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。     

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。     

近30年快速升温对两种典型小地形上兴安落叶松径向生长的影响

沟谷和低海拔坡地是大兴安岭地区典型的微地形,这2种微地形的冻土对全球变暖极为敏感.本文在内蒙古大兴安岭北部地区进行树木年轮采样,建立了树轮宽度年表,对比2种小地形上兴安落叶松径向生长对近30年快速升温响应的差异.结果表明: 汗马和莫尔道嘎采样点分别在2000和1980年左右出现树木径向生长与温度的分异现象,之后树木的生长均为沟谷湿地大于山坡立地.1984—2008年2种地形年表t检验均达到显著水平,年表间欧氏距离在1980年以后为0.937～2.742,远大于平均值(0.809～1.304).快速升温使得兴安落叶松径向生长对水热条件的响应发生改变,山坡上兴安落叶松主要受温度限制生长减慢,而沟谷冻土退化中兴安落叶松在短期内生长加快.随着气候变暖,兴安落叶松将经历一个受温度调控的复杂的环境——生长胁迫与气候响应模式,如果气候持续变暖,冻土退化,兴安落叶松可能在我国境内消失.     

东北南部蒙古栎径向生长对气候变化的响应——以千山为例

蒙古栎是东北森林中最重要的阔叶树种之一.本研究利用树木年代学方法研究中国东北南部千山地区蒙古栎的径向变化,结合1951—2010年的温度和降水等气象数据,利用相关函数分析了树木生长与气候变化的关系,揭示蒙古栎径向生长对气候响应规律.结果表明：研究区4—7月的降水量与蒙古栎年轮宽度呈显著正相关,是限制该地区蒙古栎径向生长的主要限制因子;5月极端最高温度与蒙古栎年轮宽度呈显著负相关,也是影响蒙古栎生长的关键因素.研究期间,蒙古栎年轮宽度与4月降水量的相关显著且稳定,自20世纪80年代开始蒙古栎径向生长对夏季温度的响应敏感性逐渐减弱,对温度的响应表现出从响应夏季温度向响应春季温度的转变.     

大兴安岭林区南、北部天然樟子松生长对气候变化的响应差异

利用树木年代学方法,建立大兴安岭林区南、北部樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)年轮宽度年表,探讨樟子松径向生长对气候变化的响应差异。结果表明,南部(阿尔山、海拉尔)树轮宽度主要与当年4—9月的平均标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)极显著正相关(r=0.639,P0.01),而北部(漠河、塔河)树轮宽度主要与同时期的平均最低温极显著正相关(r=0.488,P0.01)。说明南部樟子松径向生长主要受当年4—9月的水分限制,北部主要受同期平均最低温调控。两个地区树木生长对降水的响应一致,对当年4—9月(6月除外)的温度响应相反。近几十年来随着温度显著升高(P0.01),南部树木生长对4—9月平均最高温的负响应不断增强,而北部树木对同时段平均最低温的正响应更加明显。同时,南部樟子松生长量快速下降(r=0.612,P0.001),而北部生长量显著增加(r=0.474,P0.001)。研究发现,高温加剧干旱胁迫是南部樟子松生长量下降的主要原因,而北部樟子松生长量增加是受到4—9月平均最低温和降水量的相互作用。如果持续变暖,未来樟子松分布区可能北移。     

东北南部蒙古栎径向生长对气候变化的响应——以千山为例

蒙古栎是东北森林中最重要的阔叶树种之一.本研究利用树木年代学方法研究中国东北南部千山地区蒙古栎的径向变化,结合1951—2010年的温度和降水等气象数据,利用相关函数分析了树木生长与气候变化的关系,揭示蒙古栎径向生长对气候响应规律.结果表明:研究区4—7月的降水量与蒙古栎年轮宽度呈显著正相关,是限制该地区蒙古栎径向生长的主要限制因子;5月极端最高温度与蒙古栎年轮宽度呈显著负相关,也是影响蒙古栎生长的关键因素.研究期间,蒙古栎年轮宽度与4月降水量的相关显著且稳定,自20世纪80年代开始蒙古栎径向生长对夏季温度的响应敏感性逐渐减弱,对温度的响应表现出从响应夏季温度向响应春季温度的转变.     

