DOI: https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2026.111019
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Léa Veuillen وآخرون
الموضوع الرئيسي: علاقات المياه في النباتات وديناميات الكربون
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الآثار طويلة الأمد للتخفيف على المخاطر الهيدروليكية ونمو الأشجار في مزرعة *Cedrus atlantica* في جنوب شرق فرنسا، مع التركيز على كثافات الغابات التي تم إنشاؤها في عام 1992. كشفت القياسات الميدانية التي أجريت بعد 25 عامًا من التخفيف خلال جفاف شديد أن الأشجار في الغابات المخففة (600 و 400 شجرة/هكتار) أظهرت نموًا أعلى بشكل ملحوظ ومخاطر هيدروليكية أقل، كما يتضح من ارتفاع إمكانات المياه، وهوامش الأمان الهيدروليكية الأوسع، وانخفاض الانسداد الأصلي، مقارنةً بالتحكم غير المخفف (1200 شجرة/هكتار). على الرغم من تشابه مؤشرات مساحة الأوراق عبر العلاجات، تشير الدراسة إلى أن التخفيف قد يسهل تقسيم النطاقات بين الطبقة العليا والطبقة السفلى، مما يساهم في الفوائد الهيدروليكية الملحوظة.
تؤكد النتائج على فعالية التخفيف المستمرة في التخفيف من المخاطر الهيدروليكية، حتى في ظل إعادة نمو النباتات. كما تؤكد الدراسة على الحاجة إلى مزيد من التحقيق في تطوير الجذور والتنافس مع الأنواع الموجودة في الطبقة السفلى لفهم الآليات المعنية بشكل كامل. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة تدعو إلى استخدام مؤشرات الإيكولوجيا الفسيولوجية بدلاً من المقاييس التقليدية المعتمدة على النمو لتقييم استجابة الأشجار للجفاف، خاصة في ظروف الجفاف المطولة التي تمتد إلى ما بعد فترة النشاط الكامبي السنوي.
الطرق
أُجريت الدراسة في مزرعة تبلغ مساحتها 3.4 هكتار من *C. atlantica* التي أُنشئت في عام 1968، وتقع في فاليغوير، جنوب شرق فرنسا. يتميز الموقع بمناخ متوسطي بمتوسط درجة حرارة سنوية تبلغ 15.0 درجة مئوية ومتوسط هطول الأمطار 768.5 مم، مع تباين كبير بين السنوات. التربة في الغالب كالسول وصخور بييروسول، مع نسبة عالية من الصخور (75-90%) وأشكال كارسية ملحوظة. كانت كثافة الزراعة الأولية 1200 شجرة/هكتار، مع تطبيق علاجات التخفيف اللاحقة لإنشاء أربعة مستويات كثافة: T1200 (تحكم)، T800، T600، وT400، والتي تتوافق مع تخفيضات بنسبة 31%، 43%، و57% في مساحة قاعدة الغابة، على التوالي.
شملت جمع البيانات تقييمات سنوية لحالة الأشجار (حية أو ميتة) وقياسات محيط الصدر (CBH) من 1991 إلى 2004، مع قياسات إضافية في 2008، 2015، و2017. تم قياس ارتفاع الأشجار ونسبة التاج على عينة مصنفة من الأشجار. لضمان التجانس في ظروف التربة عبر القطع، تم تقييم مؤشرات مختلفة، بما في ذلك مؤشر الموقع، وقطر الشجرة السائد عند ارتفاع الصدر (DBH)، ومتوسط DBH، وموصلية التربة الكهربائية. تم اختيار القطعة المحددة للقياسات الميدانية لكل علاج تخفيف بناءً على تشابهها مع ظروف التربة في قطعة التحكم.
النتائج
تشير نتائج المحاكاة إلى أن معايرة النموذج للتنبؤ بـ Ψ_pd تطابقت بشكل وثيق مع ديناميات Ψ_pd المقاسة في علاج التحكم. ومع ذلك، لوحظ أن الانخفاض في Ψ_pd المتوقع كان أبطأ قليلاً من القياسات الميدانية الملاحظة بين تواريخ القياس الأولية والنهائية، كما هو موضح في الشكل S9. في نهاية موسم الجفاف، توقع النموذج فقدانًا في الموصلية (PLC) بنسبة 8.8%، مما يتماشى جيدًا مع PLC المقاسة في علاج التحكم، مما يثبت دقة النموذج في تمثيل الاستجابات الفسيولوجية تحت ظروف الجفاف.
المناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة الظروف المناخية ووصف الجفاف في محطة الطقس في تشوسكلان، مع التأكيد على استخدام طريقة تصحيح الانحياز متعددة المتغيرات لمواءمة بيانات إعادة تحليل الغلاف الجوي SAFRAN مع بيانات محطة الطقس المحلية. تم حساب توازن المياه المناخي، مما كشف أن عام 2017 كان الأكثر جفافًا منذ بدء الزراعة في عام 1968، مما أثر بشكل كبير على نمو الأشجار. كما توضح الدراسة المنهجية لتقييم نمو الأشجار الفردية، بما في ذلك اختيار الأشجار بناءً على التوزيع المكاني والحجم، وقياس عرض الحلقات لاشتقاق زيادات مساحة القاعدة (BAI). تم قياس مقاومة نمو الأشجار خلال جفاف عام 2017 باستخدام مؤشر مقاومة، مما يشير إلى أن علاجات التخفيف أثرت على مقاومة النمو، مع نتائج متباينة بناءً على فترات ما قبل الجفاف التي تم تحليلها.
يتناول القسم أيضًا نمو مستوى الغابة، ومؤشر مساحة الأوراق (LAI)، وتطور الطبقة السفلى، مع تسليط الضوء على الاختلافات في أنماط النمو وتغطية الطبقة السفلى عبر علاجات التخفيف. تم تقييم الخصائص الهيدروليكية من خلال منحنيات الضغط والحجم ومنحنيات القابلية للانفجار، مما يكشف عن عدم وجود اختلافات ملحوظة في بعض المعلمات الهيدروليكية بين العلاجات. تم قياس الاستجابة الفسيولوجية للأشجار للجفاف من خلال إمكانات المياه في الأوراق وهوامش الأمان الهيدروليكية، مما يشير إلى أن التخفيف قلل من إجهاد المياه. أكدت التحليلات الإحصائية تأثيرات التخفيف على النمو والاستجابات الفسيولوجية، بينما استكشفت اختبارات النمذجة الآثار طويلة الأمد للتخفيف على الوظائف الهيدروليكية وإجهاد الجفاف، مما يشير إلى أن التخفيف بشكل عام يقلل من المخاطر الهيدروليكية، خاصة عند النظر في توزيع الجذور المختلفة وخصائص الطبقة السفلى.
القيود
تنبع قيود نهج نمذجة MEDFATE بشكل أساسي من تقديرها المنخفض لتأثيرات المناخ المحلي، خاصة فيما يتعلق بالملفات الرأسية للرطوبة النسبية، ودرجة حرارة الهواء، وعيب ضغط البخار (VPD). بينما يتضمن MEDFATE انقراض الإشعاع والرياح الرأسية، فإنه يفشل في حساب التباينات الرأسية الكبيرة في هذه المعلمات داخل الغابات، والتي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الطلب على المياه في الغلاف الجوي ومعدلات النتح في الطبقة السفلى. على سبيل المثال، تشير الأبحاث التي أجراها Prévosto وآخرون (2020) إلى أنه في غابة *Pinus halepensis*، كانت قياسات VPD على ارتفاع 30 سم فوق الأرض أقل بمقدار 0.8 إلى 1 كيلو باسكال تحت غطاء الشجرة مقارنة بالمناطق المفتوحة.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت التنوع الهيكلي للغابات المختلطة أنها تعزز تأثيرات عزل الحرارة مقارنة بالغابات النقية (Schnabel وآخرون، 2024). لمعالجة هذه القيود، تم تحديد دمج ملف VPD رأسي يعكس التباينات المناخية المحلية بناءً على هيكل الغابة—مماثل للطريقة المستخدمة في نموذج MuSiCa (Ogée وآخرون، 2003)—كأولوية لتحسينات مستقبلية لنموذج MEDFATE.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2026.111019
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Léa Veuillen et al.
Primary Topic: Plant Water Relations and Carbon Dynamics
Overview
This research investigates the long-term effects of thinning on hydraulic risk and tree growth in a Cedrus atlantica plantation in southeastern France, focusing on stand densities established in 1992. Field measurements taken 25 years post-thinning during a severe drought revealed that trees in thinned stands (600 and 400 trees/ha) exhibited significantly higher growth and lower hydraulic risk, as indicated by higher water potential, wider hydraulic safety margins, and reduced native embolism, compared to the unthinned control (1200 trees/ha). Despite similar leaf area indices across treatments, the study suggests that thinning may facilitate niche partitioning between overstory and understory, contributing to the observed hydraulic benefits.
