在全球变化背景下，陆地生态系统如何协调碳吸收与水分消耗，是全球变化生态学与地球系统科学的重要问题。水分利用效率反映生态系统光合作用固定碳与蒸散发耗水之间的权衡，是表征生态系统碳水耦合及其气候响应能力的重要指标。已有研究主要关注温度、大气干旱和二氧化碳等因素，而风速作为陆气物质与能量交换的重要驱动力，其在全球尺度上如何调控生态系统水分利用效率仍缺乏系统认识。

针对这一科学问题，中国科学院地理科学与资源研究所伏正研究员团队联合国内外学者开展研究发现，高风速会普遍降低陆地生态系统水分利用效率，主要原因是风速升高显著增强生态系统蒸散发，并在一定程度上抑制总初级生产力，揭示了风速在调控全球生态系统碳水耦合中的重要作用。

研究团队融合全球通量观测与地球系统模式模拟，系统量化了风速对生态系统水分利用效率的影响。结果表明，随着风速增加，生态系统水分利用效率总体下降。在控制气温、降水、辐射、大气二氧化碳和水汽压亏缺等因素后，全球约80%的站点表现出水分利用效率与风速显著负相关。这一规律广泛存在于不同植被功能类型中，其中常绿针叶林对风速变化最为敏感，湿润区生态系统的负响应明显强于干旱区。

进一步研究揭示了风速降低生态系统水分利用效率的主要作用机制。通过将水分利用效率分解为碳吸收和水分消耗过程，研究发现，风速对水分利用效率的负效应主要由蒸散发增加驱动，而总初级生产力下降的贡献相对较小。风速升高显著增加空气动力学导度，使植被冠层边界层变薄，促进植被与大气之间的水汽交换；同时，风速升高加强生态系统与大气之间的耦合，使水分损失更多受到大气蒸发需求控制。

研究团队进一步利用地球系统模式评估了未来不同气候情景下风速变化的影响。结果表明，未来风速变化对水分利用效率的影响程度明显取决于不同气候情景。当前全球陆地存在近地表风速下降的“静风化”趋势，较弱的风可在一定程度上降低生态系统水分损失，提高碳固定的水分利用效率。未来高排放情景下静风化趋势增强可能进一步促进水分利用效率，而低、中排放情景下这一效应将有所减弱。

该研究在全球尺度揭示了“风速升高—空气动力学导度增强—生态系统与大气耦合加强—蒸散发增加—水分利用效率下降”的关键作用路径，表明风速是全球生态系统碳水耦合研究中相对被忽视的重要气候驱动因子。研究结果为认识气候变化背景下陆地生态系统碳水循环及其反馈提供了新的视角，也为改进地球系统模型中相关过程的表征提供了科学依据。

该成果于2026年10月15日发表于Nature Climate Change。中国科学院地理科学与资源研究所博士后王翔为论文第一作者，伏正研究员为通讯作者。合作团队包括西班牙生态研究与林业应用中心、法国气候与环境科学实验室、美国亚利桑那大学、中国科学院华南植物园、南方科技大学、美国新罕布什尔大学、麻省理工学院、成都理工大学、中山大学、北京大学、南京农业大学等机构的学者。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

论文信息：Wang, X., Peñuelas, J., Ciais, P., Du, C., Smith, W., He, P., Feng, H., Wu, C., Yu, K., Zeng, Z., Xiao, J., Ren, S., Chen, G., Li, X., Zhang, Y., Wang, S.H, Wang, T., Wang, S., Zhang, Q., Fu, Z.*. 2026. High wind speed reduces water use efficiency across terrestrial ecosystems. Nature Climate Change. https://doi.org/10.1038/s41558-026-02781-z

论文链接: https://www.nature.com/articles/s41558-026-02781-z 

图1. 基于通量观测揭示高风速降低生态系统水分利用效率

图2. 高风速降低生态系统水分利用效率的主要作用过程