《Frontiers in Plant Science》：Urban–suburban differences in the response of typical greening tree species to extreme drought in a subtropical city
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摘要
引言：在全球变化背景下，城市热岛效应（UHI）和气候变暖影响城市与郊区树木生长的机制仍知之甚少。
方法：研究人员从四川省亚热带城市南充的城市和郊区采集了四种常见绿化树种的树芯样本，建立了树木年轮宽度年表，以分析径向生长对气候因子响应的差异。
摘要
引言：在全球变化背景下，城市热岛效应（UHI）和气候变暖影响城市与郊区树木生长的机制仍知之甚少。
方法：研究人员从四川省亚热带城市南充的城市和郊区采集了四种常见绿化树种的树芯样本，建立了树木年轮宽度年表，以分析径向生长对气候因子响应的差异。
结果：过去十年，郊区树木的生长速率显著高于城市树木。水分可用性是限制城市树木生长的关键因子，而升温在一定程度上促进了城市和郊区树木的生长。郊区树木对春季温度更敏感，而夏季高温对城市树木的影响更显著。在极端干旱事件期间，郊区树木表现出更高的恢复力（recovery）和弹性（resilience），这可能归因于郊区更有利的水分环境。环孔材（ring-porous）杨树在极端干旱期间表现出最低的抗性（resistance）和弹性，而散孔材（diffuse-porous）常绿阔叶樟树（Cinnamomum camphora）在城市区域保持相对较高的恢复力，表明本地物种具有干旱缓冲优势。
讨论：本研究揭示了城市化下树木生长对气候变化响应的城市-郊区差异，为提高亚热带城市森林的气候适应性和科学管理提供了理论基础。
在全球气候变化背景下，极端高温和复合干旱事件频发，尤其在东亚季风区，西南亚热带湿润季风气候区（如四川）近年遭遇高强度、长持续期的区域性极端干旱（如2006年川渝干旱），威胁区域生态安全。同时，快速城市化加剧了城市热岛效应（UHI），城市温度较郊区高1–4°C，并伴随土壤压实、水分入渗受限和蒸散增强等多重胁迫，压缩了树木生存空间。城市森林作为调节微气候、固碳和改善人类福祉的关键绿色基础设施，其生态功能的可持续性高度依赖树木对气候变化的适应能力，即生态弹性（ecological resilience）。然而，现有研究主要集中于温带或地中海气候区，对中国亚热带湿润季风区的研究极为匮乏，且不同功能型树种（如环孔材ring-porous与散孔材diffuse-porous）对干旱的响应可能差异显著。为填补这一空白，研究人员以四川省南充市为典型案例，选取四种广泛种植的代表性绿化树种——水杉（Metasequoia glyptostroboides）、樟树（Cinnamomum camphora）、中华红叶杨（Populus ‘Zhonghua Hongye’）和雪松（Cedrus deodara），通过建立高精度树轮年表，系统比较城市与郊区树木对气候变化（尤其是极端干旱事件）的生长响应差异，并量化生态弹性指标。研究目的是揭示城市与郊区树木生长对气候变化的响应差异，以及常见绿化树种生态弹性的城市-郊区分化模式。该研究发表在《Frontiers in Plant Science》，为科学选择耐旱树种、提升亚热带城市森林气候适应性提供了实证依据和管理建议。
