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。     

不同竞争强度下的沙地樟子松天然林树木径向生长及其气候响应

以呼伦贝尔沙地樟子松天然林为研究对象,采用竞争指数与树木年代学等分析方法,研究了竞争对樟子松树木径向生长及其气候响应的影响。结果表明:竞争显著影响了沙地樟子松树木的生长;竞争能力强的树木主要对当年生长季的月均最高温度、降水和相对湿度响应更加敏感,而竞争能力弱的树木则对前一年冬季月均最低温度、前一年生长季的降水和相对湿度的响应更加敏感;低竞争指数和高竞争指数组的树木,特别是竞争力较强的树木对干旱的响应非常敏感,而中等竞争能力的树木干旱响应较不敏感。综合来看,林木之间的竞争关系对沙地樟子松树木生长及其气候响应具有较显著的影响,本研究可为气候变化背景下樟子松天然林的经营与管理提供一定的科学依据。     

秦岭中西部油松径向生长对气候因子的响应差异研究

在气候变暖背景下,树木径向生长对气候因子的响应会随区域干湿变化而有所差异。秦岭属于气候敏感区和生态脆弱区,南北气候特征差异明显,分析气候变化背景下树木径向生长对气候因子及干旱事件的响应,对准确预测未来气候变化对树木生长的影响至关重要。为探究该地区不同干湿环境下油松对气候因子及干旱事件响应的特点及差异,共采集秦岭中西部南北坡共4个样点的油松树轮样芯,利用树木年轮生态学的方法,分析各地油松年表与气候因子之间的关系,通过计算抵抗力、恢复力、恢复弹力等指标探究树木径向生长对干旱事件的应对能力,结果表明：1)在西部和北坡的3个样点,油松径向生长主要与前一年7—9月、当年5—7月的气温呈显著负相关,与当年5月降水呈显著正相关,在中部南坡油松径向生长主要与当年2—4月、9月气温呈显著正相关,与当年4月降水呈显著负相关;2)生长季气温升高所引发的水分亏缺,是研究区西部和北坡油松径向生长受限制的主要原因,且中部南坡油松生长受气温和干旱因子的制约要明显弱于其它3个样点;3)西部北坡油松对干旱的抵抗能力、恢复能力及恢复弹力均弱于西部南坡及中部北坡油松。在未来对研究区树木的管理与保护工作中,应更加关注西部北坡...     

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。     

树木形成层活动及其影响因素研究进展

树木生长是森林生态系统固碳的主要方式,树木生长过程受到气候与非气候因素的共同作用。树木径向生长长期定位监测是明确树木生长对气候变化响应的重要研究手段。本文对运用微树芯法的树木形成层活动及径向生长过程研究进行了总结。首先,综述了气候因素对树木形成层活动的影响: 寒冷湿润区温度决定树木生长开始和停止,干旱半干旱区水分和温度共同决定生长开始,水分决定生长停止;生长速率和持续时间共同决定生长量,最大生长速率出现在夏至前后;短期施氮并不能影响树木径向生长动态。其次,探讨了生物因素对树木径向生长过程的调控: 形成层活动开始时间因树种、树龄、竞争关系而有所差异;非结构性碳水化合物的季节动态与径向生长过程相耦合。最后,阐述了气候因素和生物因素交互作用下树木次生生长的响应机制。针对以上进展,本文提出了目前研究尚存在的问题并展望了未来的发展前景,以期为进一步的科学研究提供参考。     

云南轿子山不同海拔急尖长苞冷杉径向生长动态及其低温阈值

环境对树木的功能和生存具有至关重要的意义, 但环境因素影响树木发育的过程仍有待探究。树木径向生长动态监测是深刻了解树木生长状况及其对气候变化响应的重要手段。该研究以云南轿子山不同海拔树线树种急尖长苞冷杉(Abies georgei var. smithii)为研究对象, 对其年内径向生长动态进行监测, 以期明晰树木径向生长各阶段起止时间的海拔差异, 分析不同海拔树木形成层活动和木质部分化对温度的响应, 辨析树木径向生长的低温阈值。结果表明: (1)海拔越高, 径向生长开始的时间越晚, 结束越早, 生长季缩短。海拔每上升100 m, 急尖长苞冷杉径向生长的开始时间推迟4.7 d, 结束时间提前7.2 d, 生长季缩短12.8 d; (2) 3个海拔急尖长苞冷杉的径向生长具有相似的低温阈值(约5 ℃), 温度控制形成层活动的开始与木质部分化的结束; (3)不同海拔急尖长苞冷杉形成层的细胞分裂活动均在温度较高时(夏至日前后)减弱。 形成层活动的结束与海拔引起的温度变化关系较弱, 光周期可能参与了形成层活动结束的调控, 以确保当年新生细胞能够在冻害来临前完成木质化。该研究结果有助于加深树木生长动态对气候变化响应机制的认识, 为更好地适应和应对气候变化提供科学依据。     

