耐旱树种Tipuana tipu对长期灌溉的生理响应机制研究：基于树木年轮的多指标分析

《Urban Forestry & Urban Greening》：Responses of drought-tolerant Tipuana tipu trees to long-term irrigation: a tree-ring study in Lisbon, Portugal

本研究针对半干旱和地中海气候城市树木生长受限的问题，以里斯本耐旱树种Tipuana tipu为对象，通过树木年轮多指标分析（年轮宽度、木材密度、δ13C和δ18O稳定同位素）揭示6年灌溉的生理响应。结果表明灌溉使树木气孔导度显著提升，生长量增加103%，且木材密度未显著降低。这为干旱区城市林木灌溉管理提供了重要科学依据。

　　

随着气候变化加剧，全球城市正面临日益严峻的热浪、干旱和洪涝等自然灾害威胁。联合国数据显示，目前全球超过半数人口居住在城市地区，而这一比例预计将持续上升。在这样的背景下，树木作为城市绿色基础设施的核心组成部分，其提供的生态系统服务——包括降温增湿、碳汇功能、雨水拦截等——对提升城市气候韧性具有关键作用。然而，城市环境特别是半干旱和地中海气候区的城市，往往因硬化地面、土壤压实等因素限制了树木生长，迫使城市规划者依赖灌溉系统来维持树木存活。

但灌溉系统的广泛应用也引发了一系列科学问题：长期灌溉是否会导致树木木材密度降低，进而影响其机械稳定性和抗病能力？不同树种对灌溉的响应是否存在差异？这些问题对于平衡灌溉效益与潜在风险至关重要。以往研究多基于短期实验，对成熟城市树木在真实环境下的长期响应了解有限。为此，研究团队选择葡萄牙里斯本这一典型地中海气候城市作为研究场地，以当地常见的耐旱树种Tipuana tipu为研究对象，开展了一项为期六年的树木年轮研究。

本研究创新性地采用多指标树木年轮分析方法，在杜克萨达尼亚广场这一独特实验场地展开研究。该场地同时存在仅依靠自然降水的对照组树木和自2017年开始采用滴灌系统的处理组树木，且所有树木在树龄、胸径和立地条件方面高度相似，为隔离灌溉效应提供了理想对照。研究人员通过生长锥钻取树木年轮样本，运用树木年轮宽度测量、X射线微密度测定技术分析木材密度变化，并通过稳定碳同位素（δ¹³C）和氧同位素（δ¹⁸O）测定揭示树木生理过程变化。所有分析均聚焦于灌溉前后六年（2011-2022年）的时间序列变化。

3.1. 生长模式

研究结果显示，灌溉处理对树木生长产生了显著且持续的促进作用。处理组树木在灌溉开始后年均基部面积增量（BAI）达到92.81 cm²/年，较灌溉前（45.63 cm²/年）增长103%，且显著高于同期对照组树木（40.30 cm²/年）。干扰分析进一步表明，80%的处理组树木在2016-2017年过渡期经历了主要生长释放事件，而对照组仅20%的树木出现类似响应。这一发现证实了长期灌溉能显著促进成熟城市树木的生长。

3.2. 木材密度模式

与预期相反，高分辨率木材密度分析显示灌溉并未导致木材密度显著降低。无论是早材、中材还是晚材密度，处理组与对照组在灌溉前后均无统计学差异。这一结果挑战了传统认为的“生长-密度权衡”理论，表明Tipuana tipu树种在灌溉条件下能够维持木材力学性能。

3.3. δ¹³C和δ¹⁸O模式

稳定同位素分析为理解灌溉的生理机制提供了关键证据。处理组树木的δ¹³C值在灌溉后显著降低，表明气孔导度增加促进了碳同化。主成分分析显示，灌溉后树木从气孔限制型生长转变为同化驱动型生长模式，且δ¹⁸O与生长的正相关关系减弱，进一步证实了灌溉缓解了夏季干旱对树木生长的限制。

研究结论与讨论部分强调，Tipuana tipu作为耐旱树种，通过协调木质部形成与叶片生理过程，实现了灌溉条件下的快速生长与木材密度维持。这种适应性响应可能源于树木通过增加气孔导度和冠层扩展来满足碳需求，同时延长生长季以支持木质化过程。该发现对城市林业管理具有重要启示：首先，它证实了对耐旱树种进行精准灌溉可有效提升生态系统服务供给，如碳汇增强和降温效应提升（预计达0.67°C）；其次，研究打破了灌溉必然导致木材密度降低的固有认知，为干旱区城市树种选择与灌溉策略优化提供了科学依据。这项发表于《Urban Forestry》的研究，通过多指标树木年轮分析方法，为理解城市树木对气候适应措施的响应机制设立了新标准，推动城市林业向基于实证的精细化管理方向发展。