由暴雨和臺(tái)風(fēng)等引發(fā)的樹木破壞和森林退化，隨著全球變化的加劇和極端氣候事件的增強(qiáng)而愈發(fā)嚴(yán)重。在黃土高原，人工造林面積超過1億畝，其中大部分為刺槐。在以刺槐為主的植樹造林小流域，近年來(lái)暴雨導(dǎo)致溜滑侵蝕加劇，進(jìn)而導(dǎo)致溝坡區(qū)域人工林植被出現(xiàn)明顯的損毀和破壞。前期研究表明，暴雨導(dǎo)致的樹木破壞，其嚴(yán)重性與地形密切相關(guān)，但樹木和森林結(jié)構(gòu)對(duì)暴雨導(dǎo)致的樹木損毀和破壞，其影響和貢獻(xiàn)機(jī)制仍不明確。

鑒于此，地球關(guān)鍵帶與生態(tài)環(huán)境安全團(tuán)隊(duì)金釗研究員課題組以黃土高原典型人工植樹造林小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，基于激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)模型（隨機(jī)森林和邏輯回歸），評(píng)估了樹木結(jié)構(gòu)（樹高、冠幅直徑和冠幅面積）、森林結(jié)構(gòu)（樹木密度、林隙度、葉面積指數(shù)和冠層覆蓋度）以及地形參數(shù)（海拔、坡度和地形起伏）對(duì)暴雨導(dǎo)致樹木損毀和破壞的影響。結(jié)果表明，當(dāng)考慮單一因素時(shí)，較高的樹高、冠幅直徑、冠幅面積、葉面積指數(shù)（LAI）和冠層覆蓋度可抑制樹木破壞，而較高的林隙度則會(huì)增加樹木破壞的概率。然而，當(dāng)樹木結(jié)構(gòu)因素（樹高、冠幅直徑和冠幅面積）與森林結(jié)構(gòu)因素（LAI和冠層覆蓋度）協(xié)同增加時(shí)，會(huì)顯著促進(jìn)樹木破壞，并且能夠抵消地形對(duì)破壞的抑制作用。此外，樹木結(jié)構(gòu)或冠層密度（LAI和冠層覆蓋度）的增加也會(huì)在同一海拔高度上增加樹木破壞的概率。該研究結(jié)果揭示了樹木結(jié)構(gòu)與冠層密度的相互作用可在強(qiáng)降雨期間顯著促進(jìn)樹木破壞的機(jī)制，對(duì)暴雨頻發(fā)背景下黃土高原人工森林管理具有指示意義。

圖1 基于隨機(jī)森林模型的小流域不同地貌單元內(nèi)樹木結(jié)構(gòu)、森林結(jié)構(gòu)和地形因素對(duì)暴雨導(dǎo)致樹木破壞的貢獻(xiàn)

圖2 基于邏輯回歸模型的樹木/森林結(jié)構(gòu)因素與地形起伏度協(xié)同作用分析

上述研究成果發(fā)表于國(guó)際林學(xué)類一區(qū)期刊Forest Ecology and Management。博士研究生郝銘揆為論文第一作者，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所金釗研究員為論文通訊作者。本研究得到黃土科學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（批準(zhǔn)號(hào)：SKLLQG2433），國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（批準(zhǔn)號(hào)：2023YFC3008404），國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：41790444）和中國(guó)科學(xué)院（Ｂ類）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：XDB40020301）的共同資助。

Mingkui Hao, Zhao Jin, Xuehong Gong, Huifeng Wu, Guofan Cao. The interaction of tree structure and canopy density promotes tree destruction during heavy rainfall. Forest Ecology and Management, 2025, 591: 122783.

https://doi.org/10.1016/j.foreco.2025.122783