随着全球气温的持续升高，水资源可利用性对植被生长的影响是否发生了变化仍不清楚。本文评估了1982—2018年中国植被生产力对干湿变化响应的长期演变趋势及植被响应的时间尺度阈值，这将对降低陆地生态系统管理成本和双碳目标实现具有重要意义。① 在研究期内中国植被生产力的水分胁迫不断增强。② 在多时间尺度干湿变化中，61.18%的植被覆盖区存在过干旱化显著抑制了该区域的植被光合作用；28.89%的植被覆盖区存在过水分过剩显著抑制了该区域的植被光合作用。③ 干旱化显著胁迫植被生产力的最小响应时间缩短，而水分过剩显著约束植被生产力的最大响应时间延长，表明干旱化抑制植被生产力影响越来越容易，水分过剩对植被生产力产生抑制作用越来越困难。因此，1982—2018年中国植被生产力的水分约束正在增加。本文结果揭示了气候持续变暖背景下的水资源可利用性对植被生长影响的变化趋势，为水—碳耦合关系及水碳循环提供科学依据。

植被蒸腾（Tc）是水循环的重要组成部分。土壤水分（SM）和饱和水汽压差（VPD）是Tc的关键驱动因素，探讨其对Tc的影响有助于加深生态系统对气候变化响应机制的认识。然而有关VPD和SM对Tc变化的相对贡献尚不清楚，主要原因在于SM和VPD通过陆地—大气相互作用强烈耦合，阻碍了SM、VPD对Tc独立影响程度的量化。本文基于气象再分析资料、遥感土壤水分、蒸腾以及土地覆盖数据等多源数据，采用当前较为先进的“分箱解耦法”，分析2003—2018年中国亚热带植被蒸腾主导驱动力。通过对SM和VPD数据相关性解耦发现，研究区Tc随SM增加呈现出先上升后保持稳定的趋势，而随VPD增加Tc变化幅度较小；总体而言，SM对Tc变化的相对贡献更高，约为VPD对Tc相对贡献的5倍；不同植被类型Tc对SM和VPD的敏感性有所差异，尽管4种植被类型Tc对SM的敏感性均大于VPD的敏感性，但4种植被Tc对SM响应的阈值不同，其中森林（常绿阔叶林除外）的阈值最低（约为35%），短木植被的阈值最高（约为55%），表明不同植被生态对策的差异。此外，为验证结论的可信性，本文基于光合与蒸腾的强耦合关系，利用太阳诱导叶绿素荧光（SIF）指征Tc变化，经上述分析得到一致的结果。通过解耦SM-VPD对Tc的定量影响，本文进一步完善了气候变化生态水文效应的认知，为区域水循环模拟优化提供理论依据。

青藏高原生态环境对气候变化的响应是全球变化研究关注的重点问题。地表风化与气候变化之间具有紧密的联系，因此对冰川流域硅酸盐岩风化以及黄铁矿氧化进行定量研究可为理解高原气候变化提供关键性认识。本文以青藏高原北部祁连山典型冰川流域—老虎沟流域为研究对象，通过分析流域河水及降水的水化学和氢氧同位素，研究了冰川径流来源，河流溶质来源以及水文条件对溶质的影响，流域化学风化速率以及黄铁矿氧化对化学风化碳汇效应的影响。利用同位素径流分割得到地下水、冰川融水以及大气降水对冰川径流的贡献分别为18.2%、58.3%和23.5%，并进一步通过溶质产生模型讨论了冰川河流量对溶质的影响。通过反演模型计算得到碳酸盐岩、硅酸盐岩、蒸发岩和降水对河水阳离子的贡献分别为59.1%、20.1%、8.3%和12.5%，蒸发岩、降水和融雪、黄铁矿对$SO_{4}^{2-}$的贡献分别为14.4%、8.0%、77.6%。最终估算得到碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化通量分别为50.8 g/s和7.8 g/s，相应的CO₂吸收速率分别为24.4 t/(km² a)和5.9 t/(km² a)。考虑黄铁矿氧化的影响后，短时间尺度（<10⁶ a）老虎沟流域总CO₂吸收速率为8.3 t/(km² a)，在长时间尺度（>10⁶ a）则会释放CO₂，总CO₂释放速率为16.2 t/(km² a)。总体来说，本文对老虎沟冰川流域的硅酸盐岩风化以及黄铁矿氧化对气候变化的响应进行了评估，明确了黄铁矿氧化对碳循环的影响，丰富了青藏高原流域风化和碳循环理论研究。

沙漠/沙地中沉积物的粒度是物源及各种地表过程长期作用的结果。研究沉积物粒度特征对认识沙漠/沙地形成演变和防沙治沙具有重要意义。本文对浑善达克沙地不同类型沉积物进行了详细采样，对其进行粒度和端元分析。结果表明，浑善达克沙地风成沙受风力分选作用影响，平均粒径和分选系数沿盛行风向存在显著变化趋势。偏度和峰度的空间格局较为复杂，可能与局地物源、沉积环境和植被覆盖等因素有关。端元分析结果显示，风成沙含有6个端元（EM），其中EM1与沙地西部湖相沉积露头有关；EM2来自松散的河湖相沉积物，在风力作用下呈现显著空间变化；EM3是风成沙的主要物质来源，与河流携带的碎屑物质有关；EM4可能来源于周围山体的冲洪积物；EM5和EM6粒度最粗，与间冰期河湖相沉积物中的粗粒组分相似。浑善达克沙地沉积物粒度特征表明，风成沙主要来自沙地附近不同时期的河湖相沉积物，远源贡献较少。沙地西部是风成沙的主要源区，在风力作用下较细组分的风成沙向沙地中东部运移，而沙地南缘和东缘河流也为其邻近区域贡献了沙源。本文研究说明，通过高密度采样并结合端元分析，沉积物粒度可解决地表过程复杂的沙漠地区风沙物源识别问题。

爬坡沙丘是高原山区广布的一种重要的障碍沙丘类型，其形成主要受地形、沙源和风动力的影响。已有的研究侧重于模拟试验、分布规律、野外观测和沙丘形态等方面，从区域尺度解析不同气候带爬坡沙丘沉积物特征及环境意义的研究还相对缺乏。本文从风沙地貌学、粒度沉积物、地球化学等方面综合分析青藏高原不同气候带爬坡沙丘的风能环境、近地表流场、沉积物特征及物源等。结果表明：① 由于物源差异，不同气候区爬坡沙丘沉积物粒度组成不同，主要为细沙和中沙，半湿润区分选好而干旱区分选差；不同地貌部位沉积物的粒度差异较小，且与近地表气流有较好的响应，就地起沙是其形成的基本形式，其中细沙爬坡能力最强。② 母岩特征和气候环境影响沉积物的化学元素含量，但粒径大小也是造成其空间差异的关键，微量元素主要集中于河漫滩且不同地貌部位差异较小。③ 沉积物中常量元素除SiO₂富集外，其他均呈现不同程度的淋失或富集，微量元素大多亏损，淋失与富集程度与粒径密切相关。④ 青藏高原爬坡沙丘沉积物处于大陆风化初期，半湿润区风化程度较强，不同地貌部位沉积物的风化差异较大，与母岩性质、气候环境及沉积分异有关。