土地利用和土地覆盖变化对水文影响的新兴约束

为何景观变化与水密切相关

从农田与森林到不断扩张的城市，人类已经重塑了地球大部分陆地。这些变化不仅改变了从太空看到的景象：它们还影响水在陆地、大气与河流之间的流动。本研究提出了一个看似简单但对水安全和气候政策影响深远的问题：当我们大规模砍伐或植树时，整体上是让土地变得更湿还是更干？我们最好的气候模型对此判断是否正确？

土地与水如何相互关联

植物像活泵一样把土壤中的水抽上来，并通过蒸散发将其送回大气——蒸散发是蒸发与植物蒸腾的合称。具有深根系和致密树冠的森林通常比农田或草地输送更多的水。当森林被农作物取代时，地表流失的水量与留在土壤、地下水和河流中的水量都会发生变化。植被释放的水汽最终会回到降水中，有时在很远的下风向地区降落，因此这也会改变降雨的时间与地点。理解这些联系对于判断大规模森林丧失或新造林是否会威胁或支持区域水供应至关重要。

为何气候模型意见不一

作者考察了一组用于国际气候评估的先进地球系统模型。这些模型模拟了自1980年代以来的历史土地利用变化——以森林转为农田为主——以及包括大规模造林的未来情景。令人惊讶的是，在历史时期，许多模型表明将森林转为农田会略微增加全球蒸散发，这与物理直觉和许多观测研究相悖。更糟的是，各模型在影响的符号和大小上存在明显分歧，因而对土地管理已在多大程度上改变水循环存在很大不确定性。

纠正模型偏差的新方法

为了解决这一问题，研究采用了一种“新兴约束”方法，利用现实观测来校正模型表现，而无需重建模型本身。关键诊断量是比较地表入射能量有多少用于加热（变为热）与有多少用于通过植物蒸腾变为水流的比值。在各模型间，这一比值与土地利用变化对蒸散发影响的模拟值之间存在紧密关系。因为这一比值可以由卫星和通量塔数据估算，作者便用观测值来调整基于模型的估计。经过这一校正，全球历史信号发生翻转：与其说自1980年代初以来全球森林减少略微增加了蒸散发，不如说更可能导致了适度的蒸散发减少，尤其是在热带和亚热带地区，而且模型之间的差异几乎减半。

区域变化与未来造林

按区域观察，经约束的结果显示土地利用变化在世界许多地区强烈影响了当地的水通量。在中美洲和南美、东南亚以及非洲的部分地区，森林砍伐很可能比模型最初显示的更大幅度地减少了蒸散发。作者随后将相同框架扩展到一个全球政策倾向于造林的未来情景。经校正后，植树预计会比模型最初暗示的更强烈地增加蒸散发。然而，在许多热带和亚热带地区，伴随的降雨增加部分或完全抵消了地表额外的水分损失，因此水资源净减少比此前担忧的要弱，在某些地区水资源可用性甚至可能上升。

对森林与水资源规划的意义

简而言之，研究表明广泛使用的气候模型在不同植被如何在加热空气与驱动植物用水之间分配入射能量方面存在误判。这一误差扭曲了它们对砍伐与造林如何改变蒸散发和水资源的估计。通过将模型锚定于观测，作者得出结论：过去的森林减少很可能使许多地区变得更干，而经过周密规划的未来植树仍将倾向于减少局地可用水，但程度不会像此前所想的那么严重，部分原因是降雨有所增加。这些改进后的估计可帮助决策者在恢复森林的碳益处与区域水供应的风险和机遇之间取得平衡。

引用: Chen, Z., Cescatti, A., Xing, R. et al. Emergent constraints on the hydrological impacts of land use and land cover change. Nat Commun 17, 2908 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69883-2

关键词: 土地利用变化, 蒸散发, 造林, 水资源可用性, 地球系统模型