干旱对树木的影响取决于是什么阻碍了它们的生长

干旱对树木有好处。就是某些树。与预期相反，有时破纪录的干旱会促进树木生长。这是全球变化生物学上一篇新论文的主题。

　　

   

   

图片:生长在寒冷、高海拔地区的白皮松在干旱期间生长得更多，这延长了它们的生长季节。

与预期相反，有时破纪录的干旱会促进树木生长。《科学》杂志上一篇新论文的主题是为什么会发生这种情况．

一组科学家研究了过去一个世纪濒危白皮松对干旱的反应。他们发现，在寒冷、恶劣的环境中——通常是在高海拔和高纬度地区——干旱实际上可以延长树木的生长季节，从而使树木受益。这项研究提供了对极端干旱威胁最大的地方的见解，以及不同的物种和生态系统将如何应对气候变化。

许多因素可以限制树木的生长，包括温度、阳光、水和养分的可用性。能源有限系统和水有限系统之间的界限是特别重要的。试图在过冷的温度下生长的树木——通常是能量有限的系统——可能会冻死。另一方面，太少的水也会杀死一棵树，特别是在水有限的系统中。随着时间的推移，许多树种已经适应了这些极端条件，它们的反应大致相似。它们经常减少与生长有关的活动，包括光合作用和营养吸收，以保护自己，直到天气好转。

“有趣的是，从能源限制到水资源限制的增长转变可能会产生非常意想不到的反应，在寒冷、能源有限的环境中，极端干旱实际上可以促进生长和生产力，即使在加州也是如此。”

研究人员从内华达山脉的白皮松中提取了800个树核，并将树木年轮与气候条件的历史记录进行了比较。这些气候数据跨越1900年至2018年，包括三次极端干旱:1959-61年、1976-77年和2012-15年。他们记录了树木生长和温度在哪些地方呈正相关，哪些地方呈负相关。

作者发现，在10月至5月的平均最高温度约为8.4摄氏度(47.1华氏度)的干旱时期，植物的生长发生了明显的变化。超过这个阈值，极端干旱会减少生长和光合作用。低于这个温度，树木生长得更多，以应对干旱。

“基本上就是，‘生长季节有多长?’”较冷的冬季和较高的积雪通常会导致生长季节缩短，从而限制树木的生长。即使在极端干旱期间，许多生长在这些极端环境中的树木也没有经历过严重的水分压力。这让一组科学家感到惊讶，他们中的许多人已经观察和测量了这种前所未有的现象发生在海拔稍低的内华达山脉。

研究人员很好奇干旱是只影响树干的生长，还是影响整棵树的生长。如果没有更多的数据，他们看到的趋势可能是不同过程对干旱的不同反应的结果。幸运的是，白皮松的针叶可以保存大约8年。这为解决这个问题提供了额外的数据。

研究人员将他们的注意力从树木学转移到了化学上。同一元素的原子可以有不同的重量或同位素，这要归功于它们所含中子的数量。植物代谢的几个方面可以影响叶片和针叶等组织中重碳13和轻碳12的相对丰度。这些变化为树木在干旱期间所经历的水分压力提供了一个粗略的指导。这对研究人员来说是一个福音，因为松针的同位素数据跨越了干旱和非干旱年份。

针叶生长、碳、氮同位素分析表明，全树受限水系统和限能系统之间的阈值影响。树干生长、针叶生长、光合作用和养分循环对干旱的响应方向相反，高于和低于能量和水限制系统之间的阈值。

白皮松的未来非常不确定。该物种最近被列入《濒危物种法》的濒危物种名单，面临着许多威胁，包括疾病、松甲虫侵扰和火灾制度改变的影响。从这项研究中可以清楚地看出，干旱和变暖可能会加剧水资源有限地区的这些威胁，但变暖可能有利于能源有限环境的增长。“这项研究可以帮助制定更有针对性的保护策略，”杜尼说，“以帮助恢复这种历史上广泛分布的树种。”事实上，松树的分布范围很广，从加利福尼亚一直延伸到不列颠哥伦比亚省，再向东延伸到怀俄明州。

研究结果还具有更广泛的意义。大约21%的森林被认为是能源有限的，甚至更高的比例可以被归类为水资源有限的。因此，这两种气候制度之间的转变可能在全球范围内发生。更重要的是，这种转变似乎对氮循环有影响。缺水环境中的树木似乎较少依赖共生真菌来获取氮，而氮对于树木在严酷、能源有限的环境中生长至关重要。

“干旱导致全球树木普遍死亡，这可能会加速全球变暖。”

破译树木应对干旱的多种方式，将有助于我们更好地预测哪些生态系统容易受到气候变化的影响，以及如何制定更有针对性的战略来保护我们的森林。