绿化面积越大，生态环境越好吗？

一项研究给出了令人意外的答案。看着全球植被“绿化”率和土壤水分的耦合数据，中国科学院新疆生态与地理研究所（以下简称新疆生地所）研究员李稚皱起了眉头。

目前，全球约65.82%的植被覆盖区呈现绿化趋势，但其中近一半区域存在土壤水分下降问题，根区土壤水分数据ERA5、GLEAM的统计，占比分别为49.96%、38.19%，呈现出“绿化-干旱”模式。

“绿化并非‘越强越好’，要充分考虑区域的水资源承载能力。”李稚告诉《中国科学报》，尤其在干旱与半干旱地区，如果大规模生态工程或农田扩张超出土壤水分植被承载力，将导致区域水资源短缺加剧。近日，相关研究成果发表于《通讯-地球与环境》。

该研究揭示了全球植被-土壤水分因果耦合关系。同行评审称：“该研究明确了植被在强化蒸散发、影响土壤湿度趋势上的双重作用，为洞察未来气候变化提供重要参考。”

全球绿化新认知

普遍印象里，繁茂的植被覆盖意味着更强的光合作用和二氧化碳吸收能力，还能遮阴、减少蒸发、促进水循环，涵养当地水源，形成“绿化-湿润”的正反馈过程。

但李稚研究团队发现，现实情况并不乐观。

她和团队长期从事干旱区生态水文过程研究，在野外调查、长期监测和模型研究中发现，植被变化与土壤水分变化之间不是简单的“增加-增加”、“减少-减少”的关系，在水分有限的区域，过度绿化不仅未能缓解干旱，反而因蒸散耗水增加而加重土壤干化。

“区域水资源承载能力指在现有气候、水文条件和生态系统特征下，水资源系统能够长期稳定支撑的最大经济社会规模，维系良好的生态系统结构和功能。”李稚告诉记者，而这不仅要看降水量、土壤蓄水能力、地下水补给和蒸散发需求等基本水文要素，还要结合生态系统对水文变化的敏感性。

研究团队基于多源卫星观测、再分析资料及地球系统模式输出数据，在全球尺度上系统量化了1982–2020年植被动态与土壤水分变化的因果耦合关系。

结果显示，全球近一半区域出现土壤水分下降，出现“绿化-干旱”模式，如非洲中部、欧洲中高纬地区、中亚、澳大利亚东部等地；与此同时，约22.74%–34.68%的区域呈现“绿化–湿润”模式，多见于北美洲中部、印度半岛、撒哈拉南缘等地区。

李稚介绍，这种显著的区域差异，主要受气候背景、植被类型、水分来源与补给方式、区域的能量与水分交换机制影响。在干旱与半干旱区，“绿化”一定程度上影响区域水循环过程、涵养当地水源，但植被活动过强也会增强蒸腾作用，加剧土壤失水。

这一研究为不同气候区植被恢复的水文效应评估提供了新的理论依据，尤其在全球变暖的趋势下至关重要。

“在干旱区，过度植被‘绿化’可能通过增强蒸腾和冠层截留，加剧土壤水分亏缺，影响生态系统的稳定性与可持续性。”李稚补充称，同时，气温升高导致极端降水增加、冰川消融加速、春季融雪提前，不仅加剧干旱毗邻山区洪水、冰湖溃决的概率，也增加雪旱风险，加剧缺水期土壤水分亏缺，进一步加大干旱–热浪等复合极端事件频率。

“由此形成的气候–水文–生态多过程耦合驱动的风险传递效应，必须引起高度重视。”李稚说。

突破数据难题

长期以来，全球尺度上植被–土壤水分耦合关系的研究面临多重挑战，其中数据问题是研究的首要挑战。

“全球卫星观测和再分析资料的发展，让我们有可能在长时间尺度、全球范围内同时获取植被和土壤水分的长时间序列数据。”论文第一作者、新疆生地所博士刘永昌表示，但并没有一个既能覆盖全球、具备足够长时间尺度（1982年至今）且稳定一致的植被观测数据。

