2024年8月27日，北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室何斌教授研究小组与合作者在Geophysical Research Letters杂志发文“Increasing Sensitivity of Tree Radial Growth to Precipitation”，揭示了树木径向生长对降水敏感性的时空变化格局及其驱动因素。

树木通过光合作用固定大气中的二氧化碳，在调节陆地生态系统碳循环中发挥着关键作用。降水是影响树木生长的主要环境因素之一，直接影响到陆地生态系统生产力。准确量化树木生长对降水的敏感性时空变化，对于评估气候变化下的陆地生态系统稳定性和预测全球碳循环动态具有重要意义。然而，当前研究对于树木生长对降水敏感性的长期变化趋势仍存在争议。

该研究使用长时间序列的树木年轮数据作为衡量树木径向生长的指标，并结合多套气候数据，量化了树木生长对降水敏感性的空间格局。结果发现，全球大约有73%的站点表现为正敏感性，仅有27%的站点表现为负敏感性，主要分布于高纬度或高海拔地区。降水敏感性存在明显的干湿分异规律，与湿润区的树木相比，干旱区的树木表现出更高的正敏感性。

图1：(a) 树木生长对降水敏感性的空间分布格局； (b) 降水敏感性沿干燥梯度的变化； (c) 不同生态群落中裸子植物和被子植物的降水敏感性差异；(d) 不同生态群落中主要树种的降水敏感性。

使用30年的滑动窗口量化了降水敏感性的长期变化趋势。发现在1950年前后，全球平均降水敏感性表现出显著增加的趋势(7.38× 10-3）。干旱区树木降水敏感性的增加趋势相比于湿润区更加明显。这表明未来降水模式的变化或许对干旱生态群落树木生长造成更严重的影响。

图2：(a-f) 不同生态群落中降水敏感性的长期变化；(g-h) 1950年前后两个时期内降水敏感性的平均变化趋势。

使用随机森林模型、全球动态植被模型发现降水变化和大气CO2浓度的升高是影响降水敏感性变化的主要驱动因素。重要的是，降水变化和升高的CO2浓度对干旱区和湿润区敏感性的变化均存在相反的影响。湿润区敏感性的增加主要是由降水减少导致的，而干旱区则相反。CO2浓度的升高主要对干旱区的敏感性增加存在正向作用，而对湿润区敏感性的增加存在负向作用。

图3：左侧散点图表示不同生态群落降水敏感性与平均降水之间的关系；右侧柱状图表示基于全球动态植被模型量化的不同驱动因素对降水敏感性变化的贡献。

本研究从树木径向生长的角度对降水敏感性的时空变化特征提供了新认识。随着持续的气候变化，树木生长对降水变化越来越敏感，潜在地影响到生态系统稳定性。未来更频繁和更严重的极端干旱，或许将对陆地生态系统碳汇造成更严重的威胁。

北京师范大学地理科学学部2021级博士研究生李铁威为论文的第一作者，何斌教授和郭兰兰教授为共同通讯作者。论文主要合作者包括瑞典哥德堡大学陈德亮院士和瑞典查尔姆斯理工大学Hans W. Chen教授等。该研究得到了地表过程与资源生态学国家重点实验室项目、国家自然科学基金项目等的支持。

 

论文链接：  

dx.doi.org/10.1029/2024GL110003