干旱如何影响树木取决于阻碍树木发展的因素

干旱对树木有好处;某些树，就是这样。

与预期相反，有时破纪录的干旱会增加树木的生长。为什么以及在哪里发生这种情况是全球变化生物学上一篇新论文的主题。

由加州大学圣巴巴拉分校的琼·杜德尼(Joan Dudney)领导的一组科学家研究了过去一个世纪濒临灭绝的白皮松的干旱反应。他们发现，在寒冷，恶劣的环境中 - 通常在高海拔和纬度 - 干旱实际上可以通过延长生长季节使树木受益。这项研究提供了对极端干旱威胁最大的地方的见解，以及不同的物种和生态系统将如何应对气候变化。

许多因素会限制树木的生长，包括温度、阳光以及水和养分的可用性。事实证明，能源限制和水限制系统之间的门槛特别重要。试图在过冷的温度下生长的树木 - 通常是能量有限的系统 - 可能会冻死。另一方面，水太少也会一棵树，特别是在水有限的系统中。随着时间的推移，许多树种已经适应了这些极端条件，它们的反应大致相似。他们经常减少与生长相关的活动，包括光合作用和营养吸收，以保护自己，直到天气好转。

“有趣的是，从能源限制增长到水限制增长的过渡会产生非常意想不到的反应，”布伦环境科学与管理学院和环境研究项目的助理教授达德尼解释说。“在寒冷，能源有限的环境中，极端干旱实际上可以提高生长和生产力，即使在加利福尼亚也是如此。

Dudney和她的同事从内华达山脉的白皮松中提取了800个树芯，将这些树木年轮与气候条件的历史记录进行了比较。该气候数据跨越1900年至2018年，包括三次极端干旱：1959-61年，1976-77年和2012-15年。他们记录了树木生长和温度呈正相关的地方，以及负相关关系。

作者发现，在干旱时期，8月至4月的平均最高温度约为47.1摄氏度(<>.<>华氏度)，生长发生了明显的变化。 超过这个阈值，极端干旱会减少生长和光合作用。低于这个温度，树木会因干旱而生长得更多。

“基本上是'生长季节有多长?'”杜德尼说。较冷的冬季和较高的积雪通常会导致生长季节缩短，从而限制树木的生长。即使在极端干旱期间，在这些极端环境中生长的许多树木也没有经历高缺水。这让科学家团队感到惊讶，他们中的许多人观察并测量了内华达山脉海拔略低的前所未有的树木死亡率。

达德尼很好奇干旱是否只影响主树干或整棵树的生长。她解释说，如果没有更多的数据，他们看到的趋势可能是不同过程对干旱的不同反应的结果。幸运的是，白皮松的针叶可以保存大约八年。这提供了可以解决这个问题的补充数据。

研究人员将注意力从树木学转移到化学。同一元素的原子可以具有不同的重量或同位素，这要归功于它们所包含的中子数量。植物新陈代谢的几个方面会影响叶片和针叶等组织中(重)碳-13和(轻)碳-12的相对丰度。这些变化为树木在干旱期间可能经历的水分胁迫量提供了粗略的指导。这对研究人员来说是一个福音，因为松针的同位素数据跨越了干旱和非干旱年份。

分析针状生长、碳和氮同位素表明，整棵树受到限水和限能系统之间阈值的影响。树干生长、针叶生长、光合作用和养分循环对能量和水有限系统之间高于和低于阈值的干旱的反应相反。

白皮松的未来是高度不确定的。该物种最近被列为“濒危物种法”的受威胁物种，面临许多威胁，包括疾病，松甲虫侵扰和火灾制度改变的影响。从这项研究中可以清楚地看出，干旱和变暖可能会加剧水资源有限地区的这些威胁，但变暖可能有利于能源有限环境中的增长。

“这项研究可以帮助制定更有针对性的保护策略，”达德尼说，“以帮助恢复这种历史上广泛分布的树种。事实上，松树的分布范围包括一个多样化的地区，从加利福尼亚延伸到不列颠哥伦比亚省，向东延伸到怀俄明州。

这些发现也具有更广泛的影响。大约21%的森林被认为是能源有限的，甚至更高比例的森林可以归类为水资源限制。因此，这两种气候制度之间的过渡可能发生在全球。更重要的是，这种转变似乎对氮循环有影响。在水资源有限的环境中，树木似乎较少依赖共生真菌的氮，这对于恶劣，能源有限的环境中的树木生长至关重要。

“干旱导致全球广泛的树木死亡，”达德尼说，“这可能会加速全球变暖。

破译树木应对干旱的多种方式将有助于我们更好地预测生态系统在哪些地方容易受到气候变化的影响，以及如何制定更有针对性的战略来保护我们的森林。

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