“水”一篇Science综述！

研究背景

随着全球气候变化和人类活动的不断发展，地下水作为最大的淡水资源之一以及全球水文循环的重要组成部分引起了越来越多的关注。地下水供应了数十亿人的饮用水，同时也满足了全球40%左右的灌溉需求，但随着地下水资源的开采和管理问题逐渐凸显，对其进行更深入的研究变得尤为重要。尤其是气候变化引发的环境变化对地下水系统的影响日益凸显，这引发了对地下水补给、流动、存储和分布等方面的更深入探讨。然而，对于全球地下水系统的理解仍然存在许多问题。地下水资源的过度开采导致了地下水枯竭和水位下降的问题，而气候变化则引发了地下水补给和流动模式的变化，对地下水系统的稳定性造成了威胁。此外，地下水与海平面上升之间的关系以及海岸地区地下水淹没问题也备受关注。

成果简介

鉴于此，南方科技大学刘俊国和郑春苗教授团队等人于Science顶刊发表“The changing nature of groundwater in the global water cycle”的研究综述。本综述旨在全面分析近几十年来全球地下水系统的变化情况，特别关注气候变化和人类活动对地下水补给、流动、存储和分布的影响。通过对地下水在全球水文循环中的作用进行综合评估，以及对不同地质、气候和人类活动影响下的地下水系统进行比较研究。此外，本研究深入了解全球地下水系统的动态变化，并为地下水资源的可持续管理提供科学依据。

图文导读

气候变化是人类关注的关键因素，也是人类赖以生存的生态资源。气候驱动的改变包括大陆间地下水补给率的变化，在冰川区流域增加的地下水对河流流量的贡献。冰川融水渗入地下维持了干旱季节河流的稳定地下水排放。多年冻土融化导致降雨渗入增加，地下水储存量增加，创造了新的地下流动路径，并增加了地下水向河流流量的排放。直接的人为活动包括地下水提取、非常规油气生产、地热能勘探、管理式含水层补给、造林、土地开垦、城市化和国际粮食贸易。这些活动导致了地下水的提取和注入，重塑了区域地下水流动模式，影响了地下水位和储存量，并在全球范围内重新分配了嵌入式地下水资源。地下水枯竭现象在全球范围内普遍存在，并在近几十年内加剧。从含水层抽取的地下水通过对河流的排放和蒸发参与到全球水循环中。地下水提取将长期储存的淡水转移到地球表面的活跃水循环中。此外，从深层含水层抽取的不可再生地下水将古老的深层化石地下水整合到活跃的当代水循环中，最终导致海平面上升。海平面上升加剧了沿海地区的盐水入侵和地下水淹没的风险。地下水对饮用水和灌溉的重要性预计将随着气候变化而增加。因此，地下水枯竭对海平面上升的影响预计将在未来变得更加显著。

图1：全球水文循环及其组成部分。

图2. 地下水补给、开采、水位下降和储存变化

为了深入了解全球地下水系统在全球水循环中的变化以及气候变化和人为活动对其影响的机制，研究者通过综合分析地下水补给、排放、流动、储存等方面的变化，研究者绘制了几个图示来呈现其研究结果。在图示中，研究者首先呈现了全球水文循环的结构，并突出地下水在其中的重要性（图1）。随后，研究者详细讨论了气候变化和人为活动对地下水系统的影响。通过图示展示了气候变化导致的地下水补给率变化、冰川退缩和多年冻土融化对地下水系统的影响（图6），以及人为活动如地下水开采、非常规油气生产、土地开垦和城市化对地下水系统的影响。综合分析显示，气候变化和人为活动对地下水系统的影响十分复杂。气候变化导致的地下水补给率和排放量的变化可能会影响全球水循环的稳定性，而人为活动则可能引起地下水过度开采、地下水质量下降等问题。另外，地下水系统的变化还可能对地表水系统、生态系统和人类社会产生重要影响。综上所述，通过综合分析全球地下水系统的变化情况以及气候变化和人为活动对其影响的机制，本研究为进一步了解全球水资源的可持续性提供了重要线索。这些研究结果为未来全球水资源管理和保护提供了科学依据，有助于制定相应的政策和措施，促进全球水资源的可持续利用。

图3. 冰川流域和多年冻土区地下水流系统示意图

图4. 不同类型的地下水开采和补给示意图

全球水循环中地下水的作用日益变得动态和复杂，而地下水资源的安全性在数量和质量方面在全球范围内面临着相当大的威胁。地下水资源的可持续利用已成为全球关注的重要问题。在规划更加可持续的未来时，应该从区域和全球的角度考虑地下水资源，尤其是对于大型跨境地下水系统。随着全球变化继续影响这些资源，将地下水和地表水作为单一资源进行管理至关重要。此外，必须同时解决粮食和水资源安全问题，并维护生态系统的健康。可以采用各种管理策略，包括森林和湿地保护、海水淡化、废水回收、管理式含水层补给、水资源转移项目和绿色基础设施建设，以增强地下水的韧性。存在一些重要的研究空白需要进一步探索，包括对高纬度和山地地区地下水的详细研究、地下水补给的更准确预测、注入和排放地下水量的定量评估以及全球水平衡的精确建模。为了有效解决这些空白，全面的观测数据集至关重要，因为它们可以对地下水资源的当前状态和未来变化进行全面评估。

图5. 土地开垦和城市化导致的地下水流系统变化

图6. 地下水提取、海平面上升和淹没的示意图

总结展望

本文科学启示了地下水在全球水循环中的重要性以及其受气候变化和人类活动影响的复杂性。通过深入分析地下水的动态变化和面临的挑战，揭示了可持续利用地下水资源的紧迫性和关键性。同时，强调了全球性管理和综合性解决方案的必要性，以确保地下水资源的长期可持续性，并为未来的水资源管理提供了科学依据。

文献信息

Xingxing Kuang et al. ,The changing nature of groundwater in the global water cycle.Science383,eadf0630(2024).

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