復雜森林冠層結構可降低干旱期間的樹木死亡率發現

　　氣候變化正在持續增加全球干旱的頻率、嚴重程度和持續時間，導致大量樹木死亡，進而威脅森林生態系統健康。掌握干旱脅迫下樹木死亡的驅動因子和規律是生態學研究關注的重要問題。干旱期間的樹木死亡是復雜的生理生態過程，而冠層結構被認為是其中的重要影響因素之一。一般認為，冠層結構對干旱期間樹木死亡率的影響主要有兩條途徑：一是通過調控樹木個體在干旱期間的水分供需；二是通過改變與鄰體間的資源競爭與分配。然而，這兩條路徑對干旱期間樹木死亡率的作用方向和機制存在爭議，亟待進一步明晰。

　　中國科學院植物研究所蘇艷軍研究組與國內外科研人員合作，利用機載激光雷達和多時相高分辨率影像構建了近百萬株樹木的個體數據集，精準識別了每株樹木的樹種、冠層結構參數和死亡情況，并基于該海量數據集系統分析了干旱期間樹木死亡率與冠層結構間的關系。研究發現，隨著樹木個體大小（如樹高）的增加，干旱期間樹木死亡率在不同樹種間普遍呈現出“上升—下降—上升”的分段規律，而不是單調上升的現有認知；而反映樹木個體與鄰體間資源競爭關系的冠層結構參數與干旱期間樹木死亡率在不同樹種間呈現出統一的負相關關系。通過結合輻射傳輸模擬和BEPS陸地生態系統模型模擬，研究發現，上述現象可能與復雜森林冠層所產生的遮陰效果有關。雖然在正常氣候條件下，光競爭是樹木生長的限制因子，但在干旱期間，復雜森林冠層所帶來的光競爭可以顯著提高冠層的陰影比例，從而降低由蒸散發所帶來的水分丟失，提高樹木的存活概率。上述研究表明：在全球氣候變化背景下，森林管理與保護應充分考慮冠層結構復雜性；由不同物種、年齡組成的復雜森林冠層有助于提高森林生態系統抵御干旱的能力。此外，本研究揭示了遙感技術帶來的海量數據在森林管理與保護中的潛力，提出了應進一步推動遙感技術的研究與應用相結合，以促進多效益森林管理與保護的發展。

　　近日，相關研究成果在線發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。南京師范大學、新加坡國立大學、美國新澤西理工學院、美國賓夕法尼亞州立大學、北京大學、美國加利福尼亞大學默塞德分校、美國加利福尼亞大學伯克利分校等的科研人員參與研究。研究工作得到國家重點研發計劃青年科學家項目和國家自然科學基金等的支持。

　　森林冠層結構對干旱期間樹木死亡率的影響示意圖