《Frontiers in Plant Science》：Divergent climatic response patterns of radial growth in healthy and declining poplar forests in the Engebei Ecological Demonstration Zone of Ordos, China
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引言：气候变暖引发的极端干旱导致全球森林大幅生长衰退及大面积树木死亡，此类现象在人工林生态系统中尤为显著。本研究旨在评估健康与衰退型西蒙氏杨（Populus simonii Carr.）人工林径向生长对气候响应的分异特征。方法：研究人员在中国鄂尔多斯恩格贝生态
引言：气候变暖引发的极端干旱导致全球森林大幅生长衰退及大面积树木死亡，此类现象在人工林生态系统中尤为显著。本研究旨在评估健康与衰退型西蒙氏杨（Populus simonii Carr.）人工林径向生长对气候响应的分异特征。方法：研究人员在中国鄂尔多斯恩格贝生态示范区分别建立了健康（1996–2024年）与衰退（1994–2024年）西蒙氏杨人工林的树轮宽度年表，以探究其对气候因子的差异化响应。结果：衰退年表的所有统计参数均高于健康年表，表明衰退年表质量更高且共性信号更强，而健康年表相对较弱。气候-生长响应分析显示，衰退木的径向增量对气候变化表现出显著高于健康木的敏感性，而其基底面积增量（BAI）则呈现相反模式——衰退木的气候敏感性显著低于健康个体。随着西蒙氏杨进入生长衰退期，干旱胁迫对径向生长的抑制作用日益增强，而增温引起的基底面积增量刺激效应逐渐减弱。讨论：径向生长与基底面积增量对气候变化的差异化响应，揭示了塑造研究区杨树林衰退的关键气候决定因子。总体而言，本研究有助于从机理层面理解鄂尔多斯地区杨树林气候驱动的衰退过程，并为当地退化人工林的生态恢复与可持续管理提供了科学依据。
该研究针对中国鄂尔多斯恩格贝生态示范区内的西蒙氏杨（Populus simonii）人工林，深入探讨了健康与衰退林木在径向生长动态及其对气候响应上的显著差异。研究背景植根于中国“三北防护林工程”，该工程作为世界上最大的生态修复项目，面临着因气候暖干化及不合理造林策略导致的防护林大面积生长衰退问题。特别是在干旱半干旱区，水分资源的限制使得杨树等速生树种的人工林极易发生水力衰竭和碳饥饿，进而导致生态系统服务功能的丧失。为了揭示气候变暖背景下人工林衰退的生理生态学机制，研究人员在此开展了长期的野外观测与室内分析工作。
在研究方法上，研究人员首先依据冠层枯损率和遥感影像解译，在恩格贝生态示范区划分了健康与衰退的西蒙氏杨样地。随后采用生长锥在胸高处钻取木芯样本，经风干、固定、打磨后，利用LINTAB系统测量树轮宽度，并通过COFECHA程序进行交叉定年检验。基于ARSTAN程序，研究人员建立了标准化（STD）和残差（RES）树轮宽度年表，并利用dplR包计算了基底面积增量（BAI）年表。气候数据来源于CRU TS v4.09全球网格数据集，通过DendroClim2002软件分析了树轮年表与气候因子（包括月平均气温、最高气温、最低气温、降水及标准化降水蒸散指数SPEI）之间的相关关系，并构建了多元线性回归模型量化气候对生长的调控程度。
研究结果显示，在年表统计特征方面，衰退木年表的标准差（SD）、平均敏感度（MS）、一阶自相关（AC1）、平均序列间相关系数（Rbar）及信噪比（SNR）均高于健康木年表，表明衰退木的生长受外部环境波动影响更大。在气候变量与树轮年表的变率分析中，1950至2024年间研究区呈现显著的暖干化趋势，最低温度升幅最大，SPEI指数显著下降。在年表的时间演变特征上，健康木的标准和残差年表呈显著增加趋势，而衰退木年表则显著下降；尽管两者的BAI年表均呈上升趋势，但健康木的增幅远高于衰退木。在气候-生长关系的响应分析中，衰退木的标准和残差年表对气候表现出更高的敏感性，特别是对最高温呈显著负相关，对降水和SPEI呈显著正相关；而健康木的BAI年表则对温度因子表现出极强的正响应。多元线性模型进一步证实，温度和水分因子对衰退木径向生长变异的解释率显著高于健康木。
讨论部分指出，健康与衰退杨树在年际生长趋势及气候响应上的差异源于其不同的生理调节机制。衰退木由于木质部栓塞风险增加及非结构性碳水化合物（NSC）储备不足，导致其水力安全性降低，从而对干旱胁迫表现出极高的敏感性。相比之下，健康木拥有更深的根系分布和更高的水力传导效率，能够维持较高的光合速率和水分利用效率，因此在暖干化背景下仍能保持正向生长。研究特别强调，最高温（TMX）而非平均温对衰退木的抑制作用更为明显，这可能与高饱和水汽压差（VPD）加剧叶片水分失衡有关。此外，BAI指标在两类林分中的分异表明，单纯依靠生物量积累评估林分健康可能掩盖早期的径向生长衰退信号。
结论部分总结道，鄂尔多斯高原恩格贝生态示范区西蒙氏杨人工林中，衰退木的径向生长呈显著下降趋势，而健康木则持续增加。近期暖干化气候条件对衰退木的径向生长总体表现为抑制效应，而对健康木则表现为促进作用。气候变暖引发的干旱胁迫是该区域杨树林生长衰退的主要诱因。这些发现为理解中国旱区防护林衰退机制及制定针对性的生态恢复与可持续管理措施提供了重要的科学支撑。该研究成果已发表于《Frontiers in Plant Science》。
