气候变化正在持续增加全球干旱的频率、严重程度和持续时间，导致大量树木死亡，进而威胁森林生态系统健康。掌握干旱胁迫下树木死亡的驱动因子和规律是生态学研究关注的重要问题。干旱期间的树木死亡是复杂的生理生态过程，而冠层结构被认为是重要的影响因素之一。一般认为，冠层结构对干旱期间树木死亡率的影响主要有两条途径：一是通过调控树木个体在干旱期间的水分供需；二是通过改变与邻体间的资源竞争与分配。然而，这两条路径对干旱期间树木死亡率的作用方向和机制存在争议，亟待进一步明晰。

中国科学院植物研究所苏艳军研究组与国内外科研人员合作，利用机载激光雷达和多时相高分辨率影像构建了近百万株树木的个体数据集，精准识别了每株树木的树种、冠层结构参数和死亡情况，并基于该海量数据集系统分析了干旱期间树木死亡率与冠层结构间的关系。研究发现，随着树木个体大小（如树高）的增加，干旱期间树木死亡率在不同树种间普遍呈现出“上升-下降-上升”的分段规律，而不是单调上升的现有认知；而反映树木个体与邻体间资源竞争关系的冠层结构参数与干旱期间树木死亡率，在不同树种间呈现出统一的负相关关系。通过结合辐射传输模拟和BEPS陆地生态系统模型模拟，研究发现，上述现象可能与复杂森林冠层所产生的遮阴效果有关。虽然在正常气候条件下，光竞争是树木生长的限制因子，但在干旱期间，复杂森林冠层所带来的光竞争可以显著提高冠层的阴影比例，从而降低由蒸散发所带来的水分丢失，提高树木的存活概率。上述研究表明：在全球气候变化背景下，森林管理与保护应充分考虑冠层结构复杂性；由不同物种、年龄组成的复杂森林冠层有助于提高森林生态系统抵御干旱的能力。此外，本研究揭示了遥感技术带来的海量数据在森林管理与保护中的潜力，并提出了应进一步推动遥感技术的研究与应用相结合，以促进多效益森林管理与保护的发展。

近日，相关研究成果在线发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家重点研发计划青年科学家项目和国家自然科学基金等的支持。南京师范大学、新加坡国立大学、美国新泽西理工学院、美国宾夕法尼亚州立大学、北京大学、美国加利福尼亚大学默塞德分校、美国加利福尼亚大学伯克利分校等的科研人员参与研究。

论文链接

森林冠层结构对干旱期间树木死亡率的影响示意图