土壤温度对高山冷温带针叶树径向生长的关键影响机制解析

推荐：针对高山冷温带针叶林生产力预测中环境因子贡献不清的问题，研究人员通过5年连续监测落叶松（Larix principis-rupprechtii）和云杉（Picea meyeri）的茎干径向变化（SRV），结合土壤温度（ST）、空气温度（AT）等环境参数分析，发现ST比AT更能解释径向生长的年增量（AI）和最大速率（Rm），并首次量化了两物种径向生长启动的ST阈值（落叶松3.0°C，云杉2.0°C）。该研究为森林碳汇模型引入土壤因子提供了理论依据。

　　

在气候变化背景下，森林生态系统的生产力预测一直是生态学研究的核心课题。传统模型多关注空气温度（AT）对树木生长的调控，却忽视了地下过程的关键作用。高山冷温带针叶林作为重要的碳汇区，其生产力形成机制存在显著知识空白：土壤温度（ST）与AT对径向生长的相对贡献如何？不同生活型树种（落叶vs.常绿）的响应策略有何差异？这些问题的解答对优化森林管理模型至关重要。

中国山西芦芽山的研究团队通过为期5年（2018-2022）的野外观测，利用高精度点状树木径向生长仪（Radius Dendrometer）同步监测了落叶松（Larix principis-rupprechtii）和云杉（Picea meyeri）的茎干变化，结合HOBO Pro v2数据记录仪和Theta Probe土壤传感器采集环境参数。研究采用Gompertz函数拟合生长曲线，通过贝叶斯信息准则（BIC）筛选最优模型，并运用逻辑回归计算生长启动的温度阈值。

3.1 环境因子的时空异质性
数据显示研究区ST与AT存在显著季节分异：5月ST仅1.06±1.38°C，8月达峰值10.70±1.78°C，而VPD（蒸气压亏缺）在生长季早期（4-6月）较高（0.53±0.09 kPa），土壤含水量（SWC）则稳定在0.30±0.07 m³/m³。这种环境梯度为解析生长响应提供了理想条件。

3.2 生长特性的种间差异
落叶松的径向生长启动（DOY154）、最大速率日（DOY169）和终止（DOY213）均比云杉晚4-7天，但年增量（1710 μm）和最大速率（43.8 μm/day）显著更高。值得注意的是，两物种生长持续时间无显著差异（落叶松59天 vs. 云杉63天），暗示生活型策略主要影响生长强度而非周期长度。

3.3 土壤温度的主导作用
多元回归揭示ST对生长参数的解释力最强：6月ST每升高1°C使最大生长速率提升48%（落叶松）和63%（云杉）；生长季平均ST（GsST）延长生长持续时间并增加年增量。相比之下，AT仅通过VPD间接影响落叶松生长，而云杉则直接响应SWC变化。

3.4 生长启动的温度阈值
逻辑回归首次量化了物种特异性ST阈值：落叶松需日均ST≥3.0°C启动形成层活动，云杉仅需2.0°C。这种差异可能与落叶松深层根系（10-30 cm占比58.5%）的热量需求更高有关，而云杉浅根系（>50%在0-10 cm）对表层土壤解冻更敏感。

讨论与意义
该研究颠覆了传统认知，证明ST而非AT是高山针叶林径向生长的主要驱动因子。ST通过三重机制发挥作用：（1）调控根系水分吸收和菌根共生（如挪威云杉案例中菌丝产量与ST正相关）；（2）影响非结构性碳水化合物（NSC）的转运效率；（3）决定形成层细胞分裂的启动时机。落叶松与云杉的响应分异则体现了生态位分化——落叶松通过深层根系维持高蒸腾，但易受VPD抑制；云杉则依赖浅层资源采取保守策略。

这项发表在《Ecological Indicators》的成果为森林模型开发提供了关键参数：将ST纳入生产力预测框架可显著提升精度，尤其在寒冷生态系统。未来研究可拓展至更多树种和气候带，并结合同位素示踪技术解析碳分配路径。该工作不仅深化了对树木生长-环境耦合机制的理解，也为应对气候变化的适应性森林经营提供了科学依据。