森林干旱风险通常被认为主要受气候、土壤和植物功能性状控制。然而，降水进入生态系统后能否被土壤和风化层有效储存，还取决于地下基质。喀斯特地区碳酸盐岩溶蚀强、裂隙发育，降水易快速下渗和排泄，形成“气候湿润但植物可利用水受限”的特殊生态水文环境。尽管喀斯特森林分布广泛，基岩和风化层水文过程仍较少被纳入森林干旱脆弱性研究和大尺度生态模型。

  针对这一问题，研究团队整合中国西南40个森林样地的树轮数据，构建区域尺度树轮网络，分析800余株树木、1700余条树轮序列的长期生长变化，并结合气候、土壤、林分结构和植物功能性状数据。研究利用MODIS地表温度和植被指数构建风化层水分流失速率（regolith water loss rate, RWLR），表征近地表水分衰减速度及保持能力，为量化“基岩—水分—树木生长”的联系提供关键指标。

图1｜基岩岩性影响不同年龄和径级树木干旱脆弱性的概念框架。喀斯特地区基岩裂隙发育、近地表储水能力弱，年轻、小径级树木更易受水分限制；非喀斯特森林呈相反格局。来源：论文 Fig. 1。

  研究结果表明，基岩控制下的近地表水分流失是解释中国西南森林干旱响应空间差异的重要因素。增强回归树模型显示，环境因子的总体解释力高于植物叶片经济性状，其中RWLR对干旱后恢复和相对韧性的影响尤为突出。线性混合模型进一步表明，RWLR对不同年龄组干旱响应的影响比气候、土壤、物种身份和多数植物性状更强且更稳定。极端干旱期间，喀斯特森林树木生长降幅较非喀斯特森林高约95%，表明较弱的水分缓冲可显著放大气象干旱对树木生长的影响。

更重要的是，基岩岩性可逆转森林常见的年龄—径级干旱脆弱性格局。在非喀斯特森林中，老龄、大径级树木通常抵抗力较低、恢复较慢，年轻、小径级树木相对更具韧性；而在喀斯特森林中，年轻、小径级树木的抵抗力、恢复和韧性均更低，老龄、大径级树木反而表现出更强的抵抗和恢复能力。研究认为，浅薄且不连续的土壤和高度裂隙化的碳酸盐岩使浅层水分迅速耗尽，年轻树木较难利用深部风化层或基岩裂隙中的残余水分，而成熟树木可能通过更深的取水路径获得缓冲。

图2｜中国西南喀斯特与非喀斯特森林样地分布及相反的年龄组干旱响应。非喀斯特森林中老龄树木受旱威胁更严重，而喀斯特森林相反。来源：论文 Fig. 2。

  这种年龄差异在持续2—3年的长期干旱中进一步扩大。随着表层土壤和浅层风化带水分持续消耗，年轻树木的恢复和相对韧性随RWLR升高而下降或趋于停滞，而老龄个体仍维持较高的恢复能力。这表明，基岩水文约束不仅决定“哪里更易受旱”，还影响“哪个生命阶段更易被干旱筛选”。

研究还在两个代表性死亡样地开展树轮稳定碳同位素分析，δ¹³C测定在兰州大学完成。严重干旱期间，树木内禀水分利用效率（iWUE）快速升高、胞间CO₂浓度与大气CO₂变化脱耦，同时基面积增量（BAI）明显下降，反映干旱胁迫导致气孔缩小或者关闭，进而导致碳同化受限。死亡记录与区域尺度格局一致：喀斯特样地死亡更多集中于年轻、小径级树木，非喀斯特样地则主要发生在老龄、大径级个体。稳定同位素、生长和死亡证据共同支持基岩介导的干旱筛选机制。

图3｜代表性非喀斯特与喀斯特样地的多年树轮生理指标、径向生长和干旱相关死亡轨迹。严重干旱期间，iWUE升高、BAI下降，并伴随年龄组差异化死亡。来源：论文 Fig. 5。

该研究将传统森林干旱响应分析框架从“大气气候—植物性状”拓展到“基岩—风化层—植物”耦合过程，表明地质背景并非静态环境底板，而可通过地下水分储存与可利用性改变不同年龄和径级树木对极端干旱的响应。研究也说明，许多森林中观察到的“大树更易受旱”并非普遍规律，其方向会随基岩和地下水文背景而变化。

这一认识对中国西南喀斯特生态恢复和森林经营具有重要意义。该区域存在大量年轻次生林和人工林，若持续性干旱优先影响幼龄、小径级个体，可能限制森林更新，形成种群结构瓶颈，并延缓干旱后的生物量和碳汇恢复。因此，未来森林生态模型、碳循环评估和生态修复实践应更加重视基岩异质性、地下水分获取与林分年龄结构的相互作用。

中山大学生态学院苏佳佳博士后为论文第一作者和共同通讯作者，兰州大学资源环境学院勾晓华教授为共同通讯作者。研究由中山大学、兰州大学、苏黎世联邦理工学院、捷克科学院、广西师范大学、瓦赫宁根大学、兰州理工大学和伯尔尼大学等国内外多家单位合作完成。

该研究得到教育部基础学科和交叉学科突破计划（No. JYB2025XDXM910）、国家自然科学基金（No. 42301050）、中国博士后科学基金（No. 2024M763742）、国家资助博士后研究人员计划（No. GZC20251675），以及捷克、爱沙尼亚和瑞士相关科研项目支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76754-3