在生态系统尺度，水分利用效率（water-use efficiency–WUE）常表征为消耗单位质量的水所固定的大气CO₂的量，是深入理解生态系统碳–水耦合关系的重要指标。开展陆地生态系统水分利用效率时空变异特征及其控制机制，有助于评价和预测未来气候变化对生态系统碳、水过程的影响。

基于涡度相关技术通量塔可获取站点尺度上（周边数百米）连续时间序列陆地生物圈与大气圈的碳、水通量数据，进而可计算相应的水分利用效率数据。当前，为定量评估国家和区域尺度陆地生态系统碳源/汇现状、过程及对气候变化的响应机制，针对森林、草地、湿地、农田等生态系统至今已建立了将近600个通量观测站点，形成了全球性的通量观测联盟（http://fluxnet.ornl.gov/）。但是，关于生态系统水分利用效率的研究大多基于单个站点尺度的影响因素分析，或不同生态系统水分利用效率的对比分析，而对于区域乃至全球尺度的陆地生态系统水分利用效率空间格局、历史变化趋势以及人类活动干扰影响，缺乏系统深入的研究。

在南京地理与湖泊研究所承担的国家自然科学基金重点项目、中科院重点部署项目及研究所“一三五”项目的资助下，李恒鹏研究员课题组：1）基于32个覆盖不同植被类型的通量站点，合计137站点年8天时间尺度的连续序列碳水通量数据，研究发现陆地生态系统水分利用效率存在明显的纬度地带性特征，从低纬度到高纬度呈现先升高后降低的趋势，不同植被类型水分利用效率峰值位置略有差异，接近于北纬51度附近；2）基于2000–2013年全球改进的MODIS GPP数据及ET数据对陆地生态系统水分利用效率空间格局及历史变化趋势进行了分析，研究发现全球平均水分利用效率值在2010年之前呈显著下降趋势，而近几年有所改善，同时利用涡度相关实测数据验证了MODIS数据估算水分利用效率的可行性。相关研究成果发表在Nature Scientific Reports上。 

Tang Xuguang, Hengpeng Li, Ankur R. Desai, Zoltan Nagy, Juhua Luo, Thomas E. Kolb, Albert Olioso, Xibao Xu, Li Yao, Werner Kutsch, Kim Pilegaard, Barbara Köstner, Christof Ammann. How is water-use efficiency of terrestrial ecosystems distributed and changing on Earth? Nature Scientific Reports. 2014, 4:7483. （汤旭光与李恒鹏为共同第一作者） 

图1 全球陆地生态系统年均初级生产力（GPP）、蒸散发（ET）及水分利用效率（WUE）空间格局

图2 2000–2013年陆地生态系统水分利用效率趋势分析