黄土高原健康和衰退刺槐林径向生长对气候的响应

全球气候变化导致的区域森林生长衰退和死亡普遍发生,并对森林生态系统结构和组成以及主要生态系统服务功能产生重要影响,然而相关研究在国内还显偏少。根据黄土高原延安羊圈沟小流域人工刺槐林健康和衰退个体分别构建了刺槐健康和衰退树轮年表,并对人工刺槐林健康和衰退年表特征及对气候响应敏感性进行了对比分析。结果表明刺槐衰退年表质量较低,其年表统计参量,包括平均敏感度、样芯间相关系数、信噪比和样本群体代表系数均要低于刺槐健康年表。刺槐衰退年表在生活史早期（1985-2007年）与生长健康年表的波动趋势相类似,而在生活史晚期（2008-2016年）与健康年表指数出现生长分离现象,生长速率明显偏低。年表与气候要素响应分析表明刺槐生长衰退年表对气候要素响应敏感性要低于刺槐生长健康年表,但是两者均含有干旱胁迫气候信号,主要体现在与温度呈负相关关系,与降雨和干旱指数的正相关关系。年表与极端气候年份的时序叠加分析表明,生长健康和衰退年表对极端干旱年份响应敏感性均较高,表明极端干旱胁迫条件对刺槐生长健康和衰退个体均有抑制性影响;生长健康年表对极端湿润年份响应敏感性明显高于衰退年表,表明刺槐健康个体比衰退个体更能有效利用湿润年份有利条件,而具有较高的生长速率。研究揭示出黄土高原健康和衰退刺槐个体生长趋势变化及对气候响应敏感性均存在明显差异性,将为气候变化背景下人工刺槐林生长衰退和死亡预测模型建立提供科学依据,因而对黄土高原人工刺槐林生态恢复和保护及可持续经营具有科学价值。     

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...     

气候变化驱动下黄土高原刺槐林气候适宜性和脆弱性

刺槐是黄土高原乡土树种,具有优良的水土保持和固碳功能。黄土高原生态恢复实践中实施了大规模的植树造林,刺槐林面积占沟壑丘陵区人工植树造林面积90%以上。由于种植时没有考虑刺槐的气候适宜性,一些地区的刺槐林出现了退化现象。采用最大熵模型,在0.5km×0.5km空间精度上分别模拟了1961—1990、1966—1995、1971—2000、1976—2005、1981—2010,以及2100年(典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5气候情景下)黄土高原刺槐的气候适宜性和敏感性。模拟结果显示：黄土高原刺槐分布及其动态变化主要受到最冷月温度、极端低温、降水量、年辐射量等气候因子影响,低温(最冷月温度、极端低温)是影响刺槐的最关键因子。黄土高原西北和北部广大地区,自然环境条件不适合刺槐林生长;黄土高原东南部(关中平原和山西南部)比较适合刺槐生长。相对1961—1990年,1961—2010年期间刺槐林适宜区分布格局基本没有改变,RCP4.5和RCP8.5气候情景下刺槐林适宜区分布格局也没有显著改变。图层叠加分析发现,刺槐的气候适宜度(即存在概率)发生了明显改变。黄土高原西部和北部属于不适宜刺槐生...     

黄土丘陵区小流域不同海拔刺槐径向生长对气候的响应差异

为明确黄土高原丘陵区第三副区典型流域-甘肃天水罗玉沟流域刺槐生长过程及其与气候关系随海拔变化的规律。利用树木年代学方法分别建立高、中、低3个海拔刺槐的标准年表,并分析不同海拔刺槐径向生长过程以及对气候变化的响应。研究结果表明：(1)中、低海拔刺槐径向生长与温度因素多为负相关,而高海拔刺槐径向生长与温度因素多呈正相关。高海拔刺槐生长与上一年生长季(6月)、休眠期(当年3—4月)和当年生长季(6月)均温、最低温和最高温呈显著正相关,其中受最低温影响最显著;中、低海拔刺槐与上一年生长季和当年生长季的均温、最高温和最低温呈显著负相关,低海拔受均温影响显著。(2)随海拔升高,刺槐径向生长与降水和相对湿度的正相关呈降低趋势。低海拔刺槐生长与上一年生长季(7—9月)和当年生长季(6—9月)降水、相对湿度呈显著正相关,中海拔刺槐与当年生长季(6—9月)降水、相对湿度呈显著正相关,而高海拔刺槐生长与上一年生长季(6—7月)相对湿度呈显著负相关。(3)低海拔刺槐与上一年6月—当年10月帕默尔干旱指数(PDSI)呈显著正相关;中海拔刺槐与上一年6月和当年2—10月PDSI呈显著正相关;高海拔刺槐与上一年6—...     

