热浪与疏伐对年轻扭叶松林树木生长及土壤水分的交互影响研究

《Forest Ecosystems》：Impact of heatwave and thinning on tree growth and soil water content in young lodgepole pine forests

　　本研究针对全球气候变化下极端热浪事件频发但生态影响机制不清的科学问题，通过7年野外定位观测，揭示了2021年太平洋西北热浪对加拿大不列颠哥伦比亚省年轻扭叶松林树木生长和土壤水分含量(SWC)的抑制效应，创新性发现疏伐处理能显著缓解热浪对树木生长的负面影响并促进灾后恢复。研究成果为森林应对气候变化的适应性管理提供了关键科学依据。

　　

随着全球气候变化的加剧，极端气候事件如热浪和干旱正变得越来越频繁。这些事件对森林生态系统产生了深远影响，尤其是对树木生长和土壤水文过程。尽管干旱的影响已被广泛研究，但热浪对树木生长和土壤水分含量(SWC)的影响，特别是在疏伐处理下的响应机制，仍不清楚。2021年太平洋西北热浪事件为科学家提供了一个独特的机会，来探究热浪和疏伐对森林生态系统的交互影响。

在这项发表于《Forest Ecosystems》的研究中，研究人员以加拿大不列颠哥伦比亚省上部彭蒂克顿溪(UPC)配对小流域实验区的年轻扭叶松林为研究对象，通过长达7年(2018-2024年)的生长季(6-9月)连续观测，系统评估了热浪和疏伐处理对森林生长和土壤水分的影响。研究设置了三种处理：未疏伐对照(27,000株·ha^-1)、轻度疏伐(4,500株·ha^-1)和重度疏伐(1,100株·ha^-1)。

研究团队采用了多项关键技术方法：通过HOBO气象站连续监测气温(T)、相对湿度(RH)、太阳辐射(SR)、风速(W_{s)和降雨(P)等气象要素；使用TEROS 11土壤传感器监测土壤水分含量(SWC)和土壤温度(Ts)；采用电子卡尺定期测量胸径(DBH)以表征树木生长；应用配对年份分析法分离热浪对水文过程的影响；利用非参数曼-惠特尼U检验进行统计学差异分析。}

3.1. 生长季气象条件与极端气候事件

研究发现2021年生长季是观测期中最热的季节，平均气温达12.6°C，比长期平均高约1°C。2021年6月29日热浪期间气温峰值达27.6°C，比同期正常年份高出约13°C。尽管2021年生长季未发生气象干旱，但热浪导致了土壤水分含量的显著降低。

3.2. 疏伐对树木生长和SWC的影响

疏伐处理显著促进了树木生长，重度疏伐样地的DBH增量最大(平均4.1mm)，显著高于未疏伐对照(平均1.8mm)。然而，疏伐8年后，不同处理间的SWC在正常气候年份无显著差异，但土壤温度(T_s)随疏伐强度增加而显著升高。

3.3. 热浪对树木生长和SWC的影响

2021年热浪显著抑制了所有样地的树木生长，并导致SWC显著降低。与正常气候年份(2023年)相比，热浪年份的SWC在未疏伐、轻度疏伐和重度疏伐样地分别降低了15.5%、11.4%和22.2%。

研究结果表明，疏伐处理能有效缓解热浪对树木生长的负面影响。在疏伐样地中，树木生长在热浪后的2022年即得到恢复，而未疏伐样地的生长抑制效应持续至2024年。这一发现凸显了疏伐作为气候变化适应性管理策略的重要性。

讨论部分进一步阐明了其机制：疏伐通过减少林木竞争，提高资源可利用性，促进了个体树木生长。虽然疏伐初期会增加土壤水分，但长期来看，由于林冠开敞导致的土壤蒸发增加抵消了蒸腾减少的增益。热浪通过引发水文干旱和影响光合作用等途径抑制树木生长，而疏伐处理的林木因具有更好的生长态势和资源利用效率，表现出更强的恢复力。

该研究不仅证实了疏伐对促进树木生长的长期积极效应，更重要的是揭示了疏伐在增强森林抵御极端热浪事件能力方面的关键作用。研究结果为不列颠哥伦比亚省过密年轻扭叶松林的管理提供了科学依据，对全球类似生态系统的气候变化适应性管理具有重要参考价值。尽管存在土壤水分数据缺失等限制，这项长期定位研究为理解森林生态系统对极端气候事件的响应机制提供了宝贵见解。