【科技导报】专访陈亚宁探索破解全球干旱的科学之道

发布日期： 2025-08-27 阅读量： 作者： 小编

　　日前，《联合国防治荒漠化公约》项目官员接受采访时表示，人类已步入新的干旱时期，全球正面临日益严峻的系统性干旱风险。全球干旱已呈现出发生频率更高，强度更大，波及范围更广的特征，且预测难度正在不断增加。

　　在全球气候变化加剧的背景下，干旱作为影响范围最广、持续时间最长的自然灾害之一，正日益威胁着生态系统与人类社会发展，受到国际社会的广泛关注。传统应对措施多聚焦于局部节水与应急救灾，许多国家仍处于“事后响应”的被动状态，缺乏前瞻性应对机制，难以适应干旱全球化、复杂化的新态势，亟需从系统性、前瞻性的角度探索解决方案。科学应对全球干旱变化，缓解其引发的水资源短缺、荒漠化加剧等连锁问题，已成为各国政府、科研机构和环保组织的核心课题。

　　那么，全球干旱变化的具体特征与影响机制是什么？当前应对策略存在哪些局限？未来如何通过国际合作与技术创新构建综合应对体系？《科技导报》新媒体就此专访了中国科学院绿洲生态与荒漠环境重点实验室主任陈亚宁。

　　中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，研究员，研究方向为干旱区水资源与生态保护。

　　以您的长期观测来看，当前全球干旱变化呈现哪些趋势？背后关键驱动因素是什么？

　　陈亚宁：全球干旱正从偶发自然现象演变为系统性危机。当前，干旱变化趋势呈现出以下几方面特点：

　　一是干旱加剧与骤旱（快速发生的干旱）增加。传统干旱通常缓慢发展，但近年研究发现，全球干旱正由“缓旱”向“骤旱”转变，即干旱在数周内迅速加剧，严重影响生态系统和水资源安全。过去64年，全球74%的地区干旱爆发速度加快，骤旱比例上升。

　　二是干旱频率、强度与范围扩大。在过去的100年间（1900-2020年），全球受干旱影响的土地面积翻倍，40%的陆地干旱加剧。未来在中、高排放情景下，干旱频率可能增至工业化前的5-7倍，持续时间延长130%。

　　三是雪旱风险上升。全球变暖导致冬季降雪减少、降雪率降低和积雪提前融化，依赖积雪融水的中高纬度区域，雪旱频率预计到本世纪末将增至3-4倍。

　　一是气候变化所致。全球变暖加速蒸散发，改变降水模式，导致极端干旱事件发生频率增加、强度加大。

　　再是，人类活动影响。农业灌溉占全球淡水消耗70%，过度取水加剧了干旱。同时，城市化、森林砍伐削弱土地储水能力，湿地面积减少了18%；

　　三是，大气环流异常。如副热带高压增强、拉尼娜残留效应等，导致水汽输送异常，部分地区降水锐减50%-80%。

　　骤旱、复合干旱事件与传统干旱相比有何特殊性？对人类预警和应对能力带来哪些新挑战？

　　陈亚宁：骤旱与复合干旱事件相较于传统干旱具有显著的特殊性，主要体现在以下三方面：

　　一是，突发性与快速演变。传统干旱通常由降水持续偏少缓慢发展而成，而骤旱（Flash Drought）具有突发性，可能在数周内因高温、强蒸散发叠加降水短缺迅速爆发。例如2012年美国中部骤旱在1个月内使土壤湿度降至极值，导致玉米减产30%。这种非线性发展使传统基于月尺度的监测系统难以及时响应。

　　二是，多要素耦合的复杂性。复合干旱事件（如高温-干旱或干旱-热浪-野火链式灾害）呈现多驱动因子协同作用。2022年长江流域高温-干旱复合事件中，副热带高压异常与土壤湿度-气温正反馈机制共同加剧灾害，其经济损失是单一干旱的2.3倍。这种耦合效应远超传统干旱的单一水文气象维度

　　三是，系统脆弱性叠加。传统干旱的影响集中于农业，而复合干旱事件会同时冲击能源（水电短缺）、生态（森林退化）、健康（热相关疾病）等多系统。2023年地中海复合干旱导致西班牙水库水位降至27%，引发农业限水与核电减产的双重危机。