西藏东部主要建群树种径向生长对极端干旱的响应差异

不同坡向、不同海拔树木生长对极端干旱事件的响应可能不同,然而这方面的认识不足。为此,选取西藏东部珠角拉山阴、阳坡的建群树种川西云杉 (Picea likiangensis var. rubescens) 和大果圆柏 (Juniperus tibetica),在不同海拔高度建立了树轮宽度年表,分析了径向生长的气候响应,以及对极端干旱事件的抵抗力和恢复力。结果表明:阳坡大果圆柏和阴坡川西云杉的树木生长对气候的响应存在相似性,均与前一年3-6月、11-12月气温显著正相关,与当年4-5月气温显著负相关,与当年4-5月降水和帕尔默干旱指数 (PDSI, Palmer Drought Severity Index) 显著正相关 (P <0.05)。阳坡大果圆柏的抵抗力显著低于阴坡川西云杉。随着海拔升高,阴坡川西云杉树木个体的抵抗力和恢复力均显著提高,而阳坡大果圆柏树木个体抵抗力、恢复力在不同海拔无显著区别。结合混合效应模型表明树木抵抗力主要受当年4-5月平均最高气温限制,树木恢复力主要受干旱事件后四年4-5月平均最高气温限制 (P <0.01),说明生长季高温引起的极端干旱是树木径向生长下降的主要原因。     

树木年内径向生长对干旱事件的响应——以贺兰山油松为例

在贺兰山苏峪口国家森林公园,利用径向生长测量仪监测2017和2018年2个生长季内、2个海拔(2010和2330 m)油松的径向生长,研究树木径向生长对干旱的响应。结果表明: 2018年6月的干旱事件使得油松径向生长速率减慢,生长量减小;而7—8月的降水使油松的径向生长重新激活。2018年油松的径向生长主要发生在6—8月,相比2017年延长一个月。油松径向生长与气候因子的响应关系在不同海拔间没有明显的差异。生长季早期干旱对树木径向生长有抑制作用,生长季中后期降水对树木径向生长具有促进作用。该区的气候重建工作中应当充分考虑8月的气候要素对树轮宽度的影响。     

德令哈地区柏树山不同生境气候对祁连圆柏径向生长的影响

为探究德令哈地区柏树山不同生境气候对祁连圆柏（Sabina przewalskii）径向生长的影响,在该区域设置3个采样点（S1：地势较低的陡坡地,S2：坡度缓和的凹形坡地,S3：地势较高的陡坡地）,运用树木年轮学方法收集了58棵祁连圆柏共113根样芯。通过建立3个样点的祁连圆柏差值年表,分析在半干旱区不同生境内祁连圆柏径向生长对气候响应的特征以及气候因子对祁连圆柏径向生长的贡献。结果表明：不同生境的祁连圆柏径向生长对降水的响应基本一致,对温度的响应则存在显著差异,其中当年5月的降水对不同生境祁连圆柏径向生长的贡献作用最大（P<0.01）,当年6月的降水次之（P<0.05）。温度对S1和S3祁连圆柏径向生长的贡献均不显著（P>0.05）。当年9月的平均最高温对S2祁连圆柏径向生长有显著的贡献作用（P<0.05）,低温对其的贡献并不显著（P>0.05）。研究结果论证了受地形差异的影响,不同生境下的气候对树木径向生长的影响具有多样性。因此,在研究树木生长与气候的关系时,应综合考虑不同生境的特点,以选取适宜的生境进行科学研究。     

河北坝上樟子松人工林径向生长及其对气候因素的响应

利用树木年轮学方法测定了河北坝上地区樟子松逐年树轮宽度和胸高断面积增量,建立了樟子松树轮宽度差值年表并分析其对气候因素的响应以及生态弹性,为河北坝上地区利用樟子松开展退化杨树防护林更新建设的适宜性提供理论参考。研究结果表明,河北坝上地区樟子松树龄在28 a左右,其生长阶段可划分为快速生长期(0—10 a),生长下降期(11—20 a)和生长平稳期(21—28 a);樟子松树轮宽度在1992—2000年期间为快速增长期((4.49±1.15)mm/a),在2001—2010年期间呈现下降趋势((3.62±1.39)mm/a),而在2011—2019年期间樟子松生长呈平稳特征((2.21±0.68)mm/a),约为快速增长期增长速度的一半;樟子松BAI在1992—2000年间一直呈上升趋势((5.09±2.26)cm~2/a),2001—2019年期间呈平稳特征((10.46±0.67)cm~2/a),表现出稳定且持续的生长能力。樟子松差值年表与气候因素的相关性显示：樟子松径向生长主要与上一年生长季末期(9、10月)、休眠期(12月)及当年生长季(7月)平均温度和最高温度呈显著负相关,其中...     

