在全球變暖背景下，極端氣候事件日益頻發(fā)，不僅夏季干旱等“缺水事件”增多，冬季氣溫在0℃上下頻繁波動產(chǎn)生的凍融循環(huán)現(xiàn)象也愈發(fā)常見。冬季凍融循環(huán)可通過誘導木質(zhì)部形成氣穴化栓塞等過程，破壞溫帶森林樹木的導水系統(tǒng)，進而影響其正常生長和存活。此外，上述氣象因素如何與局域生境(如鄰域競爭)共同影響樹木生長，以及不同物種如何通過自身功能性狀適應這些變化，目前仍不清楚，這極大限制了氣候變化背景下對溫帶森林動態(tài)及其碳匯功能的準確預測。

圍繞上述科學問題，森林生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能團隊，依托在長白山建立的25公頃闊葉紅松林樣地，選取了20種代表性落葉闊葉樹種的593株個體，利用樹木帶狀生長環(huán)連續(xù)監(jiān)測了8年(2010–2017年)的徑向生長動態(tài)。在此基礎上，測定了比葉面積、木材密度、比根長、木質(zhì)部導管直徑、導管密度和木質(zhì)部導水率等6個關鍵功能性狀指標，并量化了三個核心環(huán)境因子：(1)冬季凍融循環(huán)頻率(FTC)：利用樣地附近氣象站逐小時氣溫數(shù)據(jù)，統(tǒng)計每年從前一年10月至當年5月氣溫跨越0℃的次數(shù)，作為冬季凍融循環(huán)事件強度指標;(2)夏季水分可利用性(WA)：采用5–10月的標準化降水蒸散指數(shù)(SPEI)表征生長季水分狀況，用于衡量“夏季干旱—濕潤”的年際差異;(3)樹木鄰域競爭指數(shù)(NCI)：以20 m半徑內(nèi)鄰近樹木的胸徑和距離構建鄰域競爭指數(shù)，反映鄰域競爭強度。通過構建分層貝葉斯模型，系統(tǒng)量化了上述氣象因素、鄰域競爭及功能性狀對溫帶森林樹木生長動態(tài)的綜合影響。

研究發(fā)現(xiàn)，冬季凍融越頻繁，樹木生長速率越低，而夏季水分可利用性對生長并未表現(xiàn)出顯著影響。這表明在水分相對充沛的濕潤溫帶地區(qū)，冬季凍融循環(huán)誘發(fā)的導水失效，比典型生長季干旱對樹木生長的限制作用更強。在局域環(huán)境方面，鄰域競爭普遍抑制樹木生長(尤其是小樹)，但其與凍融循環(huán)的影響相互獨立。進一步結(jié)合功能性狀分析發(fā)現(xiàn)，不同樹種在“生長速率”與“抗逆性”之間存在明顯的權衡關系：獲取型樹種(即具有較高木質(zhì)部導水效率、較低木材密度和較低比葉面積等特性)的生長速率快，但在冬季頻繁凍融條件下其導水系統(tǒng)更易受損，對凍融循環(huán)更敏感;相反，保守型樹種(即具有較高木材密度、較低導水效率和較高比葉面積等特性)在生長速率上相對較慢，卻在凍融循環(huán)脅迫下表現(xiàn)出更強的抵抗能力。

圖1.夏季水資源可用性(WA)、冬季凍融循環(huán)(FTC)、鄰近擁擠度(NCI)及其相互作用對樹木生長速率的影響。

該研究首次在溫帶成熟森林中，揭示了冬季凍融、夏季水分和鄰域競爭對樹木生長的相對作用，明確了功能性狀對植物適應性的調(diào)節(jié)機制。本研究結(jié)果強調(diào)了在評估溫帶森林對氣候變化的響應時，不應只聚焦夏季干旱，更應重視冬季凍融事件。同時，在森林經(jīng)營與保護實踐中，需要綜合考慮林分密度控制與物種功能性狀配置，以增強森林整體的氣候適應力和碳匯穩(wěn)定性。

該研究成果以“Functional traits shape tree growth response to winter freeze-thaw cycle and neighborhood crowding in humid temperate forests”為題發(fā)表在國際期刊Agricultural and Forest Meteorology上，沈陽生態(tài)所特別研究助理任靜和房帥副研究員為共同第一作者，王緒高研究員為通訊作者。合作者包括沈陽生態(tài)所郝廣友研究員以及法國農(nóng)業(yè)科學院Claire Fortunel教授等。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委項目、遼寧省優(yōu)秀青年科學基金等資助。