竞争和蒸气压亏缺是导致祁连山东部地区青海云杉（Picea crassifolia）死亡的主要原因

《Forensic Science International: Synergy》：Competition and vapor pressure deficit drive the mortality of Qinghai spruce (Picea crassifolia) in the eastern Qilian mountains

青海云杉在东部祁连山的径向生长受前生长季VPD和竞争及年温度显著限制，降水影响较小。基于树轮数据和Cox模型分析发现，VPD和竞争是死亡率主要驱动因素，小树（基面积<127cm2）更易受竞争压制而死亡。气候变化加剧干旱和竞争加剧导致青海云杉死亡率上升，需加强小树保护。

　　在全球范围内，气候变化正日益加剧干旱现象，导致树木死亡的规模不断扩大。在中国的祁连山地区，作为主要树冠物种的青海云杉（*Picea crassifolia*）近年来表现出显著的死亡率上升，这突显出深入探讨这一现象内在驱动因素的紧迫性。然而，目前关于青海云杉死亡率增加的机制研究，尤其是竞争、树体大小与气候因素共同作用的研究仍然较为有限。本研究旨在揭示祁连山东部地区青海云杉死亡率上升的机制。我们评估了气候变量与竞争对青海云杉径向生长的影响，结果表明，青海云杉的径向生长主要受到生长季前的蒸气压差（VPD）、竞争以及年平均温度的限制，而降水的影响相对较小。这一发现提示我们，近期由于气候变暖引发的VPD和温度升高，加上竞争压力，可能是导致青海云杉死亡率上升的主要驱动因素。

为了验证这些假设，我们构建了一个Cox比例风险模型，以探讨气候因素和树间竞争如何影响青海云杉死亡的风险。研究结果表明，VPD和竞争是青海云杉死亡的主要风险因素，而树体大小则是其主要的保护因素。为了进一步研究树体大小的作用，我们分析了不同基面积（BA）等级下的死亡风险，并发现较小的青海云杉更容易受到死亡的影响，这可能是因为它们在树体大小相关的不对称竞争中处于劣势。我们还识别出127平方厘米作为一个关键阈值，当基面积低于这一数值时，云杉死亡的概率显著增加。

本研究揭示了随着气候变暖加剧干旱事件，青海云杉的死亡率可能会进一步上升。这一趋势表明，需要加强对树木的保护措施，尤其是对那些在竞争压力下更为脆弱的小树。研究还强调了在评估树木死亡的驱动因素时，应考虑多因素的综合影响，而不仅仅是单一的气候变量或竞争强度。通过整合树体大小、竞争状况和气候因素，我们能够更全面地理解树木死亡的机制，从而为祁连山地区的森林管理提供科学依据。

祁连山位于青藏高原东北部，这一区域对气候变化极为敏感，是重要的生态缓冲区。近年来，祁连山地区经历了显著的升温，升温速率达到了每十年0.26°C，远高于全国平均水平。森林生态系统对气候波动极为敏感，因此受到了气候变化的严重影响。作为该地区主要树冠物种的青海云杉，其生长受到了气候相关抑制的影响，基面积增量（BAI）的下降速率达到了每年?2.2平方厘米。同时，青海云杉的死亡率也呈现逐渐上升的趋势。目前，大多数研究将青海云杉死亡率的上升归因于气候变暖引发的干旱，但现场观察显示，死树与存活树之间存在明显的大小差异，这提示我们，树体大小在竞争中可能扮演了重要角色。

现有的研究大多关注于单一的气候因素，缺乏将气候变量与竞争强度相结合的多因素定量模型，这限制了我们对这些驱动因素如何单独或共同导致树木死亡的评估能力。因此，需要更加系统和深入的研究，以明确竞争、环境压力与死亡之间的内在联系，从而提升我们对青海云杉森林动态的理解。本研究利用祁连山东部地区三个采样样地的树轮数据，评估了气候因素和竞争对青海云杉径向生长及死亡的影响，并提出了两个假设：（i）气候变量，尤其是VPD，以及竞争均显著影响青海云杉的死亡率；（ii）在树体大小不对称的竞争条件下，较小的树木更容易死亡。本研究的结果有助于揭示在不同气候条件和竞争压力下，青海云杉的生长和死亡响应机制，为该地区的森林管理提供科学依据。

