地球環(huán)境研究所在塔克拉瑪干沙漠東緣水文氣候變化與人類活動的復雜影響方面取得進展

塔克拉瑪干沙漠作為中國最大、世界第二大流動沙漠，是我國“三北”防護林體系建設工程的西部主戰(zhàn)場。在全球變暖背景下，理解該地區(qū)水-熱動態(tài)及人類活動的干擾機制，對該地區(qū)生態(tài)保護和沙漠化治理十分重要。以往的研究受限于長期觀測數(shù)據(jù)的缺乏，難以系統(tǒng)揭示自然變率與人為影響的交互作用。針對這一問題，中國科學院地球環(huán)境研究所聯(lián)合多家機構(gòu)，基于樹木年輪學方法開展了一系列創(chuàng)新研究，為解答上述問題提供了關(guān)鍵資料，相關(guān)成果如下：

通過分析塔里木河下游胡楊樹輪記錄，系統(tǒng)揭示了人類活動對荒漠水環(huán)境的百年影響。研究發(fā)現(xiàn)，1921年塔里木河經(jīng)人為改道后，下游徑流量驟減，但胡楊生長反而改善，這一反常現(xiàn)象揭示了"水分過剩同樣抑制荒漠胡楊生長"的機制——當?shù)叵滤贿^高（<2米）時，根系由于缺氧，生理活動同樣受到抑制。研究進一步指出，2000年啟動的生態(tài)輸水工程在改善胡楊生長狀況的同時，也改變了胡楊原本的環(huán)境響應模式，導致在生態(tài)輸水期間，環(huán)境因子對胡楊生長的貢獻率不足10%。該研究為塔里木河流域胡楊林生態(tài)修復和管理決策提供了科學支持，也為全球干旱區(qū)生態(tài)研究貢獻了重要案例。

圖1 樹輪寬度記錄與人類活動事件（圖中圓點）

針對塔克拉瑪干沙漠生態(tài)系統(tǒng)傳統(tǒng)研究多聚焦水分限制而忽視高溫影響的研究空白，研究團隊利用胡楊樹輪資料，重建了該地區(qū)過去188年（1811-1998年）5-7月地表溫度變化歷史。研究發(fā)現(xiàn)，在水分條件相對穩(wěn)定時，夏季高溫已超越水分條件成為荒漠植被生長的首要威脅；近20年地表溫度的快速上升已突破過去200年的波動范圍，構(gòu)成新的生態(tài)威脅。研究同時揭示了大西洋多年代際振蕩（AMO）通過環(huán)球遙相關(guān)調(diào)控區(qū)域溫度的機制。研究結(jié)果深化了對干旱區(qū)氣候變化規(guī)律的理論認知，為預測全球變暖背景下沙漠生態(tài)系統(tǒng)的響應及制定保護策略提供了關(guān)鍵科學依據(jù)。

圖2 塔克拉瑪干沙漠東緣過去200年地表溫度變化歷史

相關(guān)研究成果分別發(fā)表于Journal of Hydrology和Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography期刊，中國科學院地球環(huán)境研究所博士研究生段向宇為第一作者，劉禹研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委員會國際(地區(qū))合作與交流項目（42361144712）、第二次青藏高原綜合科學考察項目（2019QZKK0101）、中國科學院（B類）戰(zhàn)略性先導科技專項項目（XDB40010300），國家自然科學基金項目（U1803245）等項目的聯(lián)合資助。論文詳細信息如下：

Duan, X., Liu, Y., Song, H., Ren, M., Cai, Q., Sun, C., … Liu, N. (2025). Human-induced water-environment changes recorded in tree rings in the lower Tarim River. Journal of Hydrology, 661, 133665.

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.133665.

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Duan, X., Liu, Y., Sun, C., Song, H., Ren, M., Li, Q., … Ye, M. (2024). Ground surface temperature change and its driving mechanisms in the eastern Taklimakan Desert based on a 188 year tree-ring record. Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography, 106(1–2), 41–56.

https://doi.org/10.1080/04353676.2025.2480999

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