塞罕坝地区人工针叶林径向生长对水热条件的响应

树木生长对水热条件响应的研究在揭示气候变化的生态影响中发挥着重要作用。为探讨水热因子对亚洲最大的人工针叶林生长的影响及不同树种生长-水热因子关系特征,选取塞罕坝地区龄级较高的人工针叶林群落的优势树种华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)和樟子松(Pinus sylvestrisvar.mongolica),采集树木年轮样芯,并通过年轮宽度数据建立标准年表。通过分析两树种的标准年表数据与气温、地温、降水量、饱和水汽压差等水热因子的相关关系,揭示不同树种对水热因子响应的异同。研究结果显示:华北落叶松的生长受到6、7、9月的干旱胁迫和8月过多降水的限制,同时受到冬季较高的平均地温和降水的促进;樟子松的生长则受到夏季的高温干旱胁迫和8月过多降水的抑制,但8月较高的平均地温以及春季较高的平均最低地温对樟子松的生长存在明显促进作用。塞罕坝地区华北落叶松受干旱胁迫强于樟子松,而樟子松受较低地温的胁迫强于华北落叶松。考虑到区域增温的趋势,推断樟子松应是更适合在塞罕坝等半干旱地区继续进行大面积人工造林和经营管理的树种。     

川西亚高山不同海拔岷江冷杉树轮碳稳定同位素对气候的响应

树木年轮(简称树轮)碳稳定同位素技术是研究树轮气候学的一种有效方法。利用四川卧龙亚高山暗针叶林不同海拔高度岷江冷杉树轮样本资料,提取该树轮稳定碳同位素(δ13C)和去趋势序列(DS),研究其树轮碳稳定同位素序列对气候要素(降水、月平均温度和月平均相对湿度)的响应关系,初步揭示了在全球气候变化背景下,川西亚高山森林岷江冷杉树木生长对气候因子变化(气候变暖、降水减少等)的响应方式。主要结论有:(1)岷江冷杉树轮δ13C组成变化范围为-23.33‰—-26.31‰,平均值为-24.91‰,变异系数为-0.011—-0.038,并表现出较强的一阶自相关;其对环境变化有较好的指示作用,表明岷江冷杉树轮δ13C组成在年际变化中较为稳定。(2)低海拔的岷江冷杉树轮δ13C分馏主要与当年8月月平均相对湿度和当年12月月平均温度相关性显著(P0.05);高海拔岷江冷杉树轮δ13C分馏主要与上一年8月月平均相对湿度和当年4月月平均温度相关性显著(P0.05);中海拔的岷江冷杉树轮δ13C分馏主要与上一年1、11月月平均温度和当年2、11月月平均温度相关性显著(P0.05),冬季温度是中海拔区岷江冷杉树木生长的限制因子,且具有明显的"滞后效应"。川西卧龙亚高山暗针叶林岷江冷杉树木径向生长主要受到气温的制约,从生物学基础上阐明了树木生长与环境的关系,冬季温度的升高,有利于植物生长期的提前,植物生长旺盛,抗旱能力减弱;同时证明了建群种岷江冷杉对雨水的依赖很小,这有利于植物生存,且维持了该植物群落的稳定性。该研究弥补了我国青藏高原高海拔地区气象台站稀少、观测资料时间短缺,为预测未来气候变化对岷江冷杉树木径向生长变化提供了科学的依据。     

长白山群落交错带长白松和鱼鳞云杉径向生长对气候变暖的响应

长白山是典型的温性针阔叶混交林分布区,也是受全球气候变化影响最为显著的地区之一。为了解该区森林生态系统对气候变化的响应,本研究选取该区阔叶红松林与云冷杉林(又称暗针叶林)群落交错带内优势乔木树种长白松和鱼鳞云杉作为对象,获取树木年轮宽度资料建立标准年表,明确限制2个树种径向生长的关键气候因子。结果表明: 长白松和鱼鳞云杉径向生长对气候变化的响应存在差异,长白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。长白松径向生长具有与平均气温升高相一致的趋势,而鱼鳞云杉径向生长则出现随气温升高而下降的“分离现象”。相关分析表明,长白松径向生长主要受气温限制,尤其是受上年7、8月和当年9月平均气温影响较大。鱼鳞云杉标准年表与大多数月份的平均气温呈负相关,表现为受气温和降水量的综合制约。升温突变后,长白松和鱼鳞云杉径向生长与气候因子相关性较升温突变前减弱,并且在个别月份出现了径向生长与气候因子相关性由正相关向负相关的转变。目前,升温可能并未超过长白松径向生长的临界阈值,对其径向生长仍保持着促进作用。小波分析表明,该地区树木径向生长可能受到一些大尺度的大气-海洋-陆地变化的耦合作用影响。综上,气候变暖有利于增加长白松径向生长量,升温导致的干旱胁迫是限制鱼鳞云杉径向生长的主要原因,如果未来全球气温持续增加,将对鱼鳞云杉产生不利影响。本结果有助于理解长白松和鱼鳞云杉径向生长对未来气候变化的响应,并为在该区使用该树种进行气候重建提供一定的基础数据。     

