何芳良教授研究团队在《Ecology Letters》上揭示全球变暖下树木生长的波动性正在快速升高

树木通过径向生长将叶片光合作用固定的碳，以木质素等稳定形态长期储存在木质部中。这一过程不仅是森林生态系统碳汇增长最主要和稳定的途径，其速率也与树木的整体健康状况，以及繁殖、抗病、为植食动物提供食物等关键生理生态功能密切相关。因此，在全球变暖背景下，树木径向生长的速率与稳定性变化趋势，极大地影响着森林生态系统的未来。

随着全球变暖导致极端气候事件的频率与强度持续增加，越来越多的研究证实其对全球树木生长造成了显著影响。目前，尚缺少大空间尺度的研究系统阐明这些环境变化对全球树木生长平均速率和年际波动性影响的时间格局及空间差异。近日，生态学期刊Ecology Letters发表了华东师范大学-阿尔伯塔大学生物多样性联合实验室（ECNU-Alberta Joint Lab for Biodiversity Study）何芳良教授题为“Variation in Tree Growth Increases With Global Warming”的研究论文。该研究基于全球20余万条树木年轮数据，系统分析了近600年来树木生长速率及其年际变异的历史趋势。

主要研究结果：

（1）树木生长的5年滑动均值与波动性均呈上升趋势，但波动性加速更显著。

        树木生长的平均速率自1925年起显著上升，至2010年累计增幅约8.5%。生长年际波动性（方差）自1975年起加速上升，累计增幅达40.0%，是生长速率增幅的近5倍。其中，约3/4的波动性增加发生在气候加速变暖的1971–2010年间，且未见减缓迹象。生长对全球均温的响应模式呈现非线性特征：随着全球持续升温，生长均值的上升趋于平缓，而波动性则在加速升高。

图1. 过去600年全球树木生长速率的均值和方差变化趋势。左为均值，右为方差，红线为全球升温趋势。

（2）升温是驱动树木生长波动性上升的关键因素。
        全球平均温度与生长均值（r = 0.80）及波动性（r = 0.73）均呈强正相关（p<0.001）。1975年后树木生长波动性的急剧上升与全球变暖相关更为密切（r = 0.93）。

（3）个体水平上，波动性增长也普遍快于均值增长。

        1901–2010年间，大部分（84%）树木个体呈现出“波动性增速快于均值增速”的生长模式，这一模式符合著名的泰勒幂法则 (Taylor's power law)。树木生长的波动性随均值增长的速率在热带气候区和耐旱性较弱的树种中更高，而在干旱区与耐旱树种中则较低，体现了气候变暖背景下，不同生境条件下和具有不同水力功能性状的树木有着不同的维持生长稳定性的能力。

图2. 生长均值-方差在泰勒幂律v=am^b下所计算得到的指数b的全球分布规律，值越大说明生长速率方差随均值升高越快。

主要结论：   

本文研究结果揭示了一个值得警惕的现象：全球变化虽然显著提升了树木生长的平均水平，却也使其生长过程变得越来越不稳定。树木生长不稳定性的增加，可能预示着森林生态系统抵御干扰的能力正在下降，进而影响其固碳、物种多样性维持等关键服务功能的长期可持续性。这项研究提醒我们，关注森林在未来环境变化中的命运，除了需要看树木“长得有多快”，也要关注它们“长得有多稳”。

原文链接：https://doi.org/10.1111/ele.70326

来源：中山大学生物多样性与生态信息学 微信公众号