研究人员采用的关键技术方法包括：树轮采样与年表建立——在南充市建成区（公园和街道绿地）和郊区（农田森林镶嵌带）各设置8个配对样地，对每种树种在城市和郊区分别选取≥10株健康成年树，使用5.15 mm生长锥在胸高1.3 m处采集树芯，共179个树芯，经打磨、轮宽测量和COFECHA交叉定年后，通过ARSTAN程序去趋势建立标准（STD）年表；生长趋势分析——使用广义加性混合模型（GAMM）去除年龄和大小效应，计算基面积增量（BAI），再通过线性混合模型（LME）检验BAI残差的线性趋势，并用分段回归检测生长轨迹断点；气候数据分析——从城市（高坪站）和郊区（西充站）气象站获取月降水、温度数据，并基于标准化降水蒸散指数（SPEI）在6个月尺度（SPEI-6）识别极端干旱事件（2006年和2011年）；生态弹性指标计算——按照Lloret等（2011）的公式，分别计算抵抗性（Rt）、恢复性（Rc）和弹性（Rs），以干旱事件当年及前后各4年的平均径向生长为基准；统计方法——使用DENDROCLIM 2002进行气候响应相关分析，采用逐步回归模型选择最优模型。
3.1 树木径向生长趋势：通过分段回归分析，发现水杉、樟树、中华红叶杨和雪松的生长轨迹断点分别在2012年、2008年、2008年和2009年。断点后，郊区树木的BAI残差从负向或非显著转变为显著正向趋势（如郊区水杉β从?0.0771变为0.0664，p<0.05），而城市树木在断点后呈非显著或下降趋势（除水杉呈弱正向趋势β=0.0553，p<0.1）。这表明近十年来郊区树木生长速率显著高于城市树木，城市树木生长呈现下降或停滞状态。
3.2 树木生长-气候关系：逐步回归模型显示，生长季水分可用性是城市和郊区树木生长的主要限制因子，且城市树木受水分影响更强烈。春季和秋季温度显著影响郊区树木生长，而夏季高温显著影响城市树木生长。郊区树木生长主要受秋季标准化降水蒸散指数（SPEI_Aut）影响，城市树木生长则与降水呈正相关。这说明水分可用性是限制两地树木径向生长的首要因子，但城市树木对水分胁迫更敏感。
3.3 生态弹性指标比较：弹性指标分析表明，郊区树木的恢复性（Rc）和弹性（Rs）显著高于城市树木（p<0.05）。在2006年干旱中，郊区树木整体抵抗性（Rt）显著高于城市树木（p<0.05），但雪松例外（城市>郊区，p<0.01）；在2011年干旱中，两者无显著整体差异。值得注意的是，在2011年干旱期间，城市樟树的恢复性和弹性显著高于郊区樟树。环孔材杨树在两次干旱中均表现出最低的抗性和弹性，而散孔材常绿阔叶樟树在城市区域保持相对较高的恢复力，提示本地物种具有干旱缓冲优势。
讨论部分总结：研究发现，城市树木的径向生长速率低于郊区，且在气候变暖背景下呈下降或波动趋势，与多数研究一致。水分为主要限制因子，而非温度，这与城市环境加剧水分胁迫有关。城市树木在极端干旱后恢复能力不足，抵抗力呈现事件依赖性，但整体恢复性和弹性显著低于郊区，表明城市树木的主要脆弱性在于干旱后恢复而非即时抵抗。不同树种间弹性差异显著：樟树（本地种）在2011年干旱中保持较高弹性，其深根、高水分利用效率（WUE）和发达角质层等生理特性赋予其缓冲能力；而杨树（环孔材）因大早材导管和弱抗栓塞能力，其弹性和恢复性显著低于郊区。这提示在亚热带城市中应谨慎使用敏感速生种。研究同时指出，城市树木受土壤压实、有限根区空间、空气污染等多重胁迫，且管理实践（如灌溉）可能部分缓解但不能完全抵消胁迫影响。研究结论认为，本地物种可能具有优势，但需进一步区分物种性状与人为因素的贡献。
研究结论翻译：本研究揭示了中国亚热带城市南充城市和郊区树木对气候变化的生长响应。结果表明，城市和郊区树木均受城市气候变化的显著影响：水分亏缺是两地树木生长的主要限制因子，对城市树木影响更强，尤其是需水量较高的树种（如水杉）。在极端干旱条件下，城市树木的恢复性和弹性低于郊区树木。然而，对于本地城市物种樟树，其恢复性和弹性均显著高于郊区。近几十年来，城市区域的四种树木呈负向或停滞生长趋势，可能源于城市升温引起的水分限制。相比之下，郊区树木生长速率远快于城市树木。随着城市扩张，城市温度将持续升高，对城市树木施加更高热胁迫，不利其生长。因此，城市管理者可通过灌溉改善土壤水分可用性或种植本地树种来缓解干旱胁迫对城市树木的影响。未来研究应整合遥感反演、过程模型和树轮数据，建立城市森林综合评估框架，为构建气候适应性和生态弹性城市提供科学支撑。
