阈值温度和积温对川西高原林线岷江冷杉径向生长的影响

高山林线的形成机理一直是高山生态学讨论的一个焦点问题,其中林线树木生长的阈值温度一直是研究热点。利用川西高原九寨沟弓杠岭林线岷江冷杉(Abies faxoniana)树木径向生长数据,通过树轮宽度-气候因子关系分析,探讨阈值温度和积温对林线岷江冷杉径向生长的影响。结果表明:林线岷江冷杉径向生长主要受到温度限制,其中林线岷江冷杉径向生长与当年生长季(7、8和9月)、冬季(12、1和2)及上一年9、10月温度显著正相关(P0.05),但与降水的相关性较弱。林线岷江冷杉径向生长与不同起始温度的初日负相关,与不同起始温度的终日正相关,且与9.5℃阈值温度的初日负相关最强(P0.05),与6.5℃阈值温度的终日正相关最强(P0.05)。林线岷江冷杉径向生长还与7—9.5℃的积温及9.5℃持续天数显著正相关(P0.05),说明7—9.5℃可能是形成层活动的阈值温度,尤其7℃可能是林线岷江冷杉生长的起始温度。林线岷江冷杉生长期从4月中旬开始到10月初结束,随着1980年后温度的显著升高,生长期活动积温开始增加,生长期初日提前(4.6d/10a,r~2=0.19,P=0.01),生长期终日延后(1.8 d/10a),使得生长期延长(6.4 d/10a),进而对林线岷江冷杉径向生长有显著的促进作用。未来气候变暖可能会使川西林线树木生长增加,林线可能会上移。     

长白山东坡不同海拔长白落叶松径向生长对气候变化的响应

为了解高山林线附近树木生长对气候变化的敏感性, 选取长白山东坡火山喷发后形成的过渡性植物群落长白落叶松(又称黄花落叶松) (Larix olgensis)林为研究对象, 并建立不同海拔高度长白落叶松的3个年轮宽度年表, 研究不同生境长白落叶松径向生长对气候变化的响应, 并利用冗余分析对不同海拔的年轮指数与气候因子的关系做进一步分析。主要结果如下: (1)高海拔年轮年表的统计特征更显著, 比低海拔径向生长对气候因子的响应更加敏感; (2)高海拔径向生长主要受上年生长季前期和生长季气温的限制, 尤其是上年6月和8月气温的限制作用, 低海拔径向生长主要与降水量有关, 受当年9月降水量和当年8月帕尔默干旱指数(PDSI)的共同影响; (3)林线内树木对气候响应的敏感性强于林线外, 林线外小生境的异质性及干扰事件频发可能掩盖了树木对气候因子的敏感性, 林线下方可能是检验林线处树木生长对气候响应平均状态的最佳位置; (4)不同海拔年轮年表与气候因子的冗余分析与响应函数分析的结果基本一致, 进一步证明了冗余分析可以有效地量化树轮指数与气候因子的关系。该研究为全球变暖背景下长白山东坡长白落叶松林的管理及该区域气候重建提供了基础数据。     

天山东部西伯利亚落叶松树轮生长对气候要素的响应分析

天山东部西伯利亚落叶松的树木年轮学研究可以看出：森林上限树轮宽度年表之间相关性较高而下限年表间相关稍低,表明下限小生境要素对树木生长干扰较大。森林上下限树轮年表中样本的总解释量（ESP）和信噪比（SNR）都比较高,说明树木中都含有较多的环境信息;但标准年表中平均敏感度（M．S．）和轮宽指数的标准差（S．D．）都是森林上限数值低于下限,这表明森林上限树木生长对环境变化响应的敏感性降低;相关分析和响应分析也发现森林下限生长的树木对气候因子的响应较为显著。就温度而言,森林上限和下限表现基本一致,树木生长多与温度负相关,其中下限树木生长与春季均温和3．6月份均温显著负相关;降水表现出一定的差别,上限树木生长与春季、夏季及年降水量有较高的负相关,而对下限树木生长影响最大的则是冬季和3—6月份降水。湿润指数与降水基本一致即上限呈负相关而下限正相关,温暖指数全为负相关,寒冷指数下限负相关显著;显然该地区森林上下限树木生长的生态模式存在着一定的差异。研究发现,冬春季节的不同水热组合则是形成树木年轮宽窄的限制因素;同时,前期生长的滞后效应对年轮形成有重要的影响。     

北美东部8种温带树种向北分布的限制气候因子

利用分布于北美东部的8种温带落叶树种为研究材料,应用反映热量和降水状况的11个变量为气候指标,用标准差分析方法分析了这8个树种的分布北界与气候因子之间的关系.结果表明,在所使用的气候指标中,同一树种不同地点的温暖指数或年生物温度的标准差最小,说明积温是限制这些树种向北分布的主要气候因子;温暖指数和寒冷指数随着年降水量的增大而减小,寒冷指数随着年较差的增加而增加,温暖指数随着水热综合指数的增加表现出减小的趋势.表明,除了生长季节的积温之外,降水和大陆性等气候条件对温带树种向北分布也起着重要作用.     

