Science(Q1/45.8)|北京林业大学庾强教授团队率先发现干旱强度与持续时间共同影响生态系统的干旱响应机制

在全球气候变化研究领域

一个长期困扰学界的全球性难题

等待解答——

“干旱的强度与持续时间将如何共同作用，

决定全球脆弱生态系统的命运？”

这一问题

是预测气候变化生态影响的核心关键

也是全球生态学者致力攻克的前沿焦点

现在，这个难题迎来了

来自中国科学家的突破性解答

       北京林业大学建校73周年校庆日之际，10月16日，国际顶尖学术期刊《Science》在线发表了北京林业大学草业与草原学院庾强教授团队的最新成果“Drought intensity and duration interact to magnify losses in primary productivity”，首次揭示干旱强度与持续时间共同作用加剧了全球草原和灌丛生产力的损失，为预测未来气候变化背景下陆地生态系统对干旱的响应提供了重要科学依据，并为应对气候变化和开展草原生态系统适应性管理提供了理论支撑。

       气候变化背景下，干旱事件的持续时间和强度不断增加，其对陆地生态系统初级生产力的影响备受关注。部分生态系统在经历多年干旱后会表现出一定的适应性，使得生产力下降趋于稳定或减缓。然而，这种适应性是否会在更强烈的干旱中失效，以及干旱持续时间与强度在全球尺度上的交互作用如何，尚缺乏系统认识。该研究依托国际干旱联网实验，在74个草原和灌丛生态系统中量化了干旱强度和持续时间对植物地上生产力的综合影响。结果表明，生态系统在多年干旱中总体上表现出适应效应，但在极端干旱条件下则表现为累积效应。

全球74个实验站点分布图

干旱持续时间对中等和极端干旱强度下生产力响应的影响

       与第一年相比，连续四年的极端干旱使生产力损失增加约2.5倍。这一发现预示，如果未来气候变化导致干旱的持续时间和强度同时增加，生态系统可能发生从维持较低但稳定的生产力，转向生产力急剧下降的根本性转变。

       该研究得到国家重点研发计划（2022YFE0128000, 2022YFF1300603）、国家自然科学基金（32171592, 32061123005）等项目的资助，并且得到内蒙古呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站、科尔沁草原生态系统国家定位观测研究站、锡林郭勒草原生态系统国家野外科学观测研究站、乌拉特荒漠草原研究站、西藏那曲高寒草地生态系统野外科学观测研究站、四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站、宁夏农牧交错带温性草原生态系统定位观测研究站、山西右玉黄土高原草地生态系统国家定位观测研究站和青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站的大力支持。

       全球28个国家126家单位的177位科研人员参与了这项研究，科罗拉多州立大学Timothy Ohlert博士和Melinda Smith教授为论文共同第一作者，庾强教授与Timothy Ohlert博士和Melinda Smith教授为共同通讯作者。

呼伦贝尔实验站样地全貌

科研成果登上顶刊

彰显北林大深厚的学术底蕴

一起走近庾强教授团队的研究

看看重磅学术成果背后的故事

No.1

全力攻坚：实现“从0到1”重大突破

       在开展这项全球性研究的过程中，庾强教授团队面临了干旱生态学领域长期存在的两大科学与技术瓶颈。

难题一：如何在全球不同气候区实现干旱实验的可比性

       评估干旱对生态系统的影响通常依赖于在特定生态系统中进行的干旱实验。然而，这些单点实验在实验处理、指标体系和测定方法缺乏统一性，导致结果之间可比性较差，难以在大尺度上进行数据整合，限制了区域乃至全球尺度干旱效应的准确评估。为此，团队联合全球百余家科研机构，发起了全球干旱网络（Drought Net），在全球136个实验点建立了干旱实验。

联网实验采用统一处理、指标体系和测定方法，有效解决了单点实验缺少可比性的问题，为准确评估区域乃至全球尺度的气候变化和人类的影响提供了可靠的研究框架，已成为未来生态学发展的重要方向。

全球干旱网络（Drought Net）实验站点分布图

难题二：如何定义并量化“极端干旱”的科学标准

       在全球尺度上，干旱的极端程度难以统一界定。不同地区气候波动幅度和降水变率的差异，使得传统相对指标无法比较。团队提出了以长期气候记录为基础的“百年一遇干旱”（1-in-100-year drought）判定标准，将极端干旱定义为降水量低于当地历史平均值且达到百年重现期水平的情形。通过这一标准，团队构建了全球通用的干旱强度分级体系，并引入连续变量——干旱严重度（drought severity）指标，实现了定量化、可比化和生态学意义统一的干旱分类框架。这一方法学标准，使得实验结果不仅可跨区域比较，还可与气候模型和长期监测数据对接，为预测未来极端事件的生态影响提供了基础参数。

No.2

十年坚持：北林学者破解全球性难题

       庾强教授团队在2013年就洞察到联网实验是生态学研究的未来发展方向。

十余年来，庾强教授牵头与国内11家单位、15位教授合作建立了中国全球变化联网实验，并与全球300多位科学家合作发起了Drought Net、Nutrient Network、NPKD等一些列全球性的联网实验。

       今年庾强教授团队在Nature、Science、Nature Ecology & Evolution和Global Change Biology上发表了一系列突破性成果，系统揭示了干旱对草原生态系统生产力的影响及其作用机制，逐步主导了国际联网实验研究。

全球干旱网络专家野外考察

       此次《Science》重大科研成果的取得，既是北林学者卓越科研能力的体现，也是北京林业大学长期以来坚持人才强校战略、高度重视高层次人才引进与培育的结果。近年来，我校通过构建优越的科研软硬件环境、提供稳定的政策与资源支持、搭建高水平的科研平台，持续深化创新人才培养模式，为一流学者及其团队提供了施展才华的沃土。这一标志性成果的诞生，充分彰显了学校在汇聚国际前沿人才、激发科技创新活力、服务国家生态战略方面的显著成效，是学校科研体制机制改革与人才队伍建设工作取得实质性飞跃的有力证明。

呼伦贝尔实验站样地内学生测量土壤含水量

呼伦贝尔实验站样地内学生设置固定样方标记

No.3

未来研究：为全球生态决策提供科学依据

       这项发表于《Science》的成果标志着中国科研团队在全球气候变化生态学研究中的重要突破，不仅解决了长期困扰学界的全球性难题——“干旱强度与持续时间如何共同决定生态系统生产力损失”，也在国际合作与科学范式上树立了典范。它让世界更清晰地认识到：干旱不仅是气候事件，更是生态系统稳定性和人类可持续发展的临界挑战。

右玉实验站样地全貌

美国Central Plains Experimental Range干旱实验样地

       《Science》三位审稿人一致给予该研究高度评价，认为该研究为未来所有干旱严重度与持续时间研究提供了基准 “Quantifying these relationships through a distributed global experiment provides a benchmark for all future studies of drought severity and duration”。

       目前，庾强教授团队正在就草原生态系统在干旱后的恢复力与韧性开展研究。未来，团队计划将研究进一步延伸至多因子（降水变化×营养添加）交互效应，并与地球系统模型对接，构建基于实证的生态响应和恢复预测框架。这些工作将为气候变化背景下干旱半干旱生态系统的适应性管理、碳汇评估及政策制定提供科学依据。