气候变暖背景下，植被动态已成为调控冻土碳循环与生态系统稳定性的关键因素。近年来遥感观测显示，多年冻土区在普遍“变绿”的同时，亦伴随局地乃至区域性的“变褐”现象，但其“变褐”的机制长期缺乏系统认识。
近日，南京大学国际地球系统科学研究所吴谋松副教授联合加拿大蒙特利尔大学 Oliver Sonnentag教授和中国科学院西北生态环境资源研究院冉有华研究员等国内外合作者，综合多源卫星遥感、再分析资料和CMIP6模拟数据，系统揭示了北半球多年冻土区苔原植被变褐的空间格局及其受土壤干旱和大气干旱共同调控的机制。研究建立了多源遥感约束下的植被变褐识别框架，提出以生长季根区土壤水分和大气水汽压亏缺的协同变化诊断复合干旱，并结合可解释机器学习方法评估了气候、植被、冻土等因素的相对贡献。
结果表明，2001—2018年北半球约20%的苔原植被区（约60万平方公里）出现显著植被变褐。欧亚大陆北部、北美和青藏高原多年冻土区均存在显著植被变褐。变褐区域普遍呈现低根区土壤水分与高大气水汽压亏缺同步发生的特征，欧亚和北美约98%的变褐区域同时经历土壤水分下降和大气干旱增强，青藏高原约70%的变褐区域表现出类似特征。表明土壤供水不足与大气水分需求增强的复合效应是植被变褐的重要调控因子。不同区域的主控机制具有明显差异。欧亚和北美地区复合干旱主要受区域变暖、冻土连续性、活动层厚度和冻土水热状态调节；青藏高原则表现出更强的大气干旱约束，生长季降水和物候变化对植被生产力具有重要影响。地表水体和野火在2001—2018年期间对区域尺度复合干旱空间格局的解释力相对较弱，但未来随着变暖和野火风险增加，其与冻土退化、水文连通性变化和植被恢复过程的相互作用可能进一步增强。CMIP6模式预测显示，未来不同排放情景下冻土区土壤—大气复合干旱可能持续或加剧，北半球多年冻土生态系统尤其是低矮植被群落可能面临生产力下降风险，将对区域碳汇功能产生重要影响。
该研究从观测和模型层面揭示了冻土区植被变褐的复合干旱机制，强调未来地球系统模式需更准确描述冻土水热过程、植被水分胁迫与碳吸收的耦合关系，以提升对高纬度和高海拔多年冻土区生态系统变化的预测能力。
相关成果以 “Vegetation browning patterns under compound soil and atmospheric dryness in northern permafrost ecosystems”为题发表于Nature Communications。吴谋松副教授为论文第一作者，Oliver Sonnentag教授和冉有华研究员为共同通讯作者，共同作者还包括 Mark J. Lara、Hans W. Chen、张文鑫、Philippe Ciais、Bo Elberling、李新、陈安平、王松寒、易永红、彭长辉和陈德亮。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75131-4
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图1 冻土区植被褐化的多源证据
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图2 多年冻土区植被褐化的调控机制
