《Forest Ecology and Management》：As forests reclaim the land: Latitudinal variations in carbon-biodiversity trade-offs under natural forest expansion in Italy
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本研究针对气候变暖加剧森林干旱的严峻挑战，以欧洲山毛榉（Fagus sylvatica）为对象，创新性地结合多时序细根采样与地面激光扫描技术，揭示了干旱通过降低上层土壤细根生物量/死根量比值（FBN）和增加细根周转率，进而抑制冠层细枝形成的生理生态机制。成果为森林健康早期诊断提供了关键指标，对气候变化下的适应性管理具有重要实践意义。
随着全球气候变化加剧，极端干旱事件频发对森林生态系统构成严重威胁。欧洲山毛榉作为中欧地区生态与经济价值最高的阔叶树种之一，近年来因干旱导致的冠层落叶和枝枯现象日益突出。传统森林监测多依赖冠层表型指标，但干旱对树木的损害往往从地下部分开始，细根（直径<2毫米）作为水分和养分吸收的关键器官，其动态变化能否提前预警冠层衰退？这一科学问题对森林健康早期诊断及适应性管理策略制定具有紧迫意义。
为揭示细根与冠层活力的内在关联，研究团队在德国萨克森州自然公园的成熟山毛榉林内设立三个土壤水分梯度样地，于2022-2024年间开展系统性观测。通过季度性土壤钻芯采样获取细根生物量（FRB）、死根量（FRN）及周转率数据，并结合2024年落叶期的高精度地面激光扫描（TLS）量化冠层结构参数，包括分枝强度（BI）、冠投影面积（CPA）和细枝总长度等指标。
关键技术方法
研究采用标准化降水指数（SPI）量化气象干旱强度；通过序列钻芯法计算细根生产力和周转率；应用地面激光扫描（TLS）获取冠层三维点云，结合定量结构模型（QSM）提取分枝强度等形态参数；建立线性模型分析不同径向距离（5/8/10米）内细根指标与冠层性状的关联性。
研究结果
3.1 干旱对细根活力性状的影响
相关性分析显示，干旱程度（SPI负值）与上层土壤（0-10厘米）细根死根量（FRN）呈显著正相关（r= -0.28），与细根生物量/死根量比值（FBN）呈负相关。表明干旱促使细根死亡率上升，活细根比例下降。细根周转率对干旱响应更敏感（r= -0.57），而细根生物量（FRB）和生产力未出现显著变化。
3.2 细根活力与冠层活力的耦合关系
线性模型表明，前期（2022-2023年生长季）上层土壤细根FBN值降低会导致次年冠层细枝形成能力下降：FBN每减少1个单位，冠层细枝总长度（sum lengthfine）减少0.84-1.03个单位（p<0.05）。这种关联在距离细根采样点5米范围内的优势木中尤为显著，印证了山毛榉浅层根系分布的空间局限性。深层土壤（10-40厘米）细根指标与冠层性状的关联较弱且规律相反，凸显上层细根对冠层活力的主导作用。
讨论与意义
本研究首次通过多时序数据验证了细根活力对冠层结构的超前指示功能。山毛榉在干旱胁迫下优先维持细根生物量稳定性，但通过提高周转率实现根系更新，这种“高周转-低建成”策略可能导致碳水化合物向地下部分倾斜，进而抑制冠层细枝发育。成果阐明干旱通过根系-冠层耦合路径影响树木整体适应的生理机制，为将细根监测纳入森林健康评估体系提供理论依据。建议在干旱高风险区优先考虑与深根性树种（如夏栎）混交，以提升生态系统韧性。
论文发表于《Forest Ecology and Management》，为气候变化下森林可持续管理提供了地下-地上协同监测的新范式。
