纳瓦霍部落森林干旱压力通过树木年轮检测揭示气候临界点临近

本研究针对气候变化加剧导致美国西南部森林健康风险上升的问题，与纳瓦霍林业部门合作，通过树木年轮采样分析56个连续森林清查样地的1075棵树，评估了气候变异对森林健康的影响。研究发现，春季和秋季高温显著降低树木生长，林分生产力自1990年起持续下降，景观尺度生长同步性增强，表明森林正接近气候变化的临界点。研究为部落森林可持续管理和增强韧性提供了科学依据。

　　

在美国西南部广袤的森林中，气候变化正以前所未有的速度改变着生态系统格局。纳瓦霍部落（Navajo Nation）作为美国最大的原住民保留地，拥有超过240,000公顷的商业森林，这些森林不仅是部落社区薪柴、建筑材料和饮用水的重要来源，更承载着深厚的文化、精神和生计价值。然而，该地区正面临气温持续升高、干旱加剧、林分密度增大以及火灾风险上升的多重威胁。殖民时期的火灾压制政策导致森林结构和燃料负荷发生显著改变，加上气候变暖的协同作用，使得这片森林生态系统愈发脆弱。

为了科学评估气候变化对纳瓦霍森林健康的影响，亚利桑那大学树木年轮研究实验室与纳瓦霍林业部门（Navajo Forestry Department, NFD）合作，开展了一项融合传统森林清查与树木年轮学分析的创新研究。该研究旨在通过高分辨率年轮数据揭示气候变异对树木生长的影响，并从树木、林分和景观三个尺度评估森林的健康状况和韧性。研究成果发表在《Trees, Forests and People》，为部落森林管理提供了关键的科学依据。

研究团队采用了多种关键技术方法。他们利用纳瓦霍林业部门的连续森林清查（Continuous Forest Inventory, CFI）固定样地网络，进行了分层随机抽样，选取56个样地进行树木年轮采样。共获取并分析了1075棵树的年轮样本，主要包括ponderosa pine（PIPO）、common pi?on（PIED）和Douglas-fir（PSME）三种优势树种。年轮样本经过精细打磨、视觉交叉定年和COFECHA软件统计验证，确保年代准确性。采用dplR软件包将年轮宽度转换为断面积增量（Basal Area Increment, BAI），并利用R语言中的treeclim包进行气候响应分析，识别出影响生长的关键气候变量：冷季降水（PPT_cool）、春季最高温度（Tmax_spr）和上年秋季最高温度（Tmax_pfall）。研究还引入“大于对象树的断面积”（BAL）作为竞争压力指标，采用多层次回归模型分析树大小、竞争和气候对BAI的影响，并评估了林分生产力和景观同步性的时序变化。

3.1. 代表性森林清查与树木年轮数据

研究涵盖了纳瓦霍森林结构的全频谱，样地平均直径（QMD）范围15.5-83.7厘米，林分密度指数（SDI）范围4-692。ponderosa pine在96%的样地中占主导，Douglas-fir和common pi?on分别出现在32%和23%的样地中。树木大小变异显著，为后续分析提供了代表性样本基础。

3.2. 树木水平生长变异的驱动因素

回归分析表明，树木大小对BAI有最强正效应，较大树木每年增加更多的断面积。气候效应一致：冷季降水（PPT_cool）促进生长，而当前春季和上年秋季的最高温度（Tmax_spr和Tmax_pfall）均显著抑制生长，其中Tmax_spr的负效应最强。竞争（BAL）对ponderosa pine和Douglas-fir的生长有显著负影响，但对common pi?on的影响不显著。交互作用分析发现，大树对高温更为敏感，凸显了大型树木在干旱压力下的脆弱性。

3.3. 林分水平生产力趋势

研究发现，1990年前所有物种的林分生产力（BAI）呈上升趋势，但1990年后均转为下降，与气候变暖期吻合。校正树木大小效应后，下降趋势更为明显，尤其是Douglas-fir。这一结果表明，变暖导致的干旱压力正在削弱森林的整体生产力。

3.4. 景观尺度同步性

林分间BAI的标准差（SD_{BAIBAI与Tmaxspr呈显著负相关，表明高温干旱正在使原本具有避难所功能的高海拔地区也受到均匀化影响，景观韧性下降。}

研究结论强调，纳瓦霍森林正接近一个临界点：持续变暖和干旱可能超出其韧性极限，导致森林覆盖向灌丛或草地转变的风险增加。树木生长下降、林分生产力趋势逆转以及景观同步性增强，均是生态系统应激和潜在崩溃的信号。大型树木虽具火险抗性，但干旱脆弱性高，而高密度林分则易受高强度火灾威胁。

讨论部分指出，战略性森林管理是缓解气候压力和火灾风险的关键。降低林分密度、维持龄级多样性、促进低烈度火干扰以及结合传统生态知识（TEK）和科学管理，可增强森林韧性。景观规划应重点识别和强化气候避难所和干扰避难所，以应对未来更频繁的极端事件。

该研究不仅揭示了纳瓦霍森林面临的实际威胁，也展示了与部落合作、尊重数据主权和融合多元方法论的研究模式，为全球原住民森林治理和气候变化适应提供了重要范例。通过共同生产科学知识，这项工作支持了纳瓦霍部落在其综合资源管理计划（IRMP）框架下实现生态完整性与文化价值保护的双重目标。