2024年中欧东南部热旱期间大范围森林冠层变色：克罗地亚无梗花栎（*Quercus petraea*）的响应与叶片早衰一致

《Agricultural and Forest Meteorology》：Extensive forest canopy discoloration during the 2024 heat-drought in southeastern Central Europe: The response of sessile oak ( Quercus petraea) in Croatia was consistent with premature leaf senescence

　　

极端高温、干旱和害虫对森林造成日益增长的压力，导致冠层变色，而这种变色通常难以通过遥感进行归因。2024年8月，与一次持续的热旱事件相关，中欧东南部（SECE）的森林发生了大规模叶片早衰（PLD）。研究人员利用Terra/MODIS（2000–2026）以及协调的Landsat和Sentinel-2（2017–2025）反射率时间序列，分析了该事件的空间范围和物种特异性发生情况。绿红植被指数（GRVI）被用于识别PLD发生的时间。红波段反射率（r_red）和归一化差异植被指数（NDVI），结合克罗地亚的树种分布图，被用于分析非生物和生物胁迫信号。估计2024年SECE森林中有297–645千公顷（1.7–2.5%）出现了PLD。在克罗地亚（斯拉沃尼亚）的物种特异性分析显示，无梗花栎（*Quercus petraea*）受影响最严重（高优势度林分中达69.4%），而欧洲水青冈（*Fagus sylvatica*）表现出可忽略不计的PLD。在夏栎（*Q. robur*）中，自2016年以来持续观察到PLD，主要与橡树网蝽（OLB）侵染相关。热旱型PLD的特征是NDVI快速下降和r_red急剧增加，而OLB相关型PLD则表现为NDVI缓慢下降和r_red适度增加。建模结果表明，PLD比例与累积夜间热负荷和总辐射呈正相关，而非与最高温度相关。r_red的强烈增加、类似衰老的NDVI下降、*F. sylvatica*中可忽略的PLD以及*Q. petraea*的近乎完全恢复，表明观测到的PLD更符合叶片早衰（PLS）假说，而非广泛的急性叶组织损伤，但仍需进一步研究。

**论文解读：2024年中欧东南部热旱事件中森林冠层早衰的遥感识别与物种响应**

**1. 研究背景与意义**

随着气候变化加剧，极端高温和干旱事件日益频繁，对森林生态系统构成严重威胁。植物物候对气候胁迫高度敏感，极端事件可导致冠层提前变色、落叶甚至树木死亡。然而，多种生物和非生物因素（如干旱、高温、虫害）均可引起相似的冠层变色症状，仅凭遥感影像难以准确归因。2024年8月，中欧东南部（SECE）多国森林发生大规模叶片早衰（PLD），其中克罗地亚斯拉沃尼亚地区尤为严重，无梗花栎（*Quercus petraea*）冠层大面积红褐化，而欧洲水青冈（*Fagus sylvatica*）仍保持绿色。这一现象与长期热旱事件吻合，但同期橡树网蝽（OLB）的持续侵染也造成类似变色，使得遥感归因更加复杂。因此，亟需开发精确、可复现的遥感方法，以区分不同胁迫来源，评估物种特异性响应，并判断该事件是否属于受调控的早衰（PLS）而非急性组织损伤，这对于预测气候变化下的森林动态和制定管理策略具有重要意义。

**2. 研究内容与方法概述**

研究人员利用Terra/MODIS（250–500 m，2000–2026年）和协调的Landsat与Sentinel-2（HLS，30 m，2017–2025年）反射率时间序列，计算归一化差异植被指数（NDVI）、绿红植被指数（GRVI）及红波段反射率增量（Δr_red），以识别PLD的发生时间和强度。结合克罗地亚国家森林管理数据（森林小班物种组成、立地因子）和FORESEE气象网格数据（0.1°，基于E-OBS与ERA5-Land），对斯拉沃尼亚地区（样本来源为44个FORESEE像元）2017–2024年的PLD比例进行了分数logit广义估计方程（GEE）建模，分析气候与立地驱动因子，并评估2025年的恢复状况。