　　骤旱与复合干旱事件对人类社会预警和应对能力提出了更高要求，集中体现在以下三方面：

　　一是监测预警。现有干旱指数（如SPI）对骤旱响应滞后，需发展融合土壤水份、湿度、蒸散发等实时数据的多尺度模型。欧盟2021年开发的EDDI指数将响应时间缩短至5天。

　　再是，跨部门协同。复合干旱灾害要求打破气象-水利-应急管理的条块分割。美国NASA与USGS联合建立的旱情信息系统实现了多部门数据融合。

　　三是，韧性建设。传统节水措施不足以应对系统性风险，需发展气候智能型农业（如耐旱作物品种）与分布式水资源配置和水资源精细化管理。这些挑战本质上反映了气候变化背景下干旱灾害形态的范式转变，要求从被动应对转向预见-适应-恢复的全周期治理模式。

　　陈亚宁：干旱加剧对全球水资源系统最深远的影响在于引发的系统性水资源危机加剧，这种危机通过破坏水循环平衡、加剧供需矛盾，并威胁人类生存与生态安全的根基。干旱加剧对全球水资源系统的影响主要有三个方面：

　　首先，干旱打破了自然水循环的再生能力，导致地表水与地下水储量锐减。河流断流、湖泊萎缩（如咸海消失）迫使人类过度开采地下水，全球约1/4含水层已处于不可持续状态。有干旱加剧导致的透支性开采将引发地层塌陷、水质盐碱化等不可逆损害，威胁未来数代人的水资源安全。美国科罗拉多河因长期干旱水量锐减，威胁流域4000万人的供水；印度恒河平原的地下水超采已使含水层不可逆退化。这种损耗远超自然补给速率，可能永久改变区域水文结构。

　　其次，干旱激化水资源分配矛盾。农业耗水占全球淡水使用的70%，干旱加剧农业灌溉与城市、工业需求间的矛盾，可能引发粮食减产和社会动荡，激化水资源分配冲突和社会矛盾，加剧跨境河流的水事争端和水冲突。世界银行预测，到2050年中东、北非地区因水稀缺可能导致GDP损失6%以上，加剧地缘政治动荡。发展中国家弱势群体首当其冲，全球约5亿人已因干旱面临用水危机。

　　再是，最严峻的是生态系统崩溃风险。湿地萎缩和退化、生态功能下降、韧性降低（如亚马逊雨林部分区域已从碳汇转为碳源）和生物多样性丧失，进一步削弱自然系统的蓄水、净化功能与调节能力，形成“干旱-生态破坏-更严重干旱”的恶性循环。这种正反馈效应可能使部分区域彻底丧失水资源恢复潜力，最终导致气候移民潮与文明存续危机。

　　干旱区碳释放的正反馈循环对全球气候稳定性有何长期影响？能否通过干预打破这一循环？

　　陈亚宁：干旱区碳释放的正反馈循环对全球气候稳定性具有深远影响。这是因为在干旱和半干旱地区，土壤碳库的稳定性受到气候变化和人类活动的双重威胁，而碳释放的加剧可能进一步放大全球变暖效应，形成恶性循环。从干旱区碳释放的正反馈循环及其长期影响分析，气候变暖将进一步加速土壤碳分解。干旱区土壤碳库原本较为稳定，但全球变暖导致土壤温度升高，微生物活性增强，加速了有机碳的分解。例如，温带半干旱灌丛的研究表明，土壤呼吸（Rs）及其温度敏感性（Q10）随温度上升而增加，导致碳释放加剧。这其中包括人类活动和气候变化两个主要方面。

　　首先，人类活动加剧碳损失。长期人为干扰（如过度放牧、灌溉、季节性收获）会减少植物凋落物输入，并破坏土壤矿物-有机质的稳定机制。例如，新疆极端干旱荒漠的研究发现，16年的人为干扰使土壤有机碳（SOC）减少13.2%，其中，稳定碳库（MAOC）下降41.1%，而表层土壤（0-15 cm）的碳损失最为显著。

