作为全球气候变化最敏感的区域之一，青藏高原近年来持续增温并伴随多年冻土退化和活动层加深，植被春季返青时间（SOS）普遍提前。春季SOS变化不仅关系到高寒生态系统生产力和碳汇功能，也深刻影响“亚洲水塔”生态水文过程及其对气候变化的反馈。长期以来，学界对青藏高原春季SOS事件的变化主要集中于研究气温和降水变化等水文气象因子的直接影响，而由季节性冻融过程引起的春季土壤水分回归及其生态效应一直缺乏清晰的定量刻画。
针对这一科学问题，四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室生态水文研究中心王根绪研究员团队联合国内相关科研单位学者，近日在国际知名期刊《自然-通讯》发表题为“Freeze-Thaw-Driven Soil Moisture Return Significantly Contributes to Spring Phenology on the Warming Qinghai-Tibet Plateau”的研究论文。
该研究综合2003-2024年青藏高原25个区域内的32个站点的多源观测与再分析数据，通过构建“蒸散发水分解限效应”（REML）定量分析框架，首次将冻融驱动的土壤水分回归效应（ESMR）与同期春季降水驱动的土壤补水效应（Eprec）在土壤水分监测结果中显式解耦并定量比较（图1），系统阐明了冻融水文过程对高寒植被春季物候的关键调控作用。
图1：春季土壤水分增强的REML效应解耦量化分析。
研究发现，青藏高原研究站点内的ESMR和Eprec在多数区域表现出持续增强趋势。通过构建混合效应模型，团队揭示青藏高原春季SOS对ESMR响应具有显著的阈值性和非线性特征，整体表现为随着ESMR增强，SOS先提前后推迟。同时发现ESMR、Eprec与春季气温之间存在显著交互作用，青藏高原春季物候受三者共同控制（图2）。三者的同步增加有利于春季返青提前，但当三者变化不同步可能会对春季SOS的提前产生拮抗。贡献分解表明，在青藏高原不同研究站点上，ESMR对SOS提前的贡献达到20.7% ± 2.1%，高于春季气温和Eprec，显著驱动春季SOS的提前以及春季碳汇的增强。研究团队指出，上述内在机制会在冻土退化背景下发生演变。当活动层厚度超过约2.2m时，ESMR对表层土壤水分的敏感性相较于浅活动层提高约31%，与此同时中层和下层活动层土壤水分对ESMR的影响逐渐减弱（图3）。这表明，随着活动层持续加深，青藏高原土壤水分对春季物候的调控特征正由“表层-中层协同”逐步转向“表层主导”，该研究进一步深化了对气候变化背景下寒区多层级水文过程非线性交互作用及其对植被春季物候影响机制的认识，对理解未来变暖背景下高寒生态系统水-碳耦合过程及其反馈具有重要意义，为认识气候变化背景下青藏高原生态系统功能演变、完善寒区生态水文理论、以及提升“亚洲水塔”生态保护与适应性管理提供了新的科学依据。
图2：SOS对ESMR、Eprec和春季气温响应的混合效应模型边际预测结果。
图3：不同活动层厚度条件下ESMR和Eprec对春季物候协同调控的概念性生态水文模型。
四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室与水利水电学院为论文第一完成单位和通讯作者单位。论文第一作者为博士生赵涵锐，通讯作者为王根绪研究员和孙守琴研究员，其他合著者包括了四川大学宋春林副研究员，林杉副研究员，胡兆永副研究员，中国科学院西北生态环境资源研究院孟宪红研究员，长安大学李金龙博士和中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所郭林茂博士。该研究获得国家自然科学基金重点项目（42430507）、国家重点研发计划课题（2022YFC3201702）和国家自然科学基金青年学生基础研究项目（博士研究生；423B2102）的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-71956-1
