松树与橡树对干旱的差异化响应：基于落叶、生长和水分利用效率的树木活力新定义

本研究针对气候变化下森林衰退问题，通过整合冠层落叶、径向生长和水分利用效率(iWUE)等多尺度数据，构建了树木活力指数(VI)。研究人员利用树轮分析、δ13C同位素测定和自动树干径向变化监测等技术，揭示了地中海地区石松(Pinus pinea)和栓皮栎(Quercus suber)对干旱的差异化响应机制，为森林生态系统适应性管理提供了重要依据。

　　

在地中海地区持续干旱的背景下，森林生态系统正面临前所未有的生存压力。石松(Pinus pinea)和栓皮栎(Quercus suber)作为该地区的优势树种，近年来表现出明显的衰退现象，但学界对这两种树种响应干旱的机制差异尚不明确。传统评估树木活力的指标如冠层落叶和径向生长往往存在测量主观性或时间分辨率不足等问题，亟需建立更全面的评价体系。

西班牙比利牛斯生态研究所(IPE-CSIC)的研究团队在Do?ana国家公园开展了一项创新性研究。通过整合从日尺度到年尺度的多源数据，包括自动树干径向变化监测仪(dendrometer)的实时生长数据、冠层绿度指数(gcc)的连续观测、年轮宽度测量以及δ¹³C同位素分析，研究人员构建了一个新的树木活力指数(VI)，该指数综合考虑了冠层落叶(Def)和断面积增量(BAI)两个关键参数。

研究采用了多项关键技术方法：利用自动树干径向变化监测仪获取每小时分辨率生长数据；通过phenocam系统监测冠层绿度变化；采用标准ICP方法评估年际冠层落叶；基于树轮宽度数据计算断面积增量；通过δ¹³C同位素分析推算内在水分利用效率(iWUE)。研究对象包括Do?ana国家公园内干湿两种生境下的20株石松和26株栓皮栎，时间跨度从1986年至2024年。

研究结果部分，日尺度动态分析显示，石松在2024年表现出更高的月径向生长量(2.0 mm vs 0.5 mm)，但生长高峰出现在3月，而栓皮栎的生长高峰则延迟至6月。冠层绿度与树木水分亏缺的关系在干旱生境呈现显著负相关(r=-0.673)，而在湿润生境则与生长速率正相关(r=0.484)。

年际变化方面，栓皮栎表现出更高的平均冠层落叶(25.95% vs 21.98%)，但两种树种的落叶水平均呈显著上升趋势。断面积增量分析显示，栓皮栎的生长速率(28.74 cm² yr^-1)显著高于石松(10.85 cm² yr^-1)。值得注意的是，石松在2012年干旱后出现不可逆的生长下降，而栓皮栎的生长下降则始于2015年干旱后。

气候响应分析表明，冬季至春季的干旱条件显著影响两种树种的活力。石松生长对11个月尺度的9月SPEI指数最为敏感(r=0.82)，而栓皮栎冠层落叶则对13个月尺度的4月SPEI响应最强(r=-0.69)。水分利用效率(iWUE)的变化显示，石松在2016年后出现急剧上升(达到103 μmol mol^-1)，显著高于栓皮栎(84 μmol mol^-1)。

讨论部分指出，这项研究首次建立了整合多时间尺度数据的树木活力评价体系。石松表现出典型的干旱回避策略，其生长下降与iWUE急剧升高同步出现，可能反映了碳饥饿现象；而栓皮栎则显示出更强的恢复力，其近期活力下降可能与地下水位持续下降有关。研究提出的活力指数(VI)能有效捕捉树木对气候变化的响应差异，为预测森林生态系统对气候变化的适应能力提供了新工具。

该研究的创新性在于将传统年轮气候学与现代自动监测技术相结合，揭示了不同树种响应干旱的生理机制差异。这些发现对地中海地区森林管理具有重要指导意义，特别是考虑到地下水资源持续减少的现实挑战。未来研究可扩展该活力指数到更多树种，并整合δ¹⁸O同位素数据以更全面理解树木的水分利用策略。