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。     

High-altitude tree growth responses to climate change across the Hindu Kush Himalaya

兴都库什喜马拉雅地区高海拔树木生长对气候变化的响应 高海拔地区快速升温可能导致树木对温度响应更为敏感,而限制高海拔地区树木生长的关键气候因子以及气候变化对树木生长产生多大程度的影响尚不清楚。本研究在兴都库什喜马拉雅地区收集了73 个样点的树轮数据,包括3个优势属的树种(Abies属、Juniperus属和Picea属),样点海拔均在3000 m以上。 将时间动态规整(dynamic time warping)的方法用于建立亚区域年表,以考虑不同站点年表之间变化的同步 性。同时,定量分析了气候因子对树木生长的贡献以及树木生长与气候因子关系的时空动态。研究结果发现,73个站点年表可以聚为3类,且与其所处的生物气候区相对应,即西喜马拉雅地区,中东喜马拉雅地区和藏东南地区。在干旱的西喜马拉雅地区,树木生长与冬、春两季的降水呈正相关关系,而在湿润的藏东南地区,树木生长与冬季温度和春季降水呈正相关关系。树木生长受最低温度的影响最大,特别是冬季温度,其重要性从西到东呈现递增趋势。滑动窗口相关分析表明,在中西喜马拉雅地区,影响树木生长的冬季温度信号在减弱,然而在藏东南地区该信号随着1980年以来的快速升温而增强。本研究结果表明,若该地区升温持续,在西喜马拉雅地区可能会因变暖引起的水分亏缺而造成森林衰退,而在藏东南地区因树木生长得益于变暖而使得森林扩张。     

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。     

升温突变对川西马尔康树木生长的影响

以采自川西马尔康林区的岷江冷杉(Abies faxoniana)和岷江柏(Cupressus chengiana)树轮为研究对象,对树轮指数与气候要素进行相关分析,研究1995年升温突变前后该区主要针叶树种的树轮响应变化。结果显示:1955—1994年时段,高、中海拔岷江冷杉径向生长对温度正响应,年轮指数呈缓慢的上升趋势,低海拔岷江柏受温度影响不大,年轮指数上升较快;1995—2012年时段,随着温度升高,3样点树木年轮指数并未上升,甚至呈下降趋势,表现出"响应分异现象"。对月气候要素的响应,树种间存在差异:高海拔岷江冷杉在前一时段主要表现为与冬季温度的正相关,后一阶段则转变为与4月温度的显著负相关及与4月份降水的显著正相关,受到显著的4月干旱胁迫影响;中海拔岷江冷杉后一时段温度敏感性消失,5月干旱胁迫加剧;低海拔岷江柏主要受降水影响,后一时段4月份干旱胁迫加剧。升温突变后,川西马尔康林区岷江冷杉和岷江柏均表现出"响应分异现象",在今后的气候重建及碳循环模拟中应加以考虑。     

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。     

川西米亚罗林区主要树木生长对气候响应的差异

为分析青藏高原东缘半湿润区不同树种树木生长对气候变化的响应规律,于川西米亚罗林区海拔3000 m左右(低海拔)采集铁杉、岷江冷杉、紫果云杉,海拔4000 m左右林线位置(高海拔)采集岷江冷杉、四川红杉,共计182棵树木年轮样芯,建立了不同树种的树轮宽度年表,对不同树种的年轮指数与各月气候因子进行相关分析.结果表明： 在低海拔处,树木生长与4、5月气温呈负相关,与4、5月降雨呈正相关,受到春季干旱胁迫的影响;但树种之间存在显著差异： 铁杉的生长受春季干旱胁迫影响最严重,岷江冷杉次之,紫果云杉所受影响很小.在高海拔处,树木生长主要受生长季温度的影响,岷江冷杉年轮指数与当年2、7月最低气温呈显著正相关,与上一年10月最高气温亦呈正相关;四川红杉年轮指数与5月最高气温呈显著正相关,但与2月均温、3月最低气温呈显著负相关.近几十年青藏高原东北缘气候有干暖化趋势,如果这种趋势持续发生,低海拔紫果云杉长势将超过铁杉和岷江冷杉;高海拔处的升温更有利于岷江冷杉的生长.     

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。     

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.     

