小兴安岭红松和鱼鳞云杉径向生长对气候变化的响应

基于树木年代学方法,利用小兴安岭低海拔阔叶红松林优势树种红松和鱼鳞云杉树轮宽度资料,分别建立年轮宽度年表,探讨影响2个树种径向生长的关键气候因子.结果表明:2个树种对气候因子的响应存在差异,红松较鱼鳞云杉对气候因子的响应更加敏感,更适合用于年轮气候学研究;响应函数分析表明,红松径向生长与当年6月平均温度呈显著负相关,与当年6月降水量呈显著正相关,而鱼鳞云杉与气候因子未表现出显著相关关系;空间相关分析揭示,红松年表具有较大的空间代表性,相关性最高出现在研究区域附近;升温导致的干旱胁迫是限制红松树木生长的主要原因,如果未来全球气温进一步增加,将对红松产生不利的影响;一些大尺度的大气-海洋变化的耦合作用可能对小兴安岭红松径向生长产生影响.     

不同纬度阔叶红松林红松径向生长对气候因子的响应

运用树木年轮气候学方法,研究了不同纬度阔叶红松林红松径向生长趋势及其与气候因子的关系,以期揭示不同纬度红松径向生长对气候因子响应的差异以及气候变化影响下红松的动态特征、适应性及敏感性.结果表明: 不同纬度红松径向生长对当地气候因子的响应存在差异,最南部的白石砬子自然保护区红松径向生长与生长季的平均相对湿度呈显著正相关,与平均最高气温呈显著负相关.中部的长白山自然保护区的低海拔区域红松径向生长与生长季的水分因子(降水、相对湿度和帕尔默干旱指数PDSI)呈显著正相关,而与平均最高气温呈显著负相关;凉水自然保护区红松径向生长与生长季的水分因子(相对湿度和PDSI)呈显著正相关,与气温因子(平均气温和平均最高气温)呈显著负相关.而最北部的胜山自然保护区红松径向生长则与大部分月份的气温因子呈显著正相关.当年6月气候因子是影响所有纬度红松径向生长的关键气候因子,4个样地都与当年6月平均最高气温呈显著负相关.在气温不断上升的近40年,最南部的红松径向生长呈显著下降趋势,最北部呈显著上升趋势,中部的变化不显著.如果未来气温升高而降水不变,红松分布区可能缩小.     

不同径级红松径向生长对气候变化的响应

运用树木年轮气候学方法,研究原始阔叶红松林分布区内白石砬子自然保护区(40.9° N)、长白山自然保护区(42.4° N)、凉水自然保护区(47.2° N)和胜山自然保护区(49.4° N)4个纬度样地的2个径级红松径向生长对气候变化的响应,分析不同径级红松对气候因子响应的异同,以及影响不同纬度红松径向生长的关键气候因子,探讨气候变化显著的40多年中红松径向生长的变化动态.结果表明: 2个径级红松对气候因子的响应具有很大的相似性,但是小径级(胸径为10～20 cm)红松对当年生长季的平均最低气温以及上一年的气候因子更敏感,而大径级(胸径>40 cm)红松对当年生长季的平均最高气温和平均相对湿度更敏感.影响4个纬度样地红松径向生长的关键气候因子存在一定差异:在最南端的白石砬子自然保护区是当年生长季的季均气温和季均最高气温;最北端的胜山自然保护区是低温因子,包括所有季节的平均最低气温、冬季的平均最高气温,以及除上一年生长季末期和当年生长季以外所有季节的平均气温;中间纬度的长白山自然保护区是当年生长季和生长季末期的帕尔默干旱指数(PDSI)和当年生长季的降水量;凉水自然保护区是当年生长季的平均气温.在气温不断上升的40多年,最南端的2个径级红松径向生长均显著下降,最北端均显著上升,中间2个纬度样地变化均不显著.     

火干扰后红松生长与气候因子的关系

研究了长白山地区火烧后存活下来的红松(Pinus koraiensis)与气候因子的关系,揭示火干扰后树木生长对气候要素的响应策略,建立生长量与气候要素的模拟方程,定量估算火干扰后温度变化对火烧红松径向生长的影响.结果表明,火烧红松年轮宽度与当年2月份、生长季最高温度显著负相关,与1月、5月、9月份和10月份的月最低温度显著正相关,与上一年6月和8月份的月降水量显著负相关,与平均温度的相关未达到显著,生长季的月最高温度是影响火烧红松径向生长的主要原因,且当温度上升4℃时,火烧红松的年生长量降低14%.推断火干扰后红松生长对温度较敏感,全球变暖有可能导致火烧红松的生长量降低.     

