长白山落叶松与鱼鳞云杉生长-气候关系的种间差异

为阐明不同树种间树木径向生长对气候变化的响应及其时间稳定性,本研究以长白山北坡高海拔处(1600～1750 m)落叶松和鱼鳞云杉为研究对象,运用年轮年代学方法探究树木径向生长与气候的关系.结果表明: 研究区落叶松生长与当年6月最高气温呈显著正相关,与当年6月降水呈负相关;鱼鳞云杉与当年5月最高温度呈显著正相关.冗余分析进一步表明,落叶松生长主要受夏季温度的影响,鱼鳞云杉生长主要受春季温度的制约.在1959—2014年,落叶松生长-夏季温度关系相对稳定;对于鱼鳞云杉,自1986年以来其与春季温度的相关性减弱,可能由于最高温度降低导致树木生长减慢.本研究结果可以为预测气候变化情景下长白山针叶树种生长的响应趋势提供数据支持和理论参考.     

Radial growth responses of Picea likiangensis to climate variabilities at different altitudes in Yulong Snow Mountain,southwest China

为研究滇西北高原树木径向生长与气候关系随海拔的变化规律, 分别在玉龙雪山低、中、高海拔采集丽江云杉(Picea likiangensis)年轮样本, 建立了不同海拔丽江云杉树轮宽度残差年表, 将年轮指数与气候因子进行响应分析、冗余分析以及滑动响应分析。结果表明: 玉龙雪山丽江云杉径向生长受气温和降水共同影响, 但不同海拔径向生长响应模式存在差异。其中当年1-3月降水与不同海拔丽江云杉径向生长均呈显著正相关关系; 当年生长季后期降水与中、低海拔树木生长呈显著负相关关系, 与高海拔树木生长呈显著正相关关系; 中、低海拔树木生长还受当年春季干旱胁迫; 而当年7月气温升高促进高海拔丽江云杉生长。冗余分析与响应分析结果基本一致, 说明冗余分析能够有效量化树轮宽度指数与气候因子的关系。滑动响应分析显示气温和降水在小时间尺度上的变化也会影响树木生长。结合不同海拔丽江云杉生长对气候因子的响应模式及未来气候预测, 玉龙雪山高海拔丽江云杉生长将得到加强, 而中、低海拔丽江云杉生长则表现出不确定性。     

玉龙雪山不同海拔丽江云杉径向生长对气候变异的响应

为研究滇西北高原树木径向生长与气候关系随海拔的变化规律, 分别在玉龙雪山低、中、高海拔采集丽江云杉(Picea likiangensis)年轮样本, 建立了不同海拔丽江云杉树轮宽度残差年表, 将年轮指数与气候因子进行响应分析、冗余分析以及滑动响应分析。结果表明: 玉龙雪山丽江云杉径向生长受气温和降水共同影响, 但不同海拔径向生长响应模式存在差异。其中当年1-3月降水与不同海拔丽江云杉径向生长均呈显著正相关关系; 当年生长季后期降水与中、低海拔树木生长呈显著负相关关系, 与高海拔树木生长呈显著正相关关系; 中、低海拔树木生长还受当年春季干旱胁迫; 而当年7月气温升高促进高海拔丽江云杉生长。冗余分析与响应分析结果基本一致, 说明冗余分析能够有效量化树轮宽度指数与气候因子的关系。滑动响应分析显示气温和降水在小时间尺度上的变化也会影响树木生长。结合不同海拔丽江云杉生长对气候因子的响应模式及未来气候预测, 玉龙雪山高海拔丽江云杉生长将得到加强, 而中、低海拔丽江云杉生长则表现出不确定性。     

小兴安岭红皮云杉年轮-气候关系及其衰退原因

运用树木年轮学方法,建立了小兴安岭丰林自然保护区不同海拔2个红皮云杉树轮宽度年表,研究其与局地温度、降水、帕默尔干旱指数(PDSI)及大尺度气候因子的关系,探讨红皮云杉径向生长的主要限制因子,分析其近几十年衰退的原因.结果表明： 小兴安岭红皮云杉径向生长受温度限制作用强于降水,且生长季最低温度限制最强.不同海拔红皮云杉径向生长对气候响应存在明显差异：低海拔红皮云杉径向生长与生长季(6—9月)年降水量呈显著正相关;与不同深度土壤温度呈显著负相关,80 cm土层土温在生长季阶段限制作用最强;与PDSI在生长季呈显著正相关.高海拔红皮云杉与空气温度、降水、土壤温度及PDSI的关系没有低海拔显著.小兴安岭红皮云杉衰退可能与北大西洋多年代际振荡(AMO)、太平洋年代际振荡(PDO)的相位转变以及1980年后的显著升温有一定关联,上述因素的耦合作用使该区土壤蒸发量加大,暖干化现象加剧,进而导致低海拔红皮云杉生长衰退.     