祁连山东部青杄年内径向生长动态对气候的响应

树木径向生长对气候因子的响应是树轮气候学的基础。在我国西北地区,虽然已有大量的树轮-气候响应研究,但是响应分析多基于数理统计结果,缺乏对树木生长过程的理解。基于此,于2013年到2015年在祁连山东部吐鲁沟国家森林公园内通过Dendrometer连续监测了树轮气候重建中常用树种青杄的径向生长,通过平均值法提取2013到2015年生长季内不同时间尺度(1天、7天、10天)的平均径向生长量及对应时间段的平均气候状况。不同时间尺度径向生长量和气候因子的相关分析结果表明,时间尺度的延长削弱了树干水分昼夜变化的干扰,但水分仍然是青杄径向生长的限制因子。为了进一步分析青杄径向生长与气候关系随时间的变化情况,以31天为窗口将日径向生长量与气候要素每隔一天进行滑动相关,结果显示:5、7月青杄的径向生长与降水的关系稳定,都呈显著正相关,但是6月降水的年际变率较大,导致树木可利用水分的变幅也较大,因而树木径向生长与6月水分的响应关系不稳定,存在较大的年际差异,而这可能是一些树轮-气候响应研究中轮宽与6月降水关系不显著的原因。     

不同生长期干旱胁迫对刺槐幼树干物质分配的影响

采用盆栽试验,分别在刺槐(Robinia pseudoacacia)幼树生长初期、生长盛期和生长后期进行了5种不同土壤水分含量试验,以研究不同生长阶段内干旱胁迫对该树种干物质分配的影响。结果表明:各生长阶段内刺槐幼树茎、枝分配比率并不受土壤水分含量变化的影响,短期(15d)及中轻度干旱(70%和87.8%相对土壤含水量)胁迫对刺槐叶、地上部分干物质分配比率及根冠比的影响亦不明显;而长期(45～60d)严重干旱(40%相对土壤含水量)胁迫则显著降低了刺槐叶、地上部分配比率,提高了粗根干物质分配比率及根冠比。受树木本身生长特性和气候因素的季节性变化影响,不同生长阶段之间干旱胁迫对刺槐干物质分配的影响存在明显差异,其影响程度大小为生长初期生长盛期生长后期。     

疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾的影响

黄土高原地区植被建设已达到土壤水分承载力的阈值,需要对现有林分进行结构优化并提升其生态功能。不合理的林分密度是导致黄土丘陵区刺槐林土壤干化、生长衰退的主要原因之一。疏伐可以优化林分结构,并能够通过控制蒸腾耗水来调控土壤水分,是促进刺槐林可持续生长的有效手段。疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾有何影响,目前并不清楚。研究基于树干液流法估算了4个不同疏伐强度（样地1：52%、样地2：48%、样地3：35%、样地4：未疏伐）下刺槐单株尺度的液流速率与林分尺度的日平均蒸腾量,并分析了不同时间尺度下液流速率与环境因子的关系,以阐明疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾的影响。结果表明：（1） 单株尺度刺槐蒸腾速率（即液流速率）随疏伐强度减小（林分密度增大）呈现下降趋势（样地1：0.53 kg cm^-2 d^-1、样地2：0.41 kg cm^-2 d^-1、样地3：0.31 kg cm^-2 d^-1、样地4：0.33 kg cm^-2 d^-1）;（2） 观测期林分尺度日平均蒸腾量随疏伐强度减小呈现上升趋势（样地1：0.90 mm/d、样地2：1.18 mm/d、样地3：1.04 mm/d、样地4：1.44 mm/d）;（3） 在半小时尺度与日尺度上,各样地液流速率与环境因子的关系没有显著差异,半小时尺度单株液流速率均与太阳辐射相关性最高（相关系数0.883-0.908）,液流速率日变化过程与环境因子日变化过程存在时滞现象;日尺度单株液流速率与饱和水汽压亏缺相关性最高（相关系数0.843-0.913）,样地间日尺度单株液流速率的差异性随着饱和水汽压亏缺增大而增大。研究结果初步反映了疏伐导致的林分密度变化对刺槐蒸腾的影响,将为黄土丘陵区刺槐林的结构改造、功能提升和土壤水分调控提供理论支持。     

