新疆人工林与天然林水分利用效率驱动机制及差异性干旱响应

《European Journal of Forest Research》：Driving mechanisms of water use efficiency and differential drought responses between planted and natural forests in Xinjiang

　　摘要水分利用效率是森林生态系统中碳吸收与水分消耗之间耦合关系的关键指标。然而，干旱区天然林与人工林之间水分利用效率的动态变化、其潜在驱动因子以及对干旱的响应差异仍缺乏深入了解。本研究利用三个互补指标——生态系统水分利用效率（EWUE）、固有水 分利用效率（IWUE）和基于净初级生产力的水分利用效率（WUE）——考察了2000年至2020年间新疆的天然林和人工林。本研究联合应用了Mann–Kendall趋势分析、双重机器学习（DML）、随机森林和XGBoost等方法，以评估长期变化趋势、识别主要驱动因子，并刻画对不同干旱指数的响应特征。两种森林类型之间表现出明显差异。在天然林中，EWUE和WUE先降后升，而IWUE在整个研究期间持续上升。人工林同样表现出IWUE持续上升的趋势，但WUE在后几年有所减弱。驱动因子分析表明，天然林水分利用效率的提升主要受净初级生产力（NPP）和总初级生产力（GPP）增加的调控，反映了碳同化增强在其中的主导作用。在人工林中，水分利用效率受蒸气压亏缺（VPD）、相对湿度（RH）、蒸散量（ET）、植被蒸腾量（Tr）和数字高程模型（DEM）的共同影响，表明水分消耗和环境条件构成了更强的限制因素。干旱响应分析表明，人工林对干旱的敏感性更高，时间变异性更大；天然林则表现出较为温和的响应特征和更强的恢复能力。这些发现凸显了制定差异化森林管理策略的必要性，包括优化人工林结构和加强天然林保护，以提升新疆的生态系统稳定性和气候韧性。