天山东部不同海拔西伯利亚落叶松对气候变暖的响应分析

利用树木年轮气候学方法,探讨了在气候变暖情景下,天山东部上中下限西伯利亚落叶松（Larix sibirica）树木径向生长与气候因子之间的响应关系,并利用冗余分析对其关系进行了验证。结果表明：不同海拔的差值年表（RES）要比标准年表（STD）的特征参数大,具有更高的信噪比和平均敏感度,含有较多的环境信息且更能代表树木总体变化;海拔2160m处的年表（L1）在快速升温（1985年）后,树木年轮宽度与降水和温度的相关性明显减弱;海拔2430m处的年表（L2）在两个时段内与降水和温度的关系均较弱;海拔2700m处的年表（L3）在1985~2013年时段内对降水和气温的正响应均增强。树木径向生长对单月气候因子的响应在前一年11、12月份显著性更高,当年6、7月份气温与树轮宽度指数具有更高的相关性。气候变暖使树木径向生长不断减小的特征在低海拔地区表现更为明显。上中下限西伯利亚落叶松对气温升高的敏感性降低。高海拔地区西伯利亚落叶松的径向生长主要受温度的影响,而中低海拔地区主要受降水与温度的共同影响。     

大兴安岭兴安落叶松径向生长对气候响应的时空变化

根据兴安落叶松在大兴安岭山脉的分布特征,沿纬度设置了9个采样点,分析了兴安落叶松径向生长对气候因子响应的空间差异和时间动态。结果表明:总体上所有采样点的兴安落叶松径向生长与夏季(6—8月)标准化降水蒸散指数(SPEI)及降水量、2月SPEI及降水量呈正相关,与3月温度呈负相关。在空间上,南部年均温较高区域的兴安落叶松径向生长与2月SPEI呈显著正相关,在北部年均温较低的区域与3月温度呈显著负相关。在时间上,兴安落叶松生长-气候关系不稳定。随着温度升高,在年均温较高区域,夏季SPEI和降水量对树木生长的正效应以及夏季温度的负响应显著增强;在年均温较低区域,树木生长与3月温度负响应增强更明显。这表明气候变化改变了树木生长-气候关系,而且存在明显空间差异。在未来气候暖干化的背景下,大兴安岭兴安落叶松径向生长会受到抑制,在年均温较高且降水量较少的南部地区会因夏季水分亏缺和冬季干旱而衰退,温度较低的北部地区则可能因冬季干旱和冬季变暖而使生长受到抑制。     

气候变暖下大兴安岭落叶松径向生长对温度的响应

大兴安岭是我国气候变暖的敏感地区。为比较在升温过程中不同地区落叶松(Larix gmelinii)径向生长对温度的响应差异,在大兴安岭主脉南段、中段和北段进行树木年轮取样,建立了各点年轮宽度年表,根据年表第一主成分载荷系数分类最终合成南部、中部和北部各区年轮指数。利用相关函数分析了落叶松径向生长与温度变化的关系,结合主成分分析对比了不同地区树木年轮宽度变化对温度的响应差异。结果表明:落叶松径向生长对温度变化的响应呈现明显的南北差异(中部北部南部);南部年轮指数与上年11月到当年4月的平均温度显著相关,中部年轮指数与上年生长季(6–8月)和当年3–10月的平均温度显著负相关,北部年轮指数与生长季前(4–5月)的平均温度极显著正相关。气候变暖背景下,高温引起的区域暖干化使土壤水分成为限制落叶松径向生长的主要因子,土壤干旱程度加剧使落叶松生长对温度变化的响应增强。胸高断面积增量指示的落叶松生产力经历了从响应低温胁迫到响应高温引起的水分胁迫的转变。未来几十年,若温度持续升高,大兴安岭地区落叶松径向生长量将呈南部和中部降低、北部升高的趋势。     

樟子松和落叶松径向生长对气候变化的响应

在全球变暖的背景下,升温可能会影响树木的生长,导致森林生态系统的平衡受到干扰。本研究利用树轮年代学方法中的生长-气候响应函数、滑动相关分析,探讨大兴安岭漠河地区樟子松和落叶松径向生长的限制因子,以及二者径向生长对快速升温的响应。结果表明: 樟子松和落叶松的径向生长受温度和降水的共同作用,樟子松对气候变化的响应比落叶松更为敏感,对气候因子的敏感性比落叶松更稳定。樟子松径向生长与当年生长季月均温及月均最低温呈显著正相关,而落叶松与冬季月均温及月均最高温呈显著正相关。冬季降水促进樟子松生长,前一年生长季后期降水抑制落叶松的径向生长。1990年快速升温后,降水对樟子松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,高温对樟子松的抑制作用大于促进作用;高温对落叶松的抑制作用增强,降水对落叶松的限制作用也在升温后增强,生长速率显著下降,二者生长速率与温度和降水的相关性变化存在明显差异。本研究可为大兴安岭森林生态系统管理与保护提供科学依据。     

