干旱触发与持续湿润协同作用驱动北美西部云杉芽虫爆发的跨世纪生态机制解析

本研究通过树轮与地理空间数据重建1650-2023年间科罗拉多州12个站点的西部云杉芽虫(WSB)爆发历史，揭示欧洲殖民前后的爆发动态差异及气候驱动机制。发现干旱启动、持续湿润维持爆发的"脉冲胁迫假说"，并证实土地利用变化通过改变宿主可用性影响爆发同步性，为全球变化下森林虫害防控提供关键理论依据。

　　

北美西部森林正面临气候变化与人类活动的双重挑战。西部云杉芽虫(Choristoneura occidentalis, WSB)作为当地针叶林最重要的原生食叶害虫，其周期性爆发会引发树木生长衰退、碳循环紊乱乃至生态系统服务功能波动。尽管前人发现WSB爆发与气候和土地利用相关，但欧洲殖民前后的爆发模式差异机制及气候驱动力的争议性假说（如植物胁迫假说与植物活力假说）仍需多世纪尺度的实证验证。

美国科罗拉多大学研究团队在《Forest Ecology and Management》发表的研究，创新性整合树轮宽度序列与地理空间数据，重建了1650-2023年科罗拉多州12个站点的WSB爆发历史。通过比较分析前殖民时期(1650-1850)与后殖民时期的爆发特征，结合气候因子关联模型，首次系统验证了"脉冲胁迫假说"在跨世纪尺度上的适用性。

研究采用三项关键技术：1) 基于宿主树种（道格拉斯冷杉Pseudotsuga menziesii等）的树轮宽度异常下降识别历史爆发事件；2) 使用Kendall协同系数(W)量化站点间爆发同步性；3) 运用空间显式气候数据库分析干旱指数(PDSI)与降水异常对爆发始末的调控作用。样本来自科罗拉多州海拔2100-2900米的跨大陆分水岭东西两侧森林。

主要结果

1. 爆发重建概况：在12个站点识别出70次WSB爆发事件，时间跨度为1622-2023年，其中1666-2023年间存在8次跨站点同步爆发期。

2. 爆发同步性：1750-1995年间站点间被危害树木百分比序列显示中度协同性(W=0.43)，但欧洲殖民后初期(1850-1890)同步性显著降低，这与殖民者引发的广泛燃烧导致宿主锐减直接相关。

3. 气候关联机制：爆发起始年与干旱事件显著相关，而持续爆发期多伴随高于平均的湿度条件，符合"脉冲胁迫假说"。具体表现为：初始干旱通过提升叶片氮含量触发爆发，后续湿润期维持宿主叶片生产力以支撑种群扩张。

讨论与意义
该研究首次在跨世纪尺度上证实：1) 欧洲殖民引发的土地利用变化通过重塑宿主景观格局，短期内降低但长期增加WSB爆发风险；2) 气候变率通过"广义莫兰效应"（generalized Moran effect）同步大空间尺度上的种群波动；3) 干旱与湿润期的特定组合构成WSB爆发的理想气候窗口。这些发现为预测气候变化下森林虫害格局提供了新框架——未来干旱频率增加可能提升爆发启动概率，而降水格局变化将决定爆发的持续时间与空间范围。

研究还修正了传统认知：殖民后的集约化采伐虽短期内通过减少多龄级宿主结构抑制爆发，但随森林恢复反而增强了景观尺度爆发潜力。这警示当前森林管理需平衡木材生产与生态稳定性，避免创造"爆发时间炸弹"。文末建议将脉冲气候模式纳入森林虫害预警模型，并为理解全球变化下植物-昆虫协同进化提供典型案例。