《Journal of Environmental Management》：Warmer climate threatens the occurrence of giant trees in the Amazon basin
编辑推荐：
本研究针对气候变暖如何影响亚马逊巨型树木分布这一关键科学问题，整合LiDAR遥感、森林清查与生态位模型（MARS, MaxEnt, GAM, RF），系统评估了代表性树种（Dinizia excelsa, Goupia glabra）及高大树木（≥60 m）在SSP1-2.6与SSP5-8.5情景下的生境适宜性变化。结果显示，高温极端事件与降水格局改变将导致2080年适宜生境丧失高达45%，南部亚马逊地区尤为脆弱，而北部可能成为气候避难所。该研究为制定针对性保护策略以增强生态系统韧性提供了科学依据。
在广袤的亚马逊雨林深处，矗立着一些自然界的巨人——高度超过60米的巨型树木。它们不仅是森林生态系统的骨架，更是至关重要的碳汇，在调节区域微气候和维持生物多样性方面扮演着不可或替代的角色。然而，全球气候变暖的阴影正悄然笼罩这片绿色王国，极端高温事件频发、降水模式改变，这些变化对体型庞大、对环境变化更为敏感的巨型树木构成了严峻威胁。目前，大尺度上关于气候变异如何影响这些森林“巨人”的生存与分布的研究尚存空白，特别是对于亚马逊雨林中已知最高的树种——高耸豆树（Dinizia excelsa）及其伴生种圭皮木（Goupia glabra）等关键物种。理解它们对气候因子的响应机制，对于预测未来森林结构、功能及碳储存能力的变化至关重要。
为了回答这些问题，由Robson Borges de Lima等人组成的研究团队在《Journal of Environmental Management》上发表了一项综合性研究。他们巧妙地将激光雷达（LiDAR）技术获取的巨型树木分布数据、野外森林清查数据以及全球生物多样性信息设施（GBIF）的物种出现记录相结合，运用多种生态位模型（包括MARS、MaxEnt、GAM和Random Forest），重建并预测了在过去、当前以及未来（SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下，2061-2080年）不同气候情景下，亚马逊盆地内巨型树木（泛指高度≥60米的树木）以及Dinizia excelsa和Goupia glabra这两种标志性大型树种的潜在分布格局。
研究团队为开展此项研究，主要运用了以下几项关键技术方法：首先，利用机载LiDAR对亚马逊生物群落内随机分布的900个样带进行测绘，通过点云处理识别并提取高度≥60米的巨型树木冠层信息，构建了包含存在和缺失数据的数据集。同时，从森林清查和GBIF平台获取了Dinizia excelsa和Goupia glabra的物种出现点数据。其次，从WorldClim数据库获取了19个生物气候变量，并通过方差膨胀因子（VIF）分析筛选出9个关键变量（如等温性、最热月最高温、最湿月降水等）用于建模，以避免多重共线性问题。最后，采用集合预测的方法，对筛选出的算法模型进行加权平均，生成过去、现在和未来的生境适宜性地图，并计算了面积变化和不确定性评估。
研究结果揭示了亚马逊巨型树木分布的关键驱动因素及其在未来气候变化下的脆弱性。
3.1. 评估模型性能
所有采用的模型算法均表现出良好的预测能力，训练集的平均AUC（曲线下面积）达到0.84，TSS（真实技巧统计量）值在0.72至0.79之间，表明模型能够有效区分巨型树木的适宜与非适宜生境。
3.2. 巨型树木发生的理想气候条件
分析表明，等温性（Isothermality）和最热月最高温度（Bio5）对巨型树木的分布有显著负面影响。当最热月最高温度超过32°C时，生境适宜性急剧下降。另一方面，年降水量（Bio12）以及最干月降水（Bio14）等水分可用性指标则呈现正相关关系，强调了持续水分供应的重要性。最湿季度平均温度（Bio8）在24-26°C时最为适宜。部分依赖分析图清晰展示了这些关系。
3.3. 过去、现在和未来的预测图
对过去（晚全新世）气候的重建表明，巨型树木的适宜生境历史上主要集中在亚马逊北部和西北部，如圭亚那地盾和罗赖马省。对当前分布的模拟显示，适宜区仍集中在亚马逊中北部。然而，对未来（2061-2080年）的预测描绘了一幅严峻的图景：在高温室气体排放情景（SSP5-8.5）下，到2080年，巨型树木的高适宜生境将萎缩高达99%，适宜生境碎片化严重。特别是亚马逊南部地区，如欣古-塔帕若斯省，由于干旱加剧和极端高温，将变得极不适宜。而在低碳排放情景（SSP1-2.6）下，北部亚马逊地区可能成为气候避难所，适宜生境损失相对较小。两种代表性物种对气候变化的响应存在差异，Dinizia excelsa的适宜生境收缩更为剧烈，而Goupia glabra表现出更广的耐受性。
4.1. 高大树木发生的基本气候驱动因素
讨论部分深入分析了气候驱动因子。巨型树木，尤其是林冠层暴露的个体，对温度极端事件（如最热月最高温）高度敏感，高温会损害光合作用效率并增加蒸腾需求，可能导致木质部栓塞。等温性反映了温度在昼夜和季节间的变化幅度，适中的等温性有利于树木生理过程的稳定进行。降水，特别是在干旱季节的降水，是限制巨型树木分布的另一关键因素，因为它们巨大的生物量和蒸腾表面需要稳定的水分供应。研究表明，过高的降水（如年降水量超过2800毫米）可能通过土壤缺氧、养分淋失和病害滋生等途径对巨型树木产生不利影响。
4.2. 气候变化对巨型树木发生的影响
研究强调，气候变化将通过改变温度和水文格局深刻影响巨型树木的分布。在SSP5-8.5情景下，极端高温和干旱频率增加将导致广泛的生理胁迫，引发死亡事件。南部亚马逊地区因其固有的季节性干旱和人为压力叠加，风险最高。相比之下，北部地区在SSP1-2.6情景下可能维持相对稳定的条件，成为重要的避难所。物种间的响应差异提示我们，保护策略需要考虑物种特异性。
4.3. 研究的局限性
研究也指出了若干局限性，例如LiDAR数据识别的是结构高大的树木而非特定物种，其模型反映的是多种 emergent 物种的平均响应。物种分布数据可能存在采样偏差。模型未包含土壤性质、地下水位等非气候因子，这些因子也可能影响树木分布。此外，所使用的气候数据分辨率（约4.6公里）可能无法完全捕捉影响树木生存的微环境变异。
4.4. 保护意义与结论性意见
综上所述，这项研究发出了明确警告：若无有效的气候变化减缓措施，亚马逊盆地内维系巨型树木的适宜生境将在本世纪末急剧萎缩，尤其是南部地区。这不仅威胁到这些标志性物种的生存，还会深刻影响亚马逊森林的碳储存能力、水文循环和生物多样性。研究结果指出，将保护努力集中于未来可能保持适宜气候条件的“避难所”区域（如圭亚那地盾北部）至关重要。同时，亟需采取强有力的行动减少温室气体排放（对应SSP1-2.6路径），这是缓解潜在灾难性影响的关键。该研究为制定前瞻性的保护规划、生态修复策略以及支持相关气候政策提供了宝贵的科学依据，强调了在气候变化背景下保护亚马逊这座全球重要生态堡垒的紧迫性。
