《Biological Conservation》：Microclimatic moisture and the climate change resilience of lichen epiphytes – an applied model for temperate rainforest
编辑推荐：
本研究针对气候变暖下温带雨林关键地衣附生植物的生存风险，通过高分辨率微气候监测与统计降尺度模型，量化了蒸气压亏缺（VPD）在林冠层和地形异质性下的空间分异规律。研究发现，微气候VPD可显著提升地衣生态位模型的预测精度，并揭示英国五大雨林自然保护区内多数微生境在气候变化情景下面临适应性衰退，但北部站点和森林连片区域表现出更强韧性。该模型为通过林地结构优化和靶向造林以增强生物多样性韧性提供了科学依据。
随着全球气候变暖加剧，温带雨林这一珍稀生态系统及其标志性地衣附生植物面临严峻威胁。地衣作为变水生物，其生理活动直接受微环境湿度调控，而传统气候模型常因尺度不匹配（公里级网格对比树木级微生境）低估其实际风险。为破解这一难题，Christopher J. Ellis在《Biological Conservation》发表研究，通过在英国三大气候对比的林地自然保护区（Glasdrum、Horner Wood、Muir of Dinnet）布设46个温湿度记录仪，以2小时分辨率持续监测18个月，获取28万余条微气候数据。研究团队创新性地将蒸气压亏缺（Vapor Pressure Deficit, VPD）这一关键生理驱动因子引入地衣生态位建模，结合5米网格地形数据（海拔、热负荷指数、地形湿度指数）与哨兵卫星衍生的林冠覆盖度，构建随机森林机器学习模型，实现VPD月均值的空间降尺度预测（解释方差达98%）。
关键技术方法
研究整合多源数据：基于iButton和Hobo记录仪的长期微气候监测（温度、相对湿度、光照）；利用1公里网格历史气候数据（UKCP18）与5米数字高程模型（UK Ordnance Survey）进行统计降尺度；采用随机森林算法量化VPD与宏-微观环境因子的非线性关系；通过非参数乘性回归（Nonparametric Multiplicative Regression, NPMR）构建地衣丰度与降水/VPD的生态位模型；选取9种低地雨林指数（Lowland Rainforest Index, LRI）指示性地衣，投影至五大自然保护区（Beinn Eighe、Glencoe、Ariundle、Glasdrum、Glen Nant）在基线（1991–2020）与三种气候情景（2040s RCP 4.5、2060s RCP 6、2080s RCP 8.5）下的生境适宜性变化。
研究结果
3.1 微气候数据特征
VPD日总量与月均值均保留显著的昼夜动态规律：高VPD生境表现为午间峰值突出、夜间值较高，而低VPD生境昼夜波动平缓（图2）。方差分解显示，VPD变异主要源于站点尺度（宏气候），但林分（101–102米）与微生境（101–102厘米）尺度贡献最高可达26%，证实微气候缓冲效应存在（图3）。
3.2 微气候模型构建
随机森林模型确定降水速率与月均温度为VPD核心驱动因子，地形湿度指数与林冠结构（覆盖度、物候）为关键修饰因子（图S4）。部分响应曲线揭示VPD与温度、热负荷呈正相关，与降水、地形湿度、林冠覆盖度及海拔负相关（图S5）。模型在夏季（2022年6–8月）与冬季（2022年12月–2023年2月）的空间投影清晰展示站点间气候差异及地形-林冠的微气候异质性（图4）。
3.3 微气候异质性与韧性评估
地衣生态位建模显示，加入微气候VPD后，67%–69%的物种模型预测精度显著提升（图6）。以低地雨林指数（LRI）指示种为例，夏季适宜性在降水高、VPD低区域最高，冬季则呈单峰响应（图7）。气候变化投影表明：冬季所有站点均无微气候避难所（100米内）；夏季北部站点（Beinn Eighe、Glasdrum）韧性较高，2040s情景下约70%–90%微生境存在避难所，但2080s情景降至14%–35%（图8、图9）。林区面积与地形复杂性共同影响韧性，如Glasdrum（86公顷林地）长期韧性优于面积更大但林地破碎的Glencoe（13公顷林地）。
结论与讨论
本研究首次将微气候VPD量化模型应用于地衣保护实践，证实微生境缓冲作用虽可缓解夏季干旱压力，但冬季过湿环境可能导致地衣超饱和光合抑制，叠加升温加剧呼吸消耗。研究强调，基于VPD模型的生境投影可识别潜在避难所，为靶向造林（如优先在地形湿润、林冠闭合区补植）提供决策支持。未来需融合过程模型模拟三维林冠水分循环，并考虑气候变化对林木组成与林分结构的间接影响，以完善韧性评估体系。
