热带生态系统在调节全球碳、水和能量循环中发挥着重要作用，其生态功能高度依赖水分条件。随着气候变化加剧，热带地区水文气候变率增强，干旱与异常湿润事件日益频繁。土壤水分是调控植被蒸腾、气孔导度和光合作用的关键环境因子，当土壤水分下降至某一临界值后，陆表蒸散发通常由能量限制转变为水分限制，这一转折点被称为土壤水分临界阈值。然而，该阈值在热带地区尤其是湿润森林中的空间分布，以及植被生产力在阈值两侧如何响应土壤水分变化，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，基于土壤水分与地表温度日振幅之间的关系，系统刻画了热带地区土壤水分临界阈值的空间分布，并比较了阈值以上和以下两种水分状态下植被生产力及其对土壤水分变化的敏感性。

结果表明，相较于以往研究，该研究显著拓展了热带地区土壤水分临界阈值的空间识别范围。该阈值在不同热带生态系统间存在明显差异，约70%的阈值集中在0.1—0.3 m³/m³之间。其中，湿润常绿阔叶林的阈值最高，开放灌丛最低。总体而言，越湿润的生态系统土壤水分临界阈值越高，而土壤水分处于阈值以下的时间比例越低。

进一步分析发现，在大多数热带地区，土壤水分高于临界阈值时植被生产力总体较高；当土壤水分低于阈值后，植被生产力对水分变化通常更加敏感。然而，约10%的热带植被表现出相反特征，主要分布于亚马逊和东南亚等湿润森林。这些区域在土壤水分低于阈值时反而具有更高的生产力，且其中不少区域在土壤水分高于阈值后，随着土壤水分增加，植被生产力下降更加明显。

研究表明，土壤水分临界阈值所反映的陆表水热交换转折，并不意味着所有生态系统的植被生产力都会发生相同变化。在部分湿润热带森林中，适度的表层土壤干燥可能伴随太阳辐射增强，并缓解过湿或积水引起的土壤缺氧等限制，从而有利于植被光合作用。这表明热带生态系统既可能受到“过干”的限制，也可能受到“过湿”的制约，其影响取决于当地水文气候背景和植被类型。

该研究从临界阈值视角揭示了热带生态系统对土壤水分变化的差异化响应，表明土壤水分临界阈值的生态效应具有明显的水文气候依赖性。研究进一步揭示，干旱与过湿均可能成为热带生态系统生产力的限制因素，为完善地球系统模型中土壤水分—植被耦合过程的表征，以及评估未来水文气候变化背景下热带生态系统碳汇稳定性提供了新的观测约束。

该成果于2026年10月16日发表于One Earth，中国科学院地理科学与资源研究所博士生张森为论文第一作者，伏正研究员为通讯作者。合作团队包括法国气候与环境科学实验室、美国宾夕法尼亚州立大学、美国威斯康星大学麦迪逊分校、法国国家农业食品与环境研究院等机构的学者。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：Zhang, S., Fu, Z.*, Ciais, P., Kemanian, A.R., Stoy, P., Makowski, D., Bai, Y., & Wigneron, J. P. (2026). Critical soil moisture thresholds reveal contrasting ecosystem responses across the tropics. One Earth. https://doi.org/10.1016/j.oneear.2026.101864

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.oneear.2026.101864 

图1 热带临界土壤水分阈值的空间分布及不同水文状态下植被生产力的差异响应