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。     

河北小五台山北坡植物物种多样性的垂直梯度变化

通过野外群落调查,分析了小五台山北坡植物物种多样性的垂直梯度变化。结果表明：(1)小五台山北坡的物种丰富度随海拔的升高逐渐减小,物种组成趋于简单,乔木树种渐少。d多样性指数变化较小,但呈现出随海拔升高先增大、后减小的趋势。(2)β多样性指数很好地反映了群落之问的变化。相异系数峰值出现在海拔1．400-1500m处灌丛向森林的过渡带和海拔2600—2700m处森林向亚高山草甸的过渡带。海拔1400-1500m处出现的Cody指数极大值反映了灌丛群落向森林群落的变化,而Cody指数在海拔2100—2200m的极大值反映了阔叶林和针叶林之间的过渡。(3)作为小五台山两种最为重要的阔叶树种,白桦(Betula platyphylla)和红桦(Betula albosinensis)沿海拔梯度出现明显的替代现象,随着海拔的升高,白桦逐渐为红桦所取代。     

冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量评价

为防止北方土石山区的土地和植被在人类活动下进一步退化,为冬奥会赛后制定战略性植被恢复计划,以白桦天然林、落叶松人工林、天然灌草地和弃耕农地为研究对象,基于土壤容重、孔隙度和土壤养分含量等13种土壤理化指标,对冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量进行综合评价。结果表明: 冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量呈现出白桦天然林>天然灌草地>落叶松人工林>弃耕农地。白桦天然林的土壤质量显著高于其他3种土地利用类型,其土壤全氮(3.24±1.42 g·kg^-1)和全磷(0.59±0.10 g·kg^-1)含量较高,土壤养分的长期积累是阻止白桦天然林土壤退化的最主要原因;天然灌草地受到土壤粗粒含量和地形因素的影响,土壤质量仅次于白桦天然林;经过40年植被恢复的落叶松人工林土壤物理性质得到改良,土壤砾石含量显著降低,而土壤养分指标未发生显著变化;弃耕农田土壤质量最低的主要原因是植被覆盖低及低海拔区域较高的人类活动强度。受土壤全氮含量的影响,4种土地利用类型下的土壤质量随海拔升高而增加,且均在1700 m左右达到峰值。综上,建议加强在低海拔生态脆弱区域的封禁管理和生态恢复措施,同时兼顾高密度林分的可持续发展,增强人工林的生态适应性。     

中国寒温带不同林龄白桦林碳储量及分配特征

为了解中国寒温带地区不同林龄白桦林生态系统碳储量及固碳能力, 在样地调查基础上, 以大兴安岭地区25、40与61年白桦(Betula platyphylla)林生态系统为研究对象, 对其乔木层、林下地被物层(灌木层、草本层、凋落物层)、土壤层(0-100 cm)碳储量与分配特征进行调查研究。结果表明白桦林乔木层各器官碳含量在440.7-506.7 g·kg ^-1之间, 各器官碳含量随着林龄的增长而降低; 灌木层、草本层碳含量随林龄的增加呈先降后升的变化趋势; 凋落物层碳含量随林龄增加而降低; 土壤层(0-100 cm)碳含量随林龄增加而显著升高, 随着土层深度的增加而降低。白桦林生态系统各层次碳储量均随林龄的增加而明显升高。25、40与61年白桦林乔木层碳储量分别为11.9、19.1和34.2 t·hm ^-2, 各器官碳储量大小顺序表现为树干>树根>树枝>树叶, 树干碳储量分配比例随林龄增加而升高。25、40与61年白桦林生态系统碳储量分别为77.4、180.9和271.4 t·hm ^-2, 其中土壤层占生态系统总碳储量的81.6%、87.7%和85.9%, 是白桦林生态系统的主要碳库。随林龄增加, 白桦林年净生产力(2.0-4.4 t·hm ^-2·a ^-1)、年净固碳量(1.0-2.1 t·hm ^-2·a ^-1)均出现增长, 老龄白桦林仍具有较强的碳汇作用。     