本研究的区域选择基于祁连山东部的三个30米×30米的样地（分别标记为MLT1、MLT2和KG），这些样地均位于纯云杉林中。我们记录了每棵树的地理坐标，并通过树轮分析来评估其生长情况。在对气候变量与竞争之间的关系进行分析时，我们发现降水与树轮宽度年轮序列之间的相关性较弱，且不显著（相关系数<0.23，p>0.05）。相比之下，温度与树轮宽度年轮序列之间呈现出显著的负相关，尤其是在生长季前的月份，这种相关性更为明显。例如，在生长季前的月份中，温度与树轮宽度年轮序列之间的相关系数达到了?0.53（p<0.05），而在生长季内的月份中，相关系数为?0.31（p<0.05）。此外，年平均温度与树轮宽度年轮序列之间也表现出显著的负相关（相关系数为?0.49，p<0.05）。这些结果表明，温度的变化对青海云杉的生长具有抑制作用，尤其是在生长季前和生长季内。

与此同时，我们还发现，生长季前的降水和干旱指数（如SPEI和VPD）对青海云杉的径向生长具有显著影响。特别是在3月份，降水与树轮宽度年轮序列之间的相关性显著（相关系数为0.29，p<0.05）。这表明，3月份的降水状况在一定程度上决定了树木的生长情况。然而，这种影响的强度相对较弱，而干旱指数和VPD的影响则更为显著。这些气候变量在生长季前的限制作用，可能对树木的生长产生长期影响，尤其是在资源有限的条件下。

此外，竞争对青海云杉的径向生长也产生了重要影响。通过分析不同树木之间的竞争关系，我们发现，竞争强度与树木的生长情况之间存在负相关。这意味着，随着竞争的加剧，树木的生长受到抑制，甚至可能导致死亡。特别是在树体大小不对称的竞争条件下，较小的树木更容易受到竞争压力的影响，这可能与它们获取资源的能力较弱有关。因此，树体大小在竞争中起到了一定的保护作用，较小的树木虽然在竞争中处于劣势，但它们的死亡风险却相对较高。

通过构建Cox比例风险模型，我们进一步验证了这些假设。模型结果显示，VPD和竞争是影响青海云杉死亡率的主要风险因素，而树体大小则起到了保护作用。这表明，在评估树木死亡的驱动因素时，需要综合考虑气候变量和竞争强度的共同作用。例如，随着VPD的增加，树木的水分胁迫加剧，这可能导致生长受限，进而增加死亡的风险。同时，竞争的加剧也会对树木的生长和存活产生负面影响，特别是在资源有限的环境中。

为了进一步探讨树体大小对死亡率的影响，我们分析了不同基面积等级下的死亡风险。研究发现，基面积小于127平方厘米的树木更容易死亡，这可能是因为它们在竞争中处于劣势，无法有效获取所需的水分和养分。因此，树体大小在一定程度上决定了树木对竞争和气候压力的敏感性。较小的树木由于其生长受限，可能更容易受到环境变化的影响，从而增加死亡的可能性。

本研究的结果不仅揭示了青海云杉死亡率上升的机制，还为该地区的森林管理提供了新的视角。随着全球气候变暖的加剧，干旱事件的频率和强度可能会进一步增加，这将对森林生态系统产生深远影响。因此，需要采取更加积极的保护措施，特别是针对那些在竞争中处于劣势的小树。此外，森林管理策略应考虑树体大小在竞争中的作用，以优化资源分配，提高树木的存活率。

在研究方法上，我们采用了树轮数据来评估青海云杉的生长情况。这种方法不仅能够提供树木生长的历史记录，还能反映气候变化对树木生长的影响。通过分析树轮宽度的变化，我们能够了解树木在不同年份的生长状况，从而推断其对气候和竞争的响应。此外，我们还结合了现场调查和模型分析，以确保研究结果的准确性和可靠性。

总体而言，本研究为理解青海云杉死亡率上升的机制提供了重要的科学依据。通过整合气候变量、竞争强度和树体大小，我们揭示了这些因素如何共同作用，导致树木死亡的风险增加。这些发现不仅有助于提高我们对森林生态系统动态的认识，还为制定有效的森林保护和管理策略提供了参考。未来的研究可以进一步探讨其他潜在的驱动因素，如土壤条件、病虫害等，以全面评估气候变化对森林生态系统的影响。同时，研究结果也可以应用于其他类似生态系统，为全球范围内的森林保护提供借鉴。