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。     

大兴安岭不同纬度兴安落叶松生长对干旱适应性及生长衰退的差异

气候变暖引起干旱事件发生频率和强度增加,由此导致全球部分森林出现衰退和死亡的现象已被广泛报道。然而由于不同地区森林对水分亏缺适应性不同,需要从区域尺度对森林适应干旱事件的特征进行详细研究。在中国东北的森林地区中,大兴安岭在过去几十年中变暖速度最快。以落叶松为主的大兴安岭森林,作为中国唯一的北方森林,具有重要的生态意义。尤其是在全球变暖极大地影响水条件的情况下,了解其对缺水的适应非常重要。通过树木年轮学方法分析比较不同纬度(47°17′—51°17′N)兴安落叶松(Larix gmelinii)径向生长变化率和树木生长对极端干旱的适应性特征(抵抗力(Rt)、恢复力(Rc)和恢复弹力(Rs))。结果表明：不同纬度兴安落叶松对干旱的应对策略呈现共同特征表现为：(1)研究区不同纬度的兴安落叶松生长均与当年生长季7和8月PDSI显著正相关(P<0.05);(2)大径级树木对干旱的抵抗力和恢复弹力更低,对干旱的适应能力更弱。不同纬度兴安落叶松对干旱的应对策略呈现差异性表现：(1)兴安落叶松对干旱的抵抗力和恢复弹力随纬度升高而降低,恢复力随纬度升高而增加;(2)研究区范围内较高纬度的兴安落叶松...     

模拟气候变暖对东北兴安落叶松径向生长的影响

2004年在带岭、孙吴、松岭和塔河构成的纬度梯度上分别选取幼龄兴安落叶松(Larix gmelinii),将其统一移栽到纬度较低的帽儿山地区,以模拟温度升高对兴安落叶松径向生长的影响。在2013年生长季(6—9月)分别在4个纬度移栽原地和移栽地(帽儿山)的树木主干和小枝上取样,主干用微生长锥钻取样芯,小枝直接截取一段,主干和小枝的样品用石蜡切片法得到扩大细胞和成熟细胞的大小及数量的动态变化。结果表明:温度升高导致兴安落叶松主干扩大细胞大小和数量均增加,但是主干径向生长与温度升高不呈正比。生长季前期(6月),带岭小枝成熟细胞数量明显高于其他两组,但在8月晚材细胞数量偏少,表明其还在继续生长。生长季后期(8月),松岭兴安落叶松小枝扩大细胞平均大小为5μm,分化数为4个,而松岭移栽到帽儿山后扩大细胞平均大小为9.9μm,分化数为7个,增长了近1倍。松岭成熟细胞大小较其他两地偏大,可能与其水分状况有关。温度升高不能直接改变植物生长周期一类由基因控制的生理特性,但是对树木不同构件的影响力是不同的,小枝受到的影响要大于主干。当全球变暖尤其是伴随降水量减少时,将减少兴安落叶松径向生长,包括管胞直径、数量和生长周期。通过纬度变化模拟气候变暖,深入分析不同构件树木生长对气候变化的响应,为预测气候变化对兴安落叶松生长及分布的影响提供依据。     

长白山落叶松与鱼鳞云杉生长-气候关系的种间差异

为阐明不同树种间树木径向生长对气候变化的响应及其时间稳定性,本研究以长白山北坡高海拔处(1600～1750 m)落叶松和鱼鳞云杉为研究对象,运用年轮年代学方法探究树木径向生长与气候的关系.结果表明: 研究区落叶松生长与当年6月最高气温呈显著正相关,与当年6月降水呈负相关;鱼鳞云杉与当年5月最高温度呈显著正相关.冗余分析进一步表明,落叶松生长主要受夏季温度的影响,鱼鳞云杉生长主要受春季温度的制约.在1959—2014年,落叶松生长-夏季温度关系相对稳定;对于鱼鳞云杉,自1986年以来其与春季温度的相关性减弱,可能由于最高温度降低导致树木生长减慢.本研究结果可以为预测气候变化情景下长白山针叶树种生长的响应趋势提供数据支持和理论参考.     