黄土高原中西部刺槐人工林生态系统碳密度及其影响因子

为阐明黄土高原中西部刺槐人工林碳密度区域分布特征及其主要影响因子,基于野外样地调查和室内样品分析估算了黄土高原中西部4个栽培区域的刺槐人工林生态系统碳密度及其分布特征,并利用相关性分析和主成分分析分析了影响生态系统碳密度的主要因子(林分、地形、土壤和气候等)。结果表明:调查区5个林龄的刺槐人工林生态系统生物量为34.13—133.08t/hm~2,不同区域之间各组分生物量存在显著性差异。植被层平均碳含量为221.93—454.67 g/kg,总体上表现为乔木层平均碳含量高于灌、草层,枯落物层平均碳含量最低,不同区域乔木、灌木、草本平均碳含量均存在显著性差异。刺槐人工林生态系统碳密度均值为106.86 t/hm~2,其中土壤层碳密度占刺槐人工林生态系统总碳密度的64.09%,是刺槐人工林生态系统碳密度的主要组成部分。植被层碳密度为38.68 t/hm~2,其中乔木层碳密度(33.88 t/hm~2)占植被层碳密度的87.58%,灌木、草本、枯落物所占比例依次为1.98%(0.77 t/hm~2)、2.00%(0.77 t/hm~2)、8.43%(3.26 t/hm~2)。不同区域土壤、生态系统碳密度均存在显著性差异。相关性分析和主成分分析表明,刺槐人工林生态系统碳密度与林龄、降水量呈显著正相关关系,与林分密度、平均气温、海拔和坡度的相关关系不显著,上述林分因子、地形因子和环境因子转化的主成分方差累积贡献率为91.07%,其中林龄和降水量是影响刺槐人工林生态系统碳密度的主要因子,方差贡献率为37.22%。     

黄土丘陵区刺槐与油松人工林生态系统生态化学计量特征

为阐明不同人工林生态系统间生态化学计量特征的差异,采用野外采样与室内分析相结合的方式分析了陕北黄土丘陵区落叶阔叶树种刺槐和常绿针叶树种油松人工林乔木、灌草、枯落物和土壤(土层深度0—100cm)C、N、P化学计量特征。结果表明:1)刺槐乔木各器官(叶、枝、干、皮、根)C含量显著低于油松,但N和P含量显著高于油松。因此,油松的C∶N和C∶P显著大于刺槐,而N∶P小于刺槐。2)刺槐林下枯落物N和P含量显著高于油松,但C含量显著小于油松。此外,油松林下枯落物C∶N(70.21)大于刺槐林下枯落物C∶N(19.71),说明油松林下枯落物分解较慢,有利于养分的存储。3)刺槐和油松人工林土壤C、N含量均随土壤深度增加而减少,P含量则基本保持不变。刺槐人工林土壤中C含量低于油松,N、P含量在两者之间无显著差异。4)刺槐人工林内乔灌草叶、枯落物与土壤C、N、P及其计量比的相关性多集中在10—20、20—30cm土层,而油松林中各组分与土壤营养元素的相关性相对较小,其中20—30cm土层中无显著相关性,说明相比刺槐人工林而言,油松人工林内土壤层N、P供应量对植物叶片N、P含量影响不显著。本研究为深入了解黄土丘陵区生态系统养分耦合循环机制奠定了基础,同时也为黄土丘陵区的植被恢复工作提供了一定的指导意义。     

土壤水分和氮素有效性对刺槐幼苗叶片活性氧产生和清除的影响

采用施加氮肥和人工控水的方法,以一年生刺槐幼苗为材料进行盆栽实验,探讨提高土壤氮素含量对不同土壤水分条件下刺槐幼苗叶片中活性氧产生和清除的影响。结果表明:(1)相同氮素水平下,降低土壤水分含量引起刺槐生物量和叶片光合色素含量降低,而过氧化氢(H2O2)含量升高;抗氧化酶系统中的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性不同程度降低;抗氧化剂中抗坏血酸(ASA)含量和还原型谷胱甘肽(GSH)含量均有所提高;MDA含量逐渐升高,而同期细胞膜相对电导率显著升高。(2)相同水分条件下,提高土壤氮素水平显著提高了刺槐幼苗叶片光合色素含量,同时也一定程度提高了总生物量,显著降低了H2O2含量;SOD、POD和CAT活性不同程度升高;ASA含量和GSH含量则表现出不同程度下降;相对电导率显著降低同时MDA含量一定程度降低。因此,增加土壤氮素有效性可显著提高刺槐幼苗叶片光合色素含量,显著抑制活性氧的产生,一定程度提高总生物量和抗氧化酶活性,降低膜脂过氧化程度,从而有利于缓解干旱引起的伤害。     

