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。     

近40年河北坝上地区杨树人工林径向生长对气候变化的响应差异

运用树木年轮气候学方法,研究近40年河北坝上地区健康和衰退小叶杨人工林径向生长对气候响应敏感性差异,揭示健康和衰退杨树生长与气候关系的时间变异规律。结果表明：（1）衰退杨树径向生长对温度、降水等气候因素响应较健康杨树敏感。衰退杨树年表中的气候信号较强,与当年生长季（4、8-10月）的气温因素呈显著负相关,与上一年休眠期（9月-当年1月）和当年生长季（7月）的降水和相对湿度呈显著正相关。健康杨树年表中气候信号较弱,主要与上一年冬季（12月）和当年生长季（4月）的气温因素呈显著负相关,与上一年生长末期（8-11月）降水和相对湿度呈显著正相关。（2）从各年表与帕默尔干旱指数（PDSI）的响应强度来看,衰退杨树生长更易受夏季干旱胁迫影响。衰退杨树年表与上一年9月-当年3月、6-10月的PDSI呈显著正相关,而健康杨树径向生长与PDSI呈弱的正相关。（3）1975-2017年间,随气温升高,健康和衰退杨树生长对温度的敏感性下降;健康杨树生长对降水和PDSI的敏感性较为稳定,适应能力强,而衰退杨树生长对降水和PDSI的敏感性增强,适应能力变弱。综上所述,干旱胁迫是限制衰退杨树生长的主要因素,而健康杨树生长受气候影响较弱,能适应当地气候条件。衰退杨树对气候变化响应较健康杨树明显,在气候变暖背景下,衰退杨树生长的气候限制因子由温度转变为水分,导致河北坝上地区遭受干旱灾害时发生退化的趋势更加明显。     

呼伦贝尔沙地樟子松人工林乔木层固碳速率及其对气象因子的响应

以呼伦贝尔沙地樟子松人工林为对象,利用树木年轮学方法和解析木法,推算过去41年的樟子松林生物量、碳密度和固碳速率,并分析固碳速率与月均气温、月均最低温、月均最高温、月降水量、月均大气相对湿度等气象因子的关系。结果表明:樟子松林碳密度随着林龄的增加而增加,碳密度从1977年的2.58 t·hm^-2增加到2017年的87.97 t·hm^-2;樟子松林固碳速率的年际差异较大,总体上呈现出先增加后减小,最终趋于稳定的趋势,多年固碳速率为1.37~3.21 t·hm^-2·a^-1,平均为2.13 t·hm^-2·a^-1;樟子松林固碳速率与上一年和当年生长季的降水呈正相关,与非生长季降水呈负相关,特别是与上一年12月和当年3月降水量呈显著相关;与上一年和当年8—9月的月均湿度显著正相关;与上一年及当年生长季的月平均气温、月均最低温和月均最高温呈显著或极显著负相关;樟子松林固碳能力同时受温度和降水的影响,但温度的影响大于降水的影响,在未来该地区气候暖干化的变化趋势下樟子松林固碳潜力可能会降低。     

不同降水条件下科尔沁沙地南缘疏林草地樟子松针叶δ13C和叶性状特征

通过比较不同自然降水年份(极端干旱和极端湿润)19年生疏林草地樟子松的针叶δ¹³C、比叶面积和干物质含量,结合土壤含水量和地下水埋深,探讨了极端降水对樟子松水分利用的影响.结果表明: 干旱年份(2009)樟子松林土壤含水量显著低于湿润年份(2010),但樟子松当年生针叶的δ¹³C在两年间没有显著差异,且两年相同月份间亦无显著差异;干旱年份当年生针叶的比叶面积显著低于湿润年份,而不同年份间干物质含量的差异不显著.在两种极端降水条件下,樟子松的水分利用效率没有明显变化,主要通过改变当年生针叶的比叶面积来适应降水量的变化.对于地下水埋深高于3.0 m的疏林草地樟子松人工林生态系统,极端干旱不会严重影响樟子松的存活和生长.     