嵩山地区油松人工林树轮宽度对气候因子的响应

以河南登封嵩山地区不同坡向的油松人工林为对象,分别建立了跑马岭、峻极峰及区域油松差值年表。结果表明: 跑马岭油松年表的质量高于峻极峰油松年表;跑马岭油松年表和峻极峰油松年表都包含较高的气候信息,都与当年2月平均气温、生长季末期(9—10月)平均气温和平均最高温呈显著正相关,与当年5月的平均最高温呈显著负相关;跑马岭和峻极峰油松径向生长对气候响应有一定的差异,跑马岭油松径向生长主要与3月平均最低温和9月降水量呈显著正相关,而峻极峰与5月降水量和9月平均最低温呈显著正相关;区域油松年表包含了更多的气候信息。利用多元回归分析方法能较好地模拟出油松树轮宽度生长的限制因素是多个月的温度,尤其是当年9月平均气温,这与相关分析结果一致。本研究可以为本地区森林保护和生态建设提供基础服务。     

升温对祁连山东部青海云杉径向生长的影响

在祁连山东部西营河流域不同海拔采集年轮样品,利用树木年代学方法建立高海拔(3000 m)、中海拔(2750 m)、低海拔(2500 m)青海云杉标准化年表,将年轮宽度指数与不同时段气温和降水分别进行相关分析,研究祁连山东部不同海拔青海云杉径向生长对气候变暖的响应。结果表明: 水热是祁连山东部青海云杉径向生长的主要限制因子,不同海拔树木的生长限制因子基本一致。在显著升温之前(1961—1986年),低、中、高海拔3个样点的青海云杉径向生长均与上一年7—8月和当年8月平均最高温呈显著负相关,与当年6月相对湿度呈显著正相关。显著升温之后(1986—2014年),高、中、低海拔树木生长与气温仍呈显著负相关,而与当年2月的相对湿度由升温前的不显著负相关转为显著正相关,与6月降水和相对湿度由升温前的显著正相关转为不显著的负相关。升温导致祁连山东部各海拔青海云杉树轮生长变慢,其中高海拔所受影响最大。气候变暖导致的干旱胁迫可能是青海云杉径向生长发生变化的主要原因。     

吉林老白山鱼鳞云杉树轮蓝光强度和轮宽指数与气候响应关系随海拔变化的对比

树轮数据是晚全新世古气候研究中最重要的代用指标。树轮参数各具优缺点, 蓝光强度(BI)是一种获取成本低廉的最大晚材密度(MXD)的光学替代参数, 其蓝色光反射率或强度最小值(256-BI)与相应的MXD值高度相关, 被很多的学者认为是树轮气候学研究中一个具有重要潜能的新兴参数。该研究以吉林老白山3个海拔(900、1 200和1 500 m)的鱼鳞云杉(Picea jezoensis)为例, 分析鱼鳞云杉的BI及轮宽指数(RWI)与气候因子的响应差异, 以期为BI参数在树轮气候学的进一步应用提供参考。结果表明: 不同海拔鱼鳞云杉BI或RWI对气候的响应趋势基本一致。BI与温度主要呈正相关关系, 而RWI与温度主要呈负相关关系, 其中BI与当年夏季及生长季最高温度显著正相关, 而RWI (低、中海拔)与全年平均气温、当年生长季和全年最低温度显著负相关。BI与当年夏季标准化降水蒸散指数(SPEI)显著负相关, RWI与夏季SPEI负相关关系较弱或为正相关; BI和RWI几乎相反的生长-气候关系可能是早、晚材权衡关系的体现。研究区域鱼鳞云杉的BI参数可能与年轮宽度记录不同的气候信号, 在空间尺度上对于当年夏季降水、最高温度以及SPEI的响应好于传统宽度指标。BI与主要气候因子相关关系的时间稳定性好于RWI, 因此, BI在树轮气候学的研究中具有一定的应用潜能。     

