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西伯利亚落叶松局部缺失年轮的形成与气候阈值相关，研究发现高海拔（>2100米）年轮缺失主因是温度阈值17.5°C，中低海拔则受温湿度共同作用影响，为森林生态系统评估提供定量框架。
作者列表：
肖霞沟 | 张同文 | 上华明 | 于树龙 | 郭东 | 张瑞波 | 秦丽 | 江胜霞 | 范玉婷 | 刘克祥 | 张合丽 | 郭开龙 | 阿布杜雷赫曼·鲁克桑古利 | 阿尔曼·阿布拉
中国气象局沙漠与气象研究所 / 新疆树木年轮生态实验室 / 中国气象局树木年轮物理化学研究重点实验室，乌鲁木齐，830002，中国
摘要
北方森林是地球上最大的生物群落之一，对全球气候系统具有关键的调节作用，并可能成为其临界点。然而，随着全球变暖的加剧和极端气候事件的增多，树木年轮局部缺失的现象在该地区变得日益严重。这种年轮缺失不仅仅是生长标记的缺失，而是树木在极端环境压力（如严重干旱）下的生存反应。这种干扰导致木质部生长中断，通常伴随着树木活力的下降和死亡率的增加，从而对森林生态系统的结构和功能稳定性构成重大威胁。位于北方森林生物群落南缘的阿尔泰山森林在气候变化研究中发挥着不可或缺的作用。本研究以东阿尔泰山的西伯利亚落叶松（Larix sibirica Ledeb.）为对象，利用决策树模型分析了在不同海拔高度下年轮局部缺失的气候阈值。研究结果表明，西伯利亚落叶松的年轮局部缺失存在显著的时空变化，其形成受到生长季节温度和降水的影响。在较高海拔（>2100米）地区，年轮局部缺失的温度阈值为17.5°C；而在中低海拔地区，年轮局部缺失主要由高温和干旱条件的共同作用引起，这两者共同构成了关键的气候阈值。本研究为评估极端气候事件对森林生态系统造成的损害提供了定量框架，并为制定森林恢复策略和管理树种多样性提供了科学依据。
引言
全球变暖的加速以及极端天气事件的增多引发了国际社会对气候变化对森林生态系统影响的关注。一些研究表明，温度升高可能会在未来提高北方森林的生产力（Zhu等人，2016；Piao等人，2014；Matías等人，2017），并促进北方森林向北极苔原扩展（Dial等人，2022；Sturm等人，2001）。气候变化还导致北方森林发生显著变化，包括树木生长速率和物种多样性的改变（Mirabel等人，2023；Xi等人，2024；Pauli等人，2012）。人类活动加剧了全球气候变化与极端气候事件的共现（Reed等人，2022；Zhou等人，2023），这对森林生态系统构成了越来越严重的挑战（Overpeck和Breshears，2021）。
树木在气候敏感区域每年形成一个年轮。然而，气候变化——表现为温度异常波动、降水模式改变以及自然干扰频率增加等因素——会严重干扰单个树木的径向生长。这些干扰通常表现为年轮结构中的异常信号。例如，在某些年份或树干的特定方向上，形成层活动会中断，导致树木局部区域的径向生长缺失，这种现象称为年轮局部缺失（Fritts，1976）。年轮局部缺失是森林接近生存极限的压力的指标，同时也代表了潜在的生存临界点（Zhao等人，2021）。对于单株树木而言，年轮缺失是不可逆死亡的早期预警（Zhao等人，2021）。因此，年轮局部缺失成为研究气候变化与树木径向生长相互作用的关键指标。
年轮局部缺失的原因大致可分为两类：环境压力因素，由创伤性或强烈压力事件引起；以及生理因素，与树木的年龄和发育阶段相关（Génova等人，2017）。环境因素包括极端气候事件，如干旱、高温、病虫害爆发、火山爆发（Barinov等人，2015；2016）和洪水（Génova等人，2015）等。其中，高温和干旱是年轮局部缺失的主要原因（Li等人，2019）。近年来，许多地区对年轮局部缺失进行了广泛的研究。在地中海地区，年轮局部缺失的发生与上一年10月至当年2月的平均月温度以及上一年9月至当年5月的总降水量有很强的相关性，20世纪80年代年轮局部缺失的现象尤为明显（Novak等人，2016；Bouachir等人，2017）。在蒙古地区的研究表明，在干旱胁迫下，20世纪末至21世纪初西伯利亚落叶松（Larix sibirica）的年轮局部缺失发生率显著增加，自1970年以来增加了两到三倍（Khansaritoreh等人，2017a，2017b）。