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。     

气候变暖背景下不同海拔长白落叶松对气候变化的响应

为研究气候变暖背景下长白山北坡长白落叶松(Larix olgensis)径向生长对气候因子的响应,采集长白山北坡两个海拔(1400和900 m)的树芯,基于树木年代学理论建立了长白落叶松年轮宽度年表,分析了长白落叶松在两个时间段(1959—1993和1994—2009年)与气候因子的关系。结果显示:(1) 1959—2009年经历了一次突变性增温,突变年份为1993年;(2)高海拔长白落叶松与生长季前的平均气温和平均最高温(当年4月)呈显著正相关,与当年9月降水呈显著负相关。而低海拔长白落叶松径向生长主要受当年9月降水的影响;(3)经近十几年的快速升温,长白山落叶松生长对气候因子的响应发生了明显的变化。在突变增温前后,高海拔长白落叶松径向生长与生长季前气温的正相关性明显增强,而与生长季气温的相关性由正转负,与9月降水的负相关性增强。低海拔长白落叶松径向生长与9月降水的相关性减弱,与4月降水的相关性增强;(4) 1993年以后的快速升温使得高海拔长白落叶松生长量(BAI)显著增加,而低海拔长白落叶松生长的增长幅度不明显。因此,突变增温促进了高海拔长白落叶松的生长,而对低海拔长白落叶松的生长没有较大的影响。可以预测,若气候持续变暖,长白山落叶松的分布范围会逐渐扩大。     

川西高原不同坡向云、冷杉树轮对快速升温的响应差异

在川西高原松潘县二道海林区的东南坡、西北坡和扎日寺林区的东坡用零信号法建立4条云、冷杉树轮年表,通过年轮 气候响应分析、多因素方差分析等方法研究不同坡向树木生长对快速升温的响应差异.结果表明： 快速升温(1980年)后,东坡紫果云杉生长显著加速(0.011 a^-1),而西北坡紫果云杉生长则显著降低(-0.006 a^-1),东南坡紫果云杉和西北坡岷江冷杉生长降低,但不显著.随着快速升温,不同坡向云、冷杉径向生长与气候因子的关系均出现显著变化.快速升温后,生长季温度对东坡紫果云杉径向生长的促进作用显著增加,对东南坡和西北坡紫果云杉径向生长的抑制作用也显著增加,但生长季温度对西北坡岷江冷杉径向生长的影响在升温前后变化不明显.5月降水量对东坡紫果云杉径向生长由升温前的抑制作用变为升温后的显著促进作用,而对东南坡和西北坡紫果云杉径向生长的抑制作用显著增加,5月降水量对西北坡岷江冷杉径向生长的影响在升温前后变化不明显.树轮与帕尔默干旱指数响应分析表明,快速升温后,不同坡向的土壤湿度变化是造成树轮响应差异的重要原因.多因素方差分析表明,坡向与温度、降水的综合作用是影响紫果云杉径向生长的重要因素.因此,在模拟预测树木生长对气候变暖的响应动态时,应考虑不同坡向与温度、降水的综合作用.     

阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的分异响应

在全球气候变暖的背景下, 北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象, 但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)样本建立了树轮宽度年表, 并对年表特征及树木径向生长-气候的动态关系进行了分析。结果表明: 生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子; 树木径向生长与当年4月的气温显著负相关, 与当年6-7月的气温显著正相关; 研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6-7月的气温发生了分异现象, 表现为随着气候变化, 树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强, 而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感, 适合开展树木生长-气候变化的研究; 检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。     

阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的分异响应

在全球气候变暖的背景下,北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象,但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larixsibirica)样本建立了树轮宽度年表,并对年表特征及树木径向生长–气候的动态关系进行了分析。结果表明:生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子;树木径向生长与当年4月的气温显著负相关,与当年6–7月的气温显著正相关;研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6–7月的气温发生了分异现象,表现为随着气候变化,树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强,而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感,适合开展树木生长–气候变化的研究;检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。     

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。     

大兴安岭兴安落叶松和樟子松径向生长对气候变化的响应差异

大兴安岭是我国气候变化最为显著的地区之一,兴安落叶松和樟子松是该地区最为重要的树种,研究它们径向生长对气候变化的响应差异,可以为预测气候变化下我国北方森林动态提供科学依据。在大兴安岭地区选择6个样点共采集兴安落叶松树轮和樟子松树轮样芯451个,建立了12个标准年表。比较了1900年以来树木径向生长趋势,利用Pearson相关分析法分析各样点兴安落叶松和樟子松生长对气候因子的响应,运用线性混合模型探讨温度和降水对兴安落叶松和樟子松年径向生长的影响,通过滑动相关对比两个树种生长-气候关系的时间稳定性。结果表明: 兴安落叶松径向生长与3月平均温度呈负相关,与上一年冬季和当年7月降水呈正相关。樟子松径向生长与当年8月温度呈正相关,与当年生长季(5—9月)降水呈正相关。冬季降雪对兴安落叶松径向生长起到重要的促进作用,夏季过多降水对樟子松径向生长起到显著的限制作用。兴安落叶松和樟子松生长对气候变化的响应存在明显差异,因此,气候变化可能会影响北方森林生态系统的树木生长、物种组成以及空间分布等。     

