近日，云南大学科研团队在国际顶级综合性学术期刊Proceedings of the National Academy of Sciences（PNAS）发表研究论文，题为“Climate-driven reduction in biomass production of the Eurasian steppe coincides with nomadic migration during the first millennium CE”。该研究以高时间分辨率的树轮资料为核心证据，重建欧亚草原植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）长期变化，为理解气候—生态—游牧民族社会变迁耦合机制提供新的量化依据。
欧亚草原是全球最典型、最广袤的干旱—半干旱草原带之一，亦是历史上游牧文明长期繁衍、交流与融合的重要舞台。与传统农耕文明依山傍水以耕地为主不同，游牧民族的物质需求高度集中于草地生态系统的供给能力，即饲草产量主要取决于草地生产力，进而决定牲畜生产和部落生计韧性。植被净初级生产力作为植被通过光合作用固定的净碳量，是衡量生态系统能量与物质输入的核心指标，能够直接表征草地能够“生产多少生物量”。当区域气候出现持续性转冷或转干，尤其当极端气候强烈影响高海拔夏季牧场时，可能扰动草原系统的稳定性，从而触发人口迁徙、边境冲突、贸易与部落重组等一系列社会响应。高时间分辨率的古气候证据相对匮乏，使得“环境变化—资源压力—游牧民族迁徙”的证据链条长期缺少可被年尺度数据检验的关键环节。此外，当前欧亚草原正在经历显著的全球变暖与极端天气事件影响，未来升温幅度可能明显高于全球平均水平，这使得从长期视角识别草原生态系统变化的临界点和草原社会脆弱性尤为重要，不仅具有基础研究价值，同时对现代草地资源管理与加强社会韧性具有指导意义。
图1.植被净初级生产力时空模式。a，公元70s–100s，360s–380s和470s–560s年的平均PDSI变化相对于其前30年。线条代表了历史时期游牧民族迁徙路线。b，自1982年以来网格月均植被净初级生产力数据与重建植被净初级生产力的空间相关性。c-e，过去两千年阿尔泰山、蒙古高原和祁连山—柴达木盆地的年分辨率植被净初级生产力重建。f-g，欧亚草原游牧民族迁徙的重要历史事件植被净初级生产力变化。
研究团队从欧亚大陆三个典型区域—阿尔泰山、蒙古高原和祁连山—柴达木盆地出发，选取对气候敏感的树轮宽度长年表，构建覆盖欧亚内陆草原关键地带的树轮宽度网络。结合GLASS产品的植被净初级生产力数据进行校准与检验，进而重建过去两千年欧亚草原植被净初级生产力时空变化。研究在阿尔泰山、蒙古高原、祁连山—柴达木盆地分别开展独立的植被净初级生产力重建，并通过copula联合分布建模识别可能具有阈值效应的极端植被净初级生产力事件。研究引入古气候同化资料对低生产力时期的水热背景进行联合判别，并使用其他代理记录进行交叉验证。
研究首次在欧亚草原地区给出过去两千年植被净初级生产力的年分辨率直接重建，为理解游牧社会赖以生存的草地资源如何在气候波动下发生结构性改变提供了关键证据。重建结果表明，植被净初级生产力存在显著的年际至年代际波动，尤其在第一个千年中经历了多个低植被净初级生产力阶段，且具有突出的“临界点”特征。低植被净初级生产力持续累积，草地供给能力下降可能跨越畜牧业稳定性的变化上限，对游牧民族造成系统性冲击。值得关注的是，研究识别出公元70s–100s、360s–380s、470s–560s CE等多个显著的低植被净初级生产力窗口期，这些时段内植被净初级生产力变化与欧亚草原历史上多次重要游牧民族迁徙浪潮高度吻合。例如，东汉和北匈奴战争后北匈奴西迁（70s-100s CE）与欧亚草原低植被净初级生产力时段相匹配。干旱引起的草地资源下降对应蒙古帝国崛起时（1103-1211 CE）草原政治整合与扩张能力提升。研究认为，当冷干气候同时削弱高海拔夏季牧场草地资源，欧亚草原可能出现长期资源匮乏，游牧民族难以通过农业或长距离粮食调运来缓冲风险，进而可能通过部落迁徙、战争和贸易来维持生存。与以往“环境决定论”不同，研究强调了推动欧亚草原社会变迁的因素不是单一的气候异常，而是由气候驱动、可被量化的持续性植被净初级生产力衰减所形成的资源压力等因素综合影响。游牧民族的灵活性既是一种应对不利环境的适应策略，也可能促成不同民族更广泛的迁徙与交流，从而在大尺度上影响欧亚历史格局演化。
图2.自公元前200年以来的15年低通滤波植被净初级生产力变化热图。箱线图和虚线展示了170s BCE，120s BCE，70–100 CE，180–210 CE，313 CE，368–388 CE，470–516 CE，531–561 CE，632–643 CE和787–834 CE的植被净初级生产力变化。
气候变化是影响历史社会进程的多重因素之一，单一气候因子无法解释所有历史转折事件。该研究成果不仅为理解欧亚草原生态系统的长期波动及其社会影响提供了新的科学视角，也为当前全球变化背景下干旱半干旱区生态安全、草地可持续利用与社会韧性提升等热点问题提供关键参考。本研究所揭示的年代际极端低生产力事件及其带来的风险和挑战，有助于识别生态系统潜在阈值与脆弱环节，为草地承载力评估、畜牧业调控与跨区域资源协同提供科学依据。
本研究不仅推动了“气候—生态—社会”耦合研究从相关性走向机制化与可检验化，也在实践层面为干旱—半干旱区生态安全与草地可持续治理提供了历史尺度的参照系。在当代气候变暖与极端事件增强的背景下，欧亚草原未来可能面临更频繁、更持久的生产力波动与生态风险。未来，研究团队将进一步推动多学科深度融合，结合考古与历史文献证据、人口与迁徙路线数据、以及地球系统模式模拟，构建从气候异常到生态冲击再到社会响应的完整证据链与可验证模型，为区域可持续发展与社会韧性提升提供更具前瞻性的科学支撑。
图3.a，PHYDA产品生成的70s–100s，360s–380s，和470s–560s温度变化相对于其前30年。b，CESM-LME模拟的拉尼娜与厄尔尼诺事件年的水汽输运和降水变化。c，欧亚草原系统概念模型。
云南大学为该文的第一作者单位，陈峰研究员为该文唯一第一作者，陈发虎院士和陈峰研究员为共同通讯作者，其他参与者包括英国剑桥大学、德国美因茨大学、瑞典斯德哥尔摩大学、美国西弗吉尼亚大学、阿根廷国家科学与技术研究理事会、中国科学院地理科学与资源研究所、中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所和云南师范大学的多位学者。该研究得到了国家自然科学基金委和青藏高原地球系统卓越研究群体项目（42588201）等项目的共同资助。
论文链接www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2513573123。
来源：国际河流与生态安全研究院
编辑：张懿淼 责任编辑：李哲
