者包括北京师范大学地理科学学部傅伯杰院士、周沙副教授、2021级硕士生宋佳熙。