Different trends and divergent responses to climate factors in the radial growth of Abies georgei along elevations in the central Hengduan Mountains

Climate change has been unprecedented in the last half-century. Tree growth dynamics and responses to climate warming at different elevations vary by study area due to regional diversity in site-specific climatic conditions in the central Hengduan Mountains. A. georgei is the dominant species in high-elevation montane forests in the central Hengduan Mountains. To study the response of A. georgei radial growth to climate and identify tree growth trends at different elevations, tree-ring width chronologies at four elevations across the subalpine A. georgei forest belt were built and growth-climate relationships were analyzed. The primary findings of this study were as follows: (1) radial growth rates of A. georgei decreased with elevation; (2) warming alleviated the limitation of low temperatures and abundant precipitation on tree radial growth at the highest sampling site; and (3) unlike at other elevations, the trend of trees basal area increment (BAI) at the lowest sampling site showed a significant decline over the past 20 years. This suggests the presence of an elevational inflection point, likely between 3800 m and 4000 m, where tree growth trends diverge. These results confirmed that A. georgei at higher elevation in the central Hengduan Mountains currently benefits from higher temperatures. However, the effects of drought on A. georgei at lower elevations would cause radial growth to decrease with climate warming. Therefore, it is critical to establish effective management strategies based on how A. georgei responds to climate change at various elevations.     

Drought timing and local climate determine the sensitivity of eastern temperate forests to drought

Projected changes in temperature and drought regime are likely to reduce carbon (C) storage in forests, thereby amplifying rates of climate change. While such reductions are often presumed to be greatest in semi‐arid forests that experience widespread tree mortality, the consequences of drought may also be important in temperate mesic forests of Eastern North America (ENA) if tree growth is significantly curtailed by drought. Investigations of the environmental conditions that determine drought sensitivity are critically needed to accurately predict ecosystem feedbacks to climate change. We matched site factors with the growth responses to drought of 10,753 trees across mesic forests of ENA, representing 24 species and 346 stands, to determine the broad‐scale drivers of drought sensitivity for the dominant trees in ENA. Here we show that two factors—the timing of drought, and the atmospheric demand for water (i.e., local potential evapotranspiration; PET)—are stronger drivers of drought sensitivity than soil and stand characteristics. Drought‐induced reductions in tree growth were greatest when the droughts occurred during early‐season peaks in radial growth, especially for trees growing in the warmest, driest regions (i.e., highest PET). Further, mean species trait values (rooting depth and ψ₅₀) were poor predictors of drought sensitivity, as intraspecific variation in sensitivity was equal to or greater than interspecific variation in 17 of 24 species. From a general circulation model ensemble, we find that future increases in early‐season PET may exacerbate these effects, and potentially offset gains in C uptake and storage in ENA owing to other global change factors.     

雌雄异株植物山杨的气候响应差异

本文通过建立长白山阔叶红松林内雌雄异株植物山杨树轮宽度序列及标准化年表,分析不同气候条件下的生长差异及其与气候因子的关系,以期揭示性别因素对植株径向生长 气候因子关系的影响.结果表明： 不同气候条件下雌雄植株年径向生长速率存在显著差异,对气候因子的响应也有所不同.1980年以前,山杨雌株年均生长速率显著高于雄株,雌株与生长季末低温、上年生长季末和当年生长季降水量呈显著负相关,山杨雄株则与当年生长季温度呈显著正相关.1980年（含）以后,温度明显上升,尤其是最低温度,植株生长速率出现下降趋势,雌株生长速率显著低于雄株;雌株对低温变化更敏感,与上年生长季末低温呈显著负相关、与春季低温呈显著正相关,雄株与低温的相关关系均未达到显著水平.低温对长白山地区山杨雌株生长具有重要影响,在降水基本保持不变的条件下,低温的上升将明显抑制山杨雌株的生长,而对雄株影响不显著.     

