芦芽山林线白杄生长季径向生长动态

高山林线作为树木分布的高度上限, 是全球范围最重要的植被过渡带之一, 其树木生长显著受到外界极端环境条件的影响。利用点状树木径向变化记录仪于2009年5-9月, 对山西省芦芽山林线组成树种白杄(Picea meyeri)生长季内树木径向生长进行了持续的动态监测。结果表明: 白杄茎干日变化主要受到树木蒸腾作用日变化的影响, 茎干呈现出白天脱水收缩与夜间吸水膨胀的循环变化; 生长季白杄径向生长可划分为3个不同的生长时段: 1)茎干水分恢复时段, 2)茎干快速生长时段, 3)茎干脱水收缩时段。在茎干水分恢复时段, 白杄茎干径向累积变化主要受到土壤含水量变化的影响。土壤温度是茎干快速生长时段影响茎干径向生长的主导环境因子, 同时它也影响着白杄茎干径向生长的开始。在茎干脱水收缩时段, 土壤温度、土壤含水量是影响茎干径向累积变化的主要环境因子。白杄径向生长最大速度出现在6月末, 其主要受到光周期(即白昼长短)影响, 是对林线处极端环境的一种适应。     

芦芽山阳坡不同海拔华北落叶松径向生长对气候变化的响应

为研究树木生长对气候变化的响应状况,选取芦芽山阳坡的3个海拔高度建立了华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树轮宽度年表。年表的统计参数表明,3条年表均为研究气候信息的可靠资料。结果表明,芦芽山阳坡华北落叶松的径向生长和生长与气候的关系均具有海拔差异,中海拔(2440 m)和高海拔(2540 m)的华北落叶松具有相似年际生长变化,而二者均与低海拔(2330 m)华北落叶松的年际生长不同。低海拔华北落叶松的生长与4月平均气温和上一年11月降水量显著负相关,而中海拔和高海拔的生长均与上一年10月平均气温和6月降水量显著负相关。通过年表与气候因子之间的滑动相关分析发现,3个海拔高度华北落叶松生长与气候因子的关系均不稳定,生长与气温条件之间的显著相关关系是随着气温升高而出现的。气温的升高引起了华北落叶松生长与气温因子关系的海拔差异,以及径向生长的海拔差异。这一结果对于气候变化对植被垂直梯度影响的研究具有一定参考价值。     

滦河干流中上游浮游细菌群落多样性及其影响因素

浮游细菌是河流生态系统中营养元素的转运者和能量流动的主要贡献者,其群落组成和多样性会受沿途河岸带环境的影响,但目前对开放流动水体中浮游细菌群落的研究还不足。研究使用高通量测序方法,获取了滦河中上游21个样点的浮游微生物群落数据,并结合遥感数据和水体理化指标进行分析,探讨浮游细菌群落结构与水环境因子的关系。结果表明：(1)变形菌门和放线菌门是滦河干流中占据优势地位的门类。(2)群落Chao1丰富度指数与Shannon′s多样性指数均与采样点距河流源头距离存在显著负相关(P<0.05),其中Chao1丰富度指数在河流中段的反常升高暗示着外源性偶见种在该河段的大量涌入。(3)采样点距源头距离与细菌群落组成相关性最高;以距源头距离作为控制变量,只有总氮、硝酸盐氮、氨氮与细菌群落组成相关(P<0.05),表明距源头距离所代表的滞水时间和氮营养盐对细菌群落组成存在显著影响。(4)在4种土地利用因子中,无论是否以距源头距离作为控制变量,只有建设用地占比与细菌群落组成相关(P<0.05);若以硝酸盐氮、电导率作为控制变量,则建设用地占比与细菌群落组成在α=0.05的显著性水平下不再显...     

