草地生态系统覆盖全球陆地面积的40%以上，其水分利用效率（WUE，即单位水分消耗所换取的碳固定量）是衡量生态系统抗旱韧性的核心指标。长期以来，大气CO₂浓度升高与大气干旱加剧被视为驱动WUE长期变化趋势的主导因素。然而，在全球“陆地静风化”（terrestrial stilling）及未来风速预期持续下降的背景下，风速这一调控地表能量平衡与水汽交换的关键物理因子，其对草地WUE的作用机制尚不清晰，从而制约了对该水资源受限生态系统抗旱能力的准确评估。

    中国科学院南京地理与湖泊研究所付丛生研究员和杨桂山研究员联合国内外多家科研机构，在前期揭示风速下降促进全球植被总初级生产力增加（发表于Nature Communications）的基础上，进一步聚焦水分受限的草地生态系统。研究整合全球991个气象站、13个通量塔观测、多套再分析数据与CMIP6地球系统模式模拟结果，并结合陆面过程模型CLM5的风速操控实验，系统评估了1983–2100年风速变化对全球草地WUE的影响及其作用机制。

    研究发现，全球草地风速呈现“减弱（1983–2010）—短暂回升（2011–2028）—再次减弱（2029–2100）”的演变特征，其变化幅度显著高于其他生态系统类型。在此期间，草地WUE持续上升，这一趋势不仅源于CO₂施肥效应，也与风速下降密切相关（图1）。多源数据分析结果一致表明，全球草地WUE对风速变化表现出显著负敏感性，空间均值介于–0.12至–0.16 g C·kg⁻¹·H₂O·(m·s⁻¹)⁻¹之间，超过80%的区域呈现一致响应（图1）。机制分析结果显示，风速下降通过“节水–促碳”双重路径提升WUE：一方面，风速下降增强边界层阻力并提高冠层空气湿度，抑制土壤蒸发与植物蒸腾，从而有效保留土壤水分；另一方面，改善的土壤水分条件促进叶片气孔开放，抵消边界层阻力对CO₂扩散的限制，进而增强总初级生产力。进一步分析发现，该效应在干旱条件下显著增强，表明风速下降对缓解水分胁迫具有更强作用，从而显著提升草地生态系统的抗旱韧性（图2）。定量归因结果显示，在所有气候因子中，1983–2100年风速变化对全球草地WUE增长的贡献率为7.7%–25.7%，仅次于大气CO₂的主导作用，并高于其对全球植被总初级生产力增长的贡献（6.0%–17.7%）。在未来不同排放情景下，中低排放情景中风速作为WUE调节因子的重要性更加凸显，而在高排放情景（SSP5-8.5）下CO₂的主导地位更强（图3）。值得注意的是，当前地球系统模式普遍低估了观测到的风速下降幅度，这意味着未来全球草地WUE的提升及其抗旱韧性可能被系统性低估。

图1. 全球草地WUE对风速变化的敏感性

图2. 风速变化影响WUE的机制概念图

图3. 风速变化对全球草地WUE贡献的定量评估

    上述研究成果近期以Wind stilling shapes grassland water-use efficiency by enhancing soil moisture retention为题，发表在Science Advances上。

    文章信息：Wu, H., Fu, C.*, Ciais, P., Mekonnen, Z. A., Zhang, L., Zhu, Q., Mao, J., Chen, J., Wang, D., Yang, G.* (2026). Wind stilling shapes grassland water-use efficiency by enhancing soil moisture retention. Science Advances, 12, eaee4995.