Contrasting climate-growth relationship between Larix gmelinii and Pinus sylvestris var. mongolica along a latitudinal gradient in Daxing’an Mountains,China

The Daxing’an Mountains is one of the areas with the most serious climate warming in northern China. Dahurian larch (Larix gmelinii) and Mongolian Scots pine (Pinus sylvestris var. mongolica) are two major coniferous species in boreal forests of the region. Their growth-climate relationship is crucial for understanding the effects of climate change on boreal forest ecosystems. To examine and compare the changes of climate-growth relationship between larch and pine, a total of 418 tree-ring cores of the two species were collected at six sites in the Daxing’an Mountains, and the tree-ring chronologies were developed. The results showed that water availability (Palmer Drought Severity Index, PDSI) played a key role in the stable growth of larch and pine. The temperature and precipitation in January, June-August are important factors affecting the radial growth of the two coniferous species along the latitude gradient. The correlation coefficients of growth and the seasonal temperature and precipitation of larch and pine showed a completely opposite trend with the increase of latitude. In summer and autumn, the correlation coefficients between larch growth and seasonal mean temperature decreased first and then increased with the increase of latitude, while that of pine, on the contrary, increased first and then decreased. In winter, spring and autumn, the correlation coefficients between larch growth and seasonal total precipitation decreased first and then increased with the increase of latitude, while that of pine was opposite. However, the correlation coefficients between larch and pine growth and PDSI showed the same trend with the increase of latitude, decreasing at first and then increasing. Before and after rapid warming (around 1980), the correlation coefficients between larch and pine growth and PDSI showed a completely opposite change. Our findings emphasize that the growth-climate relationships of Dahurian larch and Mongolian Scotts pine shows an opposite trend with latitude, which means that the two species may exhibit a completely opposite response with climate change along the latitude gradient.     

Warming-Induced Decline of Picea crassifolia Growth in the Qilian Mountains in Recent Decades

Warming-induced drought has widely affected forest dynamics in most places of the northern hemisphere. In this study, we assessed how climate warming has affected Picea crassifolia (Qinghai spruce) forests using tree growth-climate relationships and the normalized difference vegetation index (NDVI) along the Qilian Mountains, northeastern Tibet Plateau (the main range of Picea crassifolia). Based on the analysis on trees radial growth data from the upper tree line and the regional NDVI data, we identified a pervasive growth decline in recent decades, most likely caused by warming-induced droughts. The drought stress on Picea crassifolia radial growth were expanding from northeast to southwest and the favorable moisture conditions for tree growth were retreating along the identical direction in the study area over the last half century. Compared to the historical drought stress on tree radial growth in the 1920s, recent warming-induced droughts display a longer-lasting stress with a broader spatial distribution on regional forest growth. If the recent warming continues without the effective moisture increasing, then a notable challenge is developed for Picea crassifolia in the Qilian Mountains. Elaborate forest management is necessary to counteract the future risk of climate change effects in this region.     

近几十年来冀西北山地白桦次生林径向生长对气候变化的响应

研究不同海拔高度天然次生林径向生长特征及其对气候变化的响应, 揭示影响山地树木径向生长的主要因子, 对于研究气候变化对温带森林生态系统适应性生长、演替和可持续经营的影响具有重要意义。该研究以冀西北山地次生林优势树种白桦(Betula platyphylla)为对象, 于研究区海拔1 350、1 550、1 750、1 950 m处分别设置样地, 采集样木树芯和圆盘, 运用树木年轮气候学方法建立白桦天然次生林标准年表, 并将年轮宽度指数与气候因子进行相关、多元逐步回归分析。主要结果: (1) 1960-2018年研究区气候呈变暖变干趋势, 其中1960-1989年为平稳期, 1989-2018年为快速期。(2)白桦次生林径向生长在1989年发生改变, 年轮宽度指数呈现“增长-下降”的“Λ”形生长趋势。(3)在气候变化平稳期, 白桦次生林径向生长在低海拔样地(B1350、B1550)与气温(平均气温、最高气温、最低气温)呈正相关关系, 在高海拔样地(B1750、B1950)与上年和当年生长季降水量呈显著正相关关系; 在气候变化快速期, 低海拔样地(B1350、B1550)白桦次生林径向生长与生长季气温、生长季潜在蒸散发(ET₀)呈负相关关系, 高海拔样地(B1750、B1950)白桦次生林径向生长与生长季及生长季末期ET₀呈负相关关系。 (4)在气候变化平稳期, 温度对B1350、B1550、B1750样地白桦次生林径向生长的贡献率分别为76%、54%、51%, 水分的贡献率为24%、46%、49%; 在气候变化快速期, 温度对B1350、B1550、B1750样地树木径向生长的贡献率分别为58%、41%、38%, 水分的贡献率为42%、59%、62%; 高海拔B1950样地树木生长始终受水分因子的控制。     

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.