土壤水分在调控植被时空分布格局并影响气候-土壤-植被系统的复杂动态过程中起关键作用。准确认识生物量与土壤水分的动态耦合特征，是揭示荒漠生态系统稳定性及可持续性的基础。因此，在未来气候（降水格局）变化情景下，生物量与土壤水分动态的随机耦合关系，是干旱区生态水文学领域的前沿科学问题。
中国科学院西北生态环境资源研究院(筹)沙坡头沙漠试验研究站王新平研究员及其合作者基于长期观测资料，刻画了研究区随机降水的泊松分布特征，并在综合考虑植物冠层对降水截留、植物根区土壤导水率及持水性能的基础上，确定了耦合土壤水分调节作用的单位生物量增长和损失因子、单位生物量蒸腾耗水等关键参数，界定了生物量、土壤水分的稳态及瞬态变化范围，揭示了生物量-土壤水分动态非线性变化的概率分布规律，构建了耦合土壤水分的生物量动态随机微分方程，预测了降水格局变化情景下生物量和土壤水分的变化趋势。
成果评阅人、美国加利福尼亚大学伯克利分校Paolo D’Odorica教授认为，该项工作构建了干旱区生态水文学理论体系的新支柱，是引领生态水文学理论发展的重大范式转变。
相关研究成果以“Probabilistic model predicts dynamics of vegetation biomass in a desert ecosystem in NW China”为题发表在美国科学院院刊（第114卷25期E4944-E4950）上。
该研究获得国家自然科学基金项目（批准号：41530750、41371101）资助。
图1 研究区多年平均降水日数(A，湿润季；B，干旱季)及降水日的日平均降水量(C，湿润季；D，干旱季)动态
图2 随时间变化的生物量均值(A)及方差(B)与稳态值比较
图3 降水变化情景下湿润季和干旱季末相对土壤含水量分布
图4 降水变化情景下湿润季末(A)和干旱季末(B)生物量分布