　　再是，降水模式变化影响碳平衡。虽然暖湿化可能促进植被固碳（如青藏高原土壤碳库增加），但新增碳多以活性碳形式存在，易受极端气候事件（如热融、干旱）影响而重新释放。此外，西辽河流域的研究表明，降水增加虽促进植被生长，但土壤呼吸增强导致净碳汇减少84.21 g C m⁻² yr⁻¹，形成“表观碳悖论”。

　　干旱区碳释放的正反馈循环（即：全球变暖→干旱加剧→植被退化、土壤碳库分解加速→二氧化碳释放→加剧全球变暖）严重威胁全球气候稳定性，加剧全球变暖。但通过减少人为干扰、生态修复和技术干预，可部分打破这一循环，以增强全球气候稳定性。核心策略是增强干旱生态系统的固碳能力和韧性。具体有以下几方面措施：

　　一是生态恢复。大规模种植适应当地环境的耐旱、深根系植物，以固定土壤、增加植被碳储量。

　　二是实施可持续的土地管理。大面积推广节水农业、保护性耕作（如免耕），减少土壤扰动，从而降低有机碳的分解速率；

　　三是加强水资源精细化管理。科学调配水资源，进行人工增雨，保障关键区域生态用水，缓解干旱压力。

　　四是加大社区参与力度。引导当地居民转向可持续生计，减少对脆弱生态的过度放牧和樵采，从源头减轻人为破坏，走绿色发展之路。

　　这些干预能直接增加碳汇、减少碳源，从而弱化正反馈循环的强度。成功干预不仅能稳定甚至逆转干旱区的碳排放，为全球碳中和目标做出贡献，更能通过恢复植被改善局部气候（如增加湿度、降低地表温度），提升生态系统应对未来气候变化的韧性，对维护全球气候稳定具有深远意义。

　　荒漠化与贫困“双重困境”的生成原因是什么？哪些地区可能成为未来受影响最严重的“热点区域”？

　　陈亚宁：荒漠化与贫困的“双重困境”是一个复杂的系统性难题，贫困是荒漠化的深层驱动力，而荒漠化则是贫困的显性结果和加剧器，两者互为因果，相互锁定，形成难以挣脱的“贫困-破坏生态-更加贫困”的陷阱。荒漠化与贫困的“双重困境”生成根源在于脆弱的自然生态与不可持续的人类活动的叠加。

　　首先，自然条件脆弱是荒漠化与贫困“双重困境”的生成的基本原因。荒漠化多发生在生态脆弱的干旱、半干旱地区，如我国西北干旱区和西南喀斯特地区。这些区域土壤贫瘠、水资源匮乏，植被恢复能力差，一旦遭到破坏，极易引发土地退化。

　　二是不合理的人类活动所致。过度垦殖、放牧和樵采，以牺牲生态资源换取短期生计，这直接加剧了土地退化与荒漠化，形成“越垦越荒—越荒越穷”的恶性循环。

　　三是贫困与生态退化的相互强化，加剧贫困化。荒漠化导致土壤肥力丧失、水源枯竭、生物多样性下降，反过来又严重削弱了农业和牧业这些当地赖以生存的根基。贫困迫使当地居民依赖自然资源维持生计，如陡坡耕种、砍伐森林、加大水土流失，进一步破坏生态。而生态恶化又导致土地生产力下降，加剧贫困。

　　再是制度性因素所致。基础设施不足、政策支持滞后、市场化程度低等因素限制了可持续发展模式的推广，使贫困地区难以摆脱生态经济困境。

　　未来全球及我国面临荒漠化与贫困“双重困境”的“热点区域”主要集中在生态脆弱与经济落后交织的地区。全球范围内，非洲萨赫勒地带（如毛里塔尼亚）是典型区域，撒哈拉沙漠南侵导致土地退化，贫困加剧了过度放牧与资源掠夺；中亚及蒙古国尤其严重，蒙古76.8%的国土已荒漠化，传统畜牧业与采矿破坏植被，加上政治动荡与技术滞后，牧民陷入“越穷越垦、越垦越穷”的循环；中东地区（如叙利亚）因气候危机与战乱叠加，沿海农地沙漠化加剧，10万公顷农地退化，年轻人逃离农业，贫困与生态恶化形成死结。我国主要热点区域主要包括：