不同降水条件下科尔沁沙地南缘疏林草地樟子松针叶δ13C和叶性状特征

通过比较不同自然降水年份(极端干旱和极端湿润)19年生疏林草地樟子松的针叶δ13C、比叶面积和干物质含量,结合土壤含水量和地下水埋深,探讨了极端降水对樟子松水分利用的影响.结果表明:干旱年份(2009)樟子松林土壤含水量显著低于湿润年份(2010),但樟子松当年生针叶的δ13C在两年间没有显著差异,且两年相同月份间亦无显著差异;干旱年份当年生针叶的比叶面积显著低于湿润年份,而不同年份间干物质含量的差异不显著.在两种极端降水条件下,樟子松的水分利用效率没有明显变化,主要通过改变当年生针叶的比叶面积来适应降水量的变化.对于地下水埋深高于3.0m的疏林草地樟子松人工林生态系统,极端干旱不会严重影响樟子松的存活和生长.     

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。     

辽宁省人工林樟子松径向生长对水热梯度变化的响应

基于树轮年代学的理论和方法,建立辽宁地区人工林樟子松年轮宽度年表网络,研究人工林樟子松树木年轮生长变化,探讨樟子松生长与气候变化的关系以及其对水热梯度变化的响应规律。结果表明,研究区各采样点人工林樟子松的径向生长变化呈现较为一致的显著下降趋势(P0.05),并且下降趋势由西北至东南降低。空间上水平上,研究区樟子松的径向生长与研究区降水和相对湿度的空间梯度变化吻合(P0.05),均呈西北至东南增加的特点;各采样点樟子松年轮宽度变化的平均敏感度与降水量、相对湿度显著负相关关系(P0.05),但与温度的正相关关系不显著。各样点樟子松径向生长与月降雨量和月平均相对湿度多呈正相关关系,与月平均温度多呈负相关关系,进一步表明区域水分因子对人工林樟子松生长的限制作用明显。     

亚热带杉木径向生长对气候因子的响应

杉木(Cunninghamia lanceolata)是亚热带地区主要造林树种之一,其在区域碳循环和缓解气候变化中起着重要的作用。以亚热带地区6个站点(荆关、马鬃岭、分宜、将乐、东风、高峰)杉木人工林为研究对象,建立树轮标准化年表,分析树木年轮年表与气候因子的关系,解析不同研究区杉木径向生长对气候变化的响应机制,探讨不同站点杉木对干旱事件的响应策略,为该地区杉木人工林的经营管理提供理论依据。研究结果表明,6个研究区杉木树轮宽度对气候变化的平均敏感度大于0.15,样本总体代表性大于0.85,均处于可接受水平,表明6个站点的杉木样本具有区域代表性,适用于进行气候相关分析。杉木径向生长主要与生长季的平均温度和降水量、上一年夏季的最低温度正相关,与当年夏季最高温度负相关,高峰站点的径向生长与7—10月的相对湿度显著正相关,其他地点径向生长与月相对湿度相关性较弱,分宜、东风和高峰站的径向生长与干旱指数显著正相关,其他地点的杉木树轮宽度与干旱指数相关性较弱。干旱事件对6个站点杉木生长均产生了负面影响,胸高断面积增长(Basal area increment, BAI)呈先上升后下降的趋势,在生长后...     

中国典型人工林净初级生产力与林龄的关系撤回

人工林在陆地生态系统中起着重要的碳汇作用。本研究基于我国25个研究区的5个主要造林树种(刺槐、栓皮栎、杉木、樟子松和油松)的树木年轮数据,利用各研究区不同树种的生物量方程计算标准木的年均净初级生产力(NPP)进而扩展到林分尺度,利用InTEC模型及Law模型模拟各研究区不同人工林NPP与林龄的关系。结果表明：刺槐林、杉木林和油松林NPP随林龄表现出先增加后逐渐平稳的趋势,栓皮栎林和樟子松林NPP达到峰值后则出现下降的趋势。不同人工林NPP-林龄拟合曲线出现拐点的顺序为：樟子松林11年、杉木林14年、油松林16年、刺槐林20年。其拐点NPP分别为6.65、7.58、4.70和2.59 t·hm^-2·a^-1。InTEC及Law NPP-林龄模型在大尺度范围内都有较高的拟合精度,樟子松林InTEC模型R²最低(R²=0.95),均方根误差(RMSE)为0.55 t·hm^-2·a^-1;杉木林InTEC模型R²最高(R²=...     

