《Ecological Frontiers》：The contrasting features of tree growth and climate sensitivity of growth healthy and decline Simon poplar forests in the Ordos Plateau, China
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杨树在气候变化下的生长衰退机制研究——以中国东北部鄂尔多斯高原Jungar Banner地区健康与衰退西蒙杨为例，通过树轮年轮分析发现，衰退杨树对温度和水资源的气候变化更敏感，且自2000年后呈现长期负增长趋势，而健康杨树在干旱胁迫下仍保持更强的恢复力和抗逆性。研究结果为半干旱区人工林可持续管理提供科学依据。
刘亚玲|李宗山|高光耀|吕一禾|陈少腾|荣青|张晓娟|司庆碧丽格|李浙江|郭月|刘建波
中国科学院生态环境科学研究院区域与城市生态国家重点实验室，北京 100085，中国
摘要
随着全球变暖和干旱加剧，杨树衰退现象在中国北方日益普遍。然而，关于径向生长对气候变化的敏感性以及衰退树木的干旱适应机制仍知之甚少。在本研究中，我们为中国北方鄂尔多斯高原东北部的准格尔旗健康和衰退的西蒙杨（Populus simonii Carr.）建立了标准的年轮序列。我们的目标是评估它们的气候响应和生态恢复力。研究结果表明，衰退树木的年轮序列具有更高的统计质量，但自2000年以来显示出长期下降的生长趋势，而健康树木则呈现增长趋势。西蒙杨年轮序列的气候-生长关系显示，衰退树木对温度和水分供应更加敏感。健康树木在不同干旱强度下保持了较高的抵抗力、恢复力和恢复能力。相比之下，随着干旱程度的增加，健康和衰退树木的抵抗力及恢复力均有所下降，但恢复能力有所增强。这些发现有助于我们更好地理解健康和衰退西蒙杨的气候敏感性和干旱适应机制，并为在气候变化背景下改进杨树管理提供宝贵见解。
引言
人为温室气体排放的迅速增加加速了全球变暖，使气候变化成为全球最紧迫的环境挑战之一[1,2]。森林作为最大的陆地生态系统，在全球生物地球化学循环和能量流动中发挥着关键作用，对维持生态稳定至关重要[3,4]。然而，气温上升和干旱频发导致许多树种生长衰退，显著改变了生态系统的结构和功能[5][6][7]。
中国北方三北地区以干旱至半干旱气候、水资源有限和严重土壤侵蚀为特征，一直是生态恢复的重点区域[8]。自1978年以来，大规模的植树造林和农田转森林项目显著增加了森林覆盖率并减少了土壤侵蚀，带来了显著的生态效益[9,10]。然而，该地区的干旱气候、高种植密度、过度蒸散作用以及土壤干燥层的形成，为树木的长期生长创造了不利条件[11,12]。在长期或严重干旱的情况下，这些因素常常导致树木过早衰退或死亡，对森林稳定性和区域可持续性构成威胁[13]。尽管这些人工林具有重要的生态价值，但导致树木生长衰退的机制仍不甚明了，限制了预测能力和管理策略的制定[14]。
西蒙杨是内蒙古鄂尔多斯高原的主要造林树种。它具有较高的耐旱性和耐寒性，对气候和土壤条件要求较低，适应性强，在防风林建设、固沙以及水土保持方面发挥着重要作用[15]。21世纪初以来，由于气候变化和人为干扰的共同作用，当地杨树防护林出现了大规模的枝条枯死甚至整体死亡现象[16]。衰退表现为生长停滞、抗旱和抗寒能力下降、生理过早成熟以及病虫害易感性增加[17,18]。
年轮分析是量化树木长期生长动态和评估树木对气候压力响应的强大工具。然而，很少有研究在同一林分中比较健康树木和衰退树木的生长趋势、气候敏感性和干旱恢复力。本研究调查了鄂尔多斯高原东北部准格尔旗的健康和衰退西蒙杨个体，建立了标准年轮序列，并分析了径向生长模式、气候-生长关系以及干旱胁迫下的生态恢复力差异。基于以往研究和半干旱人工林的生态特征，我们提出以下假设：（i）衰退的西蒙杨对气候（尤其是暖季温度和水分供应）的敏感性高于健康树木；（ii）健康树木具有更高的抗旱性和恢复能力，能在日益严重的干旱胁迫下表现出更强的生态恢复力。我们的目标是阐明人工林中杨树衰退的机制，并为半干旱地区的管理和生态恢复提供科学指导。
研究地点、气候和物种
本研究在中国内蒙古鄂尔多斯高原东北部的准格尔旗进行，海拔1072米（111.24°E，39.87°N；图1）。该地区属于典型的沙漠草原地带，具有中温带大陆性半干旱气候，四季分明，无霜期较长，阳光充足[19]。根据1975年至2022年的当地气候数据，年平均气温在6.3°C至
杨树年轮序列的统计特征
本研究为健康和衰退的西蒙杨建立了两个标准年轮序列。健康树木的年轮序列覆盖1980–2022年，衰退树木的年轮序列覆盖1979–2022年。两个序列均表现出明显的年际变化，平均敏感性分别为0.436和0.456。衰退树木的标准差（0.172）和一阶自相关系数（0.577）高于健康树木（0.112和0.301），表明其生长变化更大（表1）。
气候变化对健康树木和衰退树木的不同影响
对健康树木和衰退树木的标准年轮序列与关键气候因素的相关性分析显示，基于树木活力，两者在气候敏感性上存在明显差异（图4）。具体而言，衰退树木对温度和水分供应的年际变化更为敏感。这种差异在更长的时间尺度上更为明显
结论
本研究建立了中国北方鄂尔多斯高原准格尔旗健康和衰退西蒙杨人工林的年轮宽度序列，旨在探讨它们在气候响应和生态恢复力方面的差异。结果表明，衰退树木的年轮序列具有更高的统计质量，但自2000年以来其生长趋势显著下降，而健康树木则呈现显著增长趋势。
作者贡献声明
刘亚玲：撰写——初稿、软件使用、方法论、数据分析、概念构建。李宗山：资源获取、资金筹集、数据管理、概念构建。高光耀：撰写——审稿与编辑。吕一禾：撰写——审稿与编辑。陈少腾：撰写——审稿与编辑、软件使用。荣青：撰写——审稿与编辑。张晓娟：撰写——审稿与编辑。司庆碧丽格：撰写——审稿与编辑。李浙江：撰写——审稿与编辑。郭月：撰写——审稿
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了内蒙古自治区重大科技项目（2024JBGS0023和2025KJHZ0048）、鄂尔多斯重点科技计划项目（ZD20232324）以及鄂尔多斯荒漠化防治与可持续发展院士专家工作站的财政支持。我们感谢匿名审稿人对本文质量的宝贵建议和意见。
