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.     

祁连山东部青海云杉死亡和存活个体径向生长对气候变化的响应差异

研究建立了祁连山东部青海云杉(Picea crassifolia)存活个体与死亡个体的树轮宽度年表和断面生长增量(BAI)序列,对青海云杉存活个体与死亡个体的径向生长特征及其对气候要素的响应关系进行了比较,尝试厘清青海云杉径向生长与气候要素之间的响应机制。结果表明:青海云杉死亡个体的径向生长速率明显低于存活个体(P ＜ 0.001),尤其是在20世纪80年代快速升温后,这一差距进一步加大,青海云杉死亡率也大幅增加。在1951-1986年期间,青海云杉径向生长主要受生长季前(上一年9月到当年2月)干湿状况的影响;而在1987-2020年期间,青海云杉径向生长则更多受生长季(当年6-8月)干湿状况的影响。并且与活树相比,死树对区域干湿状况表现出更高的敏感性,对气温的负响应也更强。随着气候变暖加剧,高温及其带来的干旱胁迫已成为区域内限制青海云杉径向生长的主要气候因素,青海云杉的死亡率可能会继续升高。     

阿尔泰山主要针叶树种树木径向生长及其对气候变化的响应

本研究以阿尔泰山富蕴地区的西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松为对象,获取2个树种基部断面生长增量和树轮宽度年表与气候因子的相关系数,对比分析了相似生境下2个树种的径向生长特征及其对气候变化的响应。结果表明: 西伯利亚云杉基部断面生长增量总体高于西伯利亚落叶松,但西伯利亚落叶松的径向生长增加趋势更为显著。近60年来,上年快速生长期的高温对研究区内西伯利亚云杉的径向生长有限制作用,而当年6月较高的气温则有利于西伯利亚落叶松生长。西伯利亚落叶松的径向生长与当年1月气温呈负相关。分段相关分析显示,这种情况在1980年代中期气候变暖以后表现得更为明显。滑动相关分析表明,在气候变化背景下研究区内西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松径向生长对气温和降水量的响应在近年来均有所增强。     

普达措国家公园四种针叶树径向生长对气候因子的响应

运用树木年代学的原理和方法,对普达措国家公园大果红杉、长苞冷杉、高山松和麦吊云杉4个优势针叶树种的年轮宽度进行测量,建立年轮宽度差值年表。分析年表与香格里拉气象站的日、月气候数据的相关性,研究4个优势针叶树种的径向生长对气候因子的响应。结果表明: 大果红杉的年生长速率最高,长苞冷杉的年生长速率最低;4种针叶树径向生长对气候因子的响应存在物种特异性,大果红杉与气候因子的相关性最强,麦吊云杉的径向生长对气候因子的响应不敏感;长苞冷杉树轮宽度年表与上年冬季(11、12月)和当年夏季(7月)的平均温度呈显著正相关;大果红杉树轮宽度年表与生长季早期(6月)温度呈显著正相关,与同期降水量和相对湿度呈显著负相关;而高山松树轮宽度年表与生长季早期(5月)的降水量和相对湿度呈显著正相关,与同期最高温度呈显著负相关,表明高山松的径向生长主要受生长季早期水分可利用性的影响。     