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。     

长白山过渡带红松和鱼鳞云杉径向生长对气候因子的响应

利用树轮生态学方法, 研究了长白山阔叶红松林和暗针叶林过渡带优势树种红松(Pinus koraiensis)和鱼鳞云杉(Picea jezoensis var. komarovii)的生长特征及其与气候因子的关系, 以期揭示气候响应关系的种间差异性。结果表明, 红松和鱼鳞云杉年平均径向生长量与生理年龄显著相关, 红松先于鱼鳞云杉达到最大年生长量, 且红松年平均生长速率显著高于鱼鳞云杉(p < 0.001); 红松和鱼鳞云杉对气候的响应存在差异, 红松与7月份的月平均温度和降水显著正相关, 而鱼鳞云杉与5月平均温度显著正相关, 与5月降水显著负相关。响应面分析进一步证实, 红松生长主要与生长季温度和降水相关, 而生长季初期的降水是限制鱼鳞云杉生长的主要原因。全球变暖有利于红松径向生长, 红松种群有向高海拔上升的可能。     

长白山红松和鱼鳞云杉在分布上限的径向生长对气候变暖的不同响应

用树木年代学方法研究了近50年来气候变化对长白山自然保护区两种广泛分布的重要乔木树种红松(Pinus koraiensis)和鱼鳞云杉(Picea jezoensis var. komarovii)分布上限树木径向生长的影响, 发现红松年轮宽度具有与温度升高相一致的趋势, 而鱼鳞云杉年轮宽度则出现随温度升高而下降的“分离现象”。对水热条件的正响应是分布上限红松年表与温度保持一致的关键: 生长季的温度和降水的增加对上限红松的生长有促进作用, 且二者对树木生长的有利效应有相互促进的现象; 生长季的延长也有利于红松的生长。升温导致的水分胁迫是造成上限分布的鱼鳞云杉年轮宽度与温度变化趋势相反的重要因素: 分布上限的鱼鳞云杉年表与大多数温度指标均呈负相关关系; 随着温度升高, 年表与年降水量尤其是春季降水量的相关性逐渐由负转正; 各月的高温以及生长季中后期的少雨是形成上限鱼鳞云杉窄轮的主要气候因素, 而较低的各月温度以及生长季后期充足的降水则有利于上限鱼鳞云杉的生长; 此外, 生长季长度没有变化也可能是造成鱼鳞云杉年表序列对温度变化敏感性下降的重要因素。     

海拔梯度上青海云杉径向生长与气候关系稳定性研究

以祁连山北坡海拔2 700m(分布下限)、3 000m(中部)和3 300m(分布上限)的青海云杉为研究对象,采用长短两种不同步长的样条函数去趋势对1952～1980年和1981～2009年两个时段青海云杉径向生长与气候的关系进行对比分析,以揭示青海云杉年轮中包含的不同频率生长趋势与气候之间的关系及其在海拔梯度上的差异,探讨海拔梯度上气候变化对树木径向生长的影响。结果显示:(1)随着海拔升高,限制青海云杉径向生长的气候因子从降水转变为温度,不同时期的限制因子也发生变化。(2)在海拔2 700m处,上一年12月份平均温度与青海云杉生长的关系发生了分异,小步长的样条函数得到的年表中保留了较多降水信号;海拔3 000m处青海云杉径向生长与上年9月份降水量、平均温度表现出显著正相关关系;海拔3 300m处青海云杉生长与当年夏季降水量呈显著正相关关系,而在后一时段相关关系不显著,与当年春季、夏季的平均温度相关关系不稳定,大步长的样条函数得到的年表中表现出温度与生长关系的分异,且不同海拔青海云杉径向生长的降水量制约趋势变得明显。研究表明,祁连山北坡青海云杉与气候的关系在海拔梯度上存在差异,其对气候变化的响应也存在差异,水分的限制作用随着温度的逐年升高逐渐突出;采用不同步长的样条函数去趋势可以在年表中保留不同的气候信息,从而对分异现象分析结果产生影响,选择合理步长的样条函数进行去趋势才能得到合理准确的分析结果。     

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.     