　　（1）西北沙漠-荒漠交界带：如新疆塔克拉玛干沙漠边缘，尽管沙漠锁边等工程推进，但塔克拉玛干沙漠有多个风口和风沙路径区，加之水资源匮乏与经济发展不足仍使南疆面临沙产业收益不稳的风险。

　　（2）北方沙地片区：如内蒙古科尔沁、浑善达克沙地及乌兰布和沙漠，农牧交错带生态承载力低，贫困人口依赖资源开采，易返贫。

　　（3）西南石漠化区：贵州贞丰县等喀斯特山区，石漠化面积广，土层薄，农民仅能依靠特色种植谋生，但生态修复周期长，经济韧性弱。

　　这些区域共性在于，生态本底脆弱、依赖传统资源型产业，且气候变化加剧干旱。未来，这些地区若不能有效实施生态修复与产业转型，可能持续陷入“荒漠化—贫困”的恶性循环，成为全球气候变化与可持续发展挑战下的关键“热点区域”。

　　可否为我们介绍下新疆地表水体面积增加的特殊经验是如何？这些经验能否在我国西北或其他干旱区进行推广？

　　陈亚宁：新疆近年来通过系统治理与创新实践，实现了地表水体面积增加和生态环境的显著改善，其特殊经验主要体现在以下几个方面：

　　一是政策引领与统筹规划。新疆以河湖长制为核心，强化流域统一规划和治理，统筹水灾害防治、水资源利用、水生态修复和水文化传承，通过兵地协同和部门联动（如发改、财政、生态环境等多部门共谋共建），形成系统性治理格局。

　　二是生态修复与技术创新。包括通过再生水循环利用（每年引5000万立方米城市再生水）和滴灌技术灌溉防护林，实现水资源高效生态利用。实施河道综合治理，包括河岸景观建设、水系连通和植被修复，使水质优良比例大幅拉升。加大以胡杨为主体的荒漠河岸林保护，通过引洪灌溉和生物防治，实现胡杨林地林草覆盖率、生物多样性提升，自然灾害减少。

　　三是，产业转型与民生共赢。推广“禁牧+舍饲养殖”模式，使草原植被盖度大幅提高，同时，带动牧工通过生态旅游增收。

　　再是，严格监管与法治保障。针对违法占用草原问题，出台《规范和加强草原征占用审核审批管理的通知》，开展专项排查整治，强化生态责任落实。

　　新疆的PG·电子经验表明，综合治理（污染防治与生态修复结合）、资源循环利用（再生水、秸秆）、产业绿色转型（生态旅游、高效农业）及严格监管，是实现生态与经济双赢的关键。这些措施可在我国西北、青藏高原等地区推广，但需结合当地自然和社会经济条件，制定科学的水资源管理政策。未来，应加强跨区域协作和技术创新，以实现干旱区水生态的可持续发展。

　　目前我们对干旱变化的研究是否还存在薄弱环节？比如干旱与区域生态系统演变的关联中，有哪些未被充分认识？

　　陈亚宁：目前，关于干旱变化与区域生态系统演变关联的研究仍存在多个薄弱环节，在干旱与区域生态系统演变的关联中，仍有诸多问题未被充分认识。概括起来有以下几个方面：

　　一是干旱指标的选择与适用性争议。干旱监测依赖多种指数（如SPI、SPEI、CZI等），但不同指标对同一区域的预测可能得出相反结论。例如，中国西南湿润区的研究发现，传统降水类指标（SPI）显示湿润化趋势，而考虑蒸散发的新型指标（SPEI）则预警干旱加剧。这表明仅依赖单一指标可能严重低估或高估干旱风险，尤其是在气候变化背景下蒸散发作用增强的地区。此外，干旱指数的区域适用性仍需优化，例如在西北干旱区，部分指数可能因数据稀疏或气候特征差异而降低准确性。

　　二是干旱与生态系统响应的非线性关系。干旱对生态系统的影响并非线性，而是存在阈值效应。例如，研究发现，宁夏植被覆盖度38%是生态脆弱性转折点，低于该阈值时系统恢复力骤降。然而，目前对干旱-植被动态的临界点识别仍不充分，尤其是在不同气候区（如半干旱向干旱过渡带）的响应机制尚未量化。此外，干旱与植被恢复的滞后效应、干旱累积对生物多样性的长期影响等仍需深入研究。