模拟降雨减少对刺槐人工林土壤养分和微生物群落的影响

降雨是黄土高原地区土壤水分的最主要来源。为探明降雨减少对黄土高原半湿润区土壤养分和土壤微生物群落的影响,以刺槐人工林为研究对象,通过搭设透光遮雨板将部分穿透雨导流至样地外,实施了4年减少总降雨输入约47%的处理,测定了在不同降雨条件下林地的土壤养分含量、土壤微生物多样性及群落结构特征,分析了土壤养分和土壤微生物对降雨减少的响应。结果表明：减雨处理4年后(1)处理样地土壤有机碳、全氮、全磷含量均低于对照样地,全氮含量差异达到显著水平(P<0.05)。(2)对照样地生长季和非生长季土壤微生物多样性差异不显著,减雨处理样地非生长季的细菌均匀度显著低于处理样地生长季和对照样地非生长季(P<0.05);降雨减少对细菌和真菌的群落结构有显著影响(P<0.05),降雨减少显著降低了酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度,提高了放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度(P<0.05)。(3)土壤有机碳、全氮含量与部分细菌相对丰度显著相关,土壤...     

木质素含量对四倍体刺槐嫩枝插穗扦插生根的影响

以四倍体刺槐1年生嫩枝插条为试验材料,分析插穗木质素含量与其横截面剪切强度、相关酶活性和激素关系,并探究不同木质素含量的插穗扦插生根性状的效应,为四倍体刺槐扦插选择合适插穗提供理论参考。结果表明:(1)插穗的木质素含量与其横截面剪切强度呈极显著正相关关系(相关系数为0.99),根据剪切强度可以间接地估算其木质素含量。(2)插穗的木质素含量与其POD和PPO活性呈极显著正相关关系(POD相关系数为0.98,PPO相关系数为0.92),也与激素ABA含量呈极显著的正相关关系(相关系数为0.97),而同IAA、IBA呈不显著的相关性,根据POD和PPO活性以及激素ABA含量对生根的影响可以推测木质素含量对生根有一定的影响。(3)不同木质素含量的插穗生根性状差异显著,木质素含量为19.47%时插穗生根能力最强,其插穗生根率为60.39%,平均每株生根量为9.70个,根长为4.85cm;木质素含量为10.60%时插穗生根能力最差。(4)生根性状最佳时的木质素含量为19.47%,其对应的剪切强度范围为40～50kg。     

黄土高原刺槐叶片-土壤生态化学计量参数对降雨量的响应特征

以黄土高原10个典型样点的20年刺槐人工林为研究对象,测定了样地中刺槐叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）含量,以及0-10 cm和10-20 cm土层土壤的主要理化指标,探讨了黄土高原刺槐叶片-土壤生态化学计量特征参数随水分梯度的变化规律。研究结果发现：①随着降水量增加,刺槐叶C、N含量呈增加趋势,叶片P含量无一致性规律。② 0-10 cm土层中土壤SOC、TN、TP、铵态氮含量以及C ∶ P和N ∶ P均随降雨量增加呈逐渐增加趋势,而C ∶ N比变化不明显。③刺槐叶片C、N、P及其化学计量比与土壤化学计量比相关性较弱,但叶片N、P与土壤铵态氮、速效磷等速效养分含量呈显著正相关（P<0.05）。本研究叶片N ∶ P>16,说明黄土高原刺槐生长主要受P元素限制,且随着降水的增加,土壤P养分的限制加强。     

黄土高原不同气候区刺槐林恢复年限对水、碳及植物多样性的影响

分析植被恢复对黄土高原人工林生态系统服务的影响,对黄土高原新一轮植被恢复和可持续发展有重要意义。通过文献搜索对已发表的92篇文献中的241组对照试验结果运用整合分析方法,以黄土高原不同气候区内不同恢复年限的刺槐林为代表,选取土壤水分、碳和植物多样性三个指标评价黄土高原刺槐林的生态系统服务变化。结果表明:与对照相比,种植刺槐林后整体上显著提高了土壤碳储量和植物多样性,相对增长率分别为81.30%和32.60%(P<0.05),而土壤储水量显著下降,相对变化率为-35.58%(P<0.05);半湿润地区土壤储水量相对变化率(-22.98%)(P<0.05)和植物多样性相对增长率(149.1%)(P<0.05)显著高于半干旱地区,土壤碳储量相对增长率(57.21%)(P<0.05)低于半干旱地区;刺槐林土壤储水量、碳储量和植物多样性的相对变化率随恢复年限增加依次为-27.57%、-41.80%、35.92%,16.84%、78.58%、156.27%和51.38%、26.37%、27.56%。