人为驱动的土壤复合型干热极端事件对植被生产力日益加剧的影响

为什么更热更干的土壤与日常生活息息相关

当我们想到热浪和干旱时，通常会联想到炙热的空气温度和干涸的水库。本研究将视角下移到地下，提出了一个简单但关键的问题：当土壤本身在同一时间既非常热又非常干，会发生什么？通过检视中国范围内的状况，研究人员表明，这些以土壤为基础的干—热复合极端事件正在扩散，并对植物的影响比仅以空气衡量的传统热浪或干旱更为严重。他们的发现与粮食生产、森林健康、碳储存有关，并最终影响我们缓解气候变化的能力。

我们脚下的隐性压力

植物的根系生活在我们大多数人很少关注的世界中。土壤温度和土壤湿度共同决定了根系吸水吸肥的难易程度、土壤微生物的活性以及植物生长的速度。作者把“以土壤为基础的复合型干—热极端事件”定义为表层10厘米土壤在当季节里同时异常高温且异常干燥的日子。研究利用经过精心校正的土壤温度记录和基于卫星的土壤湿度数据集，绘制了这些地下极端事件在生长季（5月至9月）期间在中国何时何地发生的图谱。

植被对土壤极端的打击比对空气极端更敏感

为了观察植物如何响应，团队使用了三种独立的植被生产力指标：总初级生产力（植物通过光合作用固定的碳）、太阳诱发荧光（与光合作用相关的微弱光信号）以及净初级生产力（扣除呼吸后的植物生长）。在中国大部分有植被的地区，这三项指标在以土壤为基础的干—热极端期间均显著下降。北部和西南部地区的损失尤为明显。在东北部少数偏冷湿的地区，土壤变暖短期内可能对植物有利，但这些是例外。作者将这些地下极端与更熟悉的以高温干燥空气为特征的“气象”事件进行比较时发现，空气层面的事件导致的植被生产力下降要小得多。换言之，根系比叶片更早、更强烈地感受到干热复合的影响。

更频繁且更广泛的土壤冲击

从1980年到2017年，土壤基准的干—热极端日数在中国变得更常见，受影响的面积也在扩大。平均而言，每个地点在每个生长季多出了大约三天极端日，且每年受影响的总面积显著增加，尤其是在中国北部和青藏高原的部分地区。研究将这种激增归因于两个主要物理驱动因素：大尺度大气格局及土壤湿度与土壤温度之间日益增强的双向联系。持续的高压系统有利于晴朗天空和强烈日照，从而加热并使土壤变干。当土壤干燥时，蒸发冷却减少，土壤升温更快，进一步加剧地表高温。这种反馈在那些从相对湿润向更干旱转变的地区尤为强烈。

土壤变暖中的人为指纹

为区分人为影响与自然气候波动，研究人员将观测资料与气候模型实验结合。模型模拟了在仅自然驱动（如火山活动和太阳变率）下与在自然加人为温室气体与气溶胶共同作用下土壤温度和湿度如何变化。结果清晰明确：中国土壤变暖的空间格局和强度与包含人为影响的模拟高度一致，而与仅有自然因素的模拟不符。通过调整观测数据以去除模型估计的人为贡献，团队估算出自然气候变率仅在温和程度上增加了土壤极端的频率。相比之下，仅人为导致的土壤增温大约使每季多出五天极端日，并大幅扩大受影响区域，而土壤湿度的变化在一些地区部分抵消了这种增加。

作物和森林的未来展望

展望未来，作者使用大规模集合的气候投影来估算在不同温室气体情景下这些以土壤为基础的干—热极端可能发生的频率。即便在低排放路径（变暖最终趋于平稳）的情形下，此类极端在本世纪中叶前也会变得更频繁，随后略有缓和。在中等情景下，它们继续上升并在世纪末趋于稳定。在化石燃料主导的高排放未来中，极端事件稳步且显著增加，2071–2100年期间中国平均每个生长季比1981–2010年多出约13天极端日。中国中部、南部和东北的农田、森林与灌木尤其暴露，相关的植物碳吸收减少可能达到每年约0.025亿吨碳。这意味着天然碳汇减弱，对人类实现碳平衡的努力带来更大压力。

这对粮食与气候意味着什么

对非专业读者来说，核心信息是气候风险不仅关乎更热的空气或更少的降雨——同样重要的是地下热与旱如何结合，在那里根系、微生物和养分相互作用。本研究表明，人为驱动的土壤增温已在中国使这些严酷的土壤干—热事件更频繁且对植物生长更具破坏性，继续高排放将进一步削弱土地对作物、森林和碳储存的支持能力。通过强调土壤在将天气极端与粮食安全及气候联系起来的关键作用，研究强调了减少温室气体排放不仅能保护我们头顶的空气，也能保护我们脚下维系生命的土地。

引用: Liang, Y., Wang, J., Hao, Z. et al. Anthropogenically-driven escalating impact of soil-based compound dry-hot extremes on vegetation productivity. Nat Commun 17, 2303 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68878-3

关键词: 土壤湿度, 气候极端事件, 植被生产力, 干旱与高温, 碳循环