全球变化背景下，干旱事件的发生强度、频率和持续时间不断增加，对世界范围内主要树种的生存构成了严重威胁，导致各生物群系中森林枯死事件的普遍发生，直接损害了森林生态系统的碳固持能力。因此，明确树木干旱死亡的早期预警信号，了解树木干旱致死的生理机制，有助于我们预测森林对未来气候变化的反应能力。通过Meta分析并结合控制实验，对全球范围内主要树种在干旱诱导的死亡过程中的大量和微量元素变化进行了综合评估。发现：（1）树木组织中的磷、钾、铁和铜元素的浓度随着树木干旱死亡而显著下降，表明这组养分的动态变化可以作为预测和研判树木干旱死亡的潜在预警信号；（2）全球和区域尺度的分析结果表明，受干旱胁迫影响，树木营养状况存在非一致性响应，这主要与实验设计的类型及其研究树木的发育阶段有关。田间实验中主要研究对象是成年树木，它们凭借其强大的根系最大限度地利用土壤中水平和垂直分布的资源，因此在缓解营养胁迫方面具有年龄主导的优势。对于在非田间条件中（控制实验）生长的幼苗和幼树，其根系通常受到实验装置的限制，对营养的累积吸收也通常受限于不同土层之间养分和水分的垂直脱钩。此外，相比成年树木，幼树对其根系结构（例如细根生成和根毛发育）的投资较少，这也导致其更易受到干旱胁迫的负面影响；（3）树木营养状况的响应同样受到许多关键变量的影响，包括植物类群、叶片特征、生物群落和土壤类型等。尤其是全球范围内受干旱胁迫影响的主要树种普遍表现出了钾元素的短缺症状，这在后续的干旱致死机制的研究中应得到更多关注。钾元素积累的不足可能引发负反馈效应，最终导致树木在干旱和钾短缺的协同干扰下死亡。

图1. 受干旱胁迫影响，树木营养状况的非一致性响应与实验设计的类型及其研究树木的发育阶段有关

上述结果为全球变化背景下的森林管理提供了重要的启示和指导意义：作为一种常见的林业诊断方法，对树木组织中的营养状况进行周期性评估有助于提前研判哪些树木存在干旱致死倾向；林业管理者可以根据树木的营养状况得出施肥建议，并将有限的资源分配给最需要营养的树木或林分；由于幼苗和树苗更容易受到养分缺乏的影响，在树木生长初期补充施肥可以显著提高它们的抗旱能力和成活率。

上述结果近日在线发表于Global Change Biology 上（IF = 11.6）。天津师范大学生命科学学院何鹏博士为第一作者，河北大学生命科学学院姜勇教授和李迈和客座教授为共同通讯作者，河北大学韩兴国教授、天津师范大学马成仓教授、满良副教授、浙江农林大学暨阳学院王晓雨博士、西班牙巴塞罗那自治大学Josep Peñuelas和Jordi Sardans教授为共同作者。研究得到了国家自然科学基金(32001147)等项目的资助。

论文链接：He P, Sardans J, Wang XY, Ma CC, Man L, Peñuelas J, Han XG, Jiang* Y, Li* MH. Nutritional changes in trees during drought-induced mortality, a comprehensive meta-analysis and a field study. Global Change Biology, 2024, 30(1): e17133 https://doi.org/10.1111/gcb.17133