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。     

千山油松年轮宽度年表的建立及其与气候的关系

以千山油松为样本,建立了年轮宽度标准化年表、差值年表和自回归年表.结果表明,油松年轮宽度与5—7和9—11月温度指标的相关性较高,且与低温呈正相关,其中与7月的极端最低温、9月的平均最低温显著相关.3种年表与上年12月和当年1月的极端最低温、1月的平均最低温呈显著相关,且其与全年、上年12月、当年5月的降水量显著相关,与4月的降水量极显著相关.油松与水汽压、相对湿度的月和年指标均有较强的相关性.蒸发的年指标和绝大部分月指标对油松生长具有负效应,其中4—7月最明显.油松年表的窄化突变佐证了1800年以来的30次主要的旱灾年历史记录.千山油松的生长受全球或半球尺度气候变化的影响.年表与太阳活动存在显著的11、23和50年左右的公共周期,与地磁指标在10、20和45年左右存在共同的周期变化.     

华北地区油松林生态系统对气候变化和CO2浓度升高的响应——基于BIOME-BGC模型和树木年轮的模拟

应用BIOME-BGC模型和树木年轮数据模拟1952-2008年华北地区典型油松林生态系统净初级生产力(NPP)动态,探究了树木径向生长和NPP对区域气候变暖的响应以及未来气候情景下油松林生态系统NPP动态变化.结果表明:1952-2008年,研究区油松林生态系统NPP波动于244.12 ～645.31 g C·m-2·a-1,平均值为418.6 g C·m-2·a-1.5-6月的平均温度和上年8月至当年7月的降水是限制该地区油松径向生长和油松林生态系统NPP的主要因子.研究期间,随着区域暖干化趋势的加强,树木径向生长和生态系统NPP均呈下降趋势.未来气候情景下,NPP对温度和降水的单独和复合变化的响应为正向.CO2浓度升高有利于油松林生态系统NPP的增加,CO2的施肥效应使NPP增加16.1％.在生态系统和区域水平,树木年轮是一种理想的指示生态系统动态变化的代用资料,可以检验和校正包括BIOME-BGC模型在内的各种生态系统过程模型.     

CO2浓度倍增对城市油松抗氧化酶活性的影响

利用OTC(开顶箱)法模拟未来CO2浓度,于CO2倍增浓度(700 μmol*mol-1)和正常空气CO2浓度(≈350 μmol*mol-1)条件下,测定了沈阳市区油松(Pinus tabulaeformis)针叶超氧自由基(O(-)/(·)2)产生速率、过氧化氢(H2O2)含量、超氧化物歧化酶(SOD)与抗坏血酸-谷胱甘肽循环(ASA-GSH cycle)主要酶活性动态变化,探讨高浓度CO2对油松抗氧化酶活性的影响.结果表明:在短期(60 d)内CO2浓度倍增使油松超氧自由基(O2(-)/(·))产生速率与过氧化氢(H2O2)含量减少,而SOD、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性升高;植株抗氧化能力增强,对活性氧清除能力提高;但长期(70 d以上)CO2浓度倍增处理则可能使试验结果发生逆转.     

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。     

水热耦合对沈阳地区油松木质部生长的影响

利用微树芯技术可以从细胞尺度研究树木形成层物候和径向生长的过程,揭示树木生长与气候的关系。油松是我国北方森林的建群树种之一,也是沈阳地区的优势树种。研究2020年整个生长季(4—11月)油松周尺度的形成层及木质部细胞变化,分析油松在沈阳地区的生长规律。结果表明: 油松形成层分裂活动开始于4月初,结束于9月末。木质部从扩大细胞出现(4月中旬)开始生长,到木质化细胞消失(10月下旬)结束,其生长符合“S”型曲线。2020年生长53个/列木质部细胞,最大生长速率(0.55个/列/d)出现在5月末,早晚材细胞于7月末发生转变。在沈阳地区最低温达到0 ℃以上时树木形成层开始活动,影响木质部生长开始和结束的最低临界温度为2～3 ℃。降水在油松整个生长过程中起到促进作用。沈阳地区7月末的高温和水分供给不足是木质部细胞分化形成早晚材的主要因子。     

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.     

基于树木年轮径切特征的卷积神经网络树种识别

卷积神经网络可以通过树木年轮样本构造特征图像实现物种识别的自动化。本研究通过建立树木年轮样本构造特征图像集,选用LeNet、AlexNet、GoogLeNet和VGGNet 4个卷积神经网络模型,实现基于树木年轮横切面的计算机自动化树种精准识别,进而确定各模型的树种识别准确率,明晰不同树种在自动识别中的混淆情况,探测不同模型识别结果的差异。结果表明: 本研究训练的用于树种识别的卷积神经网络模型具有较好的可信度;4个模型中GoogLeNet模型树种识别准确率最高,为96.7%,LeNet模型识别准确率最低(66.4%);不同模型对于所选树种的识别结果具有一致性,表现为对蒙古栎识别准确率最高(AlexNet模型识别率达到100%),对臭冷杉的识别准确率最低。本研究中也存在类似结构树种的识别混淆情况。模型在科和属水平的识别准确率高于种水平;阔叶树种因其显著的结构差异容易区分,阔叶树树种的识别准确率高于针叶树。总体上,通过卷积神经网络,探测了树木年轮特征的深层信息,达到树种的精准识别,提供了一种快速便捷的自动树种初筛鉴定方法。     

沈阳市区古油松年轮宽度年表的建立

以沈阳城区昭陵古油松为样本,建立了古油松标准化年表、差值年表和自回归年表．结果表明,年表与沈阳1月和4月的极端最低气温显著相关;与2月的降水量、年均水汽压分别为显著和极显著相关,年表对4、5、9和10月的水汽压响应较强,且均与自回归年表显著相关．年表与相对湿度的年指标,4、5、6、9、10和11月月指标的相关性较高,其中与年值和5月值分别为显著相关（差值年表除外）和极显著相关．蒸发与油松的生长在全年和绝大部分月份呈负相关,其中5月最明显,而1月的蒸发量与油松年表呈正相关．年表的窄化突变佐证了1700年以来32次历史资料记录的主要旱灾年．沈阳地区的油松生长也受全球或半球尺度温度波动的影响．3种年表对以往太阳黑子的变化和地磁的活动呈现明显负相关,其中与太阳黑子活动存在显著的11年、23年和50年左右的公共周期,与地磁指标在10．5年、20年和45年左右存在共同的周期变化．     

基于OTC模拟的臭氧浓度升高对华山松生长的影响

利用树木年代学技术,以生长在开顶箱内的华山松为试材,研究高浓度臭氧条件下树木个体生长及典型森林生态系统的动态演变规律和适应机制.结果表明: 高浓度臭氧抑制了华山松茎节的生长, 茎节长度、直径年均生长量分别降低了35.0%和12.9%;年轮宽度生长量和年轮细胞数量分别降低11.5%和54.1%,但管胞直径的变化不明显.区域水平上,臭氧浓度的波动与当地植被生长变化(NDVI)显著相关.