《Science Bulletin》：Water resources remain sustainable in global revegetated regions
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植被恢复对全球水资源的影响研究显示，1982-2016年72.2%的植被恢复区水资源剩余量超过人类需求，但2030-2100年人类用水需求增长可能使79.4%区域的供需平衡面临挑战，印度和澳大利亚需重点关注。研究提出加拿大、中亚等地1.6%的裸地（约40.6万平方公里）在2030-2100年具备适宜植被恢复的水资源条件，强调需平衡生态效益与用水需求，加强战略管理。
柴元芳|岳瑶|阿利斯泰尔·GL·博思威克|王一楚|路易丝·斯莱特|佘敦贤|冯东普|苗启元
中国北京师范大学地理科学学院，地球表面过程与灾害风险减缓国家重点实验室，北京100875
摘要
关于植被恢复地区蒸腾作用是否可能加剧全球水资源短缺的问题存在激烈争论。我们利用20个CMIP6模型对1982–2016年和2030–2100年的数据以及观测结果进行分析，发现从降雨量和冰雪融水中的蒸发量中扣除后剩余的水资源，在1982–2016年间几乎覆盖了全球四分之三（72.2%）的植被恢复地区，足以满足人类用水需求。CMIP6对2030–2100年的预测表明，在79.4%的植被恢复地区，人类用水需求可以得到满足，但印度和大洋洲地区需要特别关注，因为这些地区可能面临降水量减少和/或人口增长的问题。目前大约1.6%的裸露地区（40.6×104平方公里），位于加拿大、中亚和沙漠边缘，在2030–2100年间具有足够的水资源用于植被恢复。这些发现强调了在植被恢复区域进行战略性水资源管理和监测的必要性，以平衡生态效益和人类用水需求。
引言
全球范围内，植被恢复作为一种碳封存策略被用于减缓气候变化[1]，对从局部到全球范围内的水和碳循环产生了深远影响[2]。植被恢复在增强土壤稳定性、防止土壤侵蚀、减少荒漠化、减弱洪水流量以及提高农业产量方面发挥着重要作用[3,4]。1982–2016年间，全球植被覆盖率增加了7.1%，即增加了224万平方公里[5]，并且还计划进一步增加900万平方公里的植被面积[6]（见图1a）。这种广泛的生态恢复是限制全球变暖的重要途径[7]。然而，新的植被覆盖也会通过蒸腾作用和截留作用增加水的消耗[8,9]（见图1），从而在植被与人类之间产生对水资源的竞争，尤其是在干旱地区[10]。
植被恢复对水循环的潜在影响引发了关于是否应继续绿化地球表面的争论。许多科学家认为，植被恢复导致的蒸腾作用增加会减少地表径流和土壤湿度[11],[12],[13]，这挑战了水资源的可持续性[10],[14]。一些专家甚至指出，中国半干旱或干旱地区的最大规模植树造林活动可能对水资源产生长期不可持续的影响[15]。相反，另一些专家认为，植被绿化会提高空气湿度和局部降水量[16],[17]（见图1c），从而补偿蒸腾作用造成的水分损失[18]。此外，他们发现增加的植被覆盖可以改善土壤的稳定性和持水能力[19]。鉴于土地覆盖变化会显著改变径流生成和集中的过程，这个问题并不容易解决[20]。此外，气候变化对降水量和温度的长期影响在预测植被恢复对水循环的影响时增加了不确定性[21]。
解决这一争议的一种方法是估算植被恢复前后不同途径下的区域水分平衡[22]。如果植被恢复后的水资源供应足够支持植被生长和人类社会在相对较长的时间内需求，那么局部植被恢复不太可能造成水资源紧张。在这项研究中，我们整合了20个经过偏差校正的CMIP6模型以及其他观测数据集，包括1982–2016年和2030–2100年的降雨量、冰雪融水量、蒸腾作用、叶面积指数（LAI）和人类用水量（详见“材料与方法”部分及在线表格S1），以确定在全球水资源管理背景下，全球绿化是否具有可持续性（见图1, 图1）。通过考虑土壤限制因素（包括土壤有机碳、pH值、氮含量和阳离子交换能力）以及气候树线阈值，我们进一步评估了在现有裸露土地上未来进行植树造林的潜力。我们的研究通过评估未来气候情景下水资源供需的平衡，为生态恢复和水资源管理政策决策提供了关键见解。
部分内容摘录
全球土地覆盖变化分类
根据年平均植被覆盖比例（CF）（公式（1）和国际地球圈-生物圈计划（IGBP）的分类标准，地球表面被划分为五类。在整个研究期间（1982–2016年）植被覆盖率低于10%的地区被标记为“持续裸露地区”。在整个研究期间植被覆盖率超过10%的地区被标记为“持续植被地区”。从裸露状态转变为植被状态的土地...
植被恢复地区的全球分布
图1a将1982年至2016年期间的地球表面土地覆盖变化分为五类：持续植被地区、持续裸露地区、从原始裸露地区恢复为植被的地区、从原始植被地区退化为裸露地区的地区，以及在研究期间在植被和裸露状态之间频繁转换的地区。植被恢复现象在全球范围内普遍存在，覆盖了18.9%的陆地...
结论
本研究确定了全球范围内可以从裸露地区转变为植被景观的植被恢复区域。这些地区中的大多数显示出植被生长和大气蒸发需求导致的用水量增加趋势，主要是由于蒸腾作用增强所致。我们对全球植被恢复地区的分析揭示了水资源可持续性的复杂情况。从年度角度来看，大多数植被恢复地区在水资源供应方面保持了可持续的平衡...
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号U24A20572和42301018）和中国国家重点研发计划（项目编号2024YFF0809301和2024YFE0214000）的支持。感谢武汉大学的郑珊博士、阿姆斯特丹自由大学的汉·多尔曼博士和诺茨·金博士提供的宝贵意见。作者还感谢武汉大学的徐瑞林先生对正文中的图1进行了改进。