滇西不同海拔云南松径向生长对气候水文要素的响应

利用滇西地区两个不同海拔采样点的云南松树轮样本,建立树轮宽度标准化年表,研究其径向生长对气候和水文要素的响应。结果表明:滇西云南松径向生长主要受降水量、气温和径流量的影响,其中高海拔(2413.3 m)云南松径向生长受夏季高温的制约和季风季节径流量影响,而低海拔(1062.6 m)云南松径向生长受生长季的降水量和全年径流量影响。滇西高海拔云南松径向生长对气温变化的响应受温度阈值影响表现出不稳定性;低海拔云南松径向生长对降水量和径流量的响应,在20世纪80年代均受到东亚夏季风的减弱而出现波动。滇西不同海拔云南松径向生长与亚洲夏季风活动及厄尔尼诺存在联系。     

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。     

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。     

不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔雪岭云杉树轮宽度年表对气候的响应

利用新疆东天山高低海拔雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey.)年轮样本,采用样条函数法、负指数函数法和区域曲线法3种去趋势方法研制树轮宽度标准化年表,通过分析不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔云杉树轮宽度标准化年表特征、年表与气候响应的关系和年表间在不同频域互相关,及其与其它资料对比发现:(1)3种去趋势法对东天山年表质量影响较小,低海拔树轮年表含有更多可靠的气候变化信息。(2)高海拔的雪岭云杉树木径向生长与6—9月平均气温均呈显著正相关,其中标准化树轮年表与7月平均气温相关系数达0.553(P0.01,n=58),夏季温度可能是东天山高海拔雪岭云杉径向生长的主要限制因子;低海拔雪岭云杉树木径向生长与春季降水显著正相关,同时与春季平均气温显著负相关,春季高温和缺水共同作用的春旱可能是影响低海拔雪岭云杉径向生长的主导因子,且负指数函数年表对气候响应更敏感。(3)区域曲线法能够保留树轮标准化年表中更多低频信息,但优势不明显。高低海拔标准化年表在低频域相关系数较大,并和历史干旱事件有很好的对应。在东天山高低海拔雪岭云杉的去趋势方法研究中,负指数函数法比样条函数法和区域曲线法更适合。     

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。     

庐山不同海拔日本柳杉年轮宽度对气候因子的响应

以庐山自然保护区3个不同海拔样地采集的138根日本柳杉样芯为研究材料,利用树木年轮学方法分析其径向生长与季节和月气候因子的响应关系。结果表明:低海拔处日本柳杉径向生长对气候因子的响应相比于中、高海拔更敏感;中、低海拔径向生长与春季相对湿度呈显著正相关(P<0.05),低海拔径向生长与春季日照时数、夏季均温呈显著负相关(P<0.05),而中海拔径向生长与夏、秋季均温呈显著负相关(P<0.05);高海拔径向生长与各个季节气候因子表现出一定的相关性,但相关性不显著;3个海拔径向生长均与当年1月均温呈显著正相关(P<0.05),中、低海拔径向生长与上年7月及当年7月均温呈显著负相关(P<0.05),高温会抑制树木的生长,低海拔径向生长与当年4月空气相对湿度、降水量呈显著正相关(P<0.05),与当年4月日照时数呈显著负相关(P<0.05),随海拔的升高相关性降低;庐山日本柳杉径向生长与主要气候要素之间的相关性呈现出明显的季节性,日本柳杉径向生长主要受上年7及7月均温和4月空气相对湿度的影响,海拔是影响日本柳杉径向生长对气候因子响应的重要因素,最终建立的标准年轮宽度年表适合进行树木年轮气候学的研究。     

