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(dòng)的復(fù)雜影響方面取得進(jìn)展

塔克拉瑪干沙漠作為中國最大、世界第二大流動(dòng)沙漠，是我國“三北”防護(hù)林體系建設(shè)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(dòng)態(tài)及人類活動(dòng)的干擾機(jī)制，對該地區(qū)生態(tài)保護(hù)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(xué)院地球環(huán)境研究所聯(lián)合多家機(jī)構(gòu)，基于樹木年輪學(xué)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(dòng)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(jī)制——當(dāng)?shù)叵滤贿^高（<2米）時(shí)，根系由于缺氧，生理活動(dòng)同樣受到抑制。研究進(jìn)一步指出，2000年啟動(dòng)的生態(tài)輸水工程在改善胡楊生長狀況的同時(shí)，也改變了胡楊原本的環(huán)境響應(yīng)模式，導(dǎo)致在生態(tài)輸水期間，環(huán)境因子對胡楊生長的貢獻(xiàn)率不足10%。該研究為塔里木河流域胡楊林生態(tài)修復(fù)和管理決策提供了科學(xué)支持，也為全球干旱區(qū)生態(tài)研究貢獻(xiàn)了重要案例。

圖1 樹輪寬度記錄與人類活動(dòng)事件（圖中圓點(diǎn)）

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(tuán)隊(duì)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(shí)，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(dòng)范圍，構(gòu)成新的生態(tài)威脅。研究同時(shí)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(jī)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(rèn)知，為預(yù)測全球變暖背景下沙漠生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)及制定保護(hù)策略提供了關(guān)鍵科學(xué)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(xué)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(xué)基金委員會(huì)國際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目（42361144712）、第二次青藏高原綜合科學(xué)考察項(xiàng)目（2019QZKK0101）、中國科學(xué)院（B類）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)項(xiàng)目（XDB40010300），國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（U1803245）等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。論文詳細(xì)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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