昌岭山两个优势树种径向生长对气候变化的响应

在气候变暖背景下,树木径向生长对气候变化的响应存在不稳定性。利用采自祁连山东部余脉昌岭山两个优势树种油松和青海云杉的树轮样芯,建立树轮宽度标准年表,通过分析树轮宽度年表与气候要素的相关关系,探讨两个树种径向生长对气候变化的响应。结果表明：（1）油松年表比青海云杉年表包含更多的气候信息,其平均敏感度、标准差、信噪比和样本对总体的代表性等统计量均高于青海云杉标准年表。（2）气候要素对不同树种径向生长限制程度不同,油松径向生长主要与降水（前一年9月和当年3-8月）和气温（前一年9月）有关,但对降水的响应更为敏感,而青海云杉径向生长则受到气温（当年9月）和降水（前一年9月、当年3月和7月）的共同作用。（3）气温突变后,油松和青海云杉年表与各气温要素的相关性显著增强,而青海云杉年表与气温要素的相关性变化更明显,指示了青海云杉径向生长对气温的响应更不稳定。（4）生长季平均最低气温的升高诱导的干旱胁迫是油松和青海云杉树木径向生长-气温响应变化的主要原因。     

不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔雪岭云杉树轮宽度年表对气候的响应

利用新疆东天山高低海拔雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey.)年轮样本,采用样条函数法、负指数函数法和区域曲线法3种去趋势方法研制树轮宽度标准化年表,通过分析不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔云杉树轮宽度标准化年表特征、年表与气候响应的关系和年表间在不同频域互相关,及其与其它资料对比发现:(1)3种去趋势法对东天山年表质量影响较小,低海拔树轮年表含有更多可靠的气候变化信息。(2)高海拔的雪岭云杉树木径向生长与6—9月平均气温均呈显著正相关,其中标准化树轮年表与7月平均气温相关系数达0.553(P0.01,n=58),夏季温度可能是东天山高海拔雪岭云杉径向生长的主要限制因子;低海拔雪岭云杉树木径向生长与春季降水显著正相关,同时与春季平均气温显著负相关,春季高温和缺水共同作用的春旱可能是影响低海拔雪岭云杉径向生长的主导因子,且负指数函数年表对气候响应更敏感。(3)区域曲线法能够保留树轮标准化年表中更多低频信息,但优势不明显。高低海拔标准化年表在低频域相关系数较大,并和历史干旱事件有很好的对应。在东天山高低海拔雪岭云杉的去趋势方法研究中,负指数函数法比样条函数法和区域曲线法更适合。     

川西高原两种针叶树径向生长对气候因子的响应

基于树轮年代学手段,建立了岷江冷杉和方枝柏树轮宽度标准年表以及混合树种年表,研究川西地区理县凉台沟两种针叶树种径向生长对气候变化的响应,为全球变暖背景下该地区森林生态系统的保护与管理提供依据。结果表明:混合年表中包含了2个单个年表的共同气候信息,其信噪比和样本总体解释量均高于单个年表。与气候因子的相关分析显示,3个年表对气候要素的响应表现出较好的一致性,均对温度响应敏感,尤其是方枝柏最为敏感。相对湿度在5、10月对两树种的限制作用明显强于降水。1994年升温突变后,岷江冷杉宽度年表与月均温的相关性变化最为明显,部分月份由负相关转变为正相关,表明岷江冷杉树木径向生长对温度的响应呈现出不稳定性,但两树种径向生长呈差异性变宽趋势,对气温响应的敏感性减弱。     

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。     

秦岭北麓油松径向生长对气候变化的响应

以秦岭北麓南五台油松为样本,建立油松树轮宽度标准化年表(STD),研究油松径向生长与气候因子之间的相关性。结果表明: 秦岭北麓油松径向生长与前一年9月及当年5月水分因子呈显著正相关,与前一年11月温度因子呈显著正相关,与前一年10月、当年5月温度因子呈显著负相关。油松径向生长对不同气候因子响应均存在明显的滞后效应。油松径向生长与PDSI干旱指数具有较好的相关性,特别是与前一年9—12月、当年5月PDSI呈显著正相关。回归模型能较好地模拟树轮宽度指数与PDSI之间的关系,油松极宽窄轮的形成主要是干旱作用的结果。综合各种气候指标,PDSI能更好地反映研究区油松径向生长的特征。     

