《Agricultural and Forest Meteorology》：Pervasive threshold effects on tree radial growth in response to precipitation extremes across varying aridity gradients
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摘要最佳的水热条件对树木生长至关重要。以往的研究主要关注温度阈值，而潜在的降水阈值可能被人们所忽视。由于极端降水事件日益频繁且强度不断增强，其对树木径向生长的影响仍知之甚少且难以量化。本文利用一个较为长期的（10至15年）树木径生长测量数据集，研究了中国北方干旱与半干旱地区不
摘要
最佳的水热条件对树木生长至关重要。以往的研究主要关注温度阈值，而潜在的降水阈值可能被人们所忽视。由于极端降水事件日益频繁且强度不断增强，其对树木径向生长的影响仍知之甚少且难以量化。本文利用一个较为长期的（10至15年）树木径生长测量数据集，研究了中国北方干旱与半干旱地区不同干旱度梯度下三个针叶树种、四个站点的日尺度树干径增量（SRI）对日尺度极端降水事件的响应。树木对极端降水表现出显著的非线性响应：径增量随降雨量增加而增大，但当单次降雨事件超过50至60毫米的临界阈值后则开始下降。这一阈值效应在不同物种之间以及生长季的不同阶段均表现一致。此外，在极端降水条件下，较高的土壤含水量对径增量产生负面影响，而日最高温度的正向关联则较弱。这些发现提供了事件尺度证据，有助于解释树木气候学研究中常见的非线性降水-生长关系，并为未来气候变化下干地森林生产力预测提供了新的见解。
引言
森林在全球碳循环中发挥着关键作用，每年吸收约3.5 Pg C的碳，是陆地生态系统的主要碳汇（Pan等，2024；Poulter等，2014）。木材形成是通过光合作用将大气中的CO?转化为生物量的关键生物过程，这些生物量可以持续数百年乃至数千年（Cuny等，2015；Plomion等，2001）。然而，气候变化会显著影响年际径向生长，并影响植被生产力，这引发了人们对这一重要碳库稳定性的担忧（Xu等，2019；Zweifel等，2021）。与年均气候状态变化相比，偶发性气候极端事件可能对植物功能产生更直接甚至更显著的影响（Reichstein等，2013；Zeppel等，2014）。例如，一项野外实验表明，更极端的降雨倾向会加剧土壤水分变率，并削弱植物的碳循环过程（Knapp等，2002）。随着极端事件——如极端降水、干旱和热浪——在世界许多地区的频率和强度不断增加（Benestad等，2024；Myhre等，2019；Tripathy等，2023），了解森林在亚月尺度和日尺度上如何响应气候极端事件至关重要。
温度和降水是影响树木生长最重要的气候因素。通常，树木生长主要受特定温度条件控制，对于北方针叶树而言，6至8°C被认为是木质形成层的阈值温度（Huxman等，2004；Rossi等，2007）。然而，降水对树木生长同样至关重要，特别是在水分限制植物功能的干旱和半干旱地区（Brienen和Zuidema，2005；Zweifel等，2006）。充足的水分供应可以维持木质部水力传导率、气孔调节和膨压驱动的细胞增大，从而共同促进形成层活动和木材形成（He等，2016；Ren等，2015）。相反，在干旱条件下，树木往往会降低气孔导度和光合同化速率，从而抑制树干径向生长（K?rner，2015；Zweifel等，2021）。在许多水分受限的地区，降水是水分的主要来源，因此对年际树干径向生长的时间、强度和持续时间具有强控制作用（Ren等，2015；Tian等，2024）。