黄土高原羊圈沟小流域人工物种和自然物种径向生长对气候变化的响应差异

为揭示黄土高原人工和自然物种径向生长对气候变化的响应差异,在延安羊圈沟小流域分别获取人工和自然物种的树木年轮材料并构建标准年表,其中人工物种为刺槐(Robinia pseudoacacia)和柠条(Caragana korshinskii),自然物种为山杏(Armeniaca sibirica)和荆条(Vitex negundo var.heterophylla),并对年表中的气候信号进行了统计分析。结果表明:1)人工物种年表中的气候信号较强,主要表现在5—8月份,与温度呈负相关关系(刺槐:r=-0.427—-0.511,P0.05;柠条:r=-0.227—-0.738,P0.05),与降雨则呈正相关关系,但相关系数未达到显著性水平;自然物种年表中的气候信号较弱,与温度和降雨的相关关系均较低;2)不同于自然物种,人工物种树轮年表还与去年夏季(7—9月份)温度(负相关)和降水(正相关)存在相关关系,表明人工物种树木生长对气候因子存在一定滞后性;3)人工物种树轮年表与PDSI干旱指数在各月份均维持正相关关系,在生长季(刺槐4—9月、柠条4—8月)达到显著水平(刺槐:r=0.481—0.704,P0.05;柠条:r=0.314—0.610,P0.05);而自然物种年表与PDSI干旱指数的相关关系较弱,均未达到相关性水平。从各年表与气候要素(温度、降雨、PDSI)响应强度来看,黄土高原人工物种树木生长受水分胁迫显著,且以刺槐最为明显,其次是柠条;自然物种树木生长则没有明显干旱胁迫的影响,仅山杏生长受一定水分胁迫影响,荆条生长则与各气候要素关系较弱,水分胁迫对其生长的影响已很小。本研究的结果表明黄土高原人工物种生长明显受到水分条件限制,而自然恢复物种生长则受水分条件影响较小,能适应黄土高原干旱半干旱气候条件。     

辽东山区蒙古栎径向生长对林分密度和气候因子的响应

为探究林分密度和气候因子对蒙古栎径向生长的影响,利用树木年代学方法研究了不同林分密度调控(间伐)下次生蒙古栎林径向生长变化,并结合气象数据,分析了蒙古栎生长变化的驱动因子。结果表明: 次生蒙古栎林径向生长受林分密度的影响显著。低密度原始林蒙古栎径向年均增长量为3.12 mm,2个中密度次生蒙古栎林分别为1.55和1.42 mm,高密度次生蒙古栎林为0.96 mm。20%的间伐强度对促进高密度(1900 株·hm^-2以上)栎林径向生长恢复作用有限,而对于中等密度(1600 株·hm^-2)栎林效果显著。该地区蒙古栎径向生长主要对当年1月和2月的降水变化敏感。抚育间伐降低了蒙古栎径向生长对气候因子的敏感性。在未来暖干化的气候情境下,密度调控有利于减缓气候变化对蒙古栎生长的不利影响。     

澜沧江源区高山柏径向生长对气候变化的响应

为探究澜沧江源区气候变化对高山柏（Sabina squamata）径向生长的影响,在该区巴青县、杂多县和囊谦县分别对高山柏进行采样。运用树木年轮学方法测定3个样地高山柏逐年树轮宽度和胸高断面积增量（BAI）,建立高山柏树轮宽度标准年表并分析其对气候变化的响应。研究结果表明,1986-2019年,澜沧江源区年平均温度呈快速上升趋势（0.43℃/10a,P<0.01）,年平均最低气温（0.57℃/10a,P<0.01）的上升速率明显高于年平均最高气温（0.33℃/10a,P<0.01）,而年降水量呈不显著的上升趋势（2.39 mm/a,P>0.10）。气候变暖背景下,澜沧江源区高山柏树轮宽度呈上升趋势（P<0.01）,2000-2019年生长速率（（0.37±0.16） mm/a）较1986-1999年（（0.20±0.09） mm/a）增加了85%;BAI亦上升显著,在1986-1999年一直呈上升趋势（（12.16±5.16） mm²/a）,2000-2019年处于平稳快速生长阶段（（22.49±8.84） mm²/a）,表现出稳定且持续的生长能力。高山柏树轮宽度标准年表与气候因素的相关性显示：澜沧江源区高山柏径向生长对温度的响应明显强于降水,与多数月份（上年6月-当年10月）的降水呈不显著正相关,而与多数月份的温度呈显著正相关。与月平均最高温度和平均温度相比,高山柏径向生长与月平均最低温度的相关性更为显著（P<0.01）。在气候暖湿化背景下,近30年澜沧江源区高山柏径向生长进入快速生长时期,树轮宽度和BAI均呈快速生长特征,表明该区域气候条件更加适宜高山柏生长。     

川西高原4种典型针叶树径向生长对气候因子的响应

为揭示青藏高原东南缘不同针叶树种树木生长对气候因子的响应特征,用树木年轮学方法对川西道孚县高山针叶林优势树种鳞皮冷杉(Abies squamata)、川西云杉(Picea likiangensis var.rubescens)、方枝柏(Juniperus saltuaria)和红杉(Larix potaninii)进行...     

阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的分异响应

在全球气候变暖的背景下, 北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象, 但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)样本建立了树轮宽度年表, 并对年表特征及树木径向生长-气候的动态关系进行了分析。结果表明: 生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子; 树木径向生长与当年4月的气温显著负相关, 与当年6-7月的气温显著正相关; 研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6-7月的气温发生了分异现象, 表现为随着气候变化, 树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强, 而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感, 适合开展树木生长-气候变化的研究; 检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。     

樟子松和落叶松径向生长对气候变化的响应

在全球变暖的背景下,升温可能会影响树木的生长,导致森林生态系统的平衡受到干扰。本研究利用树轮年代学方法中的生长-气候响应函数、滑动相关分析,探讨大兴安岭漠河地区樟子松和落叶松径向生长的限制因子,以及二者径向生长对快速升温的响应。结果表明: 樟子松和落叶松的径向生长受温度和降水的共同作用,樟子松对气候变化的响应比落叶松更为敏感,对气候因子的敏感性比落叶松更稳定。樟子松径向生长与当年生长季月均温及月均最低温呈显著正相关,而落叶松与冬季月均温及月均最高温呈显著正相关。冬季降水促进樟子松生长,前一年生长季后期降水抑制落叶松的径向生长。1990年快速升温后,降水对樟子松的限制作用由升温前的负相关转变为升温后的显著正相关,高温对樟子松的抑制作用大于促进作用;高温对落叶松的抑制作用增强,降水对落叶松的限制作用也在升温后增强,生长速率显著下降,二者生长速率与温度和降水的相关性变化存在明显差异。本研究可为大兴安岭森林生态系统管理与保护提供科学依据。     

Predicting species responses to climate change: demography and climate microrefugia in California valley oak (Quercus lobata)

Anticipating species movement under climate change is a major focus in conservation. Bioclimate models are one of the few predictive tools for adaptation planning, but are limited in accounting for (i) climatic tolerances in preadult life stages that are potentially more vulnerable to warming; and (ii) local‐scale movement and use of climatic refugia as an alternative or complement to large‐scale changes in distribution. To assess whether these shortfalls can be addressed with field demographic data, we used California valley oak (Quercus lobata Nee), a long‐lived species with juvenile life stages known to be sensitive to climate. We hypothesized that the valley oak bioclimate model, based on adults, would overpredict the species' ability to remain in the projected persisting area, due to higher climate vulnerability of young life stages; and underpredict the potential for the species to remain in the projected contracting area in local‐scale refugia. We assessed the bioclimate model projections against actual demographic patterns in natural populations. We found that saplings were more constricted around surface water than adults in the projected contracting area. We also found that the climate envelope for saplings is narrower than that for adults. Saplings disappeared at a summer maximum temperature 3 °C below that associated with adults. Our findings indicate that rather than a complete shift northward and upward, as predicted by the species bioclimate model, valley oaks are more likely to experience constriction around water bodies, and eventual disappearance from areas exceeding a threshold of maximum temperature. Ours is the first study we know of to examine the importance of discrete life stage climate sensitivities in determining bioclimate modeling inputs, and to identify current climate change‐related constriction of a species around microrefugia. Our findings illustrate that targeted biological fieldwork can be central to understanding climate change‐related movement for long‐lived, sessile species.     