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。     

川西亚高山不同年龄紫果云杉径向生长对气候因子的响应

运用树木年轮气候学的基本方法,建立王朗自然保护区紫果云杉在集中分布上限区域的年轮宽度年表,选取差值年表分析不同年龄云杉的径向生长同逐月气候因子的相关及响应关系,结果显示:幼龄组云杉年表的敏感度高于中龄组和老龄组云杉,幼龄组云杉对生长季前及生长季的气温状况显著正相关;中龄组云杉年表仅与当年4月份和7月份的月平均最低气温显著正相关;老龄组云杉的年轮宽度指数同上年生长季(上年8月份)的月平均气温和月平均最低温显著负相关,上年生长季高温的"滞后效应"在老龄组云杉体现的更为突出;幼龄组与中龄组云杉对当年6月份降水持续增加显示出明显的负相关关系,上年12月份的降水会对幼龄组和老龄组云杉径向生长不利。研究表明幼龄组云杉包含的气候信息要优于中龄组和老龄组云杉,在该区域进行相关研究时应根据研究需要选取不同年龄跨度的云杉年表。     

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。     

暖干化加剧东北半干旱地区油松人工林径向生长的水分限制

相较天然林,人工林生态系统对全球性气候变化更敏感。本文利用树木年代学方法,以东北半干旱地区油松人工林为对象建立油松年轮宽度年表,研究油松生长的动态变化及其径向生长与气象因子的相关关系,探讨升温对油松生长及分布的影响。结果表明: 研究区油松年轮宽度主要与生长季5—7月的平均温度呈显著负相关,与生长季早期4月和生长季5—7月的平均降水量和PDSI呈显著正相关,水分可利用性是限制研究区油松径向生长的主要因子。自西南向东北随着年降水量增加,各样点油松径向生长对年均温的敏感性增强,与年降水量的相关关系由显著正相关转变为负相关,说明偏干旱的西南部地区油松生长受水分限制更严重。气候变暖导致的干旱胁迫使得研究区西南部的部分人工林油松生长呈衰退状态。随着暖干化的持续,研究区油松分布边界将发生局地收缩,适宜生长的边界将向北移动。     

芦芽山阳坡不同海拔华北落叶松径向生长对气候变化的响应

为研究树木生长对气候变化的响应状况,选取芦芽山阳坡的3个海拔高度建立了华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树轮宽度年表。年表的统计参数表明,3条年表均为研究气候信息的可靠资料。结果表明,芦芽山阳坡华北落叶松的径向生长和生长与气候的关系均具有海拔差异,中海拔(2440 m)和高海拔(2540 m)的华北落叶松具有相似年际生长变化,而二者均与低海拔(2330 m)华北落叶松的年际生长不同。低海拔华北落叶松的生长与4月平均气温和上一年11月降水量显著负相关,而中海拔和高海拔的生长均与上一年10月平均气温和6月降水量显著负相关。通过年表与气候因子之间的滑动相关分析发现,3个海拔高度华北落叶松生长与气候因子的关系均不稳定,生长与气温条件之间的显著相关关系是随着气温升高而出现的。气温的升高引起了华北落叶松生长与气温因子关系的海拔差异,以及径向生长的海拔差异。这一结果对于气候变化对植被垂直梯度影响的研究具有一定参考价值。     

Diverging growth and resilience of Pinus tabulaeformis and Pinus massoniana to droughts in north-south transition zone,central China

