智利圣地亚哥不同土壤条件下本土及非本土城市树木的生长情况与对气候变化的敏感性

本研究在智利圣地亚哥的干旱地区，通过树轮学方法结合个体树木土壤数据，对比分析5种本土与非本土树木的生长响应和气候敏感性。结果表明，本土树种需良好保水土壤，非本土树种偏好排水良好土壤。补充灌溉在干旱年可提升生产力，不同树种对极端事件的恢复能力差异显著，建议根据土壤条件和气候特征制定管理策略。

米莱娜·戈多伊·维加（Milena Godoy Veiga）|朱利亚诺·马塞利·洛科塞利（Giuliano Maselli Locosselli）|辛纳蒙·多布斯（Cynnamon Dobbs）

生态与水文学实验室，环境研究所，阿西斯州立森林，阿西斯，圣保罗 19802-970，巴西

摘要

城市森林被广泛视为基于自然的解决方案，用于缓解和适应气候变化。然而，城市树木提供所需效益的能力受到其对场地条件响应的限制。本研究量化了五种本地和外来城市树种在地中海气候城市的绿地中生长时的生长反应和气候敏感性，这些地区周期性干旱。我们采用了树木年轮学方法，并结合了单个树木的土壤数据，以期为智利圣地亚哥的树木管理类型和时间提供信息。本地树种与非本地树种之间的生长差异并不显著，这表明树木对城市环境的适应能力更强，而非其气候生态位。然而，我们发现本地树种需要具有良好保水能力的土壤，以适应半干旱气候，而非本地树种则受益于排水良好的土壤。气候敏感性分析仅适用于非本地树种，其中最显著的相关性出现在生长季节开始或中期与降水量之间。在干旱年份补充灌溉可以支持城市树木提高生产力。抗逆性和恢复能力分析显示，不同树种对极端事件的响应各不相同。雪松（Cedrus deodara）与温度呈正相关，表明该物种更能适应温度升高；然而，它对干旱年份更为敏感。枫叶悬铃木（Platanus acerifolia）对炎热年份的整体抵抗力较低，但它对2003年的极端事件具有韧性。对极端年份最不敏感的物种是枫香（Liquidambar styraciflua），这可能与其较低的生产力有关。我们的结果表明，为了保持多年的生长速率，土壤管理应重点关注早期阶段，特别是排水性和适合该物种的土壤质地。在温暖年份应为较大的树木提供补充灌溉，以维持其生长和功能。

引言

自19世纪80年代以来，由于气候变化，温度上升的趋势一直存在，2024年是有仪器记录以来最温暖的一年（Lenssen等人，2024年）。由于热岛效应（Yang等人，2016年），城市通常面临高于全球平均水平的温度升高。为解决这一问题，基于自然的解决方案（NBS）在许多城市中越来越受到重视（Frantzeskaki等人，2019年；Ozment等人，2021年；Wolff等人，2023年）。城市森林是应对城市社会环境挑战的关键组成部分。城市森林提供了多种效益，如二氧化碳吸收、空气污染减少和热舒适度等（Chinchilla等人，2021年；Dobbs等人，2011年；Weng等人，2004年）。然而，这些效益的提供在很大程度上取决于树木的适当发育（Chinchilla等人，2021年；Pataki等人，2021年）。因此，了解城市树木对当前气候的响应、选择合适的树种以及实施有效的管理措施是城市森林成功的关键（Arcos-LeBert等人，2021年）。

为了确保树木作为NBS的成功，选择最合适的树种和管理方法至关重要。然而，这具有挑战性，因为树木是固定生物，具有天然的广泛表型可塑性（Pataki等人，2021年）。关于树木在其生命周期中的生长表现的信息可以揭示其行为、生态学特征以及当地森林动态，例如达到成熟期的年龄、生长速率、耐荫性以及达到树冠所需的时间（Brienen和Zuidema，2006年；Locosselli等人，2017年）。一个物种的自然分布取决于其能够生长和生存的微气候和土壤条件（Kendal等人，2018年）。然而，随着气候变化，一个城市中可能存在多种不同的生物群落（Miyahara等人，2022年），这意味着城市树木的实际生态位可能大于其自然生态位（Das等人，2024年；Kendal等人，2018年）。对于城市树木而言，温度范围是最强的环境筛选因素（Kendal等人，2018年），它们的生长速度比在自然分布区更快（Pretzsch等人，2017年）。来自澳大利亚墨尔本的研究表明，城市树木的生长也受到前一年春季和当前秋季的干旱指数和降雨量的影响（Nitschke等人，2017年）。而来自巴西圣保罗的研究显示，不同树种的生长响应存在差异，其中外来树种对极端干旱事件具有抵抗力（Locosselli等人，2024年），这表明某些物种可以根据其生长的生物群落改变其行为（Locosselli等人，2017年）。

城市树木还受到场地条件的影响，其中一个重要方面是土壤的体积和质量（Ungaro等人，2022年）。城市地区的土壤可能具有较高的体积密度、较差的结构和体积、较高的pH值以及较低的有机质含量（Scharenbroch和Catania，2012年）。因此，城市树木生长的环境存在高度的种内和种间变异性（Pouyat等人，2007年），了解城市树木对生长的响应多样性有助于确保生态服务的可持续提供（Fini等人，2022年）。此外，对于生长在地中海城市的树木，很少有研究探讨土壤条件和气候变化对生长影响的耦合效应。

