重金属污染与夏季昼夜温差增大协同抑制工业区两种橡树的生长

本研究针对罗马尼亚重工业区两种橡树(Quercus robur和Q. pubescens)的生长衰退问题，通过LA-ICP-MS技术分析1972-2019年间树轮中Cd、Hg、Pb等11种元素的年际变化，结合气候数据建立GAMM模型。研究发现夏季昼夜温差(DTR)与重金属(特别是Ni、Pb、Sr)的协同作用显著抑制树木生长，揭示了污染-气候互作对森林衰退的放大效应，为工业区生态修复提供科学依据。

　　

在罗马尼亚中部特兰西瓦尼亚工业区，长达70年的金属冶炼活动导致土壤中锌(Zn)、铅(Pb)、铜(Cu)和镉(Cd)含量分别高达1819、805、370和31.5 mg·kg^-1，引发大规模森林衰退。随着工业活动在1990年代中期停止，一个意想不到的现象出现了：树木生长先短暂恢复后再次衰退。这一反常现象背后，究竟隐藏着怎样的生态机制？来自罗马尼亚林业研究与发展国家研究所"Marin Dr?cea"的Constantin Nechita团队通过创新的树轮化学分析方法，首次揭示了气候变化与历史污染残留的协同作用如何持续威胁森林生态系统。

研究团队采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术对52株欧洲白栎(Q. robur)和47株柔毛栎(Q. pubescens)的年轮进行微量元素分析，时间跨度为1972-2019年。通过建立广义加性混合模型(GAMM)，整合树木直径(DBH)、年龄等生物因子与月尺度气候数据（包括昼夜温差DTR、最高温T_max等），系统评估了重金属污染与气候因子的交互效应。

研究结果呈现三个重要发现：

1. 气候响应模式的物种差异

   柔毛栎(Q. pubescens)的生长速率(3.44 mm/年)显著高于欧洲白栎(Q. robur)(1.57 mm/年)，但后者对夏季DTR的敏感性更强。贝叶斯因子分析显示，两种栎树的生长均与夏季DTR呈显著负相关，其中欧洲白栎在工业活动停止后(1997-2019)对干旱指数(scPDSI)的响应增强。

2. 重金属的时空分布特征

   欧洲白栎组织中重金属含量普遍高于柔毛栎，其中镉(Cd)在整个研究期持续上升（Z=7.40, p<0.0001），而汞(Hg)和铅(Pb)在1990年后显著增加。树轮化学图谱显示，镍(Ni)和锰(Mn)在边材与心材交界处出现明显跃迁，暗示元素再迁移现象。

3. 污染-气候的协同效应

   GAMM模型揭示，当夏季最高温(T_maxJJA)超过27°C时，欧洲白栎生长显著受限；而柔毛栎在DTR>13.5°C且金属(oid)总量(∑Metal(oid)s)>70 μg·g^-1时出现生长抑制。特别值得注意的是，铅(Pb)含量与温度升高呈现协同负效应，这种交互作用解释了2000年后观察到的生长衰退。

讨论部分强调了三个关键科学价值：首先，研究证实工业区树木衰退是历史污染与当代气候变化的叠加结果，即使污染源消失，残留重金属仍通过改变树木生理过程持续产生影响。其次，首次量化了DTR这一新兴气候指标对污染胁迫下树木生长的调控作用，为预测气候变化下的森林动态提供新视角。最后，发现欧洲白栎虽具有更强的重金属富集能力（心材Pb含量达3.8±1.4 μg·g^-1），但其对干旱的敏感性使其在气候变暖背景下更易衰退，这对生态修复的树种选择具有指导意义。

该研究发表于《Journal of Hazardous Materials》，其创新性在于将传统树轮气候学与新兴的树轮化学技术相结合，通过长达47年的连续观测，为理解复合环境胁迫下的森林衰退机制建立了新范式。研究结果警示，在全球工业区生态修复中，必须同时考虑历史污染的遗留效应和未来气候变化趋势，这对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的陆地生态系统保护具有重要实践意义。