南盘江流域云南松径向生长对气候暖干化的响应

全球气候变暖背景下, 西南地区气候呈现出明显的暖干化特征, 但区域优势树种云南松(Pinus yunnanensis)对气候暖干化的响应存在不确定性。该研究根据树木年代学方法选择研究区域87株云南松样本进行树芯采集, 构建云南松树轮年表, 结合1952-2016年的气温和降水等气象资料, 利用响应分析、多元回归分析以及滑动相关分析等方法研究了影响南盘江流域云南松径向生长的关键气候因子及其对气候暖干化的响应规律。研究结果表明: 1985年以来, 研究区域气候暖干化特征明显, 气温上升和降水量下降的速率是1984年前的5和6倍, 年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温的上升速率为0.044、0.041和0.050 ℃·a ^-1, 年降水量的下降速率为 6.02 mm·a ^-1。气候暖干化使云南松的生长对温度响应的敏感度降低, 对水分响应的敏感度增强, 气温的解释率由暖干化前的44.95%下降到21.97%, 水分的解释率由暖干化前的55.05%上升到78.03%。暖干化增强了当年气候因子对径向生长的影响, 减弱了上年气候因子的影响, 与径向生长显著相关的当年气候因子增加了3个, 当年气候因子对径向生长的解释率增加了16.05%。暖干化减弱了云南松生长的“滞后效应”, 气候变化对树木生长影响的时效性增强。在5-7月和9-11月, 气候变暖使径向生长与气温、水分的响应关系变得不稳定。该研究可为气候暖干化区域云南松林的经营、管理以及区域气候重建提供理论依据和基础数据。     

树木年轮揭示的东灵山主要树种间干旱耐受性差异

近年来北京地区的森林随极端干旱加剧表现出脆弱性特征,为了解气候变化下不同树种的干旱耐受性,选择北京东灵山森林内3个乔木树种(华北落叶松、油松和辽东栎),利用树木年轮生态学方法分析了径向生长与气候的关系,以及对极端干旱事件的抵抗力和弹性。结果表明: 华北落叶松和油松与5—6月气温呈显著负相关,辽东栎与5月气温呈显著负相关;华北落叶松与6月降水量、5—6月和8—9月相对湿度呈显著正相关,油松与6—8月降水量和相对湿度呈显著正相关,辽东栎与2月和5月降水量、5月相对湿度呈显著正相关;所有树种均与当年5—7月标准化降水蒸散指数(SPEI)呈显著正相关。华北落叶松是干旱耐受性最弱的树种,径向生长在所选极端干旱事件中(1994年、2001—2002年和2007年)下降幅度最大(46.6%～69.6%),抵抗力(0.534、0.304、0.530)和弹性(0.686、0.570、0.753)显著低于辽东栎和油松,辽东栎在2007年抵抗力显著高于油松,弹性无显著差异。生长季持续的高温或降水减少引起的极端干旱是树木径向生长下降的主要原因,树种间各异的生理生态策略是干旱耐受性差异的可能原因。研究结果可为未来造林树种选择和森林管护措施制定提供新依据,以在气候压力持续增加背景下维持森林生态系统功能和服务。     

莽山不同海拔华南五针松径向生长对气候因子的响应

为了解全球升温背景下我国亚热带地区树木生长对气候变化的响应,基于树木年轮学方法,在湖南莽山建立不同海拔（1 400、1 200、1 000 m）华南五针松（Pinus kwangtungensis）标准年表,利用响应分析和单年分析研究其径向生长与气候因子的相关关系。结果表明,海拔1 400 m处华南五针松的径向生长与当年6月均温和最高温显著负相关,与当年4月的降水量呈显著正相关关系;海拔1 200 m处的径向生长与当年3月均温及上年和当年10月均温、最低温显著正相关,与当年7月的最低温显著负相关,与上年11月降水量呈显著正相关关系;海拔1 000 m处的径向生长与当年6月均温、最高温和当年1月的平均温、最低温以及上年10月的最低温显著负相关,与当年3月、上年10月和当年10月的降水呈显著正相关关系。温度和降水共同影响着该地区华南五针松的径向生长,生长季初期的温度和降水以及夏季温度是影响其生长的关键气候因子。     

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。     

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。