## 中文标题 干旱诱导的两种桉树可燃物含水量与叶片性状的昼夜及季节变异性：对野火行为的影响

《Fire Ecology》：Drought-induced diurnal and seasonal variability in fuel moisture content and leaf traits in two eucalyptus species: implications for wildfire behaviour

　　

**背景**：野火行为受植被生理状态影响，尤其是影响火蔓延和点燃的活燃料含水量(LFMC)。LFMC表示植物组织中水分质量与干质量之比。为理解LFMC动态变化，有必要研究相互关联的性状，如叶片单位面积含水量(LWA)、干物质含量(DMC)和比叶面积(SLA)。LWA量化单位叶面积的水分含量，而SLA和DMC反映叶片生理的不同方面。理解LFMC随LWA、DMC和SLA的昼夜和季节变异性对于预测野火动态至关重要。研究人员在渐进干旱条件下检测了两种澳大利亚物种——垂枝桉(Eucalyptus torquata)和斑叶桉(Corymbia maculata)的这些性状的昼夜和季节变化。

**结果**：采样日和采样时间影响性状动态。LFMC表现出明显的昼夜模式，中午的值低于早晨或下午晚些时候，与先前报道一致。研究人员发现干旱改变了相关叶片性状(特别是LWA、DMC和SLA)的昼夜行为，且这些响应在物种间存在差异。在E. torquata中，干旱处理植株的LFMC从第29天起出现更陡峭的昼夜下降，至第73天LFMC降至60%以下。LWA从早晨到中午下降，DMC下降后在下午晚些时候部分恢复，SLA略有增加。在C. maculata中，LFMC表现出更为缓和的干旱下降趋势，LWA下降，DMC轻微下降，SLA小幅减少。这些结果揭示了水分相关性状的昼夜和干旱驱动变化，而性状协变分析表明干旱驱动的LFMC下降与LWA的减少关联最强，表明水分损失是渐进干旱期间LFMC下降中更具动态性的组分。

**结论**：研究结果表明，干旱以物种特异性方式影响LFMC和叶片性状响应的时机和幅度。E. torquata中更陡峭的LFMC和LWA下降表明，干旱可能扩大更干旱敏感物种的每日高火险时段，而C. maculata中较为缓和的响应则表明基于LFMC的风险窗口较窄。尽管差异可能看似细微，但具有生态学意义，因为适度的下降可使LFMC低于临界点燃阈值。这些昼夜波动还表明，遥感方法应考虑相关性状，尤其是DMC和LWA，因为它们能捕捉可能跨物种共变的干物质和水分损失变化。将LFMC及相关性状的昼夜变化纳入监测框架和遥感验证中，可加强火灾易发生态系统的植被可燃性评估。

## 论文解读

### 研究背景与意义

过去几十年来，野火的频率和强度在全球范围内显著增加，造成严重的生态和经济后果。澳大利亚自21世纪初以来野火频发，其中2019—2020年的"黑色夏季"大火烧毁了超过1800万公顷土地。桉树占澳大利亚天然林树种的近80%，其高可燃性源于生理、结构和生化叶片性状的综合作用。在众多性状中，活燃料含水量(LFMC)是决定植被是否易于点燃和维持燃烧的关键因素，定义为植被水分质量与干质量之比。LFMC受昼夜大气条件(如温度、相对湿度、饱和水汽压差VPD和露点)和干旱胁迫的共同影响，通常在中午达到最低值。尽管已有研究关注季节性水分动态，但对叶片性状在一天内的协变规律，特别是干旱条件下LFMC与叶片单位面积含水量(LWA)、干物质含量(DMC)和比叶面积(SLA)之间的相互作用理解有限。此前尚未有研究记录Eucalyptus torquata和Corymbia maculata这两个与澳大利亚火灾易发景观相关且具有干旱敏感性对比的物种的昼夜水分动态模式。因此，本研究旨在量化渐进干旱条件下两个物种LFMC、LWA、DMC和SLA的昼夜和季节性变化，为野火风险评估和遥感监测提供理论基础。该论文发表于《Fire Ecology》。

