树轮宽度与δ18O推导的水文气候重建使东北伊朗山地森林中土壤干旱与大气干旱得以区分

为何干旱山地的老树很重要

在伊朗大部地区，水资源稀缺且干旱正变得更持久、更强烈。在东北高山，耐旱的刺柏紧附于岩石坡面，将这些不断变化的环境默默记录在木材中。通过解读树轮中精细的年轮与微妙的化学痕迹，科学家可以揭示过去200年不同类型干旱如何对这些森林施加胁迫，以及这对它们未来可能意味着什么。

两种不同的干燥

对树木而言，并非所有干旱都是一样的。一种发生在土壤变干、根系难以汲取足够水分时；另一种则是在空气异常干燥时发生，哪怕地面仍有一定水分，干燥的空气也会从叶片带走水分。该研究关注位于东北部海扎尔·马斯杰德山脉的半干旱环境，那里的刺柏生长在薄而多石的土壤上。研究者利用有限的气象站记录和全球干旱数据，追踪与土壤相关的干燥（由一个将降水与蒸发结合的气候指数描述）以及与空气相关的干燥（以空气从叶面拉走水分的强度来衡量）。

树轮能告诉我们的事

研究团队沿陡坡采样了近五十棵长寿刺柏，从树干取出细小芯样而不致树木死亡。对每个芯样，他们测量了每一道年轮的宽度，这是衡量一年中树木生长状况的经典方法。他们还从选定树木的木材中提取并分析了氧同位素。氧同位素的相对比例会随着树木形成新组织时空气干燥程度的不同而变化。年轮较宽主要反映早生长季节土壤中可用水量，而氧同位素信号则捕捉整个暖季的大气干燥程度。通过建立两条200年长的记录——一条是环宽记录，一条是氧同位素变化记录——他们重建了过去生长条件的详尽图景。

重放两百年的干旱历史

以1984年至2020年的现代气候记录为参照，科学家在树木资料与两种干旱指标之间建立了统计关联。单凭氧同位素值便能强有力地重建暖季大气干燥变化；当将环宽与氧同位素记录结合时，他们也能重建反映树木从地面汲取水量的生长季土壤干旱指数。这些重建显示过去两百年中频繁出现干旱年，并揭示了十九世纪晚期、二十世纪的若干时期，尤其是过去数十年区域变暖以来，出现了特别严峻的干旱阶段。

哪种干旱对树木伤害最大

为了解树木的响应，研究者根据空气干燥、土壤干燥或两者同时发生，将年份分为三类：严重干旱、中度干旱与无干旱。然后比较这些年份发生前、期间与之后的年轮宽度。生长在土壤水分低时下降最为显著，无论当时空气是否也异常干燥。土壤与空气同时干燥的年份几乎有相当大的影响，而仅有大气干燥的年份只引起适度且短暂的生长下降。即便在严重的土壤干旱之后，大多数树木也能在约两年内恢复到接近正常的生长水平，表明其具有一定的恢复力，同时也暴露出这些森林常年承受胁迫的现实。

对山地森林的含义

研究表明，对于东北伊朗的刺柏森林，关键威胁不仅是更热更干燥的空气，而是已然浅薄的山地土壤中水分的逐步丧失。当大气干燥与土壤水分不足同时出现时，空气干燥会成为额外负担，使树木更接近其生理极限。在过去五十年中，最强烈干旱年份的比例有所增加，尤其是那些伴随极干空气的年份。对于依赖这些森林的土地管理者与社区而言，这项工作表明保护土壤水分的措施——如减少侵蚀、改善地面覆盖和选择耐旱物种——将在变暖气候下维持这些高海拔林地生存方面发挥关键作用。

引用: Foroozan, Z.P., Mazaherifar, M.H., Aryal, S. et al. Tree-ring width and δ¹⁸O-derived hydroclimatic reconstructions allow a distinction between soil and atmospheric drought in the Mountain Forests of Northeastern Iran. Sci Rep 16, 15601 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52364-3

关键词: 树轮, 干旱, 刺柏森林, 伊朗气候, 土壤水分