近日，我校地理科学与旅游学院王勇辉教授荒漠生态系统过程与服务团队在干旱区植被物候研究领域取得新进展，相关成果刊发于国际地球科学领域核心期刊《Earth's Future》（中科院1区，TOP）。研究聚焦干旱区降水昼夜时序差异这一长期被忽视的关键变量，系统阐明降雨发生时段如何重塑水分限制生态系统植被物候格局，为优化全球陆面植被模型、预判干旱区生态气候变化响应提供理论支撑。

图1 论文首页

在全球变暖背景下，“气温是植被返青的普适启动器”长期被视为物候学的基本范式。春季物候，尤其是生长季开始时间（SOS），是全球变化生态学中最敏感，也最能牵动“碳—水—能量”耦合过程的指标之一。SOS的提前或推迟不仅改变生态系统光合启动与碳汇形成的时间窗口，还会连锁影响地表能量平衡与水分通量，从而放大或削弱气候—生态系统反馈。然而，在占全球陆地面积近一半的干旱区，真正约束植被生长的往往是水分而非热量。近年来，学界已普遍认识到降水对旱区物候的重要性，但绝大多数研究仍停留在“下了多少雨”这一总量视角，而把降水在一天之内何时落下——这一次日尺度的时序结构当作可以被平均掉的细节。这一简化是否掩盖了旱区物候的关键控制维度，长期缺乏系统检验。

事实上，白天的雨与夜间的雨，对植被的生态意义并不等价。白天降水与强太阳辐射、高风速和高饱和水汽压差（VPD）同期发生，大量水分在进入根区之前即被冠层截留和地表蒸发消耗，同时高温与高VPD诱导气孔关闭，抑制光合活动；而夜间降水发生在大气蒸发需求低的条件下，能够更高效地转化为植物可利用的土壤水分，并削弱次日的大气干旱胁迫。这种“同样的雨量、不同的命运”的昼夜不对称性，正是旱区物候可能偏离热量主导范式的重要候选机制，但迄今缺乏区域尺度上的定量归因与过程路径证据。

图2 昼夜降水时序重塑干旱区植被物候

针对上述问题，英国上市公司365王勇辉教授与中国科学院新疆生态与地理研究所马晓飞副研究员联合创建的“荒漠生态系统过程与服务团队”在AGU旗下顶刊Earth's Future中提出：昼夜降水时序不对称并非可以忽略的统计细节，而是与热量条件、降水总量并列的旱区物候控制维度；并且在极端干旱条件下，这一维度足以夺取对春季返青的主导权，构成超干旱环境的诊断性特征。

该研究发现，区域整体SOS以约2.2天/10年的速率提前，72.4%的像元呈提前趋势，但区域内部出现了热量主导模型难以调和的分化：超干旱的塔里木盆地荒漠区（TBDA，年降水量不足50 mm）提前达3.4天/10年，而河西走廊荒漠区（HCDA）却推迟0.9天/10年。更为关键的是，在TBDA，夜间降水量的SHAP重要性达到5.32，超越气温跃居春季返青的首要驱动因子，占总重要性的24.8%；PLS-SEM进一步证实，夜间降水对SOS的总效应（−0.219）明显强于白天降水（−0.124），且只有夜间降水通向土壤水分的正向路径显著（β=0.10），白天降水的对应路径并不显著——为“夜雨更高效地转化为植物可用水”这一机制提供了直接的路径证据。研究同时揭示，昼夜主导权存在季节性转换：在生长季结束时间（EOS）上，白天降水的重要性反而约为夜间降水的2.1倍。需要指出的是，在西北干旱区整体尺度上，白天与夜间路径的总效应差异并不明显（SOS：−0.298 vs −0.276），表明“夜雨反超气温”是超干旱环境下的控制反转，而非全域普适规律，这也正是水分限制强度决定物候控制权归属的直接体现。

本研究的核心贡献在于：将“降水时序”从长期被平均掉的次日尺度细节，提升为可量化、可建模的旱区物候控制维度，并刻画出其发生“控制反转”的水分条件边界。这意味着，仅以升温和降水总量为输入的物候模块，可能恰恰在最干旱，也是全球扩张最快的区域系统性失效。该成果为陆面—植被模型中显式表达次日尺度降水结构提供了观测依据，也提示在气候变化背景下，降水“钟点”的改变可能与降水总量的改变同等重要，为理解和预测干旱半干旱区生态响应提供了新的认识视角。以上研究结果以“How Precipitation Timing Asymmetry Restructures Vegetation Phenology in Water-Limited Ecosystems”为题发表在AGU旗下业内顶刊《Earth's Future》上。

英国上市公司365与中国科学院新疆生态与地理研究所联合培养硕士一年级学生毛建伟为论文第一作者，王勇辉教授与马晓飞副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（42261051）和自治区有关项目的支持。

信息、图片来源：地理科学与旅游学院、科学技术处     编审：宣传部