北美东部8种温带树种向北分布的限制气候因子

利用分布于北美东部的 8种温带落叶树种为研究材料 ,应用反映热量和降水状况的 11个变量为气候指标 ,用标准差分析方法分析了这 8个树种的分布北界与气候因子之间的关系。结果表明 ,在所使用的气候指标中 ,同一树种不同地点的温暖指数或年生物温度的标准差最小 ,说明积温是限制这些树种向北分布的主要气候因子 ;温暖指数和寒冷指数随着年降水量的增大而减小 ,寒冷指数随着年较差的增加而增加 ,温暖指数随着水热综合指数的增加表现出减小的趋势。表明 ,除了生长季节的积温之外 ,降水和大陆性等气候条件对温带树种向北分布也起着重要作用     

高山林线变化的更新受限机制研究进展

全球林线位置对气候变暖的响应表现为上升、无变化或下降等截然不同趋势,表明影响林线位置及动态的因子十分复杂,除了较普遍认为的低温调控机制外,还存在其它控制林线位置变化的机制。林线向上迁移开始于种子向林线以上的传播及幼苗在林线以上的定居,这些过程中的限制因子均会影响林线的位移,因此研究更新过程及其限制因子对理解高山林线对气候变化的响应具有重要的科学意义。主要从种子和幼苗两个关键阶段综述高山林线森林更新的研究进展。在种子阶段,夏季积温不足导致种子产量和活力下降,风速过低和浓密灌丛限制种子向林线以上传播,近地表的霜冻/水分胁迫和灌木释放的化感物质会阻碍种子在林线以上萌发。在幼苗阶段,除冬季低温外,生长季内较大的温度日振幅和偶然出现的冻害事件也是导致幼苗死亡的重要原因,而低温环境下的强烈光照引起的低温光抑制会显著降低生长季的光合作用;土壤低温、由土壤温度昼夜变化引起的冻举事件、夏季土壤干旱可能会导致幼苗光合作用下降和死亡率上升;积雪太浅会导致生长季早期幼苗水分供应的严重缺乏,但积雪太深会导致幼苗感染真菌的可能性增加;浓密的灌木和草本植物以及植食动物的啃食也会降低林线以上的幼苗存活率。气候变暖对林线幼苗定居的影响复杂且具有很大不确定性,需要进一步研究气候变暖导致的环境因子变化对林线更新各关键阶段的影响。未来气候变暖无疑会导致生长季起始日提前,结束日推迟,这很可能会增加生长季期间尤其是早期的低温冻害事件,对高山林线树种幼苗的存活具有重要影响。在未来研究中,需要找出定义生长季冻害事件的温度阈值,利用长期气象观测数据分析增温背景下生长季早期冻害事件特征的变化趋势,并进一步开展野外模拟增温实验以深刻理解林线树种的种子萌发和幼苗定居与生长季冻害事件的关系,加强对不同地区林线树种的繁殖策略研究,这将有助于人们进一步理解不同区域林线的形成机制并预测未来气候变化条件下林线的动态变化趋势。     

藏东南色季拉山急尖长苞冷杉(Abies georgei var. smithii)林线的生态气候特征

高山林线因其对气候因子的敏感性和自身结构的不稳定性而被视为气候变化的"监视器",通过自动微气象站对藏东南色季拉山急尖长苞冷杉(Abies georgei var. smithii)林线气象因子的连续监测,探讨了色季拉山高山林线的生态气候特征.结果表明:在色季拉山急尖长苞冷杉林线处,年平均温度为1.3℃,年平均相对湿度为79.4%,全年降水量为892.6 mm,主要集中在6、7、8、9月4个月份.林线最热月平均温度为9.4℃,最冷月平均温度为-6.4℃,年生物温度为3.1℃,温暖指数是11.6℃月,寒冷指数是-55.9℃月,生长季内平均温度为7.7℃,生长季长度为133d,大陆度指数为34.0,湿润指数为217.5.其温暖指数与我国两种山地森林树种祁连圆柏和喜马拉雅冷杉的分布上限较为接近.林线的最热月温度、年生物学温度和生长季平均温度与全国高山林线的平均值十分接近.从全球范围来看,色季拉山林线最热月平均温度9.4℃与全球均值10℃很接近.生长季内10cm深度的土壤均温为6.22℃,接近Krner观测的(6.7±0.8)℃全球均值.     

