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在全球气候变化背景下，干旱对森林生态系统影响加剧。研究人员以银冷杉（Abies alba Mill.）为对象，探究树体大小多样性对其干旱恢复力的影响。结果表明，在缺水地区该多样性可提升银冷杉对干旱的抗性，此发现为森林管理提供了重要依据。
在全球气候变化的大背景下，极端干旱事件愈发频繁和严重，这对森林生态系统的稳定构成了巨大威胁。森林作为地球上重要的生态系统之一，不仅为众多生物提供栖息地，还在维持碳平衡、调节气候等方面发挥着关键作用。然而，干旱会导致树木生长减缓、死亡率上升，甚至引发整个森林群落的衰退。在这样的严峻形势下，如何增强森林对干旱的抵御能力，成为了科学界和林业管理部门共同关注的焦点。
此前，虽然已有研究关注到森林结构和物种多样性对生态系统功能的影响，但对于树体大小多样性在森林应对干旱中的作用，人们的了解还十分有限。不同的森林管理方式会塑造不同的树体大小结构，而这种结构差异究竟如何影响树木在干旱环境中的生长和生存，一直是未解之谜。为了填补这一知识空白，来自德国、意大利和波兰等国的研究人员携手开展了一项深入研究，相关成果发表在《Forest Ecology and Management》杂志上。
研究人员在德国、意大利和波兰的四个不同地区，精心挑选了 138 个面积为 0.05 公顷的圆形样地。这些样地涵盖了银冷杉（Abies alba Mill.）自然分布范围内的多种气候条件，从水资源匮乏的地区到水资源丰富的区域，形成了一个完整的气候梯度。在每个样地中，研究人员详细记录了树木的位置、物种身份、胸径（DBH）等信息，并采集了近 600 棵健康银冷杉的年轮样本。
为了深入探究干旱对银冷杉生长的影响，研究人员首先需要确定干旱年份。他们通过计算标准化降水蒸散指数（SPEI）来识别干旱事件，当至少两个选定的 SPEI 变化值低于 - 1.5 时，该年份被确定为干旱胁迫年。同时，研究人员利用森林干旱指数（FAI）来量化不同样地的长期气候湿度条件。
在分析银冷杉对干旱的生长响应时，研究人员采用了互补恢复力指数的框架。该框架将生长恢复力（Rs）细分为生长抗性（Rt）和恢复（Rc）两个部分 。生长抗性反映了树木在不利生长条件下维持生长的能力，而恢复则体现了树木在干旱后恢复生长速率的能力。此外，研究人员还引入了胁迫驱动偏差指数（SDD），以衡量干旱期间树木生长与干旱前自然生长变异性的差异。
为了揭示树体大小多样性、气候条件、森林群落特征（如阔叶树种的混合比例和林分总断面积）以及个体树体大小之间的复杂关系，研究人员运用了广义线性混合效应模型（GLMMs）进行分析。这种模型能够有效地处理多层次的数据结构，准确评估各种因素对银冷杉生长恢复力的影响。
通过一系列严谨的研究，研究人员得出了一系列重要结论。在干旱年份的确定上，研究发现不同地区银冷杉的生长速率与不同时间段的 SPEI 存在显著相关性。例如，在 GE1 和 IT1 地区，银冷杉的生长速率与 SPEI_2_July、SPEI_2_June 和 SPEI_3_July 密切相关；在 PL2 地区，其生长速率与 SPEI_5_September 的相关性甚至更高；而在 PL1 地区，除了上述指标外，SPEI_6_July 也与生长相关 。基于这些相关性，研究人员确定了各地区的干旱年份，如 GE1 地区为 2003 年和 2008 年，IT1 地区为 2018 年，PL1 地区为 2006 年，PL2 地区为 2015 年。
在树体大小多样性对生长恢复力的影响方面，研究结果显示，树体大小多样性对银冷杉生长恢复力各组分（Rt、Rs、SDD、TGR）的影响并非一致。当考虑到不同样地的水分可利用性（通过 FAI 体现）时，树体大小多样性对 Rt 和 SDD 有显著影响。在水分有限的地区（如 FAI 较高的 PL1 地区），随着树体大小多样性（用标准化的香农多样性指数 ShDNorm衡量）的增加，Rt 和 SDD 显著提高，这表明树体大小多样性在缺水环境中能够有效增强银冷杉对干旱的抗性。然而，在水资源丰富的地区（如 FAI 较低的 GE1 地区），这种关系逐渐减弱，甚至出现负相关趋势。
对于阔叶树种混合比例和林分密度的影响，研究发现，当在模型中依次引入阔叶树种混合比例（Admix）和标准化林分总断面积（TBANorm）及其与 ShDNorm的交互项时，它们对描述银冷杉生长恢复力组分的模型均无显著影响 。这意味着阔叶树种的混合和林分密度并没有调节树体大小多样性对银冷杉生长恢复力的影响。
关于个体树体大小的影响，研究表明，树体大小（以 DBH 衡量）对银冷杉生长恢复力的影响同样与气候条件密切相关。在水分有限的地区，较小的银冷杉个体具有更高的抗性（Rt 和 SDD 更高）；但随着水分可用性的增加，这种趋势发生变化，在水资源丰富的地区，较大树体的 Rt 和 SDD 反而有所增加。
综合来看，这项研究揭示了树体大小多样性和个体树体大小对银冷杉干旱恢复力的复杂影响机制。研究结果表明，在干旱胁迫下，银冷杉的生长恢复力受到多种因素的共同作用，其中树体大小多样性和气候条件起着关键作用。在水资源有限的环境中，增加树体大小多样性能够显著提升银冷杉对干旱的抗性，这为森林管理者提供了重要的理论依据。在未来的森林管理中，可以通过调整森林结构，增加树体大小多样性，来增强银冷杉林分对干旱的适应能力，从而保障森林生态系统的稳定和可持续发展。同时，研究中发现的阔叶树种混合比例和林分密度对树体大小多样性与生长恢复力关系无调节作用，也为进一步研究森林群落结构与功能关系提供了新的视角。
在技术方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是样地调查与样本采集技术，在多个地区设立样地，记录树木信息并采集年轮样本；二是指数计算技术，通过计算 SPEI 确定干旱年份，利用 FAI 量化气候湿度；三是模型分析技术，运用 GLMMs 探究各因素对银冷杉生长恢复力的影响。