在中国青藏高原的祁连刺柏（Juniperus przewalskii）、青海云杉（Picea crassifolia）和中国北方松（Pinus tabuliformis）中也观察到了类似的年轮局部缺失模式（Wang等人，2023；Liang等人，2016；Zhao等人，2021）。年轮局部缺失的形成与干旱气候条件有关。Novak等人（2016）报告称，在地中海地区，当温度超过5°C且总降水量低于50毫米时，年轮局部缺失更有可能发生。这些研究为科学界提供了关于气候因素如何影响树木生长的初步理解，特别是与年轮局部缺失的形成相关。
阿尔泰山森林是中国新疆重要的森林资源组成部分，符合国家发展战略、区域经济发展和公众生态关切。它在新疆的可持续发展中起着关键作用。此外，作为北方森林带最南端的延伸，阿尔泰山森林对气候变化和环境变化非常敏感（Cazzolla等人，2019）。其独特的地理和生态特征以及其对气候变化的高度敏感性使其在气候变化研究中不可或缺。因此，该地区对于研究年轮局部缺失现象至关重要。阿尔泰山以高耸的山峰为特征，山区分布着多种树种，如西伯利亚云杉（Picea obovata Ledeb.）、西伯利亚冷杉（Abies sibirica Korsh.）和西伯利亚落叶松。在某些地区，西伯利亚冷杉与少量的西伯利亚松（Pinus sibirica）和西伯利亚落叶松混生，形成了复杂的森林组成（Huang，2015；Gou等人，2021）。迄今为止，关于阿尔泰山地区树木径向生长与气候因素关系的研究主要集中在海拔梯度（Xue等人，2021；Zhou等人，2021）、大气环流模式（Oyunmunkh等人，2019）和气候重建（Li等人，2024；Jiao等人，2021；Jiang等人，2022）等环境变量上。最近对该地区森林群落结构预测的研究主要依赖于年轮宽度年表（Kang等人，2022；Wang等人，2024；Kang等人，2020）。然而，关于阿尔泰山树木年轮局部缺失的发生机制，尤其是与南坡西伯利亚落叶松年轮局部缺失相关的气候阈值，目前尚无共识。因此，本研究调查了中国阿尔泰山南坡东部地区树木的年轮局部缺失现象。我们的目标是：（1）描绘该地区年轮局部缺失的时间模式和主要发生年份；（2）确定导致年轮局部缺失的主要气候驱动因素；（3）确定控制西伯利亚落叶松年轮局部缺失的气候阈值。
研究区域
研究区域位于阿尔泰山东部（46°37′57.3"N - 47°47′7.5"N，89°24′4.5"E - 90°58′47"E）。该地区的地形从西南向东北逐渐升高，属于中高山地带，海拔范围在1,100至2,600米之间（Dong，2020）。该区域主要位于额尔齐斯河流域内，拥有完善的水文系统。值得注意的是，青格利河流经该地区
年轮局部缺失的时空模式
在阿尔泰山东部的18个采样点进行了年轮局部缺失的统计分析，这些采样点按海拔顺序排列。研究发现，所有18个采样点都存在年轮局部缺失现象，且年轮局部缺失的频率从高海拔向低海拔逐渐增加（图2a）。如表S1所示，有7个采样点的年轮局部缺失频率超过1%
驱动因素和年轮局部缺失的时空变化
本研究发现，高海拔地区的采样点（如TYT和KLB）具有较长的年轮序列和相对较低的年轮局部缺失频率。这一发现与以往的研究结果相反，以往的研究认为年轮局部缺失的频率随树木年龄增加而增加（Novak等人，2016；Liang等人，2016）。本研究中的海拔影响显著，使得难以准确判断树木年龄和其他生物因素的作用
结论
随着全球变暖的加速和极端天气事件的增多，阿尔泰山的森林生态系统受到了严重影响，主要表现为树木年轮的局部缺失。因此，从时间和空间角度理解西伯利亚落叶松的年轮局部缺失现象，并分析其与气候变化的关系，对于反映该地区森林的动态变化和预测气候变化至关重要
CRediT作者贡献声明
肖霞沟：撰写——初稿、可视化、验证、软件使用、资金获取、数据管理。张同文：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金获取、数据管理。上华明：撰写——审稿与编辑、方法论研究、数据分析。于树龙：软件使用、方法论研究、数据管理。郭东：可视化、软件使用。张瑞波：方法论研究、资金获取、数据管理。秦丽：