太行山南麓不同径级栓皮栎生长对气候要素及干旱事件的响应

为评估径级对树木的气候-生长关系的影响,建立太行山南麓低海拔地区栓皮栎全轮、早材、晚材宽度年表,对比两个径级栓皮栎人工林径向生长对气候响应的敏感性差异,使用叠加时代分析揭示干旱事件对不同径级栓皮栎的影响,为气候变化背景下研究区栓皮栎人工林可持续经营提供参考数据。结果表明: 大径级栓皮栎全轮、晚材年表的平均敏感度高于小径级栓皮栎年表,但小径级栓皮栎早材年表的平均敏感度高于大径级栓皮栎早材年表。晚材是树轮气候响应最敏感的组分。两径级栓皮栎标准年表指数对当年气候因子的响应模式相似。小径级栓皮栎全轮、晚材生长对当年6—8月的气候因子更敏感,其早材对生长季之前(1—2月)气候因子更敏感;而大径级栓皮栎早材对去年的气候因子更敏感,有更强的滞后效应。研究区栓皮栎对干旱非常敏感,干旱年份两径级栓皮栎全轮、晚材的径向生长量显著低于上一年,且大径级栓皮栎的减少幅度更高,但干旱后大径级栓皮栎生长恢复程度更高。     

中国北部不同地点樟子松人工林径向生长对气候响应的差异

通过树木年代学方法,测定了毛乌素和塞罕坝相同密度樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)全木(Ringwood,RW)、早材(Earlywood,EW)和晚材(Latewood,LW)宽度,计算胸高断面积增量(Basal area increment,BAI),并建立了樟子松年轮宽度年表,分析其对气候响应的差异。结果显示,毛乌素(Mu Us)樟子松轮宽随树龄呈"升-降"的曲线变化,塞罕坝(Saihanba)呈线性下降,两地樟子松BAI变化相似,呈"升-降"的曲线变化,EW占RW的65%—70%,表明EW对RW贡献较大。生长期间,毛乌素樟子松早晚材比例保持平稳,塞罕坝EW/RW值下降,LW/RW值上升,两地干旱事件均使LW/RW值下降,EW/RW值上升。差值年表(Residual chronology,RES)相关性分析显示,毛乌素樟子松径向生长主要与4、7月平均降雨,7月标准化降水蒸散发指数(Standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI),3、8月平均温度及上年12月和当年3月最低温度呈正相关关系,与上年11月和当年6月最高温度呈负相关关系。塞罕坝樟子松径向生长主要与7、8月平均降雨、SPEI和最低温度呈正相关关系,与当年3、5月最高温度呈负相关关系。结构方程模型表明,毛乌素年平均温度和年SPEI对樟子松RW产生极显著负效应,年平均降雨对RW产生显著正效应,年平均降雨对EW产生极显著正效应,年最低温度和年平均温度分别对LW产生极显著正/负效应。塞罕坝樟子松径向生长对其年气象因子响应与毛乌素相似,但有部分差别,塞罕坝年平均降雨对LW产生极显著负效应,但对EW未达到显著性水平,且年SPEI对塞罕坝樟子松RW和EW产生的干旱胁迫效应明显小于毛乌素。     

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。     

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。     

沙地樟子松天然林南缘分布区林木竞争、空间格局及其更新特征

以呼伦贝尔沙地樟子松地理分布南缘天然林为研究对象,采用Hegyi竞争指数与点格局等分析方法,研究了沙地樟子松天然林的种群结构、种内竞争、空间格局及幼树更新等特征。结果表明:1)所调查区域天然沙地樟子松纯林处于中幼龄阶段,属增长型种群;2)其竞争指数与对象木胸径服从幂函数关系CI=242.24D~(-1.12)(R~2=0.91);3)幼树在小尺度上呈聚集分布,中树与大树在中大尺度上呈随机分布;幼树与中树在小尺度上呈正相关性,中树与大树在小尺度呈负相关性;4)竞争指数与更新幼树和存活更新幼树的密度均呈显著正相关性。在林分管理中需要充分考虑林木竞争、空间格局以及种群更新的关系,本研究可为沙地樟子松天然林的经营管理与保护提供重要的科学依据。     

