多样性更强的森林是否更“渴”（即需要更多的水分）？一项元分析并未发现物种多样性或功能多样性对树木蒸腾作用有显著影响的证据

《Journal of Ecology》：Are diverse forests thirstier? A meta-analysis reveals no evidence for a consistent effect of species or functional diversity on tree transpiration

森林物种多样性对蒸腾作用的影响：元分析揭示功能身份的关键作用

　　
该研究通过元分析方法，系统评估了森林中物种多样性对蒸腾的影响及其驱动机制。研究整合了全球31个森林生态系统的实验数据，发现物种丰富度和功能丰富度对蒸腾没有显著的整体效应，但功能身份（尤其是木密度和树种类型）与干旱条件共同决定了蒸腾的响应模式。

在方法学层面，研究采用双水平效应量计算（物种水平与社区水平），涵盖不同水分限制条件（干旱与常规气候），并引入木密度、叶氮比、根系深度和叶片面积等关键功能性状作为分析变量。统计分析通过贝叶斯广义线性混合模型处理异质性数据，确保了统计严谨性。

核心发现显示：
1. **无显著整体效应**：在社区和物种层面，混合林与纯林的蒸腾量无统计学差异（效应值均值接近0）。但存在极端案例，如某些两树种混合林蒸腾量提升达13.6个效应单位，而另一些则降低5.9个单位。
2. **功能身份的关键作用**：
- 木密度（g/cm3）成为主要调节因子：在干旱条件下，高木密度树种（>0.6）在混合林中蒸腾量显著高于纯林，而低密度树种（<0.6）则表现出反向效应。
- 树种类型差异：松树（Gymnosperms）在混合林中蒸腾量普遍低于纯林，这与它们的高木密度和更强的干旱耐受性相关；而灌木（Angiosperms）未显示显著差异。
3. **环境因素的调节效应**：
- 水分限制程度（干旱/常规）与木密度的交互作用显著。高木密度树种在干旱条件下的蒸腾量增幅更大，低密度树种则受抑制更明显。
- 区域干旱程度（通过干旱指数衡量）未直接改变多样性效应，但可能通过间接途径影响结果。例如，半干旱地区的研究样本较少，可能限制结论普适性。
4. **研究方法的创新性**：
- 首次同时评估物种和社区水平的蒸腾响应差异
- 引入多性状综合分析框架（木密度+叶氮比+根系深度+叶片面积）
- 采用标准化效应量计算（Hedges' g）并控制异质性影响

讨论部分揭示了三个重要科学启示：
1. **机制复杂性**：蒸腾响应受微观互作（如种间竞争/互利）和宏观过程（如群落功能结构）共同影响。例如，地中海松（P. nigra）与橡树（Q. faginea）的混合可能通过根系竞争改变水分利用效率，而不同树种组合的微气候效应（如湿度调节）可能掩盖整体趋势。
2. **功能性状的优先性**：木密度作为核心性状，可能通过调控水分运输效率和气孔调节能力，成为影响多样性效应的关键。这解释了为何其他性状（如叶氮比）未显示显著作用——它们可能在蒸腾调节中起辅助作用。
3. **干旱响应的双向调节**：高木密度树种在干旱中表现出更强的蒸腾能力，这与其更高效的木材结构（抗水分胁迫）和更高的生长需求相关。但需注意，这种效应在常规气候中可能逆转，例如在温带森林中，混合林通过冠层遮阴减少蒸腾，此时木密度效应可能被其他因素抵消。

研究局限性包括：
- 数据时空分布不均：北美洲、欧洲和中国占样本的82%，非洲和南美热带雨林数据缺失
- 水分胁迫定义模糊：依赖作者自我报告的干旱事件，缺乏标准化指标（如标准化降水指数）
- 功能性状数据不全：仅34个树种具备完整性状数据，热带树种覆盖不足
- 实验设计局限：78%的效应量来自两树种混合实验，难以反映高丰富度群落特征

管理建议：
- 松树混交林需警惕干旱加剧下的蒸腾耗水风险
- 选择木密度差异大的树种搭配（如高密度松树+低密度阔叶树）可调节水分利用效率
- 在半干旱地区，功能性状多样性（尤其是木密度）应成为混交林设计的核心考量
- 需开发基于功能性状的预测模型，替代传统的物种丰富度管理策略

未来研究方向：
1. **多尺度整合**：结合微尺度（个体竞争）与宏观尺度（群落功能）数据，建立跨层次模型
2. **干旱梯度实验**：采用标准化干旱处理（如控制土壤水分、持续缺水 periods）
3. **性状交互作用**：深入分析木密度与其他性状（如根系深度）的协同效应
4. **长期监测数据**：补充成熟林与幼龄林、不同林龄阶段的对比研究

该研究挑战了传统生态学观点，即高多样性系统具有更强的水分利用效率。通过揭示功能身份的关键作用，为森林适应性管理提供了新视角——未来混交林设计应更注重功能性状的互补性而非单纯追求物种数量。这一发现对应对气候变化中的水资源管理具有重要指导意义，特别是在干旱频发的地区，需重新评估混交林配置策略。