本文首发于"生态学者"！
近日，西交利物浦大学吴秀臣教授团队在全球变化生态学领域期刊《全球变化生物学》（Global Change Biology）上发表了题为"Greater Coupling Between Tree Radial Growth and Canopy Activity Is Associated With Weaker Drought Resistance in Drier Closed Forests" 的研究论文。该研究系统地整合1985-2022年2222个郁闭森林样地的树轮年表和30 m分辨率遥感植被指数数据，评估树木径向生长与冠层活动的空间耦合格局、驱动因素及其对极端干旱响应的影响，揭示了二者较强的同步性可能加剧干旱条件下森林生长衰退，尤其在较干旱森林中表现更为明显。研究发现，具有显著正耦合关系的森林在极端干旱期间的径向生长降幅比其他森林高13%-21%，表明较强的径向生长---冠层活动耦合可能削弱森林的抗旱能力。北京师范大学宋文琦博士后为论文第一作者，西交利物浦大学吴秀臣教授为通讯作者。
森林在调节陆地碳循环和缓解气候变化中发挥重要作用。树木径向生长能够反映年际结构性地上生物量生产，是衡量森林结构性碳积累和长期碳汇的重要指标。径向生长既受到气候条件的直接影响，也需要冠层光合活动提供碳水化合物。因此，树木径向生长与冠层活动之间可能存在联系，但二者在不同区域的关联程度及其空间差异仍不清楚。
已有研究表明，径向生长与冠层活动（Cgc）有时表现出同步变化，有时则存在明显解耦，这可能与二者对水分等气候因子的敏感性差异以及复杂的碳分配过程有关。尤其是在干旱地区，较强的耦合可能反映一种相对不灵活的碳利用策略，即树木径向生长较大程度依赖当年新同化的碳，而利用既有储存碳的能力较弱。干旱发生时，气孔关闭甚至叶片脱落会抑制光合作用，减少光合碳的供应；如果树木同时难以有效动员储存碳，径向生长便可能受到更强抑制，从而表现出较低的干旱抗性和恢复力。相比之下，在径向生长---冠层活动耦合较低的森林中，树木径向生长可能具有更加灵活的碳源利用策略，能够在新同化碳供应下降时有效动员储存碳，以维持基本生理活动，缓解干旱造成的径向生长损失。储存碳的有效动员还有助于维持干旱期间的径向生长，并支持受干旱影响的水力结构修复，从而有利于树木径向生长抗旱性和恢复力的维持。然而，目前在洲际尺度上，Cgc与树木径向生长抗旱性及恢复力之间的关系仍缺乏清晰证据。
因此，目前仍缺乏跨大陆尺度的研究，系统揭示树木径向生长---冠层活动耦合关系的空间格局及其气候、生态驱动机制，并阐明该耦合关系与极端干旱下树木径向生长响应之间的联系。尤其值得关注的是，Cgc是否会影响树木径向生长对极端干旱的抗性与恢复能力？这种影响是否具有显著的空间异质性？其潜在驱动机制又是什么？
为回答这一问题，该研究首次在北半球跨大陆尺度上，基于2222个森林样地构建的树轮网络，系统分析北半球树木径向生长---冠层活动耦合关系的空间格局、气候和生态驱动因素，以及其与极端干旱下径向生长抗旱性和恢复力的关系。为更加全面、精细地刻画森林冠层活动，该研究创新性地整合了多源、高时空分辨率的植被生产力代理数据。结果表明，较强的Cgc主要出现在气候限制较强、土壤较干燥且两种过程气候敏感性更为相似的森林中，并可能加剧树木径向生长对极端干旱的脆弱性。
研究发现，在北半球2222个郁闭森林样地中，仅约11%的样地表现出树木径向生长与冠层活动之间显著的正向耦合关系，说明这种耦合并不是北半球森林中普遍存在的现象。与干旱半湿润森林和湿润森林相比，干旱森林表现出更强的耦合关系，同时呈现显著正相关的样地比例更高。正向耦合效应主要出现在以下森林中：树木径向生长和冠层活动对气候因子的敏感性更加一致，生长季土壤水分更低，并且昼夜温差更大。这些结果表明，树木径向生长与冠层活动的气候响应一致性，以及森林所处的水热环境，是调控径向生长-冠层活动耦合关系空间变异的重要因素。尽管这种耦合效应在空间分布上并不广泛，但它似乎加剧了森林对极端干旱的脆弱性；且在单一年份及连续多年份中，均可检测到该耦合效应与森林对极端干旱事件的生长抗性之间存在显著关联。
总体而言，该研究结果凸显了树木径向生长与冠层活动之间的耦合作用，对于塑造森林碳固存潜力及干旱脆弱性具有重要意义；该发现可为改进植被模型提供关键科学依据及核心参数。