基于Vaganov-Shashkin模型的太白红杉径向生长对气候要素的响应

利用采自太白山南坡药王殿、北坡上板寺的太白红杉树芯样品分别建立树轮宽度年表,运用Vaganov-Shashkin模型揭示秦岭太白红杉径向生长对各气候要素的响应.结果表明: 生长季(4—8月)的温度、生长初期的降水量以及7、8月的降水量是限制秦岭地区太白红杉生长的主要气候因子.良好的温度条件有利于太白红杉的生长,但生长初期的降水量会抑制太白红杉的生长;7、8月的降水量对秦岭南坡和北坡太白红杉的影响差异明显,该时段内丰富的降水量对北坡太白红杉的生长具有促进作用,而对南坡太白红杉的生长产生一定的限制作用;同一坡向、不同海拔采样点树木径向生长与气候因子的响应结果同样存在差异,高海拔采样点太白红杉的生长需要的温度条件低于低海拔采样点,但对土壤湿度的需求大于低海拔采样点.生长开始日的早晚对太白红杉树轮宽度的形成影响很大,而生长结束日仅与南坡采样点树轮宽度之间呈显著相关.     

Responses of radial growth to temperature in Larix gmelinii of the Da Hinggan Ling under climate warming

Aims The Da Hinggan Ling is amongst the areas in China susceptible to climate warming. The objective of this study is to determine the responses of radial growth to temperature variations in Larix gmelinii growing in different parts of the Da Hinggan Ling in the process of climate warming, by using dendrochronological techniques. Methods We collected tree-ring samples from the southern, the middle and the northern parts of the main Da Hinggan Ling, developed site-specific ring-width chronologies, and synthesized tree-ring indices of the southern, the middle and the northern parts of the study area according to the first principal component loading factors for each chronology. The relationships between radial growth in L. gmelinii and temperature variations were determined with correlation analysis, and the differences in the responses of radial growth to temperature variations among various parts were analyzed and compared with principle component analysis. Important findings There were notable discrepancies in the effects of temperature variations on radial growth in L. gmelinii between the southern and the northern parts of the study area (the middle part > the northern part > the southern part). In the southern part, the mean monthly temperature between the previous November and April of the current year had a significant relationship with tree-ring indices (p < 0.05). In the middle part, the mean monthly temperature during March and October of the current year had a significant relationship with tree-ring indices (p < 0.05), and so did the mean monthly temperature during June and August of the previous year (p < 0.05). The mean monthly temperature during April and May of the current year had a highly significant relationship with tree-ring indices in the northern part (p < 0.01). This study suggests that the warmer and drier regional climate condition caused by elevated temperature has resulted in that soil moisture becomes the main factor limiting the radial growth, and the relationship between tree growth and temperature variations signified with aggravated soil drought under climate warming. The productivity in L. gmelinii as reflected by basal area increment experienced a shift response from cold stress to water stress. In addition, the radial growth in L. gmelinii in the Da Hinggan Ling will likely to show a declining trend in the southern and the middle parts, and an increasing trend in the northern part, in response to rapid warming in the coming decades.     

基于可加性生物量模型的大兴安岭东部主要林型森林植被碳储量及其分配

基于大兴安岭东部地区主要林型的生物量调查数据,建立了3个主要树种的一元可加性生物量模型,探讨了不同林型森林群落和乔木层、灌木层、草本层、凋落物层的碳储量及其分配规律.结果表明: 杜鹃-兴安落叶松林乔、灌、草、凋落物层碳储量分别为71.00、0.34、0.05和11.97 t·hm^-2,杜香-兴安落叶松林各层碳储量分别为47.82、0.88、0和5.04 t·hm^-2,杜鹃-兴安落叶松-白桦混交林分别为56.56、0.44、0.04、8.72 t·hm^-2,杜香-兴安落叶松-白桦混交林分别为46.21、0.66、0.07、6.16 t·hm^-2,杜鹃-白桦林分别为40.90、1.37、0.04、3.67 t·hm^-2,杜香-白桦林分别为36.28、1.12、0.18、4.35 t·hm^-2.林下植被为杜鹃的林分群落碳储量大于林下植被为杜香的林分;林下植被相似的情况下,森林群落碳储量大小顺序为:兴安落叶松林>兴安落叶松-白桦混交林>白桦林;不同林型群落碳储量不同,大小顺序为:杜鹃-兴安落叶松林(83.36 t·hm^-2)>杜鹃-兴安落叶松-白桦混交林(65.76 t·hm^-2)>杜香-兴安落叶松林(53.74 t·hm^-2)>杜香-兴安落叶松-白桦混交林(53.10 t·hm^-2)>杜鹃-白桦林(45.98 t·hm^-2)>杜香-白桦林(41.93 t·hm^-2),且不同林型森林群落碳储量垂直分配规律为:乔木层(85.2%～89.0%)>凋落物层(8.0%～14.4%)>灌木层(0.4%～2.7%)>草本层(0～0.4%).     