长白山北坡不同林型内红松年表特征及其与气候因子的关系

运用树木年轮学的基本原理和方法,选取了长白山北坡保存完好的典型性植被阔叶红松林,探讨了杨桦红松林和椴树红松林内建群种红松(Pinus koraiensis)径向生长对气候要素的响应.结果表明,长白山北坡红松的径向生长对降水较为敏感,杨桦红松林和椴树红松林中,红松年轮宽度均与当年7月以及上一年9月的降水呈显著正相关关系.不同林型内红松的生长与气候因子的关系也有差异.椴树红松的年轮宽度还与上年7月的降水显著负相关,与当年3、4月份的平均气温呈显著正相关.而杨桦红松林内红松年轮宽度和平均温度没有显著的相关关系.特征年分析进一步验证了响应函数相关分析的结果,即当年生长季以及上年生长季末的降水充足促进了红松的径向生长;椴树红松林中,初春温度的升高有利于红松的生长.     

伊春地区红松和红皮云杉径向生长对气候变化的响应

树木生长-气候关系对准确评估气候变化对森林生态系统影响、预测森林生产力与植被动态及揭示树木对气候变化的响适应策略至关重要。在全球变暖背景下,升温可能会对树木的生长产生影响,从而改变区域森林生态系统的生产力或碳储量。本研究利用生长-气候响应函数、滑动相关分析等树木年轮学方法,探讨伊春地区阔叶红松林内红松和红皮云杉径向生长的主要限制因子及两者径向生长对快速升温(1980年后)响应的异同。结果表明:1980年前红松径向生长有明显加速的趋势,红皮云杉上升趋势较弱;而1980年后红松径向生长趋势显著下降,红皮云杉则下降不明显。红皮云杉径向生长与上一年9月及当年6月平均气温显著负相关,而红松径向生长与上一年12月及当年1月、4月和6月最低气温显著正相关。1980年快速升温后,高温对两树种生长的抑制作用增强,尤其是红松。生长季末(9月)降水对红松和红皮云杉的限制作用由升温前的负相关转变为升温后的显著正相关。温度是限制红松和红皮云杉径向生长的主要气候因子,降水影响相对较弱;其中红松径向生长对气候变化的响应比红皮云杉更敏感。快速升温后,红松和红皮云杉生长-气候关系的变化可能与升温导致的暖干旱化有关。若气候变暖持续或加剧,二者径向生长的气候限制因子也将由温度转变为水分;红松和红皮云杉会出现生长衰退,尤其是红松。     

长白山北坡不同海拔红松径向生长-气候因子关系对气温突变的响应

树木径向生长受复杂环境的影响。为预测气候变化背景下未来红松(Pinus koraiensis)径向生长动态变化,在长白山北坡采集3个海拔梯度(745、1134、1280 m)红松树轮样芯,运用树木年轮学研究方法,分析不同海拔红松径向生长-气候因子关系对气温突变的响应差异。结果表明:(1)通过对采样点附近气象站气温数据的M-K检验发现,年均温在1987年发生显著突变;(2)低海拔红松径向生长主要受当年生长季6—7月降水的影响,中、高海拔红松径向生长主要受当年7月平均最低气温的影响;(3)气温突变以后,低海拔红松径向生长-气候因子关系较为稳定,中海拔红松径向生长对前一年11月降水量的响应关系发生显著改变,高海拔红松径向生长对当年5月降水量的响应关系发生显著改变。因此,气温突变背景下,低海拔红松树轮年表更适用于区域气候重建等研究。同时随着气温持续升高,低海拔红松径向生长可能呈现下降趋势,中、高海拔红松径向生长可能呈现先增加后下降的趋势。     

长白山原始林红松径向生长及林分碳汇潜力

长白山地处温带针阔混交林的中心地带,其植物生长对气候变化反映较为敏感。运用树木年代学的基本原理与方法,以该区保存完好的地带性顶级群落阔叶红松林为研究对象,探讨了红松(Pinus koraiensis)径向生长对气候变化的响应,以期揭示全球气候变化对阔叶红松林及红松树木生长的影响。以长白山自然保护区北坡为研究地点,建立红松树轮年表,计算年均生物量生长量,与逐月各气候因子进行相关和响应函数分析,以期揭示红松径向生长与气候变化的关系。同时利用多元逐步回归分析方法分别建立了红松树轮指数、年均生物量生长量与主要气候因子的模拟回归方程。主要结论如下:(1)长白山红松年表特征分析表明其生长对气候变化敏感,适用于进行树轮气候学分析;(2)红松径向生长受当年生长季前期温度影响较大;(3)温度是限制红松径向生长的主要因子,气候变暖将促进红松的径向生长;(4)目前林分单位面积地上生物量为310.88t/hm~2,单位面积林分生物量生长量约为5.077t hm~(-2)a~(-1),即每公顷每年固碳约2.539t,表明该地区老龄阔叶红松林仍具有较强的固碳能力。     

