气候变化下白桦与山杨径向生长的生态策略差异及其对森林动态的启示

针对气候变化背景下半干旱区森林生态系统的响应机制问题，研究人员通过连续三年（2021-2023）的高分辨率树干径向生长监测，揭示了白桦（Betula platyphylla）与山杨（Populus davidiana）在干旱胁迫下的差异化适应策略。研究发现白桦具有快速环境响应能力（生长季缩短17.3%，年增量减少66.9%），而山杨表现出滞后但强化的胁迫规避机制（VPD相关性从r=-0.32增强至r=-0.51）。该研究为温带森林群落动态建模提供了关键生理学依据。

　　

随着全球变暖加剧，半干旱地区的森林生态系统正面临前所未有的挑战。在中国东北的大兴安岭南部，过去40年气温以0.36°C/十年的速率上升，同时降水持续减少，导致干旱加剧。这片作为中国北方重要生态屏障的区域，近年来出现了大范围的异常树木死亡现象，引发了人们对森林生态系统脆弱性的深切担忧。在这一背景下，理解树木如何应对气候变化，特别是不同物种的适应策略差异，成为生态学研究的关键问题。

中国林业科学研究院的研究人员选择该地区天然次生林中的两个优势树种——白桦（Betula platyphylla）和山杨（Populus davidiana）作为研究对象。这两个树种代表了截然不同的生态策略：白桦具有快速生长和灵活的水分利用策略，而山杨则表现出更保守的资源获取方式。研究人员通过连续三年的高分辨率监测（2021-2023），揭示了这两种树种在气候变化下的差异化适应机制，相关成果发表在《Trees, Forests and People》上。

研究采用了多项关键技术方法：使用自动带状树干径向生长仪（DC2，精度±2 μm）以30分钟间隔监测树干径向变化；通过HOBO数据记录仪采集气温（AT）、相对湿度（RH）和水汽压差（VPD）数据；采用EM50数据记录仪配合5TM传感器监测不同深度（20/60/90 cm）的土壤温度和水分；利用Logistic生长模型拟合累积径向生长数据，并通过一阶导数计算日生长速率。

研究结果呈现出丰富的发现：

3.1 生长季气候与土壤条件
监测期间水文条件从湿润年（2021年DPI=0.12）过渡到干旱年（2022年DPI=-0.15）和轻度干旱年（2023年DPI=-0.10）。2022年VPD达到2.25 kPa的峰值，显著高于2021年（1.0 kPa）和2023年（1.8 kPa）。浅层土壤含水量从2021年的23-39%下降到2023年的12-26%。

3.2 树干径向生长的时间动态
3.2.1 年际生长变异
白桦在2021年湿润条件下年增量达3555.78±627.14 μm，到2023年干旱条件下降至1174.73±196.74 μm（减少66.9%）；山杨则从1020.97±178.54 μm降至658.23±128.19 μm。

3.2.2 生长起始与终止时间
白桦生长起始时间从2021年的DOY 140±3.94提前至2023年的DOY 127±5.12；山杨则保持在DOY 134-146之间。白桦生长季持续时间从104±10.6天缩短至86±6.0天，而山杨相对稳定（58±6.6至56±3.3天）。

3.2.3 生长持续期与月分配
白桦表现出单峰生长模式（7月占年生长量的54%），而山杨呈双峰模式（6月占62%）。干旱条件下，白桦将生长高峰从7月前移至6月，显示出更强的可塑性。

3.3 生长季环境对生长的控制
白桦的环境相关性从2021年与气温（r=0.60）和土壤温度（浅层r=0.43）的正相关，转变为2023年与中层土壤温度（r=-0.22）和深层土壤温度（r=-0.27）的负相关。山杨则表现出滞后响应，2023年与气温（r=-0.48）和VPD（r=-0.51）的负相关性显著增强。

讨论部分揭示了这些发现的深层意义：白桦的"即时响应型"策略使其在有利条件下具有高生长潜力，但对环境变化极为敏感；而山杨的"滞后响应型"机制通过逐步强化胁迫规避相关性来应对持续干旱。当温度>25°C和VPD>2.0 kPa时，两种树种生长均受到显著抑制（平均降低21.3%）。这些差异化的生理适应策略为预测未来气候情景下温带森林群落动态提供了关键依据，特别是在半干旱地区森林管理和保护政策的制定方面具有重要指导价值。

该研究不仅填补了连续水文年间树木径向生长响应机制的知识空白，还建立了高分辨率生长监测与森林生态系统脆弱性评估之间的联系。研究结果提示，在未来气候变暖加剧的背景下，具有不同响应策略的树种可能会经历差异化的选择压力，这将深刻影响森林群落的结构和功能。这些发现为区域森林生态安全预警系统的建立提供了科学依据，对实现森林可持续管理具有重要实践意义。