大兴安岭兴安落叶松和樟子松径向生长对气候变化的响应差异

大兴安岭是我国气候变化最为显著的地区之一,兴安落叶松和樟子松是该地区最为重要的树种,研究它们径向生长对气候变化的响应差异,可以为预测气候变化下我国北方森林动态提供科学依据。在大兴安岭地区选择6个样点共采集兴安落叶松树轮和樟子松树轮样芯451个,建立了12个标准年表。比较了1900年以来树木径向生长趋势,利用Pearson相关分析法分析各样点兴安落叶松和樟子松生长对气候因子的响应,运用线性混合模型探讨温度和降水对兴安落叶松和樟子松年径向生长的影响,通过滑动相关对比两个树种生长-气候关系的时间稳定性。结果表明: 兴安落叶松径向生长与3月平均温度呈负相关,与上一年冬季和当年7月降水呈正相关。樟子松径向生长与当年8月温度呈正相关,与当年生长季(5—9月)降水呈正相关。冬季降雪对兴安落叶松径向生长起到重要的促进作用,夏季过多降水对樟子松径向生长起到显著的限制作用。兴安落叶松和樟子松生长对气候变化的响应存在明显差异,因此,气候变化可能会影响北方森林生态系统的树木生长、物种组成以及空间分布等。     

大兴安岭山地樟子松径向生长对气候变暖的响应——以满归地区为例

基于树木年代学的理论和方法,建立了大兴安岭满归地区樟子松年轮宽度年表,分析了标准化年表与该区主要气候因子(温度和降水)之间的相关关系,揭示了气候因子对树木径向生长的影响.结果表明:当年4-8月的各月平均温度是研究区樟子松径向生长的主要限制因子;4-8月各月温度的不断升高对樟子松径向生长产生了不利影响.利用4-8月平均温度的变化模拟樟子松径向生长变异(1958 -2008年),发现随着区域气候暖干化趋势的加强,该区樟子松生长将呈现出衰退的特征.     

抚育间伐对蒙古栎次生林生长的影响

科学合理的抚育间伐措施是实现天然次生林稳定、高效、可持续经营的必然要求。以辽宁白石砬子国家级自然保护区萌生蒙古栎次生林为研究对象,设置幼龄林(15年生)和中龄林(35年生)两组抚育间伐试验区,利用两组试验区伐后8a和26a的长期连续测定数据,比较分析了不同抚育间伐强度对林分生长及结构的影响。结果表明,蒙古栎次生林幼龄林阶段经轻度、中度、强度间伐8a后,林分平均胸径及定期生长量与对照相比均有极显著差异,平均胸径分别比对照高2.1、1.3和2 cm;不同间伐强度对林分蓄积增长量影响不大,轻度、中度和强度间伐12 cm以上径阶蓄积定期生长量累计分别是对照的0.97、1.03和1.21倍。中龄林阶段,轻度、中度、强度间伐26a后林分平均胸径分别比对照高0.3、1.7和5.1 cm,强度间伐能显著提高林分平均胸径生长量;间伐能显著提高林分蓄积定期生长量累计及定期生长量,轻度、中度和强度间伐12 cm以上径阶蓄积定期生长量累计分别是对照的1.97、1.65和1.63倍;轻度、强度间伐林分胸径呈单峰右偏山状分布,大径阶树木占绝对优势,而中度间伐、对照林分胸径呈单峰左偏山状分布。综合分析不同林龄阶段不同强度抚育间伐措施对林分生长状况的影响,可以得出蒙古栎天然次生林高效经营技术为幼龄阶段时采用轻度、中度、强度间伐均可,在中龄林时宜采用强度间伐(保留密度1600株/hm2)。     

Radial growth and climate responses of white oak (Quercus alba) and northern red oak (Quercus rubra) at the northern distribution limit of white oak in Quebec, Canada