### 研究方法概述

研究人员采用2×2因子设计的完全随机布局，选用来自澳大利亚新南威尔士州苗圃的36株3年生植株(每物种18株，高1.5—2.5米)。干旱处理通过停止浇灌并用重型塑料袋包裹花盆限制水分摄入实现，对照组每周浇水三次。实验于2024年7月17日至9月27日在澳大利亚国立大学Acton校区露天场地进行，在第1、8、15、29、50和73天采样，每天三次(上午、中午、下午)，每次从每株树1米以上高度随机采集5片叶子。采用电子天平测量鲜重，Easy Leaf Area软件测定叶面积，105°C烘干24小时后测定干重，按公式计算各性状。数据分析使用线性混合效应模型(LMM)，以植株身份为随机截距，考虑采样时间、VPD、露点及其交互作用为固定效应。

### 主要研究结果

**采样期间燃料含水量的变异性**：干旱处理显著降低了两个物种的LFMC。E. torquata的LFMC平均降低23.20个百分点(p<0.05, ηp²=0.114)，C. maculata平均降低15.04个百分点(p<0.05, ηp²=0.044)。采样日解释了E. torquata中39.7%的LFMC方差和C. maculata中20.2%的方差，表明除采样日外，渐进干旱胁迫和大气变量的综合作用也贡献了大量变异。

**燃料含水量的昼夜变化模式**：两个物种均呈现LFMC早晨最高、中午下降、下午部分或完全恢复的昼夜模式。在E. torquata干旱处理组中，模型预测中午LFMC较早晨下降45.0个百分点，下午下降17.0个百分点；C. maculata干旱处理组中午下降14.4个百分点，下午下降6.6个百分点。VPD是驱动昼夜变化的主要大气因子，中午VPD较早晨高约0.49 kPa。E. torquata在干旱条件下表现出更强的昼夜敏感性(ηp²=0.882)，而C. maculata的昼夜变化较为缓和(ηp²=0.011)。

**干旱对LWA、DMC和SLA的物种特异性影响**：E. torquata的LWA在干旱处理下从第29天开始出现处理间差异，至第73天下降约65%(0.045降至0.012 g cm^-2)，DMC从0.395升至0.819 g g^-1(增加约60%)，SLA下降18%。C. maculata的LWA在第73天降幅约25%(0.027降至0.014 g cm^-2)，DMC增加约26%(0.451升至0.686 g g^-1)，SLA变化较温和。这表明E. torquata对水分限制表现出快速敏感性，而C. maculata采取逐渐调整的策略。

**性状协变关系**：干旱条件下LFMC与LWA呈强正相关(r=0.81, p<0.001)，而对照条件下相关性较弱(r=0.26)。LFMC与SLA的相关性在两个处理下均较弱。干旱处理下叶片趋向于低LWA-高DMC区域聚集，反映叶片向更干、更密状态的一致转变。这表明水分损失(通过LWA减少体现)是渐进干旱期间LFMC下降的主要动态组分。

### 讨论与结论

本研究表明，干旱以物种特异性方式影响两种桉树LFMC及相关叶片性状的昼夜和季节变化。E. torquata的LFMC和LWA下降更为陡峭，提示干旱可能扩大敏感物种的每日高火险时段；C. maculata的响应较缓和，基于LFMC的风险窗口较窄。采样时间显著影响LFMC估算，中午值普遍低于早晨和下午晚些时候，这强调了在测量LFMC和相关干旱敏感性状时考虑日内时间效应的重要性。干旱驱动的LFMC下降与LWA减少关联最强，表明水分损失是渐进干旱期间LFMC下降中更具动态性的组分。研究结果对野火管理和遥感监测具有重要实践意义：卫星过境时间应安排在LFMC和LWA最低的时段以更好地捕捉植被胁迫峰值，这与Himawari-8卫星太阳高度角小于30°的数据采集理想条件相吻合；对于监测桉树森林可燃性的Oz-Fuel多光谱遥感任务，LWA敏感光谱波段对检测干旱驱动的植被可燃性变化尤为有用，而DMC和SLA可为结构变化提供补充信息。将LFMC及相关性状的昼夜变化纳入监测框架和遥感验证中，可增强火灾易发生态系统的植被可燃性评估能力，为气候变化背景下的野火风险评估、基于性状的监测和遥感应用提供了实践见解。