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。     

长白山北坡不同林型内红松年表特征及其与气候因子的关系

运用树木年轮学的基本原理和方法,选取了长白山北坡保存完好的典型性植被阔叶红松林,探讨了杨桦红松林和椴树红松林内建群种红松(Pinus koraiensis)径向生长对气候要素的响应.结果表明,长白山北坡红松的径向生长对降水较为敏感,杨桦红松林和椴树红松林中,红松年轮宽度均与当年7月以及上一年9月的降水呈显著正相关关系.不同林型内红松的生长与气候因子的关系也有差异.椴树红松的年轮宽度还与上年7月的降水显著负相关,与当年3、4月份的平均气温呈显著正相关.而杨桦红松林内红松年轮宽度和平均温度没有显著的相关关系.特征年分析进一步验证了响应函数相关分析的结果,即当年生长季以及上年生长季末的降水充足促进了红松的径向生长;椴树红松林中,初春温度的升高有利于红松的生长.     

大兴安岭北部樟子松树木生长与气候因子的关系

 在大兴安岭北部漠河(MH I、MH II 2个样点)、塔河蒙克山(MKS)、满归(MG)地区共采集樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)年轮样芯139个, 成功地建立了MH I、MH II、MKS和MG 4个样点的樟子松差值年表, 最长达377年(1631–2007年, 有效年表为1743–2007年)。樟子松年轮指数与气候因子的响应函数分析表明, 气温是这4个样点樟子松径向生长的主要限制因子。但4个样点限制其生长的月份有所差异, 漠河的2个样点樟子松年轮指数与6月气温负相关, 满归和塔河蒙克山樟子松年轮指数与前一年10月气温正相关。樟子松年表与区域气候的冗余分析(redundancy analysis, RDA)基本与响应函数分析的结果一致, 进一步验证了气温对大兴安岭北部樟子松生长的限制作用。该研究为全球变暖下大兴安岭北部樟子松林的经营管理及区域气候重建提供了基础数据。     

Species-specific growth-climate responses of Dahurian larch (Larix gmelinii) and Mongolian pine (Pinus sylvestris var. mongolica) in the Greater Khingan Range,northeast China

Responses of tree growth to climate are usually spatially heterogeneous. Besides regionally varying external environments, species specificity is a crucial factor in determining said spatial heterogeneity. A better understanding of this species specificity would improve our estimations of the warming effects on forests. In this study, we selected two widely-distributed boreal conifers, Dahurian larch (Larix gmelinii) and Mongolian pine (Pinus sylvestris var. mongolica), to compare their growth-climate responses, including long-term growth-climate correlations and short-term growth resilience to drought. We sampled 160 trees and 481 tree-ring cores from the two species in two pure and two mixed forests, located in the Greater Khingan Range, northeast China. We found that Dahurian larch was generally positively correlated with spring temperature and negatively correlated with summer temperature. In contrast, Mongolian pine was more sensitive to summer moisture. Our results suggest that the main climatic limitations were low spring temperatures for Dahurian larch and summer moisture deficits for Mongolian pine. Dahurian larch represented higher growth resistance to drought, while Mongolia pine represented higher recovery. Based on this, we inferred that Dahurian larch was more vulnerable to extreme droughts, while Mongolian pine was more vulnerable to frequent droughts. We also demonstrated the effects of forest type on growth-climate responses. The negative effects of summer temperatures on Mongolian pine seemed to be more significant in mixed forests. As warming continued, Mongolian pine in this area would suffer severer moisture deficits, especially when coexisting with Dahurian larch. Our results suggest that Dahurian larch gained an advantage in the competition with Mongolian pine during high moisture stress. Driven by the warming trends, the species specificity in growth response would ultimately promote the separation of the two species in distribution. This study will help improve our estimations of the warming effects on forests and develop more species-targeted forest management practices.