植树造林是缓解全球气候变暖的重要自然解决方案，在黄土高原水土保持与生态恢复中发挥了至关重要的作用。近几十年来，随着大规模生态恢复工程的持续实施，人工林成为黄土高原植被恢复的重要组成部分。然而，与植被恢复的碳汇效应相比，植树造林通过改变地表能量收支和水分循环产生的生物物理和气候效应仍被忽视，其具体机制尚不清晰。已有研究多基于遥感反演和模型模拟，侧重地表温度变化，难以刻画植被—土壤连续体的微气候过程及其垂直差异。植树造林同时剧烈改变了区域土壤和气候条件，其引发的微气候变化如何进一步影响林下植物群落的功能特征及其适应机制，也缺乏深入认识。

针对上述科学问题，黄土高原地球关键带国家野外站金钊研究员课题组，依托黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站董庄沟（植被自然恢复）和杨家沟（人工植树造林）开展的长期观测试验，对地表2 m至地下1 m范围内的温湿度进行为期5年（2019–2023）的高频原位监测（图1），同时结合多年植被恢复背景，对不同恢复模式下的草本植物功能性状进行系统测定，探讨小流域人工植树造林的水热调节效应和微气候与土壤变化对植物功能性状的影响及内在驱动机制。

图1 小流域植树造林在不同垂直分层上的微气候调节效应

研究结果发现：

（1）植树造林在垂直分层上产生了显著的非对称微气候调节效应。与自然恢复草地相比，人工林在地表2 m高度表现为增温效应，年均气温升高0.10℃，相对湿度降低约1.69%；而在地表1 m高度则表现为降温增湿效应，气温降低0.35 ℃、湿度增加0.59%。在土壤层（0-1 m）中，植树造林总体表现为降温增湿，气温降低0.54 ℃、含水量增加0.74%。上述结果表明，植树造林对不同垂直层次的微气候产生了明显不同的影响，甚至出现相反趋势；进一步分析发现，叶面积指数是控制不同垂直层次气候调节效应的关键因子，对气温具有显著降温作用；而冠层开阔度则与植树造林引起的增温效应密切相关，尤其影响土壤最低温度。

（2）植树造林显著改变了林下草本植物群落的功能性状组成，包括株高、比叶面积及叶碳氮比等关键性状均发生系统性变化。然而，这种变化主要体现在群落尺度，而单个物种的性状响应相对较弱，表明群落调整主要通过物种替代实现。土壤条件，尤其是土壤含水量，是决定功能性状变化的主导因子，其作用显著强于微气候变化；同时，微气候效应在部分情况下与土壤效应呈相反趋势，表现出一定的抵消关系。综合来看，黄土高原人工林通过改变冠层结构和水热过程，在垂直分层上形成“上层增温—中下层降温、整体增湿”的非对称气候调节格局，并通过长期土壤环境改变，主导林下植物群落功能结构的重塑。

图2 2019-2023年植树造林与自然恢复草地小流域不同分层温度差异变化趋势。图中MAT为年均温，阴影部分为置信区间。局部加权回归显示随着年均温的升高，植树造林对地表（图a，b）及地下不同土层（图c-g）的温度调节效果均趋近于零，表示未来植树造林通过生物物理效应产生的局地气候效应或将逐渐减弱。

图3 植树造林对林下草本植物功能性状的主要影响路径。植树造林主要通过改变土壤条件尤其是土壤含水量来影响草本植物的功能性状，其作用显著强于微气候变化。图中CWMs为草本植物功能性状群落加权均值，SWC为土壤含水量，AN为土壤铵态氮含量。

上述研究表明，在全球气候变暖背景下，干旱半干旱地区植树造林的气候调节效应可能受到水分限制而减弱，甚至产生潜在的增温反馈风险。同时，林下生态系统对气候变化的响应在很大程度上通过土壤过程实现，提示在未来生态恢复与人工林管理中，应更加关注恢复生态系统的水热管理，以提升生态系统的气候适应能力。

相关研究成果发表于中国科学院林学类一区期刊Journal of Plant Ecology, Forest Ecosystems。中国科学院地球环境研究所吴会峰博士后为第一作者，金钊研究员为通讯作者，黄河水利委员会黄河水土保持西峰治理监督局（西峰水土保持科学试验站）张西宁局长为论文合作作者。本研究得到国家自然科学基金等项目的资助。

（1）Wu Huifeng , Jin Zhao, Chen Ji , Hao Mingkui, Han Hao, Cao Guofan, Jiang Chengcheng , Zhang Jing, He Junhao, Zhang Xi’ning. Asymmetric microclimate effects of afforestation across vertical stratification: a five-year field observation on the Loess Plateau. Journal of Plant Ecology, 2026, https://doi.org/10.1093/jpe/rtag091

（2）Wu Huifeng, Jin Zhao, Zhang Jing, Cao Guofan, Hao Mingkui, Yibo Liu, Pan Jun , Liu Ji. Understory functional trait adaptation to climate change is primarily mediated by soil conditions under long-term afforestation on the Loess Plateau. Forest Ecosystems，2026, 16, 100438. https://doi.org/10.1016/j.fecs.2026.100438