气候驱动下永久冻土退化对大兴安岭松树与落叶松生长的物种特异性影响机制研究

针对气候变暖背景下永久冻土退化如何影响半寒带森林树种水分利用与生长的科学问题，研究人员通过树轮宽度（BAI）和木质素甲氧基氢同位素（δ2HLM）分析，结合贝叶斯混合模型（MixSIAR），揭示了大兴安岭浅根性落叶松（Larix gmelinii）与深根性樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）对冻土退化的差异化响应机制，为寒带森林生态风险评估提供关键理论依据。

　　

在全球气候变暖的背景下，永久冻土（permafrost）退化已成为威胁寒带森林生态系统稳定的关键因素。作为占全球森林面积三分之一的碳汇核心区，寒带森林的响应机制牵动着地球碳循环的神经。然而，冻土退化如何通过改变土壤水热条件影响不同树种的生存策略？这一科学难题在生态学界悬而未决。尤其在中国东北大兴安岭——欧亚大陆冻土带的东南前沿，近一个世纪以来48%的冻土面积消失，41%的区域出现退化，但浅根系的兴安落叶松（Dahurian larch）与深根系的樟子松（Mongolian pine）究竟谁更适应这种剧变？答案扑朔迷离。

为破解这一谜题，陕西师范大学等机构的研究团队在《Agricultural and Forest Meteorology》发表了一项开创性研究。团队采集了大兴安岭9个样点的405个树轮样本，创新性地将传统树轮宽度（Basal Area Increment, BAI）与木质素甲氧基氢同位素（δ²H_LM）技术结合，借助贝叶斯混合模型（MixSIAR）量化了当年降水（Current Year Precipitation, CYP）与土壤储水（Soil Stored Moisture, SSM）的贡献比，首次揭示了两种乔木对冻土退化的"水战略"分化。

关键技术方法
研究采用树轮年代学技术建立年表，通过显微切片测量BAI；利用气相色谱-高温裂解-同位素比值质谱（GC-Py-IRMS）测定δ²H_LM值；基于地面温度（GST）和冻土热稳定性数据，运用MixSIAR模型解析水源贡献；样本覆盖大兴安岭北部梯度冻土退化区（如满归、莫尔道嘎等），时间跨度涵盖20世纪至2020年。

研究结果

永久冻土退化与树轮生长及δ²H_LM的关系
冻土退化使研究区41.24%区域的地热稳定性丧失，导致浅根性落叶松的δ²H_LM波动幅度达37‰，显著高于樟子松（22‰）。BAI分析显示，1980年后落叶松生长速率下降12.3%，而樟子松同期增长8.7%，表明冻土融化初期释放的水分更利于深根系树种。

GST是大兴安岭森林的关键影响因素
δ²H_LM与地面温度（GST）的强相关性（r=0.71）证实其可作为温度代用指标。休眠期GST每升高1°C，落叶松对SSM的依赖度降低19%，而樟子松仅降低7%，反映后者能更有效利用冻土融水。

物种特异性响应机制
MixSIAR模型显示：在持续退化区，樟子松的CYP贡献率从1950年的43%降至2010年的28%，而SSM利用提升至72%；相反，落叶松的SSM利用能力随活性层加深而锐减。但温度超过阈值（年均GST > -1.5°C）时，樟子松的干旱敏感性指数骤增2.4倍，预示长期适应劣势。

结论与意义
该研究开创性地证实：冻土退化初期，樟子松通过深根系获取融冰水获得生长优势；而落叶松因浅根系易受土壤干化制约。但气候持续变暖将逆转这一格局——樟子松对水文波动的低抵抗力（干旱恢复力比落叶松低34%）可能导致其长期生存危机。δ²H_LM技术为寒带森林水文研究提供了新范式，结论为东北生态屏障建设提供了物种选择依据：短期可优先保护樟子松，但长期需关注其气候适应性阈值。这项研究不仅填补了东亚冻土带树种响应机制的知识空白，更为全球寒带森林的适应性管理树立了方法论标杆。