　　三是人类活动与自然驱动的交互作用。生态工程（如三北防护林）可缓解干旱影响，但也可能加剧局部水资源压力，例如半干旱区植树造林导致土壤干层。然而，人类干预（如灌溉、土地利用变化）与气候干旱的协同效应尚未完全厘清，尤其是在农业干旱风险评估中，作物需水与水资源可持续性的矛盾未被充分纳入模型。

　　再是，多尺度观测与模型整合不足。现有研究多依赖站点数据或遥感监测，但区域协同观测网络仍不完善，如干旱/半干旱区台站分散、数据共享机制缺失。此外，气候模式（如CMIP6）与生态系统模型的耦合较弱，难以准确模拟干旱对植被生产力、碳循环的级联影响；此外，骤旱与复合极端事件的机制研究空白。传统研究多关注缓发性干旱，但对骤旱的成因、预警及生态冲击认识不足。同时，干旱与热浪、沙尘暴等复合事件的协同效应及其对生态系统恢复力的影响仍是前沿挑战。综上，未来需加强多指标融合、临界点识别、人地耦合建模及极端事件链研究，以提升干旱-生态系统互馈机制的认知精度。

　　从我国干旱区治理历程看，科技进步在应对干旱中发挥了哪些关键作用？未来还需在哪些领域加强科研投入？

　　陈亚宁：科技进步在干旱区治理中发挥了关键作用。干旱区生态保护与退化生态系统治理是我国生态文明建设的重要组成部分，也是全球气候变化背景下各国面临的共同挑战。从我国干旱区治理历程来看，科技进步在应对干旱、防治荒漠化、恢复生态系统和发展旱区农业等方面发挥了关键性作用，一系列创新技术的应用显著提升了治理效率和可持续性。以下从技术应用成效和未来科研方向两个维度，分析阐述科技进步如何推动我国干旱区治理从传统经验型向现代科技型转变，并探讨仍需加强的关键科研领域。

　　我国在防风固沙技术领域，通过科技创新大幅提高了植被成活率和生态韧性。内蒙古农业大学联合多家科研单位开展的雅布赖山风沙口综合治理项目，筛选出8种适合在高大流动沙丘上生长的先锋植物，野外定植成活率超过85%，突破了极端风沙环境下植物存活率低的技术瓶颈。这一成果对于阻断巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠两大沙漠合龙具有重要战略意义，体现了科技在生态屏障建设中的核心价值。

　　在新疆塔里木河下游受损生态系统恢复与流域生态安全体系建设方面，中科院新疆生地所荒漠与绿洲生态国家重点实验室结合长期野外样地监测和输水后的地表生态过程响应机理研究，提出了合理生态水位、胁迫地下水位和临界地下水位的阈值，解析了荒漠河岸林植被系统的资源共享机制，提出的种源补充技术、土壤种子库激活技术等有效支撑了洪水资源化生态利用过程中的大面积生态恢复。

　　在植被恢复技术方面，滴灌系统的智能化应用成为干旱区绿洲建设的隐形脉络。甘肃高台县通过构建蓄水池+滴灌管网的水资源精准输送系统，将梭梭苗木成活率提升至85%。该系统以蓄水池为心脏，滴灌管网为血管，通过算法精确计算每滴水的时间与路径，实现了按需供水的精准灌溉，显著提高了水资源利用效率。这种科技治沙模式不仅改变了荒漠底色，也为干旱区生态系统恢复提供了可复制的技术方案。

　　在塔克拉玛干沙漠锁边治理中，创新性地融合“分布式光伏发电+抽水消纳+滴灌”的生物措施防沙模式，极大提升了资源利用效率。该系统利用沙漠丰富的光照资源发电，为水泵提供绿色动力，抽取地下水或处理后的苦咸水，实现了能源的就地生产与消纳。随后，通过高效的滴灌技术，将宝贵的水分和养分精准、可控地输送给固沙植物，极大减少了蒸发和渗漏损失。这一闭环体系将原本独立的能源、水资源和生态环节高效耦合，以可再生能源驱动生态用水，以精准灌溉保障植被存活，形成了“以光换水、以水扩绿”的良性循环，为塔克拉玛干沙漠锁边和生态修复提供了高效、可持续的解决方案。

