森林覆盖变化通过改变地表属性（如反照率和叶面积等）影响陆-气之间的能量和水分交换，进而影响降水和陆地水循环。一方面，植树造林会增大地表蒸散发（E），加剧对陆地水资源的消耗；另一方面，蒸发的水汽会通过水分再循环的途径在局地和下风向地区形成降水（P），从而补偿蒸散发对陆地水资源的消耗。近期一些研究表明，在考虑降水反馈后，植树造林对陆地可用水量（P-E）的影响存在较强的空间异质性，并认为植树造林增大（减少）P-E则有（不）利于水资源。然而，这些研究仅关注植树造林对P-E的影响，却忽视了P-E自身的季节和空间特征。因此，脱离P-E的时空分布讨论植树造林对P-E的影响可能会低估其潜在的水文风险。

大气科学学院葛骏助理教授和南京信息工程大学魏江峰教授结合卫星遥感资料和水汽示踪数据，分析了P-E及全球植树造林对P-E影响的季节和空间变化。季节维度的分析表明，植树造林导致全球66%的地区湿季（P-E最大的季节）的P-E增大，54%的地区干季（P-E最小的季节）的P-E减小，从而导致64%的地区P-E的季节性增强，即湿季更湿、干季更干（图1）。此外，湿季P-E增大的情况在湿润区更为普遍（72%），而干季P-E减小的情况在干旱区更为普遍（63%）。

图1.（a） 在一格点（6° N，72° W）处P-E的季节变化以及植树造林对P-E影响的季节变化。植树造林对（b）P-E的季节性、（c）湿季的P-E和（e）干季的P-E的影响。（e）植树造林对湿季和干季的P-E的组合影响。

空间维度的分析表明，植树造林对蒸散发的影响在较干（即P-E较小）的地区较大（图2），这是因为相较于草地或农田，森林的根系较深，可以汲取深层土壤水维持较大的蒸散发。但是，植树造林对降水的影响在较干的地区反而较少，这是因为较干地区的大气层结使得蒸发的水汽不易形成降水，水汽只能流向下风向较湿的地区形成降水。因此，植树造林导致较干地区的P-E减小，而较湿地区的P-E增大，即湿区更湿、干区更干。

图2. 不同P-E地区下植树造林对（a）蒸散发、（b）降水和（c）P-E的影响。（d）植树造林使P-E减少的地区面积比例。

进一步在国家尺度的分析表明，植树造林蒸发的水汽会在大气环流的作用下在各个国家之间形成跨境传输，导致不同国家的降水反馈和P-E的变化产生差异（图3）。植树造林会造成有些国家的P-E减少，主要包括非洲、西亚、中亚、美国、墨西哥、澳大利亚等国家。特别是非洲，西亚和中亚这些地区和国家，人均水资源比较匮乏，植树造林引起的P-E下降可能会进一步加剧这些地区和国家的水资源危机和冲突。相反，植树造林也会导致部分国家的P-E增加，例如加拿大、俄罗斯、印度尼西亚和刚果民主共和国等国家，而这些国家大多人均水资源较多。因此，植树造林加剧了各国之间人均水资源的不平等性。

图3. 不同国家植树造林对P-E的影响。

该研究进一步证实了考虑降水反馈对于研究植树造林生态水文效应的必要性，同时强调在评估植树造林对陆地可用水量的影响时，必须考虑可用水量自身的时空差异。此外，由于植树造林对不同国家水资源的影响存在差异，该研究也呼吁各国加强合作，提高水资源管理的能力，应对大规模植树造林对水资源带来的潜在影响。最后，鉴于植树造林是实现“碳中和”目标和缓解全球变暖的重要途径，在未来实施大规模植树造林的过程中，必须充分考虑其生态水文效应，以避免对水资源造成负面影响。

该研究以“Spatiotemporal inequality in land water availability amplified by global tree restoration”为题，于2024年8月21日在线发表于《自然·水》（Nature Water）期刊上。南京信息工程大学昝蓓蕾博士和37000cm威尼斯大气科学学院葛骏助理教授为论文共同第一作者，葛骏助理教授和南京信息工程大学魏江峰教授为论文共同通讯作者。合作作者包括新南威尔士大学的穆梦圆博士、南京信息工程大学的孙巧红教授和37000cm威尼斯大气科学学院2024届硕士毕业生罗幸。该工作得到国家自然科学基金（42375115、42105023）、中央高校基本科研业务费专项资金（2024300330）和“气候变化”江苏高校协同创新中心联合资助。

参考文献：

Zan, B. L., Ge, J., Mu, M. Y., Sun, Q. H., Luo, X. and Wei, J. F. Spatiotemporal inequality in land water availability amplified by global tree restoration. Nature Water (2024). https://doi.org/10.1038/s44221-024-00296-5.