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农林科学领域顶级期刊Agricultural and
Forest Meteorology在线发表了北京林业大学水保学院张志强教授团队的学术论文“Soil
water availability induces divergent ecosystem water-use strategies to dry-heat
conditions in two poplar plantations in North China”，水保学院博士生吴小云为该论文第一作者，本刊青年编委青年教师许行博士和张志强教授为共同通信作者。21世纪，复合极端气候事件的频率和强度预计将在全球范围内持续增加。这种现象很大程度上由陆地和大气之间的互馈作用驱动，并将大气干旱与土壤干旱联系起来。这些复合胁迫事件给陆地生态系统带来了更大的威胁与挑战。观测与模拟结果表明，干-热复合极端事件将显著加剧树木的死亡和生态系统功能的衰退。然而，目前的研究大多集中于单一干、热事件对陆地生态系统的影响，往往忽略了干-热复合胁迫。因此，阐明人工林生态系统对干-热复合事件的适应策略，对我国植被恢复的有效性和稳定性评估至关重要。为此，本研究以中国北方常用人工林树种——欧美杨为研究对象，基于两个不同土壤水分条件杨树人工林的长期通量和微气象观测数据，深入探讨了生态系统水分条件在调控人工林应对干热复合胁迫事件的介导作用；此外，利用多个机器学习算法和模型无关解释方法，厘清主要生物物理因素对水分利用策略指标的协同效应。![]()
大兴站（a，b）和顺义站（c，d）影响因子的相对重要度和SHAP值
研究发现，在干-热复合条件下，两处杨树人工林的水分利用策略会比常规条件下更加保守。然而，土壤水分可利用性主导了用水策略的响应，并使得两处人工林在经历单一干旱到干-热复合条件的转变时产生了不同的趋势。土壤水分相对充足的站点在干-热复合条件下呈现出更宽松的水分利用策略，主要由于其蒸腾-光合作用解耦，以及对土壤和大气水分亏缺较弱的敏感性。这意味着该类杨树人工林在干-热复合胁迫下可能会加剧区域水资源消耗并降低碳汇能力。此外，土壤和大气水分亏缺通过陆地-大气互馈过程产生了显著的交互效应。该效应在干-热复合条件下急剧增长，并且促进了更宽松的水分利用策略。因此，该研究强调，陆地-大气互馈过程可能通过增加水资源消耗，加剧杨树人工林在气候变化下的脆弱性。因此，未来应广泛地拆分并评估其在干-热复合事件下的影响，以预测更多陆地生态系统的稳定性和风险。![]()
在土壤水分可利用性高和低的杨树人工林中，包含主要生物物理影响因子的水分利用策略响应模式。（a）影响水分利用策略（用G1量化）的生物物理因子相对重要度。（b）依赖于陆地-大气互馈过程的效应由土壤水分可利用性和饱和水汽压差的交互作用主导。每个象限中曲线的斜率表示固碳的边际水分利用成本，本研究用G1量化。蓝色的曲线代表G1值越来越低，红色的曲线代表G1值越来越高。虚线代表土壤水分可利用性高的杨树人工林的表现，实线是在土壤水分可利用性低的杨树人工林中。在土壤水分可利用性低（c）和高（d）的杨树人工林中水分利用策略的响应图，考虑了土壤水分可利用性、饱和水汽压差、蒸散发速率、总初级生产力速率的影响。红色的箭头代表提升G1值，蓝色代表减小G1值。箭头中的数值代表该影响因子的平均SHAP值和标准误差。
本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：32301664）、国家“十四五”重点研发计划（资助编号：2022YFF1302501）、青年人才托举工程（资助编号：YESS20230091）、中国博士后科学基金（资助编号：2023T160055）以及中央高校基本科研业务费（资助编号：QNTD202303）的支持。