树木年轮学为研究城市中的树木行为和提出管理措施提供了工具（Miyahara等人，2022年）。树木年轮提供了关于树木长期表现的数据（Brienen等人，2016年），并记录了每年影响树木的环境因素。诸如温度（Godoy-Veiga等人，2021年）、降水量（Locosselli等人，2020年）、土壤湿度（González-Reyes等人，2024年）、土壤参数（Augustin等人，2005年；Gadermaier等人，2024年）、水文气候变异性（Serrano-Notivoli等人，2021年）等许多因素都可以在树木年轮中记录下来。树木年轮提供了关于树木敏感性和健康状况的长期信息，这些信息可用于指导树木种植和管理决策（Miyahara等人，2022年）。只有少数研究在单个树木层面获得了数据（Godoy-Veiga等人，2021年；Trouillier等人，2018年）。在异质条件下，如城市地区，了解单个树木的行为特别有用（Miyahara等人，2022年）。最近关于城市树木生长的研究有所增加，其中一些研究关注干旱耐受性或生长对气候的响应，以指导树种选择（例如Dervishi等人，2022年；Franceschi等人，2023年；Nitschke等人，2017年；Vaz Monteiro等人，2017年）。然而，仍有必要比较本地树种和非本地树种的生长响应，尤其是大多数城市认为本地树种更能适应城市环境。

了解本地树种和外来树种在不同土壤条件下的温度和降水量响应可以为管理实践提供宝贵信息，例如最佳管理方法（例如灌溉或施肥）和时间（例如夏季或冬季），以最大化管理效果。很少有研究提供在同一城市中生长的不同来源的个别树木和不同树种的土壤条件信息（Cekstere和Osvalde，2013年；Scharenbroch和Catania，2012年）。在这里，我们采用了树木年轮学方法，结合了单个树木的土壤信息，以期为城市中的树木管理提供信息。因此，我们测试了以下假设：i）城市树种的生命周期生长轨迹因其起源和特征而异；ii）树种特征和土壤条件导致生长差异，这些效应取决于树木的大小；iii）城市树种的气候敏感性因其起源的生物群落和土壤条件而异；iv）树种内部和之间的行为存在差异。这项研究将加深我们对城市土壤-生长-气候关系的理解，以及种内和种间的变异性，从而更准确地选择和管理城市森林，以最大化其长期效益。

研究区域

该研究在智利圣地亚哥的两个市镇——普罗维登西亚（Providencia）和维塔库拉（Vitacura）进行，这两个市镇的面积分别为14.3平方公里和28.3平方公里（南纬33°27′，西经70°39′）。圣地亚哥有740万居民，其中普罗维登西亚有143,974人，维塔库拉有86,420人（www.ine.cl），位于智利中部的地中海生态区，该地区面临温度升高、长期干旱和热浪等问题（Garreaud等人，2020年）。

树种生长及土壤成分的影响

树木在整个生命周期中的生长模式因树种而异（图1A）。除了LS之外，所有树种在最初的20年内都表现出较高的生长速率，随后在整个生命周期中逐渐下降。对于LS来说，最高的生长速率出现在前10年内；然而，这与后期的生长速率差异不大。PA树种的生长模式最为独特，在前20年内生长速率较高。CD和SM树种的生长模式也类似

讨论

城市森林提供生态系统服务的能力和时间框架在很大程度上取决于树木的生长。本研究旨在深入了解拉丁美洲（智利）一个高度城市化城市中的树木生长情况，并确定气候和土壤条件对树木生长的影响。我们发现，生产力、生命周期生长模式以及生长驱动因素因树种而异，并且在树木整个生命周期中受到土壤条件的不同影响。

结论

我们研究了南半球一个具有地中海气候的城市中五种城市树种在不同土壤条件下的生长模式。尽管这些树种起源于不同地区，但它们的生命周期生长轨迹没有显著差异，只有达到成熟期的年龄有所不同，这可能会影响它们的大小和寿命。总体生产力也与树种起源无关，而土壤条件对于小直径类别的树木尤为重要

作者贡献声明

辛纳蒙·多布斯（Cynnamon Dobbs）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，资源获取，方法论，调查，资金筹集，数据管理，概念化。米莱娜·戈多伊-维加（Godoy-Veiga）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，软件使用，方法论，调查，正式分析。朱利亚诺·马塞利·洛科塞利（Giuliano Maselli Locosselli）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法论，调查，正式分析。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：辛纳蒙·多布斯报告称获得了智利国家研究与创新机构的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

该研究由智利国家研究与创新协会（Fondecyt #3150351）资助。CD感谢Magdalena Olave和Maria del Pilar Olave进行野外工作和样本处理，以及Ernesto Rollino对气候年轮学研究的支持。CD还感谢维塔库拉市（Municipalidad de Vitacura）的Luis Gonzalez和普罗维登西亚市（Municipalidad de Providencia）的Alvaro Cossio允许我们采集树木芯样。GL表示感谢