天山东西部雪岭云杉径向生长对气候变暖的响应差异

运用树木年轮气候学方法,研究了天山东西部森林上下限雪岭云杉(Picea schrenkiana)树木生长与气候因子的关系,以期揭示不同地区雪岭云杉径向生长对气候因子响应的差异及气候变暖影响下雪岭云杉的敏感性。结果表明:(1)昭苏地区年轮年表的统计特征更显著,比哈密地区树木径向生长对气候因子的响应更敏感;(2)2个地区树木生长受温度与降水的综合影响,从西部到东部,森林下限树木径向生长与温度的响应由显著正相关转为显著负相关;而森林上限树木生长与降水的关系由显著负相关转变为显著正相关;(3)进入快速升温阶段,气候条件对昭苏和哈密地区森林下限雪岭云杉生长的影响增强,而对哈密地区森林上限雪岭云杉生长的影响减弱;(4)随着温度升高,昭苏森林下限和哈密森林上下限的雪岭云杉径向生长与气候因子的关系均出现了显著变化。快速升温后,4月温度对哈密森林上限树木径向生长的促进作用显著增加,6月温度对昭苏和哈密森林下限树木生长的抑制作用显著增加,而对哈密森林上限树木生长的促进作用显著减弱;5和6月份降水分别对昭苏森林下限和哈密森林上限雪岭云杉径向生长的促进作用显著增加;4月温度和10月降水对哈密森林下限树木生长的抑制作用显著减弱。昭苏森林上限降水能够满足树木生长,气温升高对树木生长与气候因子关系的影响不显著。     

长白山红松和鱼鳞云杉在分布上限的径向生长对气候变暖的不同响应

用树木年代学方法研究了近50年来气候变化对长白山自然保护区两种广泛分布的重要乔木树种红松(Pinus koraiensis)和鱼鳞云杉(Picea jezoensis var. komarovii)分布上限树木径向生长的影响, 发现红松年轮宽度具有与温度升高相一致的趋势, 而鱼鳞云杉年轮宽度则出现随温度升高而下降的“分离现象”。对水热条件的正响应是分布上限红松年表与温度保持一致的关键: 生长季的温度和降水的增加对上限红松的生长有促进作用, 且二者对树木生长的有利效应有相互促进的现象; 生长季的延长也有利于红松的生长。升温导致的水分胁迫是造成上限分布的鱼鳞云杉年轮宽度与温度变化趋势相反的重要因素: 分布上限的鱼鳞云杉年表与大多数温度指标均呈负相关关系; 随着温度升高, 年表与年降水量尤其是春季降水量的相关性逐渐由负转正; 各月的高温以及生长季中后期的少雨是形成上限鱼鳞云杉窄轮的主要气候因素, 而较低的各月温度以及生长季后期充足的降水则有利于上限鱼鳞云杉的生长; 此外, 生长季长度没有变化也可能是造成鱼鳞云杉年表序列对温度变化敏感性下降的重要因素。     

长白山红松不同树高处径向生长特征及其对气候的响应

利用长白山红松不同树高(0.3、1.3、4、10、15、20、25 m)处的径向生长资料,分析各树高处径向生长特征,建立红松生长与气候因子的相关关系,以期完善红松种群对气候变化的响应机制。结果表明:(1)红松不同树高处年径向生长量变化趋势基本一致,除在1980年前后,20 m处径向生长量出现异常增加外,其他各高度径向生长均出现下降趋势,红松基部和顶端(0.3、1.3 m和20 m)处径向生长年际变化更明显。随着树高增加,各处年径向生长率有所降低,0.3m处生长速率最大,且与10 m和15 m处径向生长差异显著(P < 0.05)。(2)不同树高处径向生长对气候因子的响应存在明显差异,10 m树高是红松径向生长对温度和降水响应差异的分界线。10 m以下红松径向生长主要受到生长季温度的负作用,尤其是4 m处,与当年生长季初期(4月和5月)温度显著负相关(P < 0.05)。0.3 m和1.3 m处径向生长分别与上年9月平均温度显著正相关(P < 0.05),当年6月平均和最高温度显著负相关(P < 0.05)。随着树高上升,降水对径向生长的促进作用增强,而温度对径向生长的作用也发生改变。10 m(含)以上则受到温度和降水的共同作用。10 m处径向生长对气候因子响应最敏感,受到当年生长季高温的抑制作用,还与上年和当年生长季末(9月)降水显著正相关(P < 0.05)。15 m处径向生长与上年9月最低温度和降水显著正相关(P < 0.05),而与当年5月月平均温度显著负相关(P < 0.05)。20 m处径向生长与当年3月月平均、最低和最高温度,当年7月月平均温度以及当年5月降水显著正相关(P < 0.05),而与当年1月降水显著负相关(P < 0.05)。     

