应对气候变暖与干旱：中国东北四种温带散孔材树种木质部结构的适应性调控

针对温带散孔材树种如何响应气候变暖与干旱的科学问题，研究人员通过分析中国东北四种优势树种（Acer mono、Betula platyphylla、Populus davidiana、Tilia amurensis）的木质部解剖特征，揭示了其水力策略的分化：A. mono和B. platyphylla采取保守策略（减少导管数量与尺寸），而P. davidiana和T. amurensis分别侧重水力安全与效率。该研究为预测气候变化下森林生态系统稳定性提供了关键理论依据。

　　

气候变化正以惊人的速度重塑地球生态系统，而温带森林作为重要的碳汇和生物多样性热点，其命运与树木的适应性紧密相连。中国东北的森林占全国森林总面积的三分之一，近年来却面临年均温上升（达3.0°C）与干旱频率增加的双重压力。有趣的是，此前研究发现，该地区的针叶树（如红松Pinus koraiensis）生长衰退，而环孔材阔叶树（如水曲柳Fraxinus mandshurica）却因生长季延长而受益。然而，占据森林生物量50%的散孔材树种——如色木槭（Acer mono）、白桦（Betula platyphylla）、山杨（Populus davidiana）和紫椴（Tilia amurensis）——如何应对这种变化仍是一个谜。它们的木质部导管分布均匀，年轮界限模糊，使得传统树轮研究难以开展，但其水力系统的可塑性可能决定着未来森林的存续。

为解开这一谜题，来自东北林业大学等机构的研究团队在帽儿山生态站（45°24′N）建立了首套散孔材树种的年分辨率木质部解剖特征时序数据集。通过量化导管数量（VN）、平均导管面积（MVA）、总导管面积（TVA）等指标，结合气候因子分析，揭示了四种树种截然不同的生存策略。相关成果发表于《Agricultural and Forest Meteorology》。

关键技术方法
研究团队采集了四种树种的标准树芯样本，采用显微切片技术结合图像分析软件（如ROXAS）量化导管特征，构建了1950-2018年的年分辨率解剖参数序列。通过聚类分析将木质部性状分为导管数量、尺寸和密度三大功能群，并采用响应函数模型解析其与月尺度气候因子（温度、降水、干旱指数PDSI）的关系。

研究结果

树种间生长与木质部性状差异
山杨（P. davidiana）表现出最高的径向生长量（RW）和导管总数（VN），其导水率（Kh）是色木槭（A. mono）的3倍；白桦（B. platyphylla）与紫椴（T. amurensis）居中。导管大小呈现两极分化：色木槭和白桦形成稀疏的大导管，而山杨和紫椴则产生密集的小导管。

气候驱动的木质部可塑性
干旱（高温+少雨）显著抑制木质部形成，但树种响应时序各异：色木槭受前一年气候滞后影响，白桦气候敏感性最低，山杨和紫椴则对当年干旱反应迅速。持续变暖导致色木槭和白桦采取“保守策略”——同步减少导管数量、尺寸和密度；山杨牺牲导水效率（Kh下降）以提升安全性，紫椴则优先维持效率。

水力策略的生态权衡
导管性状聚类显示，山杨通过高VN和TVA实现快速水分传输，但面临栓塞风险；紫椴通过小导管密集排列平衡效率与安全；色木槭和白桦的稀疏大导管在干旱下更脆弱，反映其保守的资源分配策略。

结论与意义
该研究首次系统揭示了温带散孔材树种木质部性状对气候变暖的差异化适应机制。山杨和紫椴的快速响应能力使其可能在未来气候中占据优势，而色木槭和白桦的保守策略或导致竞争力下降。这一发现挑战了“低温限制区树木必然受益于变暖”的传统认知，强调了水力适应性在物种存续中的核心作用。研究为东北森林管理提供了科学依据：在造林实践中优先选择山杨、紫椴等韧性树种，同时监测色木槭和白桦的衰退风险，以维护生态系统功能稳定性。此外，建立的木质部解剖时序分析方法为全球变化生物学研究提供了新范式。