大兴安岭中部天然次生林种子雨动态

本研究于2018—2019年对大兴安岭中部白桦林、针叶林和针阔混交林3种林型的种子雨落种量进行了动态监测,并对3种林型主要树种的种子雨季节动态、落叶动态、种子雨千粒重、种子雨年际变化和种子雨空间格局进行了分析。结果表明: 各林型中兴安落叶松种子雨和白桦种子雨呈现明显的单峰型分布。针阔树种(落叶松、樟子松、云杉、白桦、山杨)的落叶量呈现出明显的季节动态,各林型落叶量大多在9月中上旬达到高峰。在针阔混交林和针叶林中,处于高峰期的兴安落叶松种子雨千粒重明显大于初始期和末尾期的兴安落叶松种子雨千粒重,3种林型下白桦千粒重在季节上未表现出明显的差异。兴安落叶松和白桦的种子雨均呈现出明显的年际变化,2018年为种子散种量的丰年,2019年为歉年。两年时间内,所有种子雨的空间格局在总体上均表现为聚集分布,种子雨和幼苗幼树在空间分布格局上存在一致性。     

阿尔泰山主要针叶树种树木径向生长及其对气候变化的响应

本研究以阿尔泰山富蕴地区的西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松为对象,获取2个树种基部断面生长增量和树轮宽度年表与气候因子的相关系数,对比分析了相似生境下2个树种的径向生长特征及其对气候变化的响应。结果表明: 西伯利亚云杉基部断面生长增量总体高于西伯利亚落叶松,但西伯利亚落叶松的径向生长增加趋势更为显著。近60年来,上年快速生长期的高温对研究区内西伯利亚云杉的径向生长有限制作用,而当年6月较高的气温则有利于西伯利亚落叶松生长。西伯利亚落叶松的径向生长与当年1月气温呈负相关。分段相关分析显示,这种情况在1980年代中期气候变暖以后表现得更为明显。滑动相关分析表明,在气候变化背景下研究区内西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松径向生长对气温和降水量的响应在近年来均有所增强。     

大兴安岭典型林分地表死可燃物含水率动态变化及预测模型

对春季和秋季大兴安岭地区西林吉林业局山杨-白桦混交林、落叶松林、樟子松林、落叶松-白桦混交林、白桦林5种典型林分不同坡位地表细小死可燃物含水率动态进行研究,构建了不同季节防火期、不同林分地表死可燃物含水率的预测模型,并分析了其预测误差.结果表明: 相同林分地表可燃物含水率在春季和秋季差异显著;在相同季节相同林分下不同坡位可燃物含水率存在差异.采用Nelson模型对地表死可燃物含水率预测的平均绝对误差(MAE)的平均值为0.13,略低于Simard模型(0.14),明显低于气象要素回归模型(0.25).Nelson和Simard模型的预测效果好于气象要素回归模型.秋季模型对地表死可燃物含水率的预测精度好于春季模型和春季秋季混合模型.     

寒温带森林白桦径向生长的海拔差异及其气候响应——以奥克里堆山为例

气候变化深刻影响森林生态系统的结构和功能。在全球升温背景下,不同环境中不同树种的生长模式及其气候响应决定着生态系统的发展和稳定。本研究基于大兴安岭地区奥克里堆山的白桦年轮宽度数据,采用树木年代学方法,分析(兴安)落叶松森林中先锋树种白桦的生长-气候响应与升温和海拔变化的关联。结果表明: 气候变暖使具有明显海拔环境差异的白桦产生生长分异。较低海拔(1050 m)区域的白桦生长显著增加,而在相对偏高海拔(1250 m)区域的生长变化不大;在具有明显快速升温变化(1980年)之前,各海拔区域白桦生长的冬季(上年10月至当年2月)低温胁迫均达到显著水平;在快速升温阶段(1981—2010年),白桦生长的冬季低温胁迫降低,生长季(5—7月)温度成为偏高海拔处白桦生长的主要限定性因子;在水热条件较为调和的低海拔区域,白桦生长加快。研究区内白桦的分布总体上随着气候的持续变暖逐渐向高海拔区域扩散。