Different responses of Korean pine (Pinus koraiensis) and Mongolia oak (Quercus mongolica) growth to recent climate warming in northeast China

Different tree species growing in the same area may have different, or even contrasting growth responses to climate change. Korean pine (Pinus koraiensis) and Mongolia oak (Quercus mongolica) are two crucial tree species in temperate forest ecosystems. Six tree-ring chronologies for Korean pine and Mongolia oak were developed by using the zero-signal method to explore their growth response to the recent climate warming in northeast China. Results showed that Mongolia oak radial growth was mainly limited by precipitation in the growing season, while Korean pine growth depended on temperature condition, especially monthly minimum temperature. With the latitude decrease, the relationships between Korean pine growth and monthly precipitation changed from negative to positive correlation, while the positive correlation with monthly temperature gradually weakened. In the contrary, Mongolia oak growth at the three sampling sites was significantly and positively correlated with precipitation in the growing season, while it was negatively correlated with temperature and this relationship decreased with the latitude decrease. The radial growth of Korean pine at different sites showed a clearly discrepant responses to the recent warming since 1980. Korean pine growth in the north site increased with the temperature increase, decreased in the midwest site, and almost unchanged in the southeast site. Conversely, Mongolia oak growth was less affected by the recent climate warming. Our finding suggested that tree species trait and sites are both key factors that affect the response of tree growth to climate change. In addition, the suitable distribution area of Korean pine may be moved northward with the continued global warming in the future, but Mongolia oak may not shift in the same way.     

气候变化对阔叶红松林不同演替阶段红松种群生产力的影响

本文以长白山地区阔叶红松林不同演替阶段(次生杨桦林、次生针阔混交林、原始红松林)内红松种群作为研究对象,采用树轮学与相对生长式相结合,获取红松种群净初级生产力(NPP)连年生长(1921—2006年)数据以及相对增长率的年际变化数据,建立红松种群NPP与年际和季节性气候因子的关系,分析不同气候时期长白山阔叶红松林不同演替阶段内红松种群NPP年际变化特征及其对气候变化的响应差异.结果表明： 研究期间,不同演替阶段红松种群NPP与气候因子响应关系存在差异.随着温度上升,次生杨桦林红松种群NPP与上年生长季和当年生长季低温由显著负相关关系转变为显著正相关关系;次生针阔混交林红松种群NPP由与当年春季最低温度的正相关关系转变为与上年和当年生长季温度的显著正相关关系,气候因素对次生针阔混交林红松种群NPP影响的滞后效应增强;原始红松林红松种群NPP与温度的相关性减弱,与上年生长季降水量的正相关关系增强.研究区气候变化表现为低温和平均温度显著上升,而最高温度和降水没有明显变化.气候变化有利于提高演替初级阶段次生杨桦林和演替中级阶段次生针阔混交林内红松种群生产力,尤其是次生针阔混交林,而对演替顶极阶段红松种群NPP影响不明显.     

长白山北坡不同年龄红松年表及其对气候的响应

运用树木年轮气候学方法,研究了长白山北坡红松(Pinus koraiensis)不同年龄年表特征及其与气候因子间的关系,以期揭示年龄因素对年表的潜在影响。结果表明,平均年龄为63a的红松低龄年表与平均年龄为184a的高龄年表对气候的响应明显不同:低龄红松径向生长与当年1、2月月平均温度负相关(P<0.05),同时也受到上年及当年多个月份的月平均最高温度或最低温度的影响,但与降水的相关性未达到显著水平;高龄红松径向生长则与月平均温度间的关系不明显,而与当年1、2、4、6、7、9月的月平均最高温度正相关,与当年4月、9月的月平均最低温度负相关,同时受到上年5月及当年5月月总降水量的影响。因此,年龄因素对红松年表的气候响应方面存在一定影响,且高龄年表对气候响应的敏感性更高,包含有更多的气候信息。