受气候变化影响，黄土高原的人工林生长速度在2010年后显著下降

《Forest Ecology and Management》：Climate-change-driven planted forest growth decline especially after 2010 on the Loess Plateau

人工林年轮数据揭示黄土高原自2010年后78%站点呈现生长先增后降趋势，气候因子解释78%变异量，土壤湿度和降水主导生长动态，生长衰退常伴随极端气候事件，凸显气候变化对人工林可持续性的关键影响。

　　

刘金豪|赵正远|万凌凡|刘亚玲|李宗山|冯晓明

中国科学院生态环境科学研究中心区域与城市生态国家重点实验室，北京 100085，中国

摘要

为促进生态恢复，全球范围内建立了大规模的森林人工林。然而，气候变化对这些人工林径向生长的影响仍不明确。为了填补这一研究空白，我们从黄土高原的82个采样点收集了树木年轮数据，这些采样点包括了三种典型的人工林树种，旨在分析生长趋势及其气候驱动因素。结果表明，大多数人工林站点（64个站点，占78%）表现出先增长后下降的趋势，其中大多数生长下降的转变年份发生在2010年之后。气候变量解释了树木径向生长变化的78%以上，其中深层土壤水分含量（30–300厘米）和降水量被确定为主要的影响因素。与生长增加的站点相比，生长下降的站点通常具有更不利的气候条件，包括较低的降水量和深层土壤水分含量，而生长从增加转为下降的年份往往与异常天气事件相对应。本研究揭示了2010年后黄土高原人工林的衰退现象，并强调了气候变化在这一过程中的关键作用，强调了在未来的气候变化背景下进行合理的人工林规划和加强管理的重要性。

引言

森林在全球范围内提供了多种生态功能，如调节气候、稳定土壤和维持生物多样性（Hua等人，2022年）。作为一种基于自然的气候解决方案，森林恢复已被广泛认为是提高生态系统恢复力和减轻气候变化不利影响的重要方式（Anderegg等人，2025年）。在过去几十年和几个世纪中，大规模的造林已成为生态恢复计划的重要组成部分（Wei等人，2024年）。自1990年以来，全球已建立了约11亿公顷的人工林。此外，预计在未来几十年内，造林面积的趋势将继续增加（Doelman等人，2020年；Psistaki等人，2024年）。

关于人工林生长对持续气候变化的响应仍存在争议。一些基于建模和遥感的研究表明，近期的气候变暖可能会增强光合作用，延长生长季节，从而促进树木生长（Fang等人，2014年；Gao等人，2022年）。相比之下，大量的实地调查记录了许多地区森林衰退的迹象（Forzieri等人，2022年；Su等人，2024年；Munday等人，2025年）。这些相互矛盾的结论可能是因为许多遥感产品的空间分辨率相对较低，它们往往包含大量的非人工林土地覆盖，因此无法准确捕捉到人工林特有的生长响应（Wickham和Riitters，2019年；Yan等人，2024年）。此外，遥感植被指数（例如NDVI）所传达的生态信息并不完全等同于来自实地观测（如树木年轮数据）的信息。NDVI的持续增加在很大程度上归因于草原的扩张而非树木生长（Guo等人，2022年；Li等人，2025年）。此外，以往的研究经常依赖于线性趋势分析（Hua等人，2017年；Chen等人，2019年）。虽然这些方法强调了长期的增长趋势，但它们可能忽略了近年来在森林生态系统中日益报告的生长下降现象（Berdugo等人，2022年）。与遥感和建模方法相比，树木年轮数据提供了直接的、高分辨率的年径向生长记录，从而能够更精确地重建人工林的生长变化（M?lder等人，2011年；Xu等人，2024年）。总体而言，现有证据表明，树木对气候变化的响应远非一致，这突显了基于树木年轮记录进行进一步研究的迫切需求。

黄土高原是中国生态最脆弱的地区之一（Yang等人，2024年）。自20世纪70年代以来，中国政府实施了一系列大规模的生态恢复计划，包括三北防护林工程和退耕还林项目，旨在减缓土地退化并改善生态系统功能（Shao等人，2022年）。这些举措导致了大量人工林的建立，为研究气候变化下的人工林生长响应提供了宝贵的机会。然而，越来越多的证据表明，这些人工林的部分地区在最近几十年出现了生长下降（Chen等人，2015年；Zhai等人，2023年），这引发了对其长期可持续性的担忧。对黄土高原的树木年轮研究表明，该地区的树木生长受到气候变化的广泛影响，这突显了使用树木年轮数据研究该地区气候-生长关系的重要性（Chen等人，2021年；Han等人，2025年）。然而，大多数关于黄土高原的研究仅基于单个站点，这限制了它们在区域尺度上的代表性（Wang等人，2017年）。总之，在这种背景下，黄土高原为研究人工林动态提供了一个具有科学意义和实际价值的案例。

因此，本研究利用树木年轮记录，考察了过去四十年黄土高原上人工林的生长趋势。我们进一步确定了调节径向生长的主要气候和环境因素，并探讨了在持续气候变化下的这些响应机制。研究结果有望为干旱和半干旱地区的可持续造林策略和适应性森林管理提供科学依据。

研究区域

黄土高原位于中国黄河的中上游，地理范围为东经100°54′–114°33′，北纬33°43′–41°16′。该地区东西跨度约1000公里，南北跨度约750公里，总面积为642,000平方公里，约占中国陆地面积的6.5%。其海拔高度在800至3000米之间（Gou等人，2025年）。该地区的多年平均降水量从东南向西北逐渐减少

气候变化下树木径向生长的时空变化

在过去四十年中，大多数采样点（69个站点，占84%）表现出树木径向生长下降的趋势（见补充材料中的图2a、表S1和图S2）。具体来说，64个站点（占所有站点的78%）表现出先增长后下降的趋势。在这些站点中，大多数转折年份发生在2010年之后（64个站点中的59%），其中27个站点（37%）在2010年出现转折点，16个站点（22%）在2015年出现转折点（见图2b）。相比之下，有5个站点

2010年后黄土高原上的树木生长下降

黄土高原上的大多数树木从生长转为下降，其中大多数转折点发生在2010年之后（见图2）。这一模式与之前关于2010年后黄土高原生态系统稳定性下降的研究结果一致（Wang等人，2023年）。然而，这一发现似乎与许多记录了过去四十年归一化植被指数（NDVI）持续增加的研究结果相矛盾（Fan等人，

结论

黄土高原是世界上典型的生态脆弱地区之一，经历了大规模的人工林建设活动。我们从黄土高原的82个人工林站点收集了树木年轮数据，涵盖了三种常见树种：P. tabuliformis、P. simonii和R. pseudoacacia。对近40年的生长趋势分析表明，大多数树木表现出先增长后下降的趋势，其中大多数转折年份发生在2010年之后。

CRediT作者贡献声明

刘金豪：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、软件、方法论、数据管理。赵正远：撰写——审阅与编辑、调查、数据管理。万凌凡：撰写——审阅与编辑、监督。刘亚玲：数据管理。李宗山：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、调查、数据管理、概念化。冯晓明：撰写——审阅与编辑、资源获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（项目编号：2024YFF1306301和2022YFF0801802）、内蒙古自治区重大科技创新示范项目（项目编号：2025ZDSF0010-02）以及内蒙古自治区重大科技项目（项目编号：2024JBGS0023和2025KJHZ0048）的支持。