刘永昌介绍，现有土壤水分数据大多来自站点观测、卫星收集和模式模拟，但空间分辨率差异大：有些分辨率高，但时间跨度短；有些时间跨度长，但分辨率低，难以精确统一。

如果不进行统一处理，构建起稳定一致的长序列植被数据，这项研究就无从谈起。

而这是个浩大的工程。关键的第一步就是从多源卫星遥感产品中收集、筛选数据，刘永昌告诉记者，他们汇总了NOAA NDVI、GIMMS NDVI、MODIS NDVI以及GOSIF四套数据集，进行数据融合评估和交叉验证，排除单一数据集的偏差，耗费了大量时间。

但这还不够。为了解析植被-土壤水分响应的关键过程，需要构建更长时间尺度的新数据。

“这要对不同来源的数据进行延长和融合。”刘永昌表示，但这并非一个团队能够完成，这项研究不仅涉及气候变化下的水文过程，也包括生态学中的植被动态观测与机制解析，甚至还需要利用地球系统模式进行未来情景模拟。

因此，在研究之初，团队就联络了气候学、水文学、生态学、遥感科学、数理统计学多个领域的专家，不定时召开视频会议，各领域专家从自身角度出发合作，通过统计建模方式将不同来源的数据进行延长与融合。

“这是本研究中至关重要的一步。既保留了长序列数据的趋势一致性，又引入了高分辨率产品的细节信息。”李稚表示，近年来，国际上陆续出现了多套归一化植被指数（NDVI）数据集，“我们的研究不仅填补了全球尺度上植被-土壤水分动态长期变化与因果分析的研究不足，也为制定差异化生态恢复与水资源管理策略提供了科学依据。”

警惕“越绿越干”

“全球绿化并不总是意味着水资源状况一定改善。”李稚反复强调，植被恢复的同时，必须考虑区域水资源可持续利用底线，否则可能会造成生态系统耗水超过自然补给，进而加剧土壤干化和地下水消耗，形成“越绿越干”的风险。

同时，植被恢复不是件简单事，水文–生态过程中存在多环节风险放大效应。李稚告诉记者，“土壤水分下降不仅直接威胁植被生长，还可能通过增加干旱与热浪的复合事件频率，降低生态系统的稳定性和恢复力。”

此外，全球水资源安全必须纳入区域差异视角。全球水资源管理与生态保护策略不能简单套用统一模式，而要针对不同气候区、不同植被类型制定差异化方案，关注水循环、能量交换和植被动态之间的相互作用。

随着全球绿化脚步的提速，对于已在部分水资源紧张区域实施的生态工程，李稚认为应当提高水资源利用效率。

“首先要以高效利用和水安全保障为目标，寻找开源增水和可持续开发利用途径。”李稚举了个例子，例如可以从节水、蓄水、增水等多维度系统挖掘空中云水、山区岩溶水、矿井疏干水、平原盆地及沙漠区浅层微咸/苦咸水等非常规水资源潜力。此外，探究河-库-湖-湿水资源联用、多源水资源优化配置与可持续利用途径，并进一步研发构建水资源与能源之间的替代性经济发展模式，以能补水，资源互补，全面提升水资源利用效率。

尽管该研究全球尺度上系统揭示了植被–土壤水分的因果耦合关系，并厘清了不同区域的响应格局，但在李稚眼中，还有诸多局限与不足。

目前，在高纬度冻土区和复杂地形区，植被和土壤水分反演精度仍存在不确定性。同时在水分过程的垂向细节不足，尚未区分浅层与深层土壤水分的动态差异，而在干旱区，深根植物对深层水分的利用尤其重要。

“为此，我们将引入更高精度与多时相观测数据，开展气候变化与人类活动的综合研究，为政策制定提供更具针对性的科学依据。”李稚说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02470-3

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近40年全球及不同植被类型区域植被-土壤水分动态变化（受访者供图）

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未来植被和土壤水分变化趋势及植被影响下土壤水分对水通量的敏感性。受访者供图