不同去趋势方法对基于Dendrometer数据的茎干水分动态分析的影响——以白扦为例

树木茎干半径变化记录仪(Dendrometer)监测的高精度数据不仅包括木质部的年内径向生长过程, 还包含由茎干水分的消耗和补充引起的可逆变化。然而, 不同的年内生长去趋势方法获得的茎干水分波动之间的差异性仍缺乏对比研究。基于芦芽山北坡针叶林下限白扦(Picea meyeri) 2015年生长季的茎干半径变化和环境因子的实时监测数据, 使用Gompertz生长模型(GPZ)、线性生长模型(LG)、零生长模型(ZG)、日值法(D)和茎干循环法(SC)模拟并去除茎干年内的生长趋势, 然后提取5种不同类型树木水分缺乏引起的茎干收缩(TWD_GPZ、TWD_LG、TWD_ZG、TWD_D和TWD_SC)以表征茎干水分亏缺, 并进一步对比分析了不同茎干水分亏缺序列对环境中水分状况的响应特征。研究发现: (1)不同去趋势方法计算的茎干水分亏缺的趋势和幅度有所差异, 可聚类为3组: TWD_LG和TWD_ZG、TWD_GPZ以及TWD_D和TWD_SC。同组或聚类距离接近的序列在生长季内每个月份都展现出显著的相关性。然而, TWD_LG、TWD_ZG和TWD_GPZ与TWD_D和TWD_SC在8月份相关性较弱。(2) TWD_D和TWD_SC与空气饱和水汽压差(VPD)的正相关关系比TWD_GPZ、TWD_LG和TWD_ZG更加稳定, 且具有更大的相关系数。5种茎干水分亏缺序列和土壤含水量(SWC)的关系在生长季内变化很大。(3)不同去趋势方法的茎干水分亏缺都随着水分胁迫程度(VPD/SWC)升高而显著增长。当胁迫程度较低时, TWD_SC对VPD/SWC的变化最为敏感(R² = 0.39, p < 0.001), 但是与TWD_ZG差别不大(R ² = 0.37, p < 0.001); 当胁迫程度较高时, TWD_ZG对VPD/SWC的敏感性最高(R ² = 0.59, p < 0.001)。综合对比来看, 零生长模型是比较适合研究区白扦生长季内茎干水分波动的去趋势方法, 其可为干旱胁迫条件下预测研究区树木的茎干水分动态及特征提供科学 依据。     

芦芽山不同海拔白杄非结构性碳水化合物含量动态

高山林线对环境变化具有高度的敏感性, 但林线形成机制仍然没有明确的结论。为了检验高山林线形成是由碳限制还是生长限制决定, 并探讨林线树种适应高山环境的生理生态机制, 选择山西省吕梁山脉北端芦芽山, 沿3个海拔梯度测定了林线树种白杄(Picea meyeri)各组织非结构性碳水化合物(NSC)及其组分含量。结果表明: 白杄总体及各组织NSC含量均随海拔升高而增加, 林线树木不存在碳限制; 白杄NSC源、汇均随海拔升高而增加, 源-汇比在3个海拔之间没有差异, 表明源-汇平衡关系对海拔的适应性, 林线树木碳源活动没有受到限制; 各组织中可溶性糖与淀粉的比值随海拔升高呈增大趋势, 说明树木生长的环境越寒冷, 树木组织中表现出越明显的保护策略, 也可能暗示林线区域的树木更多地受到生长限制。研究结果在一定程度上支持“生长限制”假说。     

芦芽山林线组成树种白杄径向生长特征及其与环境因子的关系

在山西芦芽山林线附近,应用树干径向变化记录仪(Dendrometer)测量了6株白杄树干的径向生长过程,同步监测环境因子.观测期分为两个阶段,分别是7月15日～8月7日(夏季期),9月5日～10月9日(秋季期).结果表明:(1) 白杄树干径向变化在晴好天气呈现出有规律地波动式上升,在阴雨天气下则表现为持续上升,降雨结束后迅速下降;(2) 树干径向生长生长曲线在两个阶段都呈二次曲线形式,在夏季期内树干径向生长为正,在秋季期初始阶段为负在9月中旬后逐渐变为0.(3)在两个观测期内的非降雨期内,树干径向变化与空气温度负相关,与空气相对湿度、土壤含水量、土壤水势正相关与土壤温度相关关系在两个时期内不同;在两个观测期内的降雨时段内,树干径向变化与环境因子的相关关系均不同.(4) 距离分析结果表明,在秋季期内,温暖湿润的环境适宜白杄的生长,在夏季期内,湿润环境有利于白杄的生长.     

芦芽山针叶林分布上下限土壤温度及含水量的季节差异

山地小气候特征对解释林线位置、形成机制以及生长⁃气候关系具有重要意义。由于高山气象数据匮乏,尤其是土壤水热数据的缺失,使以往对华北地区山地土壤的温湿度变化特征知之甚少。基于5个整年(2012—2016年)的连续监测,分析了华北芦芽山针叶林分布上下限土壤(10cm)温度和含水量的季节变化特征及差异。结果表明:(1)在芦芽山针叶林分布上限,北坡土壤10月末冻结,5月初解冻,南坡土壤冻结和解冻日均滞后于北坡,生长季内南北坡土壤均温、生长季长度无显著差异(122d,8.1℃和110d,7.6℃);(2)南北坡林线土壤含水量最低值都出现在冬季(1月),最高值则在秋季(10月和9月),并且南坡生长季土壤含水量(0.350 m3/m3)显著大于北坡(0.247 m3/m3);(3)与针叶森林的分布下限(2040 m a.s.l.)相比,林线土壤热量指标(年均温、生长季均温、最热月均温和生长季长度)均明显偏低,而土壤生长季内含水量显著偏大。研究结果揭示了亚高山区土壤冻融过程中温度和含水量的耦合关系,并进一步证实了芦芽山地区针叶树木径向生长在低海拔受干旱胁迫而在高海拔受低温限制。     

