不同气候模式下兴安落叶松(Larix gmelinii)的差异性生长格局与气候-生长关系研究

《Global Ecology and Conservation》：Divergent growth patterns and climate-growth relationships of Larix gmelinii across varying climatic regimes

本研究针对全球气候变化背景下，优势树种兴安落叶松(Larix gmelinii)在不同气候区（中国大兴安岭C点、蒙古Turgon-Chakira山脉M点、俄罗斯萨哈林岛R点）的气候-生长响应机制尚不明确的问题，开展了多区域比较研究。通过树轮分析和改进的VS-Lite模型模拟，揭示了各站点独特的限制因子（如C点春季融雪涝渍、M点水分限制、R点温度限制）及其时空动态，并预测了未来SSP情景下迥异的生长趋势，为区域特异性森林适应性管理提供了科学依据。

　　

在全球气候变暖的背景下，森林生态系统正经历着前所未有的压力。温度升高、大气干旱加剧以及降水格局的改变，显著影响了全球树木的生长模式，导致森林衰退和树木死亡率增加，进而对物种分布、生物多样性、森林生产力乃至全球碳循环产生深远影响。作为北半球寒温带森林的优势树种，兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)在维持东北亚地区生态稳定方面扮演着关键角色。然而，关于该树种在不同气候条件下如何响应气候变化的比较研究仍相对匮乏。以往的研究多集中于单一地点或局部区域，难以揭示其在大尺度空间范围内的生长响应规律。随着全球变暖加速，预测兴安落叶松在未来气候变化下的动态面临着巨大不确定性。因此，阐明其在多样气候条件下的气候-生长关系，对于预测未来森林动态和制定适应性管理策略至关重要。

为了回答上述问题，一篇发表在《Global Ecology and Conservation》上的研究，对中国、蒙古和俄罗斯三个气候迥异区域的兴安落叶松进行了系统的比较研究。该研究旨在揭示兴安落叶松在不同气候条件下的径向生长特征和气候-生长关系的变异，并探讨气候变暖背景下这种关系的时空变化规律，从而为森林植被的管理与恢复提供理论见解，并为预测该树种在未来气候变化情景下的适应性和分布格局奠定科学基础。

研究人员综合运用了多种关键技术方法。首先，他们利用树轮年代学(Dendrochronology)方法，获取了中国大兴安岭站点（C点）的野外采样数据，并从国际树轮数据库(ITRDB)获取了蒙古（M点）和俄罗斯（R点）的树轮宽度数据。所有树轮样本都经过严格的交叉定年(Cross-dating)和去趋势(Detrending)处理，以消除非气候因素对生长趋势的影响，最终建立了标准化的树轮宽度年表。其次，气候数据来源于东英吉利大学气候研究单元(CRU)提供的0.5°×0.5°格点数据集，包括月均温、降水以及标准化降水蒸散指数(SPEI)。未来气候预测数据则基于北京气候中心气候系统模型中等分辨率版本(BCC-CSM2-MR)，模拟了三种共享社会经济路径(SSP126, SSP245, SSP585)情景下的气候数据。再者，通过Pearson相关分析和30年窗口的滑动相关分析，揭示了气候因子与树木生长之间的关系及其时间稳定性。最后，研究采用经过改进的Vaganov-Shashkin Lite (VS-Lite)模型，该模型是一种受气候驱动的生长模拟模型，通过优化10个关键参数，对未来（2020-2100年）兴安落叶松的生长趋势进行了预测。

3.1. 不同地区近几十年的气候趋势

三个研究站点表现出显著的气候差异。蒙古（M点）和中国（C点）的年均温和年降水量均显著低于俄罗斯（R点），而M点的水热条件又比C点更为严酷。近几十年来，三个地区均经历了显著的变暖趋势。C点的降水量显著增加，而M点和R点的降水量变化不显著。在干旱指数方面，C点的SPEI呈显著上升趋势，M点则显著下降，R点保持稳定。这些气候背景的差异为理解树木生长的不同响应奠定了基础。

3.2. 不同地区兴安落叶松的气候-生长关系

气候-生长关系在不同区域表现出鲜明的对比。在中国大兴安岭（C点），树木径向生长与当年2-4月的温度以及当年和上年4月的降水和SPEI均呈显著负相关，这可能是由于春季升温导致积雪和冻土融化，引起土壤过湿（涝渍）从而抑制了根系呼吸。在蒙古（M点），生长与上年生长季（5-11月）和当年生长季前期（5-7月）的降水和SPEI呈正相关，尤其与上年6-7月的水分条件关系最密切，反映了半干旱条件下水分的限制作用，并表现出明显的滞后效应。与此相反，在湿润的俄罗斯萨哈林岛（R点），生长与上年12月至当年7月的降水和SPEI呈负相关，而与当年5-7月的温度呈显著正相关，表明在水分充足的岛屿环境中，温度成为主要的生长限制因子。

3.3. 不同地区气候-生长关系的时间稳定性

滑动相关分析揭示了气候-生长关系随时间动态演变。在C点，生长与生长季降水和SPEI的关系由负转正，表明干旱胁迫风险在增加。在M点，生长与温度的关系由正相关转变为负相关，而与水分的关系则由负相关转变为正相关，说明该地区的限制因子可能从温度限制转向了水分限制。在R点，生长与温度的关系先减弱后增强，期间与水分的关系则由正转负，反映了在湿润环境下，水热组合效应的复杂性以及过高湿度可能产生的抑制作用。

3.4. 三个地区兴安落叶松的生长预测

基于VS-Lite模型的未来生长预测显示出显著的区域分异。在C点，所有SSP情景下兴安落叶松的生长均呈下降趋势，尤其是在SSP245和SSP585高排放情景下下降显著，预示着未来变暖带来的热胁迫和可能的水分失衡将不利于该地区树木生长。在M点，树木生长在不同预测情景下均呈现增长趋势，但在SSP585情景下增长幅度小于SSP126和SSP245，暗示着强烈变暖可能导致水分胁迫加剧，从而抵消部分温度带来的益处。在R点，树木生长在所有情景下均表现出显著的增加趋势，且排放情景越高，增长越快，表明在当前温度限制为主的地区，未来变暖将继续促进树木生长。

该研究的结论与讨论部分深刻总结了研究发现的重要意义。研究表明，尽管纬度相近，但由于海拔和地理位置的差异导致的气候多样性，使得兴安落叶松在不同区域表现出截然不同的生长限制模式。气候变暖加剧了C点和M点的干旱胁迫，而使R点的生长更加依赖于温度。未来情景预测进一步凸显了这种差异性，强调了在气候变化背景下采取区域特异性森林管理策略的紧迫性。例如，在生长可能衰退的C点，需要选育耐热树种；在水分限制加剧的M点，应考虑补充灌溉和引入耐旱物种；而在生长持续增加的R点，则需通过疏伐改善林内通风和加强排水设施，以避免湿度过大对树木造成的不利影响。这项研究不仅深化了对北半球重要针叶树种气候生态学的理解，也为应对气候变化的适应性森林管理提供了精准的科学依据。