The findings underscore the enduring effectiveness of thinning in mitigating hydraulic risk, even amidst vegetation regrowth. The research also emphasizes the need for further investigation into root development and competition with understory species to fully understand the mechanisms at play. Notably, the study advocates for the use of ecophysiological indicators over traditional growth-based metrics to assess tree responses to drought, particularly in prolonged drought conditions that extend beyond the annual cambial activity period.
Methods
The study was conducted in a 3.4 ha plantation of *C. atlantica* established in 1968, located in Valliguières, southeast France. The site features a Mediterranean climate with a mean annual temperature of 15.0 °C and precipitation averaging 768.5 mm, characterized by high inter-annual variability. The soil is predominantly calcisol and rocky peyrosol, with a high rock fraction (75-90%) and notable karst morphologies. Initial planting density was 1200 trees.ha⁻¹, with subsequent thinning treatments applied to create four density levels: T1200 (control), T800, T600, and T400, corresponding to 31%, 43%, and 57% reductions in stand basal area, respectively.
Data collection involved annual assessments of tree status (alive or dead) and measurements of circumference at breast height (CBH) from 1991 to 2004, with additional measurements in 2008, 2015, and 2017. Tree height and crown ratio were measured on a stratified sample of trees. To ensure homogeneity in soil conditions across plots, various indicators were evaluated, including site index, dominant diameter at breast height (DBH), mean DBH, and soil electrical conductivity. The plot selected for field measurements for each thinning treatment was chosen based on its similarity to the control plot’s soil conditions.
Results
The results of the simulations indicate that the model calibration for predicted Ψ_pd closely matched the measured Ψ_pd dynamics in the control treatment. However, it was noted that the decline in predicted Ψ_pd was somewhat slower than the observed field measurements between the initial and final measurement dates, as illustrated in Figure S9. At the conclusion of the drought season, the model predicted a percent loss of conductivity (PLC) of 8.8%, which aligns well with the PLC measured in the control treatment, thereby validating the model’s accuracy in representing the physiological responses under drought conditions.
Discussion
In this section, the study discusses the climatic conditions and drought characterization at the Chusclan weather station, emphasizing the use of a multivariate bias correction method to align SAFRAN atmospheric reanalysis data with local weather station data. The climatic water balance was calculated, revealing that 2017 was the driest year since the plantation began in 1968, significantly impacting tree growth. The study also details the methodology for assessing individual tree growth, including the selection of trees based on spatial distribution and size, and the measurement of ring-widths to derive Basal Area Increments (BAI). The growth resistance of trees during the 2017 drought was quantified using a resistance index, indicating that thinning treatments affected growth resistance, with varying results based on the pre-drought periods analyzed.
The section further elaborates on stand-level growth, leaf area index (LAI), and understory development, highlighting the differences in growth patterns and understory cover across thinning treatments. Hydraulic traits were assessed through pressure-volume curves and vulnerability curves to cavitation, revealing no significant differences in certain hydraulic parameters between treatments. The physiological response of trees to drought was measured through leaf water potentials and hydraulic safety margins, indicating that thinning reduced water stress. Statistical analyses confirmed the effects of thinning on growth and physiological responses, while modeling tests explored the long-term impacts of thinning on hydraulic functioning and drought stress, suggesting that thinning generally mitigates hydraulic risk, particularly when considering different root distribution and understory traits.
Limitations
The limitations of the MEDFATE modeling approach primarily stem from its underestimation of microclimatic effects, particularly regarding vertical profiles of relative humidity, air temperature, and Vapor Pressure Deficit (VPD). While MEDFATE incorporates the vertical extinction of radiation and wind, it fails to account for significant vertical variations in these parameters within forest stands, which can substantially influence atmospheric water demand and transpiration rates of the understory. For instance, research by Prévosto et al. (2020) indicates that in a Pinus halepensis stand, VPD measurements at 30 cm above ground were 0.8 to 1 kPa lower under canopy cover compared to open areas.
Additionally, the structural diversity of mixed stands has been shown to enhance temperature buffering effects relative to pure stands (Schnabel et al., 2024). To address these limitations, incorporating a vertical VPD profile that reflects microclimatic variations based on stand structure—similar to the approach used in the MuSiCa model (Ogée et al., 2003)—is identified as a priority for future enhancements of the MEDFATE model.