蒙古松高密度人工林木质部水力功能受损加剧干旱胁迫下的冠层衰退与生长抑制机制

针对干旱区森林衰退问题，中国科学院团队通过整合树轮气候学(dendroclimatic analysis)、无人机高光谱遥感(drone-borne hyperspectral imagery)和木质部水力生理测量，揭示蒙古松(Pinus sylvestris var. mongolica)高密度林分通过土壤水分竞争加剧木质部栓塞(xylem embolism)，导致水力传导效率(hydraulic efficiency)下降和冠层活力降低的生理机制，为干旱区森林可持续管理提供理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，森林生态系统正面临前所未有的干旱威胁。蒙古松作为中国三北地区生态脆弱带重要造林树种，其人工林出现大面积衰退现象。尤其令人担忧的是，高密度林分中的树木表现出更严重的冠层枯梢和生长停滞，但背后的生理机制始终成谜。这一科学问题的破解，不仅关乎百万公顷防护林的存续，更对全球干旱区森林管理具有示范意义。

中国科学院团队在辽宁章古台沙地选取低、中、高三种密度（分别对应LD、MD、HD）的蒙古松人工林，创新性地采用"三位一体"研究策略：通过树轮宽度(TRW)分析重建40年生长动态，结合无人机高光谱技术反演冠层水分胁迫指数(如NDVI、PRI)，同步测定木质部导水率(K_s)、栓塞程度(PLC)等关键生理参数。研究发现HD林分树木的径向生长量较LD降低37.2%，且对气候波动响应迟钝。高光谱数据揭示HD林分冠层水分胁迫指数显著恶化，与土壤含水量(SWC)降低21.8%的实测结果吻合。

关键结果

1. 生长表现差异：树轮气候学分析显示6-7月降水是限制生长的关键因子，HD林分树木的气候敏感性指数(CS)较LD降低0.31，表明其适应环境波动的能力减弱。
2. 水力系统崩溃：干旱年份HD林分木质部栓塞程度(PLC)达68.4%，显著高于LD(42.1%)，导水率(K_s)下降53%，证实水力失败(hydraulic failure)是生长衰退的核心机制。
3. 水分胁迫梯度：从LD到HD林分，正午叶水势(Ψ_midday)降低1.2MPa，冠层温度升高3.4°C，形成"土壤干旱-水力损伤-冠层衰败"的恶性循环。

讨论与启示
该研究首次证实蒙古松高密度林分通过加剧水分竞争诱发木质部水力系统连锁崩溃：密集林冠截留降水并增强蒸腾，导致土壤水库持续亏缺；树木为维持水分吸收被迫提高木质部负压，反而加剧栓塞风险；最终水力传导效率下降引发碳饥饿(carbon starvation)。这一发现为"近自然林业"理论提供了生理学注脚——在辽宁章古台等生态脆弱区，将林分密度控制在800株/ha以下（当前HD为1200株/ha），可使木质部水力安全边际(hydraulic safety margin)提升25%，显著增强林分抗旱韧性。研究提出的"无人机高光谱-木质部生理-树轮档案"三位一体监测体系，为全球干旱区森林健康评估提供了新技术范式。