Climate transition zone is a sensitive area of climate change and ecological transition where forests are vulnerable to climate extremes. Extreme droughts are increasing in frequency and magnitude under climate change, resulting in structure and function changes of forest ecosystems. Here, to analyze climate-growth relationships and quantify tree resilience to extreme droughts, we developed six tree-ring-width chronologies from P. tabulaeformis and P. massoniana sampling sites in Mt. Jigong region, Central China. The results indicated that all chronologies from the two species had good consistency, precipitation in current April and mean temperature in current August or mean minimum temperature from current August to October were the main limiting factors of the two tree species growth, but the responses of P. massoniana ring-width to climatic factors was more complex than that of P. tabulaeformis. The results also showed that tree growth of 1999–2005 was the lowest growing period during 1979–2018, and P. massoniana grew better than P. tabulaeformis before 2005 and vice versa after 2005. Comparing low growth years of trees, we identified to study tree growth resilience. The calculations from 1988, 1999–2005 and 2011 drought years indicated that P. tabulaeformis had more increased resilience to extreme droughts than that of P. massoniana, and the two species had stronger ecological recovery and resilience under global warming and non-extreme drought conditions in the recent 40 years. These results have implications for predicting tree resilience and identifying tree species in heterogeneous forest landscapes vulnerable to future climate change in climatic transition zone.     

Long-term changes in tree-ring–climate relationships at Mt. Patscherkofel (Tyrol,Austria) since the mid-1980s

Although growth limitation of trees at Alpine and high-latitude timberlines by prevailing summer temperature is well established, the loss of thermal response of radial tree growth during last decades has repeatedly been addressed. We examined long-term variability of climate–growth relationships in ring width chronologies of Stone pine (Pinus cembra L.) by means of moving response functions (MRF). The study area is situated in the timberline ecotone (ca. 2,000–2,200 m a.s.l.) on Mt. Patscherkofel (Tyrol, Austria). Five site chronologies were developed within the ecotone with constant sample depth (≥19 trees) throughout most of the time period analysed. MRF calculated for the period 1866–1999 and 1901–1999 for ca. 200- and ca. 100-year-old stands, respectively, revealed that mean July temperature is the major and long-term stable driving force of Pinus cembra radial growth within the timberline ecotone. However, since the mid-1980s, radial growth in timberline and tree line chronologies strikingly diverges from the July temperature trend. This is probably a result of extreme climate events (e.g. low winter precipitation, late frost) and/or increasing drought stress on cambial activity. The latter assumption is supported by a <10% increase in annual increments of ca. 50-year-old trees at the timberline and at the tree line in 2003 compared with 2002, when extraordinary hot and dry conditions prevailed during summer. Furthermore, especially during the second half of the twentieth century, influence of climate variables on radial growth show abrupt fluctuations, which might also be a consequence of climate warming on tree physiology.     

阿尔泰山萨彦岭4种优势树种径向生长对气候因子的响应

气候变化深刻地影响森林树木的生长,而树种对气候变化敏感度的差异可能影响了气候变化下的森林生态系统响应。因此,研究优势树种间生长对气候变化的敏感度差异,对正确认识气候变化下林分生长动态及分布格局十分重要。基于树木年代学的方法,研究了阿尔泰山萨彦岭西伯利亚落叶松（Larix sibirica）、西伯利亚红松（Pinus sibirica）、西伯利亚冷杉（Abies sibirica）以及西伯利亚云杉（Picea obovata）4种优势树种的径向生长-气候关系。结果显示：（1）西伯利亚冷杉径向生长与上一年10-11月、当年1-9月的干旱指数、2-4月的降水显著正相关,与1月的平均温和最高温呈显著负相关关系,与当年4、6月份的水汽压正相关;（2）西伯利亚落叶松径向生长与上一年8月和当年8月的平均温、最高温以及当年8月的最低温显著负相关,而与当年6月的最低温则正相关,与8月份的水汽压显著负相关;（3）西伯利亚红松径向生长与3月降水、7月最低温、上一年10月的水汽压显著正相关;（4）西伯利亚云杉径向生长与6月平均温、最高温、水汽压正相关,与上一年10-11月、当年2-4月和9月的干旱指数正相关,同时与3、4月的降水量显著正相关。西伯利亚冷杉和西伯利亚云杉、西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松、西伯利亚云杉和西伯利亚红松对于特定气候因子表现出相似的响应结果,与年表间相关性的结果一致。但差异也是明显的,西伯利亚冷杉和西伯利亚云杉对区域水分变化敏感,而西伯利亚落叶松和西伯利亚红松主要对区域温度变化敏感。综上所述,气候变化下,该区域优势树种对气候变化响应的差异可能导致区域林分动态和格局的改变,因此,多树种径向生长-气候关系研究有助于正确反映森林动态。研究结果可以为区域森林管理与生态保护工作提供理论依据。     

