点击题目获取原文 ▲
研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 综合分析树种在林窗边缘的生长和适应性反应，特别是干旱压力下的冠层及生长变化；
2. 开发出不同于以往研究中使用的冠层变量，提高评估准确性；
3. 强调长期监测边缘树木的重要性，研究结果有助于制定更有效的森林管理策略。
01
研究背景
林窗指森林群落中高大树木死亡、倒伏或移除后在林冠层形成空隙的现象。随着人类活动和异常自然干扰频发，中欧森林面临着林窗日益扩大的问题，同时也在林窗与森林的结合部位构成大面积的林窗边缘。虽然林窗能够为边缘树木提供更多光照，从而减少树木间的竞争压力，然而，树木冠层结构对其产生的具体响应仍不确定。研究表明，树冠外部特征与树木内部结构密切相关；生长在较低密度条件下的年轻树木对干旱的敏感性较低。但在林窗区域，由于树冠遮蔽减少，微气候特征可能发生显著变化，暴露在空隙中的表层土壤温度通常较高且风速增大，这些因素均会增加树木所面临的干旱压力。此外，根据气候模型预测，未来干旱的发生可能会更加频繁，持续时间更长且强度更大，这会对森林边缘区域的树木构成更加严峻的生存挑战。
与林分相比，当前人们对森林边缘树木的干旱胁迫响应知之甚少，且尚无研究调查温带森林中临时边缘(指暂时没有树木覆盖的森林区域，通常会通过森林的自然再生逐渐恢复植被覆盖)中不同树种的干旱胁迫响应。而且对边缘树木在林窗形成后的树冠结构发展、不同树种如何从临时边缘中受益以及干旱如何影响边缘树木的生长，都了解甚少。本研究对德国长期试验样地中的5种主要树种展开调查，对比分析临时空隙边缘区域内的树木和林分树木之间的生长差异。
02
研究方法
本文研究区域位于德国南部的12个长期实验样地，这些样地主要受自然灾害或疏伐等人为干扰，产生林窗。研究对象为样地中的5种主要树种: 欧洲云杉(Picea abies L. Karst)、欧洲水青冈(Fagus sylvatica L.)、欧洲赤松(Pinus sylvestris L.)、栎属(Quercus spp.; Quercus petraea (Matt.) Liebl., Quercus robur L.)和欧洲冷杉(Abies alba Mill.)。选取249棵树木，包括110棵位于临时空隙边缘的树木(边缘树木)和139棵至少距离空隙30米远的林分内树木(林分树木)，并测量胸径、树高和冠高。之后，采集树轮样本，并通过数字定位台和软件进行测量，分析树木的基面积增长。利用基于气候变量和地形数据的中尺度水文模型(mHM)计算土壤湿度指数(SMI)，量化树木的水分供应状况。
使用地面激光扫描(TLS)技术对样地进行扫描，获取树木三维点云数据；将点云数据注册到本地坐标系统中，进行去噪和体素化处理，提取研究树木的三维结构。从点云数据中计算出树冠长度、半径、投影面积等描述树冠形状和结构的变量。使用线性混合模型预测边缘树木相对于林分树木在湿润和干燥土壤水分条件下的基面积增长，分析树木对干旱胁迫的响应。
图 1｜欧洲水青冈、欧洲云杉、栎属、欧洲赤松和欧洲冷杉的气候生态位图，包括它们在气候条件下的分布情况以及实验样地的气候位置
03
研究结果
不同树种对林窗的适应反应具有特异性。具体表现为: (1) 研究树种在林窗形成后，其基面积增长表现出正向或负向的不同反应；(2) 干旱条件下，边缘区域内部分研究树种相对比林分树木生长更为明显，而部分研究树种在边缘位置的生长与土壤水分条件无关；(3) 林窗大小和年龄对树木生长有着显著影响，较大的和较年轻的林窗对某些树种的生长具有积极影响，但随着林窗年龄的增长，这种优势可能会随之减少。
图 2｜计算得出的多种树冠变量。(a) 欧洲水青冈树木点云；(b)第九高度层树冠同心度三维(3D)的计算方法；(c)树冠孤立度的计算方法
图 3｜在湿润土壤水分条件下，欧洲水青冈、欧洲云杉、栎属、欧洲赤松和欧洲冷杉边缘树木的平均尺寸随林窗年龄的模型预测
图 4｜在干燥土壤水分条件下，欧洲水青冈、欧洲云杉、栎属、欧洲赤松和欧洲冷杉边缘树木的平均尺寸随林窗年龄的模型预测
Cite this article
Bohnhorst, L., Biber, P., Hilmers, T., Uhl, E., Pretzsch, H., 2024. Differential Modulation of Crown Allometry and Stem Growth at Gap Edges in Five European Tree Species by Drought Conditions. For. Ecosyst. 11, 100219.
https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100219
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100219
关于本刊
《森林生态系统(英文)》（Forest Ecosystems）是由教育部主管、北京林业大学主办的林学、生态学类的开放获取学术期刊。主要收录森林生态系统、森林群落、森林环境、遥感、气候变化、大数据等相关研究领域的高质量、原创性研究论文和评论性文章。影响因子4.1，在中科院期刊分区表中居农林科学大类一区，林学小类一区。
扫描二维码关注我们
森林生态系统(英文)
微信号：Forest Ecosystems
https://www.sciencedirect.com/journal/forest-ecosystems
编辑：唐珊珊
审核：李杰
点击“阅读原文”访问期刊主页
