通过混交树种和密度管理来降低不列颠哥伦比亚省沿海人工林的干旱敏感性

《Forest Ecology and Management》：Mixing tree species and density management to reduce drought susceptibility in coastal plantation forests of British Columbia

沿海不列颠哥伦比亚地区针阔混交林（ Douglas-fir 与 western redcedar）的干旱响应研究表明，降低林分基面积（500-1500株/公顷）可显著提升土壤湿度和树木抗旱能力（resistance, resilience, recovery），其中纯 western redcedar 在1000株/公顷密度下水分利用效率（WUE）最高，混交比例与密度交互作用显著影响δ13C值（p=0.020）。研究证实林分结构比个体树高更能调控干旱胁迫下的水分利用策略，为混交林可持续管理提供科学依据。

　　近年来，加拿大不列颠哥伦比亚省（British Columbia）的沿海森林正经历着更长时间和更强烈的干旱。为了评估干旱对树种组成和种植密度（500、1000和1500株/公顷）的影响，研究人员在加拿大温哥华岛东侧的一片混合林中开展了一项研究。这片林地种植了1:0、1:1、1:3和0:1比例的道格拉斯冷杉（Douglas-fir）与西部红雪松（western redcedar）的混合林。研究的主要目的是评估这些林分在干旱条件下的土壤湿度、抗旱能力以及水分利用效率（Water Use Efficiency, WUE）的变化情况。

在研究过程中，测量了不同林分密度和混合比例下的土壤湿度、抗旱能力和水分利用效率。结果表明，土壤湿度在最高密度的林分中显著低于最低密度的林分（p=0.016）。通过树干芯的干旱指数分析发现，随着林分基面积的减少，抗旱能力、恢复能力和恢复速度都有所提升。而水分利用效率（WUE）则受到种植密度、混合比例和树种之间的交互作用影响（p=0.020），但未受到季节变化的显著影响（p=0.155）。在1:3的混合比例中，西部红雪松在低密度下的水分利用效率高于在1000和1500株/公顷下的情况（p=0.038和0.005），而纯种的西部红雪松在中等密度（1000株/公顷）下表现出最高的水分利用效率，比其他多个处理组合高出1.32–1.92‰（p<0.001–0.047）。研究结果表明，通过混合不同生长速率的树种并控制林分密度，可以有效降低这些森林对干旱的敏感性。

为了更好地应对干旱并减轻其影响，理解林业技术如何帮助森林适应气候变化至关重要。混合树种和控制密度是两种被广泛认为具有价值的林业策略，它们可以作为实现气候韧性和维持森林生产力的长期解决方案。在种植过程中，混合不同树种有助于减少资源竞争，提高水分保持能力，并增强养分循环。混合林中的树木由于具有不同的水分利用策略和根系结构，能够从不同深度的土壤中获取水分，从而更高效地利用水资源，减少林分内部的竞争。

此外，土壤水分含量的变化可以作为预测干旱发生和严重程度的重要指标。通过估算土壤水分，可以比较不同林业处理下的相对水分供应和保留情况，并为制定更好的水资源和土地利用管理措施提供依据。因此，土壤水分可以被视为一个重要的水文变量，也是评估干旱情况的良好指标，因为它能够反映近期的降水、水分储存和蒸腾作用的变化，这些变化在研究区域中可能有所不同。

树木年轮记录了树木在不同年份的生长与气候条件之间的关系，因此可以用于计算不同树种在干旱期间的抗旱性、恢复力和恢复能力。抗旱性指的是树木在受到干扰时保持生长的能力，恢复力则是指树木在干扰后恢复生长的能力，而恢复能力则指树木在干扰后恢复到干扰前结构和功能的能力。在研究中，通过分析树木年轮的宽度变化，研究人员计算了这些指标。

树干中的稳定碳同位素比值（δ13C）也被用于推断水分利用效率（WUE）。在干旱条件下，树木通过关闭气孔来减少蒸腾作用，从而限制大气中二氧化碳的可用性，导致碳同位素比例的变化，最终反映更高的水分利用效率。在干旱条件下，树木产生的碳水化合物往往具有更高的δ13C值，这表明它们对碳同位素的歧视性较低，水分利用效率较高。这种干旱特征在树木的年轮中被保留下来，可以用于评估干旱的影响。

研究还发现，种植密度和混合比例对土壤水分和抗旱能力有显著影响。具体来说，土壤水分随着种植密度的增加而减少，而在混合比例中，等比例的道格拉斯冷杉和西部红雪松的林分表现出更高的土壤水分含量。同时，抗旱能力、恢复力和恢复速度都随着林分基面积的减少而增加。这表明，在这种森林类型中，林分结构对干旱响应的影响大于个体树种的特性。较低的林分基面积和较低的种植密度通常意味着较低的叶片面积和较高的水分利用效率，这有助于提高森林的抗旱能力。

从实践角度来看，研究结果表明，森林管理者可以通过多种途径优化水分利用效率。例如，通过低密度混合林来维持生物多样性，同时提升个体树木的性能，或者通过中等密度的纯种林来最大化特定树种的资源利用效率。这种灵活性对于制定应对气候变化的策略尤为重要，因为提高林分水平的水分利用效率可以增强森林对预期气候变化的适应能力。

综上所述，本研究显示，不列颠哥伦比亚省沿海道格拉斯冷杉和西部红雪松森林的抗旱能力、恢复力和恢复速度主要由林分水平的特征决定，特别是基面积和树种组成，而不是个体树木的高度。较低基面积的林分通常表现出更高的土壤水分含量和更好的抗旱表现。尽管较低的林分密度有助于提高抗旱能力，但水分利用效率的最佳密度取决于树种组成。混合林（如1:3的道格拉斯冷杉与西部红雪松）在低密度下表现出更高的水分利用效率，而纯种的西部红雪松则在中等密度下达到最佳性能。这些发现为不列颠哥伦比亚省道格拉斯冷杉与西部红雪松种植地的气候适应策略提供了具体指导，但需要注意的是，这些结果可能无法直接应用于其他树种组合或不同的立地条件。因此，进一步的研究在更广泛的条件下进行，以支持更全面的区域管理方法。