尽管降水在生态系统生产力与木本植物生长中的作用已被广泛认可，但降雨模式和强度如何影响树木生长仍然存在很大不确定性。一般来说，年降雨量的增加可以促进植物生长并提高年植被生产力（Hu等，2018；Reichstein等，2013）。然而，观测数据和模型预测均表明，无论年总量趋势如何，季节降水变率都在增加，日降雨事件变得不那么频繁但更加强烈（Giorgi等，2019；Pendergrass和Knutti，2018）。在此背景下，降水的频率、强度和分布可能是植物功能和生产力更为重要的驱动因素（Guan等，2018；Liu等，2020；Reyer等，2013）。Thomey等（2011）发现，在总降水量保持不变的情况下，单次强降雨事件比多次小降雨事件更能有效增加干旱生态系统的土壤水分和地上净初级生产力。新证据表明，植物对降水制度变化的响应可能因生态系统和植被类型的不同而异（Feldman等，2024；Liu等，2020）。
与小雨或中雨相比，极端降水事件对树木生长的影响相对更为复杂。一方面，大量降雨可以渗透至更深的土壤剖面，增加根区水分可用性以促进树木生长（Knapp等，2008；Zeppel等，2014）。另一方面，极端降水也可能导致径流流失水分，或因土壤水分过多造成根区缺氧，从而可能损害根功能并抑制树木生长（Knapp等，2008；Kulmatiski和Beard，2013）。因此，树木径向生长对极端降水事件的响应可能是非线性或不对称的，这取决于生态系统特征或年际降雨变率（Dannenberg等，2019；O'Donnell等，2021a）。然而，迄今为止很少有研究量化单个极端降水事件对树干径向生长的影响，径向生长在面对降雨极端时是否会线性增加仍然不明确。
近年来，高分辨率树木径生长测量技术已成为一种监测连续树干径向生长的非侵入性方法（Gao等，2019；Wang等，2015；Zweifel等，2021）。该方法能够有效捕捉不同物种和环境下径向生长动态对细时间尺度短期气候波动的瞬时响应（Deslauriers等，2007）。以往研究已证实降水和土壤水分对干旱条件下树木年际树干径向生长的重要作用（Fan等，2019；Tian等，2024）。然而，目前基于径生长测量的大多数研究仅限于一至数年的观测期，跨越十余年的数据集较少，不足以全面揭示在不同气候条件下年际之间发生的响应模式。
本研究汇总了我们在2010年建立的中国北方干旱与半干旱地区一个长期径生长监测网络的高频树木径向生长数据（图1）。该网络跨越不同的干旱度梯度，是该地区最长的径生长观测网络。我们提出以下假设：（1）树干径增量对降水强度的增加呈非线性响应；（2）尽管存在环境异质性，该阈值响应在不同物种和站点间具有广泛保守性；（3）树干对极端降水事件的径向响应同时受土壤水分和其他环境因素调控。为检验这些假设，我们利用这些多年径生长记录量化了三个主要针叶树种径增量对极端降水的响应，并比较了不同物种和生长季阶段之间的响应模式。此外，还探讨了其他环境因素在极端降水条件下对树木径向生长的潜在影响。
各节摘录
径生长数据与原地气象观测
我们在中国北方干旱与半干旱地区的四个站点建立了树木径向生长和气象条件的长期监测站，包括东大山（DDS）、靖远（JY）、寺大隆（SDL）和苏峪口（SYK）（图1a）。四个站点位于山区，海拔介于2000米至3500米之间。该地区具有典型的大陆性气候，大部分降雨发生在夏季。四个站点的年均气温范围
极端降水与径向生长动态的特征
在整个10至15年的观测期内，四个监测站点共识别出217次极端降水事件，每次事件的平均降雨量为37.1毫米。平均事件持续时间为3.1天，其中大多数事件（83%）持续1至4天。在四个站点中，DDS和SYK站点的极端降水事件在8月最为频繁，而JY和SDL站点的峰值则出现在6月（图2a）。各站点极端
讨论
已有预测表明，中国北方以及许多其他干地地区将频繁遭遇极端降水（Donat等，2016；Hua等，2025）。因此，了解树木如何响应日益强烈的降雨对于预测未来气候变化下的森林生长至关重要。本研究利用一个独特的长期径生长监测网络，涵盖多个物种和站点，证明了树干径增量对极端降水表现出稳健的非线性响应，且
结论
本研究在中国北方干旱与半干旱地区建立了一个长期径生长监测网络，并量化了树干径增量对日尺度极端降水事件的响应。我们发现，树干生长在不同物种和干旱度梯度下对降雨强度表现出显著的非线性响应，存在一个一致的阈值（约每次事件50至60毫米），超过该阈值后径向生长从刺激转为抑制。较高的土壤含水量削弱了正向
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