《Water Resources Research》：Revegetation Rebalances Water Resources by Enhancing Rainwater to Increase Vegetation Carrying Capacity in China's Loess Plateau
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本文通过WRF-Noah陆气耦合模型的情景实验，揭示了黄土高原植被恢复通过陆气反馈增强降水，虽加剧水分供需季节性错位，但雨水资源利用潜力（RWUP）的增加可抵消86%的蒸散耗水，形成新的水平衡。研究发现草地和作物对水平衡有正向贡献，而森林导致水分亏缺；通过调控RWUP可使植被承载力提升15%，为干旱区生态恢复的水资源可持续管理提供新视角。
1 引言
水资源是气候减缓战略的核心要素，在干旱半干旱的黄土高原（LP），雨水资源对水平衡至关重要。大规模植被恢复（如退耕还林工程）虽提升了植被覆盖度，却同步增加了蒸散发（ET）耗水，并通过改变反照率、水热通量等陆气过程影响降水（P）。然而，植被恢复如何通过陆气反馈调节雨水资源利用潜力（RWUP，包括有效土壤水分ΔSM和地表径流Q），并进一步影响水资源平衡的机制尚不明确。
2 材料与方法
研究基于WRF-Noah模型设计了动态实际情景（DYN，反映1999–2018年真实植被变化）和静态对照情景（CTL，假设无植被恢复），通过对比分离植被恢复的净效应。利用改进的Shuttleworth-Wallace模型计算最大植被承载力（MVC），并量化气候适宜降水（Pc）与P的差异以表征水分供需错配。
3 结果
3.1 模型验证
DYN模拟的P、ET、地表温度（LST）与遥感观测数据吻合较好，MRE均低于15%，其中P的模拟误差最小（MRE=7%），表明模型可可靠支持后续分析。
3.2 水分供需的时空错配
植被恢复使P和Pc均呈上升趋势，但P增幅更大，导致|Pc-P|轻微增加。季节性上，夏季（7–9月）P>Pc，而秋冬季（10–12月）Pc>P，供需矛盾突出。空间上，东部LP的错配程度高于西部。
3.3 RWUP的时空变化
DYN情景下RWUP年均值较CTL增加44.13 mm yr?1，且增长趋势更快（5.03 mm yr?2vs. 3.36 mm yr?2）。RWUP的提升主要集中于夏季，其中ΔSM贡献了RWUP增量的90%，而Q仅贡献10%。
3.4 ΔSM与Q的协同变化
植被恢复显著提升了ΔSM（DYN: 321.81 mm yr?1vs. CTL: 285.01 mm yr?1）和Q（DYN: 30.76 mm yr?1vs. CTL: 25.65 mm yr?1）。ΔSM的空间分布与RWUP高度一致，且东北部、中部和南部LP的增量最显著。
3.5 RWUP与ET的同步增长
植被恢复使ET增加51.27 mm yr?1，而RWUP增加44.13 mm yr?1，后者可补偿86%的ET耗水，维持水平衡稳定。ΔRWUP与ΔET的差值空间分布显示，东部LP多数区域ΔRWUP>ΔET，草地和作物用地为主要贡献类型。
3.6 不同植被类型对水平衡的贡献
草地面积最大，其ΔRWUP较ΔET高出9.97 mm yr?1，对水平衡有正向效应；森林的ΔET则高于ΔRWUP达28.45 mm yr?1，加剧水分压力。耕地和草地的ΔSM增长主导了RWUP提升。
3.7 MVC的变化与差异
DYN情景下MVC较CTL提升15%，空间上呈东南高、西北低格局。ΔMVC（MVCDYN-MVCCTL）平均增加0.065，表明植被恢复通过调控RWUP可有效提升区域植被承载潜力。
3.8 植被恢复影响水平衡的机制
植被恢复→叶面积指数（LAI）与植被覆盖度（FVC）增加→地表反照率降低→净辐射（Rn）吸收增强→气温升高、ET增加→大气水汽含量上升→P增加→RWUP（ΔSM+Q）提升→抵消ET耗水→支撑MVC增长。其中草地通过强渗蓄能力促进ΔSM积累，而森林因高蒸腾导致水分亏缺风险。
4 讨论
植被恢复的水文效应存在显著空间异质性，需结合植被类型与气候带制定差异化雨水收集策略。WRF-Noah模型的情景实验虽能分离植被反馈，但静态CTL设定可能高估恢复效果，未来需引入自然植被动态基线。研究强调将RWUP调控纳入水资源管理，通过雨水蓄积补偿生态耗水，实现植被恢复与水资源可持续的协同。
5 结论
黄土高原植被恢复通过陆气反馈增加降水，虽加剧水分供需季节性错位，但RWUP的提升可抵消86%的ET增量，维持水平衡稳定。草地和作物对水资源有正向调节作用，而森林易导致水分超支。通过优化RWUP利用，区域植被承载力可进一步提升15%，为生态恢复的水资源约束提供解决路径。