**3. 研究结果**

*3.1. 利用MODIS GRVI识别的早衰现象*

基于HKM MODIS数据的GRVI阈值（GRVI=0）识别，2024年8月SECE地区有0.60%的森林出现PLD，至9月21日扩大至297 kha（1.65%）；斯拉沃尼亚则达6.01%。2024年PLD发生中位数日（DOY 243）比长期平均提前55–61天，且67%（SECE）至98%（斯拉沃尼亚）的PLD像素为2000–2024年首次发生，显示事件的极端性。

*3.2. 基于25年MODIS数据的斯拉沃尼亚森林光谱特征*

在优势度>90%的林分中，2024年无梗花栎林的平均ΔNDVI为-0.302（最低）、Δr_red为0.062（最高），且63%的HKM像素GRVImin为负；夏栎（*Q. robur*）次之，欧洲水青冈则无显著异常。相关分析显示，ΔNDVI异常与无梗花栎比例呈显著负相关（r=-0.60），表明无梗花栎是主要受影响物种。

*3.3. 基于HLS的树种特异性时空动态*

HLS数据进一步确认，2024年无梗花栎高优势度林分中69.4%发生PLD，而欧洲水青冈仅0.8%。PLD首先出现在山区陡坡和浅土上的无梗花栎林，随后扩展至低地夏栎林。Δr_red在无梗花栎中显著高于其他物种（约为夏栎的8倍），且PLD期间日增长率峰值在DOY 232。与OLB相关的夏栎PLD自2016年起持续存在，但Δr_red较低且年际稳定，形成与热旱型PLD不同的光谱特征。

*3.4. 促成因素分析*

浅层土壤（<30 cm）和强日间各向异性加热（DAH）的陡坡地段PLD发生率更高，而深土和阴坡则正常。2024年7月最低气温（T_min）异常偏高，导致基于T_min的积温（GDD_Tmin）创纪录，而最高气温（T_max）虽高但仍在历史范围内。降水仅为52 mm（长期均值113 mm），土壤含水量低迷。

*3.5. 建模PLD比例*

GEE模型选择结果表明，包含T_min基温15 ℃的GDD异常（zGDD_Tmin15）、总辐射异常（zRad）和夏栎比例（ShareQuPe）的模型最优。三者均与PLD比例显著正相关（p<0.001），边际效应显示zGDD_Tmin15每升高1个单位，PLD比例增加0.88个百分点；zRad增加1个单位增加0.67个百分点；夏栎占比上升10个百分点增加0.78个百分点。基于T_max的模型均不如T_min模型。

*3.6. 2025年恢复*

2025年遥感数据显示，无梗花栎和夏栎林NDVI均恢复至接近基线水平，但无梗花栎中PLD严重林分的NDVImax略低于非PLD林分，存在轻微负遗留效应；夏栎则表现出完全恢复甚至正效应。

**4. 讨论与结论**

本研究表明，所提出的基于GRVI=0阈值的遥感方法能精确识别PLD的时间与范围，且能区分OLB虫害与热旱胁迫的光谱信号。2024年无梗花栎PLD的特征——快速NDVI下降、Δr_red剧增、欧洲水青冈不受影响、次年近乎完全恢复——符合“提前叶片衰老（PLS）”假说，即这是一种受调控的适应性响应，而非急性组织坏死。夜间高温累积可能通过增加呼吸消耗和加速衰老进程而促成PLS。未来，随着夜间升温加剧，无梗花栎的早衰事件可能更频繁，研究中应关注夜间温度等非最高温度指标对森林胁迫的影响。实际生理机制仍有待田间与实验室验证。

结论：研究人员发展了一种基于遥感的PLD精确识别方法，绘制了2024年SECE地区最大规模PLD事件，揭示了无梗花栎是最主要受影响物种，而欧洲水青冈几乎未受影响；夏栎的反复PLD主要归因于橡树网蝽。建模显示夜间热负荷和辐射比最高温度更关键。综合光谱、恢复和生态证据，该事件更符合早衰假说，但确切机制未确认。随着夜间温度升高，此类事件或更频繁，未来研究应重视夜间热胁迫的作用。