The origin of remnant forest stands of Pinus tabulaeformis in southeastern Inner Mongolia

Pinus tabulaeformis is an endemic species in northern China. The northern edge of its distribution corresponds to the northern margin of the monsoon climate. Several stands of Pinus tabulaeformis beyond its major range of distribution were found on the southeastern edge of the Inner Mongolia Plateau. Phytosociological analysis shows that the community structure, species composition and regeneration ability of Pinus trees in these stands are quite different from those within its continuous range of distribution. This paper presents palynological evidence to explain how and when these remnant communities were formed. Pinus tabulaeformis entered the study area in the mid-Holocene as the summer monsoon intensified, and declined when the summer monsoon weakened. Climatic change was the driving factor for the migration of Pinus tabulaeformis. It might be supposed that the competition between pine and oak forest during the mid-Holocene warm period also affected the immigration of pine. The remnant stands of Pinus tabulaeformis were apparently favored by the microhabitat of the sandy soils in valleys when the climate became drier. The remnant stands of Pinus tabulaeformis help stabilize the stand dunes. The protection of these stands is an important task of natural conservation in the study area.     

中国东南部不同海拔亚热带森林中马尾松径向生长对气候的响应

为了解我国东南部亚热带森林不同海拔树木生长对气候响应的差异,建立了福建省武夷山脉东麓2个样点的4个马尾松(Pinus massoniana)轮宽年表,对树木径向生长与气候因子进行了bootstrapped相关分析和线性混合模型(LME)拟合。结果表明,在高海拔地区马尾松径向生长对气候因子年际波动敏感性较强,主要表现为与生长季前冬季光温条件以及生长季内7月降水的正相关,生长-气候关系在不同样点间表现出较强的一致性。线性混合模型可以较好地拟合高海拔树木生长变化,当使用前1年12月平均日最高温、当年1月日照时长和当年7月降雨量3个气候变量进行拟合时,模型解释量达到0.5,其中前1年12月最高温和当年1月日照时数在模型中起到主导作用,累积相对贡献率约占80%,说明生长季前冬季的光热条件是限制高海拔马尾松径向生长最主要的气候因子。因此,我国亚热带地区高海拔的树木径向生长可能对未来气候变化有更强的敏感性,相关森林管理政策的制定需要将此纳入考虑;同时我国亚热带地区高海拔森林中的树木有被用于树轮气候重建的潜力。     

宝天曼自然保护区不同针叶树径向生长对气候的响应

树木年轮资料能够提供区域内过去长时间的环境和气候信息,成为获取过去气候变化信息的重要手段之一。利用采自宝天曼自然保护区的两种针叶树种油松和华山松树木年轮样本分别建立了油松和华山松树轮宽度标准年表PT和PA,并将油松和华山松样本合并建立了联合树种的区域年表(RC)。3种年表分别与不同气候要素(月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温、月降水量)及其不同月份组合进行相关分析,结果表明,油松年表PT和华山松年表PA都包含较高的气候信息,且都和生长季不同月份温度显著负相关和降水显著正相关。其中,油松和华山松都与当年4月和5月降水显著正相关,油松还与当年5月的平均最高温度和上年11月最低温显著负相关,与当年3月平均最低气温显著正相关;华山松与上年10月和当年4月的平均最高温度显著负相关,与上年12月和当年7月平均最低温度显著正相关;联合年表RC包含了单个年表PT和PA共同的气候信息,与当年4—5月降水和3月最低温显著正相关,与当年7月最低温和4、5月最高温显著负相关。不同年表与生长季(3—8月)内气候要素月份组合的相关分析也表明联合年表RC包含和单物种年表PT、PA相似的气候信息并加强了PT、PA受当年生长季气候变化影响的公共信号。可见,同一地区的多树种联合年表一定程度上能体现出区域性树木生长对气候变化响应的生态生理特征,为同地区建成多树种联合年表来探讨当地区域性气候变化提供了可行性的理论基础和一定的参考作用.     

