发布时间：2026-09-03

文章标题：| LDD |李强/树轮重建揭示东北多年冻土区土壤水分与温度关系在1950年代发生“体制转变”

内容：

西安交通大学全球环境变化研究院李强团队在《Land Degradation & Development》上发表题为“A regime shift between soil moisture and temperature in the 1950s over the permafrost region of Northeast China”的研究论文。该研究基于大兴安岭地区樟子松（Pinus sylvestris var. mongholica Litv.）树轮宽度年表，重建了该区过去305年（1705-2009年）夏季（6-9月）0-1米土壤水分变化，首次揭示了1950年代土壤水分与温度关系的转变，并指出这一动态关系受北半球平均温度变化的负向调控。

详细结果如下：

1. 重建了305年的夏季土壤水分序列：树轮宽度与6-9月土壤水分相关性最高（r = 0.676, p < 0.001），可解释观测方差的45.6%。重建序列可代表中国东北北部多年冻土区（50°-53°N, 120°-124°E）的土壤水分变化。

2. 1950年前后土壤水分-温度关系发生逆转：1950年代之前，土壤水分与温度呈显著正相关；1950年代之后，这一关系突然转为负相关。这与东北地区自1950年代开始的快速升温（北半球平均升温的3倍）有关。

3. 北半球温度调控“体制转变”：15年滑动相关分析显示，土壤水分-温度关系与北半球平均温度变化呈显著负相关（p < 0.01）。当北半球升温时，两者关系趋于负相关；反之趋于正相关。

4. 机制解释：升温导致冻土部分融化，虽然短期内土壤水分含量增加，但气温升高加剧蒸散发，土壤水分快速耗散，保水能力严重下降，最终导致土壤变干。

研究结果表明，1950年代以来的升温打破了此前两百余年土壤水分与温度的平衡关系。如果北半球温度继续升高，东北多年冻土区土壤水分-温度关系将更加负向，土壤与大气对水分的竞争将更激烈。多年冻土作为全球重要碳库（占土壤碳库50%以上），大规模融化将加剧微生物分解和温室气体（CO₂、CH₄）释放，形成正反馈，进一步加速冻土退化和碳损失。该研究为预测全球变暖背景下多年冻土区碳释放提供了历史依据

图1.树轮标准（STD）、残差（RES）和Arstan（ARS）年表时间序列

图2. 重建土壤水分与观测数据的对比及305年重建序列

图3. 重建土壤水分与空间网格数据的相关分析

图4. 重建土壤水分与周边水文气候重建序列的对比

图5. 土壤水分-温度关系的滑动相关及北半球温度的调控作用

西安交通大学为论文的第一作者单位，李强教授为论文第一作者兼通讯作者。研究得到国家自然科学基金项目（42173080, 41888101, 32061123008, 41991251）、第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0101）以及中国科学院项目（XDA23070202, XDB40010300）的共同资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/ldr.5027