森林是陆地生态系统中最重要的碳汇之一，而树干作为树木碳储存的主要器官，其生长变化直接反映了森林碳汇能力的动态。近年来，随着卫星遥感技术的快速发展，归一化植被指数（NDVI）被广泛用于表征植被生长状况，并常作为森林生产力和碳吸收能力的替代指标。然而，叶片生长是否能够准确反映树干径向生长，以及这一关系在不同森林类型和气候条件下是否存在系统性差异，仍缺乏全球尺度的定量评估，这在一定程度上限制了遥感数据在森林碳循环研究中的应用。

针对这一科学问题，中国科学院地质与地球物理研究所王圣杰博士后和许晨曦研究员联合国内多家科研单位，整合了全球不同森林类型的树轮宽度指数（RWI，图1）与多源卫星NDVI数据，系统分析了树木径干生长与冠层叶片生长之间的耦合关系，并进一步探讨了气候和环境因子在其中的调控作用。

图1 研究区树木年轮网络样点的空间分布。子图从左到右分别是针叶树和阔叶树样点的数量统计及其海拔分布的核密度图

研究结果表明，具有较高空间分辨率的MODIS NDVI在阔叶林中能够更好地表征树干生长变化，而拥有更长时间序列的GIMMS NDVI则在针叶林中表现出更强的适用性。冠层叶片生长与径干生长之间的耦合主要集中在当年5—8月（MODIS）和6—8月（GIMMS），其中7月在两种NDVI产品中均表现为耦合最强的关键月份。该月份的耦合关系在空间上呈现出显著的区域差异，北美地区的正相关比例最高，而欧洲地区的GIMMS NDVI—RWI耦合最弱（图2）。进一步分析表明，在全球尺度上，无论使用哪种NDVI产品，森林类型和干湿状况都是影响叶片—径干生长关系的主导因素（图3）。

图2 2000-2013年公共时段两种NDVI与树轮指数之间在当年7月份相关系数的空间分布。图中圆圈越大代表相关性越强，右侧和下侧的短线表示点位相关系数在坐标轴上的分布。上侧的数字百分比从左到右分别表示北美洲、欧洲和亚洲区域正负相关所占的比重

图3 NDVI与RWI关系的影响因素。图中显著性标记的红色和蓝色分别表示正向和负向关系。***，**，*，·，ns分别表示p<0.001，p<0.01，p<0.05，p<0.1，p>0.1

进一步研究发现，在干旱或半干旱地区，树木叶片与树木径干之间通常表现出较强的一致性，这主要受土壤水分和温度的共同控制。然而，在湿润环境中，尤其是阔叶林，两者之间的耦合关系甚至表现出了不显著的负相关（图4）。这一现象可能反映了在水分条件充足的环境下，阔叶树种将更多碳资源分配至叶片或其他器官，以维持或提升个体竞争力，从而削弱了叶片生长与木质部生长之间的同步性，体现了不同环境条件下树木在器官尺度上的碳分配策略差异。

图4 不同干湿条件下针、阔叶树的NDVI、树轮指数和环境因子之间关系的路径图及其路径效应。颜色(消极和积极的影响分别用蓝色和红色箭头表示)和箭头的宽度分别表示路径系数的符号和大小。箭头上的数字表示区域内标准化路径系数的平均值和标准误差。路径效应图中大写英文字母（A-I）表示不同路径的影响，TE表示总效应。TMP:平均温度；PRE:总降水量；ST：平均土壤温度；SW：平均土壤水分；NDVI：归一化植被指数；RWI：树轮指数

上述成果表明，在湿润阔叶林生态系统中，单纯依赖NDVI等叶片生长指标来估算森林生产力和碳汇能力可能存在偏差，需要谨慎解读。该研究为改进基于遥感的森林碳汇评估方法、深化对森林碳分配过程的认识提供了重要的科学依据。

研究成果发表于国际学术期刊GPC（王圣杰，许晨曦^*，李元桥，申佳艳，唐佳，袁帅. Decoupling of the relationship between canopy and stem growth in broadleaf trees under humid conditions[J]. Global and Planetary Change, 2026, 257, 105233. DOI: 10.1016/j.gloplacha.2025.105233.）研究受到第二次青藏高原科学考察研究项目（2024QZKK0301）、中国科学院国际合作项目（170GJHZ2023074GC）、国家自然科学基金（42425706、42488201、32201523）以及中国博士后科学基金（2025M770353）项目的资助。

王圣杰（博士后）