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。     

滇西北白马雪山高山松(Pinus densata)径向生长对气候因子的响应

滇西北是我国西南地区气候变化最为显著的地区之一，过去几十年来气候呈现快速变暖趋势。高山松(Pinus densata)是该地区主要的针叶树种，研究高山松径向生长对气候因子的响应，有助于深入认识该地区亚高山针叶林对气候变化的适应能力。在滇西北白马雪山1 hm²永久性样地内采集了161棵高山松树木样芯(322个),运用传统树木年轮学原理及方法，建立高山松年轮宽度差值年表，分析年表与样地附近气象站1957—2020年气候因子的相关性。结果表明：1)高山松的径向生长与冬季及春季(前一年11月至当年4月)温度呈正相关关系，与当年5月份最高温度和平均温度呈负相关；2)高山松径向生长与当年4—6月降水量显著正相关，与5月相对湿度呈正相关，与5—8月标准化降水蒸散指数(SPEI6)呈正相关；3)滑动相关分析表明，白马雪山高山松径向生长-气候关系不稳定，冬季温度对高山松生长的限制作用在减弱，说明冬季低温限制在一定程度上解除；而夏秋季温度对高山松径向生长的相关性由弱的负相关转为近年来的显著正相关；对夏季相对湿度和标准化降水蒸散指数的敏感性降低。研究结果可为探讨气候变化下高山松自然林的...     

黄山松年轮生长和气候的关系

对黄山山顶面区黄山松林分中个体年轮生长规律进行了研究,分析了黄山松年轮生长的特点．求算不同年龄阶段的个体年轮生长的时间模型,建立年轮指数,通过与各相关气候因子的逐步回归,最终获得黄山松年轮指数与气候因子的相关方程,为研究黄山松的生长及建立黄山地区气候的历史变化提供了基础资料．分析表明,黄山地区黄山松具有较宽范围的年轮敏感度（ＭＳ）．其年轮生长模型揭示,影响直径生长主要因子是生长当年＞１０℃积温期间的太阳辐射,其次为积温,与降水量无显著相关性;当年４月份的气候因子与年轮生长有显著相关关系．年轮生长与当年４、７月的辐射呈正相关,与当年４月平均气温呈负相关．当年４月降水与年轮生长有一定关系,但其相关性不十分显著．     

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.     

Gradual expansion of moisture sensitive Abies spectabilis forest in the Trans-Himalayan zone of central Nepal associated with climate change

Population structure and tree recruitment dynamics in the natural treeline ecotone of high mountains are strong indicators of vegetation responses to climate. Here, we examined recruitment dynamics of Abies spectabilis across the treeline ecotone (3439–3638 m asl) of Chimang Lekh of Annapurna Conservation Area in the Trans-Himalayan zone of central Nepal. Dendrochronological techniques were used to establish stand age structure by ring counts of adults, and by terminal bud scar count for seedlings and saplings. The results showed abundant seedling recruitment, higher regenerative inertia and colonization with a consistent range shift of the A. spectabilis treeline. The upward expansion of this sub-alpine treeline was found to be driven by a strong dependence of seedling recruitment and radial growth on snowmelt and precipitation as temperatures rise. The radial growth of A. spectabilis at the alpine timberline ecotone (ATE) and closed timberline forest (CTF) showed sensitivity to spring season (March–May) climate. Tree ring indices of CTF showed a strong positive correlation with spring and annual precipitation, and a significant negative correlation with spring and annual temperature, however, moisture sensitivity was less strong at ATE than CTF.     

高山林线与气候变化关系研究进展

20世纪全球气候经历了异常的变化。20世纪是过去1000年中增暖最大的1个世纪,并且90年代是最暖的10年。作为两个生态系统的过渡地带,生态过渡带是监测全球变化的重要地点,而森林和苔原之间的高山林线是全球变化最为敏感的地点。从高山林线树木个体对气候变化的响应、气候变化下林线处树木的更新、林线格局变化以及高山林线与气候变化关系研究中所采用的研究方法等方面,综合论述了国内外的研究进展,最后提出了高山林线研究中需要注意的问题,并对今后的研究趋势作了展望。     

长白山岳桦种群过渡带位置的研究

在长白山北坡,由于水、热条件及其组合的垂直分异,植被形成了完整的垂直带谱．从表观上看,各植被带间存在明显的过渡带,但由于多种因素的影响,过渡带的位置确定比较困难,文中采用梯度取样方法,应用分形分析、种群分布格局分析和种间竞争分析对海拔1400～2200m的岳桦种群过渡带进行了定量研究,结果表明,岳桦种群在海拔1650m附近与云冷杉林形成一个森林过渡带;在海拔2080m附近与高山苔原形成一个林线过渡带。     