长白山北坡不同海拔红松径向生长-气候因子关系对气温突变的响应

树木径向生长受复杂环境的影响。为预测气候变化背景下未来红松(Pinus koraiensis)径向生长动态变化,在长白山北坡采集3个海拔梯度(745、1134、1280 m)红松树轮样芯,运用树木年轮学研究方法,分析不同海拔红松径向生长-气候因子关系对气温突变的响应差异。结果表明:(1)通过对采样点附近气象站气温数据的M-K检验发现,年均温在1987年发生显著突变;(2)低海拔红松径向生长主要受当年生长季6—7月降水的影响,中、高海拔红松径向生长主要受当年7月平均最低气温的影响;(3)气温突变以后,低海拔红松径向生长-气候因子关系较为稳定,中海拔红松径向生长对前一年11月降水量的响应关系发生显著改变,高海拔红松径向生长对当年5月降水量的响应关系发生显著改变。因此,气温突变背景下,低海拔红松树轮年表更适用于区域气候重建等研究。同时随着气温持续升高,低海拔红松径向生长可能呈现下降趋势,中、高海拔红松径向生长可能呈现先增加后下降的趋势。     

芦芽山林线华北落叶松径向变化季节特征

利用点状树木径向变化记录仪对芦芽山林线树种华北落叶松树木茎干的径向变化进行了一年的连续观测,分析了华北落叶松茎干径向日变化规律及茎干累积变化的季节动态.结果表明:华北落叶松茎干日变化在温暖季和寒冷季存在着相反的变化模式.在温暖季,茎干径向日变化归因于空气温度导致树木蒸腾作用强度的日变化而使茎干组织水分发生变化;在寒冷季,茎干径向日变化主要是因为空气温度通过热力学原理导致的“茎干冻融作用”.华北落叶松年内茎干径向变化存在4个不同阶段:1)春季茎干水分恢复期,2)夏季茎干快速增长期,3)秋季茎干脱水收缩期,4)冬季茎干相对稳定期.在不同阶段,影响华北落叶松茎干径向变化的环境因子并不一致.土壤温度为生长季中控制华北落叶松茎干径向生长的主导因子.     

芦芽山阳坡不同海拔白杄径向生长对气候变暖的响应

使用树轮生态学方法研究了山西芦芽山建群种白杄(Picea meyeri)径向生长对气候变暖的响应状况, 发现随着气温升高, 不同海拔白杄生长与气候因子关系的变化存在差别。研究区气温可以分为1958-1983年的气温降低阶段和1984-2007年的气温升高阶段。由气温降低阶段进入气温升高阶段, 低海拔白杄树轮年表的序列间相关系数和第一主成分解释量均增大, 而高海拔白杄树轮年表的序列间相关系数和第一主成分解释量均减小, 表明气候条件对低海拔白杄生长的影响增强而对高海拔白杄生长的影响减弱。随着气温升高, 不同海拔白杄径向生长与气候因子的关系均出现了变化。1958-1983年, 低海拔(2 060 m)白杄生长与7月降水量显著正相关(p < 0.05), 而在1984-2007年, 这一关系表现为极显著正相关(p < 0.01), 同时与生长季中5-7月平均气温呈现显著负相关(p < 0.05)。海拔2 330 m, 白杄在1958-1983年与7月降水量极显著正相关(p < 0.01), 进入1984-2007年后与气候因子没有显著相关关系。海拔2 440 m, 白杄生长由1958-1983年的与气候因子没有显著相关关系转变为1984-2007年的与上一年10月平均气温显著负相关(p < 0.05)。高海拔(2 540 m)白杄生长在1958-1983年与上一年11月平均气温极显著负相关(p < 0.01), 在1984-2007年与上一年10月、当年1月平均气温和6月降水量均显著负相关(p < 0.05)。滑动相关分析结果表明, 随着气温升高, 低海拔主要气候因子对生长的影响增强, 而高海拔主要气候因子对生长的影响减弱, 这可能成为高海拔白杄生长对气温升高敏感性降低的原因。在气候变暖的驱动下, 海拔引起的白杄生长与气候因子关系的差异发生了变化。