森林作为地球上最重要的生态系统之一，在全球碳循环中扮演着重要角色，并被认为是减缓气候变化的优质碳汇。然而，在当前气候变化背景下，频发的极端干旱事件对全球森林生产力造成了显著的影响，如引发树木死亡和碳释放，这将从根本上削弱森林在减缓气候变暖中的作用，甚至加速气候变化。森林生态系统通常由多种植被构成，深入理解不同植被对气候变化及干旱事件响应的异同，对于制定有效的森林生长保护措施和我国双碳战略的实施具有重要意义。然而，相关问题的研究在作为中国重要分界带的秦岭地区却极为匮乏。
秦岭是天然油松（Pinus tabulaeformis Carr.）分布的最南界，也是天然铁杉（Tsuga chinensis Pritz.）生长的最北界。中国科学院地球环境研究所极端气候事件及影响（EXCEIS）团队以秦岭南坡同一栖息地的油松和铁杉为研究对象，通过树木年轮学方法分别建立了油松和铁杉的树轮宽度（TRW）年表。分析结果表明，生长在同一栖息地的油松和铁杉的TRW都与温度呈正相关关系，然而，它们对降水和scPDSI（帕尔默干旱指数）的响应存在差异。油松TRW与月降水量和scPDSI主要呈负相关关系，而铁杉TRW与降水量主要呈正相关关系（图1），它们对水分条件响应的差异可能与两个针叶树种之间的物种偏好有关。器测时段的31年滑动相关分析（图2）和K-S检验分析结果表明，油松和铁杉TRW对关键气候因子的响应模式随着时间变化都发生了质的改变：油松TRW对前一年6月至9月平均最高气温的正响应随时间减弱变为无响应；尽管其对前一年7月至9月降水量的响应随时间变化仍呈显著负相关，但显著程度有所下降。相比之下，铁杉对前一年9月到当年6月降水量的敏感性随时间变化而增强。
图1 油松（左）与铁杉（右）树轮宽度年表分别与气候因子的相关分析结果
图2 油松（a）和铁杉（b）树轮宽度年表与关键气候因子的31年滑动相关系数
P6-P9代表前一年6-9月；P9-C6代表前一年9月到当年6月。其他相似表达方式代表相似的含义
针对树木生长对干旱事件的抵抗力（Rt）、恢复力（Rc）和弹性力（Rs）的研究表明，油松和铁杉的干旱响应模式较为一致（图3）。1933年的短暂干旱事件没有对油松和铁杉产生显著负面影响，然而，当面临1941–1944年的长期严重干旱事件时，这两个树种的TRW都出现了下降，可见干旱事件的持续时间和严重程度对抑制这两个物种的生长起着重要作用。尽管如此，油松相较于铁杉表现出更强的抗旱能力。
图3 油松（左）和铁杉（右）标准年表分别对1933年和1941–1944年干旱事件的响应模式
Rt代表抵抗力；Rc代表恢复力；Rs代表弹性力。
因此，在未来气候持续变暖和干旱加剧的情景下，秦岭南坡的生态环境将更有利于油松生长，而对铁杉生长不利。这可能导致森林中物种组成的改变，具体体现为油松的比例可能会上升，铁杉的比例则可能下降。因此，森林管理策略应当更具针对性，特别是对于像铁杉这类抗旱性较弱的树种，需要在秦岭南坡采取更加积极的保护措施。
这项研究成果已发表于国际学术期刊Global Ecology and Conservation上，中国科学院地球环境研究所谢梅博士研究生为第一作者，蔡秋芳研究员和刘禹研究员为共同通讯作者。该项工作得到陕西省自然科学基础研究项目（2024JC-ZDXM-17）、中国科学院战略重点研究项目（XDB40010300）、山东省基金（LSKJ202203300）、国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目（42361144712）、陕西省自然科学基础研究项目（2023-JC-QN-0307）、陕西关中平原区域生态环境变化与综合治理国家观测研究站和中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室（SKLLQG2323）等项目的联合资助。
Mei Xie, Qiufang Cai*, Yu Liu*, Meng Ren, Qiuyue Zhou, Hanyu Zhang and Kebayier Meng. Assessing Climatic Response and Drought Resilience in Growth of Pinus tabulaeformis Carr. and Tsuga chinensis Pritz. on the Southern Slope of the Qinling Mountains, Global Ecology and Conservation , 2024,53, e02999.
https://doi.org/10.1016/j.gecco.2024.e02999
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