Aim The objectives of this study were: (1) to compare radial growth patterns between white oak (Quercus alba L.) and northern red oak (Quercus rubra L.) growing at the northern distribution limit of white oak; and (2) to assess if the radial growth of white oak at its northern distribution limit is controlled by cold temperature. Location The study was conducted in three regions of the Ottawa valley in southern Québec. All stands selected were located at the northern limit of distribution of Q. alba. Methods Twelve mixed red and white oak stands were sampled and increment cores were extracted for radial growth analyses. For each oak species, 12 chronologies were derived from tree‐ring measurement (residual chronologies). Principal components analysis and redundancy analysis were used to highlight the difference between radial growth in both species and to determine their radial growth–climate association. Results There was little difference between the radial growth of each species; Q. alba, however, exhibits more year‐to‐year variation in growth than Q. rubra. More than 65% of the variance in radial growth was shared among sites and species. Both species showed a similar response to climate, which suggested that the limit of distribution of Q. alba might not be determined by effects on growth. Both species had a classic response to climate and drought in the early growing season. Main conclusions The northern distribution limit of Q. alba does not appear to be directly controlled by effects on growth processes as indicated by the similarities in radial growth and response to climate between the two species. The location of the stands on southern aspects suggested that cold temperature could have been a major factor controlling the distribution limit of Q. alba. However, it is speculated that stands growing on southern aspects may be more prone to forest fires or to drought, which would favour the maintenance and establishment of oaks, and of Q. alba in particular. Models relating the northern distribution limits of species to broad climate parameters like annual mean temperature will need to be reviewed to incorporate more biologically relevant information. Such assessments will in turn provide better estimates of the effect of climate changes on species distribution.     

High-altitude tree growth responses to climate change across the Hindu Kush Himalaya

兴都库什喜马拉雅地区高海拔树木生长对气候变化的响应 高海拔地区快速升温可能导致树木对温度响应更为敏感,而限制高海拔地区树木生长的关键气候因子以及气候变化对树木生长产生多大程度的影响尚不清楚。本研究在兴都库什喜马拉雅地区收集了73 个样点的树轮数据,包括3个优势属的树种(Abies属、Juniperus属和Picea属),样点海拔均在3000 m以上。 将时间动态规整(dynamic time warping)的方法用于建立亚区域年表,以考虑不同站点年表之间变化的同步 性。同时,定量分析了气候因子对树木生长的贡献以及树木生长与气候因子关系的时空动态。研究结果发现,73个站点年表可以聚为3类,且与其所处的生物气候区相对应,即西喜马拉雅地区,中东喜马拉雅地区和藏东南地区。在干旱的西喜马拉雅地区,树木生长与冬、春两季的降水呈正相关关系,而在湿润的藏东南地区,树木生长与冬季温度和春季降水呈正相关关系。树木生长受最低温度的影响最大,特别是冬季温度,其重要性从西到东呈现递增趋势。滑动窗口相关分析表明,在中西喜马拉雅地区,影响树木生长的冬季温度信号在减弱,然而在藏东南地区该信号随着1980年以来的快速升温而增强。本研究结果表明,若该地区升温持续,在西喜马拉雅地区可能会因变暖引起的水分亏缺而造成森林衰退,而在藏东南地区因树木生长得益于变暖而使得森林扩张。     

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。     

Different responses of Korean pine (Pinus koraiensis) and Mongolia oak (Quercus mongolica) growth to recent climate warming in northeast China

Different tree species growing in the same area may have different, or even contrasting growth responses to climate change. Korean pine (Pinus koraiensis) and Mongolia oak (Quercus mongolica) are two crucial tree species in temperate forest ecosystems. Six tree-ring chronologies for Korean pine and Mongolia oak were developed by using the zero-signal method to explore their growth response to the recent climate warming in northeast China. Results showed that Mongolia oak radial growth was mainly limited by precipitation in the growing season, while Korean pine growth depended on temperature condition, especially monthly minimum temperature. With the latitude decrease, the relationships between Korean pine growth and monthly precipitation changed from negative to positive correlation, while the positive correlation with monthly temperature gradually weakened. In the contrary, Mongolia oak growth at the three sampling sites was significantly and positively correlated with precipitation in the growing season, while it was negatively correlated with temperature and this relationship decreased with the latitude decrease. The radial growth of Korean pine at different sites showed a clearly discrepant responses to the recent warming since 1980. Korean pine growth in the north site increased with the temperature increase, decreased in the midwest site, and almost unchanged in the southeast site. Conversely, Mongolia oak growth was less affected by the recent climate warming. Our finding suggested that tree species trait and sites are both key factors that affect the response of tree growth to climate change. In addition, the suitable distribution area of Korean pine may be moved northward with the continued global warming in the future, but Mongolia oak may not shift in the same way.