森林吸收二氧化碳的能力受到树木生长季节性波动的控制。而树木生长的年内季节动态同时又受到多种因素影响，包括树木自身生长特性、邻域树木以及气候季节性等。本文通过生物多样性与生态系统功能操控实验，试图从日时间尺度来揭示邻域树木功能性状如何调节目标树木径向生长与天气的关系。
导 读
树木的生长快慢不仅显著受到天气影响，还与它们身边的“邻居”树木息息相关。即使在同一地区，具有不同功能性状的邻域树木（邻体）也可以通过改变水热等资源的可用性及利用效率来影响目标树木生长对天气的响应。本研究表明，树木与其邻体间生态策略的差异以及邻体功能多样性的提高，会通过增强生长与天气的关系来促进树木生长。这些发现为邻域尺度上正向的生物多样性与生产力关系提供了直接证据，也为林业管理提供了宝贵的科学依据。
图1 图文摘要
树木生长是森林生态系统固定二氧化碳最重要的途径。阐明树木生长与气候间的关系对于预测森林固碳变化至关重要。先前关于树木生长与气候关系的研究主要集中在较为粗略的年际尺度上。而有证据表明，树木生长的季节动态至关重要，生长与天气（气候）的关系在更为细化的时间尺度上存在显著差异。与此同时，目前关于树木年内生长与天气关系的研究大多集中在特定物种本身的反应上，缺乏对种间相互作用的考虑。邻域树木（邻体）的功能性状可能会通过改变邻域范围内的水热等资源的可利用性及目标树木对资源的利用效率来影响其生长和对天气的响应。
研究团队基于中国亚热带的大规模生物多样性与生态系统功能实验平台（BEF-China），测量了15个物种、249棵健康树木的高频径向生长数据，并收集了不同树种的多维功能性状信息，从日时间尺度来揭示邻体功能性状如何调节目标树木径向生长及其对天气的响应。
本研究发现，绝大多数树种的径向生长与当日热量和水分正相关；常绿树种生长与热量的关系（表现为斜率值）强于落叶树种，但生长与水分的关系弱于落叶树种（图2）。这表明热量和水分条件可以促进树木的径向生长，落叶树种生长对天气条件的响应更为敏感。
图2 不同物种与不同生活型树木的生长对天气的响应
此外，随邻体资源获取性（邻域树木获取水热等资源的能力）提高，落叶树种生长与热量的关系减弱，但常绿树种生长对天气的响应反而得到增强（图3）。由于落叶树种普遍具有更强的资源获取性，这一发现表明生态策略的趋异（例如落叶树种和常绿树种的组合）可以增强树木生长对天气的响应。
图3 邻体资源获取性和天气条件对目标树木生长的交互影响。A和D，所有树种；B和E，落叶树种；C和F，常绿树种。线条代表混合效应模型的拟合结果，阴影区域反映了95%置信区间。High NRA（高邻体资源获取性）：平均邻体资源获取性+1倍标准差；Low NRA：平均邻体资源获取性-1倍标准差。每个模型具体的参数估计值±标准差显示在左上角。对于每个参数，零刻度线表示对树木每日径向生长没有显著效应。
邻体功能多样性（邻域树木功能性状的差异性或离散程度）增强了常绿树种生长与水分的关系以及所有树种生长与热量的关系，而落叶树种生长与水分的关系没有发生显著变化（图4）。这表明在大多数情况下，邻体功能多样性的提高有助于促进目标树生长并加强其对天气条件的响应。
图4 邻体功能多样性和天气条件对目标树木生长的交互影响。A和D，所有树种；B和E，落叶树种；C和F，常绿树种。线条代表混合效应模型的拟合结果，阴影区域反映了95%置信区间。High NFD（高邻体功能多样性）：平均邻体功能多样性+1倍标准差；Low NFD：平均邻体功能多样性-1倍标准差。每个模型具体的参数估计值±标准差显示在左上角。对于每个参数，零刻度线表示对树木每日径向生长没有显著效应。
综上所述，本研究结果揭示了不同树种之间复杂的相互作用，包括它们如何互相帮助和竞争。研究强调了邻域树种的功能性状对于理解树木生长和天气关系的重要性。同时，目标树木与其邻体间差异化的生态策略以及邻体功能多样性的提高使得目标树木的生长对天气响应更为敏感，从而促进了树木生长。这一发现不仅从机制上解释了生物多样性如何正面影响森林生产力，还为森林资源管理提供了新的思路。通过混合种植不同功能特征的树种，如常绿树种与落叶树种，可有效提升森林生产力，有利于固碳作用和木材生产。
总结与展望
本研究揭示了邻体资源获取性与功能多样性对目标树木生长及其对天气变化的响应的影响，在邻域的空间尺度以及每日的时间尺度上解释了生物多样性-生产力之间的正向关系。进一步调查和收集与目标树木生长相匹配的个体水平的功能性状和微气候数据，以考虑种内性状差异并细化生长对天气变化的响应，将有助于深入理解树木生长如何受到天气变化的影响这一重要机制。
责任编辑
石 涛 中国科学院武汉植物园
叶昕海 浙江农林大学
本文内容来自The Innovation 姊妹刊The Innovation Life 第2卷第4期发表的Article文章“Trait-based neighbourhood effects modulate the growth–weather relationships of subtropical trees” (投稿: 2024-01-18；接收: 2024-12-02；在线刊出: 2024-12-07)。
DOI：10.59717/j.xinn-life.2024.100106
引用格式：Bai Y., Gheyret G., Zhang H., et al. (2024). Trait-based neighbourhood effects modulate the growth-weather relationships of subtropical trees. The Innovation Life 2: 100106.
作者简介
唐志尧 北京大学教授。长期从事植物群落生态学的教学与科研工作，重点关注植物群落构建机制、生物多样性与生态系统功能，生物多样性分布与保护以及生态遥感，在PNAS, Nature Plants, National Science Review, Ecology等国内外刊物发表论文230余篇。
http://www.ues.pku.edu.cn/jszy/tzy/tzygrjj
艾尤尔·亥热提 新疆师范大学副教授。主要从事植物生态学，生物多样性与生态系统功能，森林群落生态学及群落构建机制的教学与科研工作，在Science China-Life Science, National Science Review, Basic and Applied Ecology等国内外刊物发表论文。
https://www.researchgate.net/profile/Gheyur-Gheyret
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期刊简介
The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2，2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
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