Response of radial growth to climate change for Larix olgensis along an altitudinal gradient on the eastern slope of Changbai Mountain,Northeast China

AimsTo further understand the sensitivity of tree growth to climate change and its variation with altitude, particularly the growth-climate relationship near the timberline, the radial growth of Larix olgensis in an oldgrowth forest along an altitudinal gradient on the eastern slope of Changbai Mountain was investigated. MethodsThe relationships between climate factors and tree-ring index were determined using bootstrapped response functions analysis with the software DENDROCLIM2002. Redundancy analysis, a multivariate “direct” gradient analysis, and its ordination axes were constrained to represent linear combinations with meteorological elements. The analysis was used to clarify the relationship between tree-ring width indexes at different elevations and climate factors during the period 1959-2009.Important findings indicated: (1) Tree ring chronologies from high altitudes were more superior than other samples in terms of growth-climate relationship, revealing that trees at high altitudes are more sensitive to climate variation than at low sites, (2) Tree growth was mainly affected by temperatures of from before and through growing season in previous year, especially in June and August. In comparison, tree growth in the low elevation was regulated by the combination of precipitation of August and Palmer drought severity index (PDSI) of September in current year, (3) Trees growing below timberline appeared to be more sensitive to climate warming; small extents of habitat heterogeneity or disturbance events beyond timberline may have masked the response, hence the optimal sites for examining growth trends as a function of climate variation are considered to be just below timberline, and (4) Redundancy analysis between the three chronologies and climate factors showed the same results as that of the correlation analysis and response function analysis, and this is in support of previous conclusion that redundancy analysis is also effective in quantifying the relationship between tree-ring indexes and climate factors.     

长白山岳桦种群格局的地统计学分析

应用地统计学的原理和方法研究了长白山岳桦种群空间分布格局及其空间相关关系,首先通过样方调查数据计算岳桦材积的半变异函数,拟合半变异函数模型,然后根据拟合的最优半变异函数模型,进行空间数据插值、绘制岳桦材积的克立拉图,最后对所得到的不同海拔质海拔岳桦材积的半变异函数图和克立格图进行分析。结果表明,在海拔1650－1700m岳桦材积的半变异函数曲线为球形,其空间分布格局为聚集型,种群呈衰退趋势;海拔1750－2000m岳桦材积的半变异函数曲线为直线形,其空间分布格局为随机型,种群较稳定;在海拔2000－2150m岳桦材积的半变异函数曲线为球形,其空间分布格局为聚集型,种群呈增长趋势,这说明长白山桦整体上有一种向上迁移的趋势,尤其是过渡带中的岳桦表现则为更为明显。     

长白山林线交错带形状与木本植物向苔原侵展和林线动态的关系

采用样带调查法测定了长白山岳桦林缘形状对入侵苔原木本植物和分布,树木生长和死亡的影响,阐述了林缘形状形成与生境小气候的关系,探讨了不同形状林缘更新格局形成的原因和林线的动态,林缘入侵物种主要由岳桦和东北赤杨组成。凹型林缘外入侵权地木向苔原侵展的距离和茎数,以及平均基径,基面积主平均高度均明显高一直线型和凸型林缘,其中凸型林缘的值最低,且锭离林缘降低最为迅速,随远离林缘入侵植株枯梢率增高分枝数增殖,     

神农架国家公园林线过渡带土壤真菌多样性

林线过渡带是陆地生态系统对气候变化响应的敏感区域,研究林线过渡带土壤真菌的群落结构和形成机制,对于预测气候变化对土壤养分循环和维持陆地生态系统功能的影响具有重要意义。利用Illumina高通量测序技术分析了神农架国家公园林线上下的灌木林和针叶林的土壤真菌群落结构和多样性。结果表明,在真菌物种组成上,两种植被类型的土壤优势菌门、属和种类不同,针叶林和灌木林的优势菌门分别是担子菌门(Basidiomycota)和接合菌门(Zygomycota)。除趋势对应分析(DCA)和不相似性检验(Dissimilarity test)表明两种林型的土壤真菌群落结构组成存在显著差异,且针叶林土壤真菌Shannon指数、Chao值和Richness指数均显著(P0.05)高于灌木林。典范对应分析(CCA)和Mantel检验显示土壤真菌群落结构与土壤p H、植物多样性、土壤温度和土壤湿度存在显著相关性。因此,林线过渡带上下的土壤真菌群落结构和多样性存在显著差异,土壤p H、植物多样性、土壤湿度和土壤温度可能是影响土壤真菌群落结构的重要因素。