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【编辑推荐】为应对欧洲赤松（Pinus sylvestris）衰退，研究人员基于波兰南部历史样地，分析北美乔松（P. strobus）、欧洲黑松（P. nigra）和北美短叶松（P. rigida）的气候适应性。通过树轮宽度与气候因子关联分析发现，三者均不敌欧洲赤松，研究为森林物种替代策略提供科学依据。
在全球气候变暖的大背景下，森林生态系统正经历着前所未有的挑战。欧洲赤松（Pinus sylvestris）作为中欧森林的重要组成部分，近年来因气候干旱和温度升高，出现大面积衰弱甚至死亡的现象，这不仅威胁到森林生态系统的稳定，也对当地的生态平衡和经济发展造成了不利影响。因此，寻找能够适应未来气候变化的替代树种，成为林业研究领域的当务之急。
来自波兰研究机构的研究人员针对这一问题展开了深入研究，相关成果发表在《Forest Ecology and Management》上。他们以波兰南部历史悠久的森林样地为研究对象，对欧洲赤松以及三种非本土松树种 —— 北美乔松（P. strobus）、欧洲黑松（P. nigra）和北美短叶松（P. rigida）进行了长期的生长监测和气候适应性分析，旨在评估这些非本土树种作为欧洲赤松替代树种的潜力。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，通过树轮宽度测量来反映树木的生长状况，这是一种经典且有效的树木生长研究方法；其次，运用多元统计分析、线性相关分析以及机器学习等方法，深入挖掘气候因子与树木生长之间的关系，特别是通过机器学习方法识别出了传统线性模型可能忽略的非线性关系；此外，还利用了主成分分析（PCA）和随机森林（RF）等方法对数据进行降维和重要性分析，以确定影响树木生长的关键气候因子。
3.1 松树年表特征
研究发现，北美乔松的平均树轮宽度显著大于其他物种，显示出较强的生长优势。而欧洲赤松的树轮生长反应均匀性最低，其平均系列间相关性（rbar）、表达种群信号（EPS）和信噪比（SNR）等指标均低于其他非本土树种，表明其生长受环境因素影响更为复杂。
3.2 年表的多变量分析
聚类分析结果显示，四种松树的树轮系列按物种明显分组，其中北美乔松的系列与其他物种差异最大，而欧洲黑松和北美短叶松的差异较小。主成分分析表明，PC1 解释了 70.4% 的变异，与 1 月、2 月、3 月的平均温度和当年 5 月、7 月的降水量显著相关；PC2 则与前一年 12 月的温度显著相关，反映了不同物种对特定月份气候因子的敏感性差异。
3.3 决定四种松树生长的气候因素
相关分析表明，欧洲赤松的树轮年表与前一年 12 月、当年 1 月、2 月、3 月、6 月的温度以及当年 7 月的降水量呈正相关；北美乔松则与前一年 5 月、8 月、12 月和当年 2 月、3 月的温度，以及当年 7 月的降水量存在显著相关性，且其与 12 月温度呈负相关，这是该物种区别于其他松树的重要特征；北美短叶松对当年 4 月的温度表现出显著的正相关性；欧洲黑松则对当年 5 月的温度较为敏感，低温条件有利于其生长。
3.4 决定松树生长的主导因素
随机森林分析显示，欧洲赤松、北美短叶松和欧洲黑松的生长主要受 3 月温度的影响，而北美乔松的生长则主要受 7 月降水量的控制。进一步的部分依赖图（PDP）和个体条件期望（ICE）分析表明，3 月温度在 0-5°C 范围内对前三种松树的生长有显著影响，当温度低于 0°C 或高于 5°C 时，其影响趋于稳定；7 月降水量在 70-120mm 范围内对北美乔松的生长最为关键，低于或高于该范围时，降水量的影响不再明显。
3.5 气候 - 生长关系的时间变化
移动相关分析和随机森林预测因子重要性分析显示，随着时间的推移，2 月温度对所有物种的重要性逐渐增加，而 3 月温度的重要性则有所下降。对于北美乔松，7 月降水量的重要性也呈现出先增加后降低的趋势，这可能与近年来夏季降水模式的改变有关。
综合研究结果表明，虽然三种非本土松树种在某些气候条件下表现出一定的生长潜力，但它们对气候变化的适应性仍存在明显缺陷。欧洲赤松、北美短叶松和欧洲黑松的生长高度依赖冬季温度，而北美乔松则对夏季降水极为敏感，且所有物种均对春夏季的水分短缺较为脆弱。非线性分析进一步揭示了气候因子与树木生长之间的阈值效应，为预测未来气候变化下森林生态系统的响应提供了重要依据。
这项研究不仅深入阐明了不同松树种对气候变化的响应机制，也为中欧森林的可持续管理提供了关键的科学依据。研究结果表明，目前所分析的非本土松树种均无法大规模替代衰退的欧洲赤松，这提示在未来的森林经营中，需要更加注重本土树种的保护和适应性管理，同时谨慎评估非本土树种的引入风险。此外，研究中所采用的多方法集成分析框架，为树木生态学和气候变化研究提供了重要的方法论参考，有助于推动该领域的进一步发展。