不同海拔温度和降水对新疆阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长的影响

为定量并分离关键气候因子对新疆阿尔泰山不同海拔树木径向生长的影响,通过对高、中和低海拔的西伯利亚落叶松(Larixsibirica)树轮宽度标准年表与气候因子分别进行相关、多元线性回归等统计分析,并进一步计算了线性模型中不同气候因素的绝对和相对贡献率。结果表明,高海拔地区,当年6月温度和上年7月降水分别与径向生长呈显著正相关和负相关,两者共同解释西伯利亚落叶松径向生长变异的33.1%,相对贡献率分别为66.2%和33.8%;中海拔地区,当年6月温度和上年6月降水分别与径向生长呈显著正相关和负相关,两者共同解释径向生长变异的26.8%,相对贡献率分别为40.1%和59.9%;低海拔地区,上年6月温度和7月降水分别与径向生长呈显著负相关和正相关,两者共同解释径向生长变异的29.4%,相对贡献率分别为31.9%和68.1%。这表明限制树木径向生长的主要影响因子随海拔的不同而异,在高海拔地区,温度是主要限制因子;而在低海拔地区,降雨是主要限制因子。     

芦芽山华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)树轮宽度年表对气候因子的响应

在芦芽山地区采集3个不同海拔的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii),在传统去趋势的基础上,采用"signal-free"方法对拟合曲线进行修正,避免了中等频率的气候信息引起的拟合偏差,最终建立3个不同海拔树轮宽度标准年表(STD)。同时以10a为界对上述年表进行滤波处理,得到3个低频年表。年表特征值表明,随着海拔升高,年轮平均轮宽变窄,敏感性和高频信息增强,低频信息减弱,这可能与逐渐恶劣的生境有关。中、低海拔年表的低频信息更一致,中、高海拔的高频信息更接近,而高、低海拔无论是标准年表还是高频、低频年表相似性均较差。树轮气候响应分析显示,低海拔STD年表与5月最低温负相关最为显著,STD和低频年表均与5、6月份土壤温度显著负相关,说明生境暖干,树木主要受生长季的干旱胁迫;中海拔STD年表与当年5月最高温正相关最为显著,STD和低频年表与土壤温度相关均不显著,说明生境逐渐变得冷湿,生长季的低温成为树木生长的限制因子;高海拔STD年表与气象要素相关不显著,低频年表与当年4月土壤温度正相关,说明高海拔最为冷湿,并有季节性冻土分布,生长季的土壤低温成为树木生长的限制因子。因此,全球变暖的趋势将更有利于高海拔树木的生长,而低海拔树木的干旱胁迫进一步加剧。     

气候变暖背景下云南西北部大果红杉径向生长衰退及其气候驱动因子分析

气候变化背景下森林生态系统的内部结构和功能发生转变,并减弱了其固碳能力,评估与预测森林生态系统对气候变化响应势在必行。基于采自云南西北部的大果红杉树木年轮样本,建立树轮宽度标准化年表,运用相关分析、空间相关、波谱分析等方法,探讨了滇西北大果红杉径向生长的主控因子及其对气候变化的响应。结果表明：(1)温度是限制滇西北大果红杉树轮径向生长的主要因素,季节性高低温变化交替影响大果红杉树轮径向生长。(2)相对湿度变化与滇西北大果红杉树轮的径向生长紧密关联,对滇西北大果红杉树轮的径向生长起促进作用。(3)波谱分析结果显示滇西北大果红杉径向生长呈周期性变化,受ENSO等外强迫影响显著。(4)气候变暖背景下,滇西北大果红杉的径向生长出现衰退趋势。研究结果为加强云南西北部天然林保护和构建西南绿色生态屏障提供了基础性资料。