庐山不同海拔日本柳杉年轮宽度对气候因子的响应

以庐山自然保护区3个不同海拔样地采集的138根日本柳杉样芯为研究材料,利用树木年轮学方法分析其径向生长与季节和月气候因子的响应关系。结果表明:低海拔处日本柳杉径向生长对气候因子的响应相比于中、高海拔更敏感;中、低海拔径向生长与春季相对湿度呈显著正相关(P0.05),低海拔径向生长与春季日照时数、夏季均温呈显著负相关(P0.05),而中海拔径向生长与夏、秋季均温呈显著负相关(P0.05);高海拔径向生长与各个季节气候因子表现出一定的相关性,但相关性不显著; 3个海拔径向生长均与当年1月均温呈显著正相关(P0.05),中、低海拔径向生长与上年7月及当年7月均温呈显著负相关(P0.05),高温会抑制树木的生长,低海拔径向生长与当年4月空气相对湿度、降水量呈显著正相关(P0.05),与当年4月日照时数呈显著负相关(P0.05),随海拔的升高相关性降低;庐山日本柳杉径向生长与主要气候要素之间的相关性呈现出明显的季节性,日本柳杉径向生长主要受上年7及7月均温和4月空气相对湿度的影响,海拔是影响日本柳杉径向生长对气候因子响应的重要因素,最终建立的标准年轮宽度年表适合进行树木年轮气候学的研究。     

祁连山中部低海拔地区青海云杉径向生长的气候响应机制

利用生理模型开展树木径向生长的气候响应机制研究对理解树木生长的生理机制、预估气候变化情景下森林生态系统的变化、提供森林保护管理的建议有重要意义。以祁连山中部低海拔地区青海云杉树轮记录为依据,利用Vaganov-Shashkin模型模拟青海云杉(Picea crassifolia)的径向生长,探讨青海云杉径向生长的生理机制。结果表明:降水对祁连山中部低海拔地区青海云杉径向生长起着决定性作用,5—8月份的降水直接影响当年青海云杉的径向生长,9月份的降水量影响翌年青海云杉的径向生长。根据本研究结果,水分是限制青海云杉径向生长的主要因子,建议青海云杉人工林种植时,可在5—8月份对青海云杉增加灌溉量。     

小兴安岭红松和鱼鳞云杉径向生长对气候变化的响应

基于树木年代学方法,利用小兴安岭低海拔阔叶红松林优势树种红松和鱼鳞云杉树轮宽度资料,分别建立年轮宽度年表,探讨影响2个树种径向生长的关键气候因子.结果表明:2个树种对气候因子的响应存在差异,红松较鱼鳞云杉对气候因子的响应更加敏感,更适合用于年轮气候学研究;响应函数分析表明,红松径向生长与当年6月平均温度呈显著负相关,与当年6月降水量呈显著正相关,而鱼鳞云杉与气候因子未表现出显著相关关系;空间相关分析揭示,红松年表具有较大的空间代表性,相关性最高出现在研究区域附近;升温导致的干旱胁迫是限制红松树木生长的主要原因,如果未来全球气温进一步增加,将对红松产生不利的影响;一些大尺度的大气-海洋变化的耦合作用可能对小兴安岭红松径向生长产生影响.     

吉林老白山鱼鳞云杉树轮蓝光强度和轮宽指数与气候响应关系随海拔变化的对比

树轮数据是晚全新世古气候研究中最重要的代用指标。树轮参数各具优缺点,蓝光强度(BI)是一种获取成本低廉的最大晚材密度(MXD)的光学替代参数,其蓝色光反射率或强度最小值(256-BI)与相应的MXD值高度相关,被很多的学者认为是树轮气候学研究中一个具有重要潜能的新兴参数。该研究以吉林老白山3个海拔(900、1 200和1 500m)的鱼鳞云杉(Picea jezoensis)为例,分析鱼鳞云杉的BI及轮宽指数(RWI)与气候因子的响应差异,以期为BI参数在树轮气候学的进一步应用提供参考。结果表明:不同海拔鱼鳞云杉BI或RWI对气候的响应趋势基本一致。BI与温度主要呈正相关关系,而RWI与温度主要呈负相关关系,其中BI与当年夏季及生长季最高温度显著正相关,而RWI(低、中海拔)与全年平均气温、当年生长季和全年最低温度显著负相关。BI与当年夏季标准化降水蒸散指数(SPEI)显著负相关, RWI与夏季SPEI负相关关系较弱或为正相关; BI和RWI几乎相反的生长-气候关系可能是早、晚材权衡关系的体现。研究区域鱼鳞云杉的BI参数可能与年轮宽度记录不同的气候信号,在空间尺度上对于当年夏季降水、最高温度以及SPEI的响应好于传统宽度指标。BI与主要气候因子相关关系的时间稳定性好于RWI,因此, BI在树轮气候学的研究中具有一定的应用潜能。     

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.