　　实现光伏治沙与生态修复的协同创新。近年来，光伏+治沙的复合模式在干旱区防沙治沙、生态建设中得到广泛应用和创新实践。融合光伏发电+防沙治沙为一体，创新采用光伏板阵列间微地形集水和草方格沙障+耐旱植被立体固沙等技术。光伏板不仅发电，还具有增加地表粗糙度、防风、挡风、固沙功能，能加快板下植被生长，形成板上发电、板下种草、板间增收的共赢格局。创造了经济效益与环境效益双丰收的治理范式，为全球干旱区可持续发展提供了中国方案。

　　在水资源管理领域，科技进步推动了从粗放用水向精准调控的转变。内蒙古旱区水工程生态环境全国重点实验室围绕北方防沙带生态保护修复等重大工程开展研究，为干旱区水资源高效利用提供了科技支撑。在旱区生态水文与水资源领域取得系列创新成果，提升了服务国家重大战略的能力。

　　在旱作农业技术方面，中国农业科学院提出的土壤-地表-冠层协同调控综合解决方案，通过提升降水生产力、恢复生物多样性和构建韧性系统，显著增强了旱地农业的抗风险能力。统计数据显示，全球81%的耕地属于旱地雨养农业，80%作物生产耗水直接来自降水，这使得旱作农业技术的创新对保障粮食安全具有战略意义。我国在作物耐旱节水品种选育、土壤健康维持等方向的科研突破，为全球旱地农业可持续发展贡献了中国智慧。

　　综上，我国在干旱区治理的科学研究与技术研发与实践方面取得了显著进展，在应对干旱中发挥了关键作用，但仍需在以下关键领域加强科研投入和创新实践：

　　一是智能化监测预警系统的开发是未来重点方向。国际上一些国家在智能化方面取得了多项突破。如巴西研究人员通过整合GNSS与降水数据构建的新型干旱指数，时空分辨率达到公里级/日尺度，对初期干旱的敏感性比传统指数提升约30%。我国应加强类似高精度干旱监测技术的研发，融合遥感、物联网和人工智能，构建覆盖全国的干旱早期预警系统，提升对干旱风险的预警防控能力。

　　再是，生态修复技术创新仍需深化。当前需要研发更适合极端干旱环境的植物品种和栽培技术，如在塔克拉玛干沙漠这样一个极端干旱区域，结合生态条件和经济社会发展需求：

　　亟待深化融防沙治沙生态建设与发展经济寓一体的物种筛选和栽培技术的研发与示范；

　　需加强微生物修复、土壤改良、土地生产力提质增效等基础研究，探索自然恢复+人工辅助的协同修复模式，提高生态韧性和生态系统的自我维持能力；

　　需进一步发展节水型荒漠高效生态产业技术体系，研发微咸/苦咸水的低成本开发利用技术、低耗水高效益的种植模式；

　　需加快空中云水、地表水、地下水以及洪水的协同调控技术的研发，提高水资源利用效率和系统韧性。

　　同时，需进一步加强气候变化适应技术研发。随着全球变暖加剧，干旱区将面临更频繁和严重的极端气候事件。

　　需加强跨学科融合研究，整合地理学、生态学、水文学、社区参与、遥感和社会科学等多学科知识，促进自然科学与社会科学交叉融合，将社区需求和传统知识融入技术创新，聚焦气候韧性系统构建，加强碳汇技术研究，探索干旱区在碳中和目标下的双重功能，创新更加先进的技术模式，发展更具包容性的治理方案。

　　科技进步已成为我国干旱区治理的核心驱动力，从传统治沙到智慧生态管理，技术创新不断拓展治理边界。未来需在智能化监测、生态修复、水资源管理等领域持续投入和加大投入，同时加强学科交叉和国际合作，为全球干旱区可持续发展提供更多中国方案。通过科技创新与政策引导相结合，将进一步提升我国，乃至全球干旱区治理水平，筑牢生态安全屏障，实现人与自然和谐共生的现代化目标。

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