典型黑土区主要树种根系构型特征及其对固土能力的影响

为量化典型黑土区主要树种根系构型特征,探究其对固土能力的影响,以该区分布较广的榆叶梅、小叶锦鸡儿、白桦、糖槭、红皮云杉、樟子松单株个体为研究对象,采用全根挖掘和WinRHIZO Pro LA2004分析系统相结合对其根系空间分布、几何形态、分形等特征进行测定,同时采用原位整株根系拉拔的方法量化根系垂直拉拔力。结果表明: 榆叶梅以倾斜根为主,小叶锦鸡儿、白桦、糖槭和红皮云杉以水平根为主,樟子松根系在水平和垂直分布上较为均衡;除白桦总根表面积和红皮云杉总根长外,灌木树种总根长、总根表面积显著大于乔木,落叶阔叶乔木总根长、总根表面积显著大于针叶常绿乔木,白桦总根体积显著大于小叶锦鸡儿、糖槭、红皮云杉和樟子松;榆叶梅、小叶锦鸡儿和白桦根系分形维数和分形丰度显著大于红皮云杉和樟子松;榆叶梅、小叶锦鸡儿和糖槭整株根系平均最大垂直拉拔力显著大于白桦、樟子松和红皮云杉。主要受根系总根长、总根表面积和倾斜根数量的影响,榆叶梅、小叶锦鸡儿和糖槭根系表现出较强的固土能力,可作为典型黑土区水土保持植被构建中优先选择的树种。     

青藏高原东北部祁连圆柏径向生长对不同类型干旱的响应

为研究祁连圆柏径向生长对不同时期(生长季前2—4月和生长季5—7月)气候因子的响应及面对不同类型(高温、缺水、高温+缺水)干旱事件的弹性(抵抗力和恢复力)变化,利用青藏高原东北部17个采样点的祁连圆柏树轮宽度资料,分析径向生长与不同时期气候因子的相关性,探究高低海拔祁连圆柏面对各类干旱事件的弹性差异。结果表明:祁连圆柏径向生长与干旱指数呈显著正相关,与生长季温度呈负相关(P<0.1)。祁连圆柏面对不同时期干旱事件的弹性存在显著差异,生长季前发生的干旱事件中,低海拔圆柏的抵抗力比高海拔增高2.3%,恢复力降低25.1%;生长季干旱事件中,低海拔圆柏的抵抗力比高海拔降低23.7%,恢复力增高107.1%。祁连圆柏面对缺水型干旱时恢复力更强,均值达到1.68,而面对高温型干旱时祁连圆柏的抵抗力更强,均值达到1.43。未来我国西部高山祁连圆柏,尤其是处于低海拔区的,其径向生长受到全球变暖造成的极端干旱事件的影响会更加显著。     

不同海拔和坡向马尾松树轮宽度对气候变化的响应

以马尾松树轮样芯为材料,利用树木年代学方法分别建立低海拔(260 m)、中海拔(460 m)、高海拔(690 m)及阳坡(270 m)、阴坡(265 m)处马尾松标准及差值年表,将树轮宽度指数与气候因子进行相关及冗余分析,并建立马尾松径向生长量与气候要素的最优多元回归模型,分析福建将乐地区树木径向生长特征及其与气候的关系随海拔及坡向的变化规律.结果表明:该区域马尾松径向生长在海拔梯度上主要受降水量影响,在坡向水平主要受温度影响;120个气候变量中,上年12月降水量及当年2月极端最低气温分别在海拔及坡向处与马尾松径向生长呈显著负相关.该研究定量描述气候变化对亚热带地区马尾松径向生长的影响,为气候变暖背景下将乐地区马尾松林的栽植及管理提供科学依据.     

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%).     

太白山巴山冷杉林主要树种与开花秦岭箭竹的空间点格局分析

采用单变量和双变量O-ring函数对太白山大熊猫栖息地巴山冷杉林主要树种的空间分布格局、种间关联性及其与林下开花箭竹的空间关联性进行了多尺度分析.结果表明: 巴山冷杉林中,巴山冷杉数量最多,但种群结构衰退,白桦种群相对年轻,种群结构稳定,红桦种群也呈衰退趋势;3个主要树种在小尺度上呈聚集分布,随尺度增加,逐渐表现为随机分布.3个树种的空间关联性主要表现在小尺度范围内,随尺度增加,空间分布格局逐渐表现为不关联;巴山冷杉和白桦与开花秦岭箭竹在大、中尺度内呈现正相关,而红桦与开花秦岭箭竹在大、中尺度上表现出负相关.大熊猫栖息地内乔木和林下秦岭箭竹共同推动森林的动态演替和发展,进而影响秦岭大熊猫栖息地的环境变化.     

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。