长白山鱼鳞云杉径向生长对气候响应的海拔差异

为了弄清树木径向生长对气候响应的稳定性及其海拔差异,本研究以长白山自然保护区北坡3个海拔(1200 m(低海拔)、1400 m(中海拔)和1600 m(高海拔))的鱼鳞云杉(Picea jezoensis var.komarovii)为研究对象,利用年轮学方法分析了其径向生长的年际变化与气候的关系及其动态。结果表明,鱼鳞云杉的总体气候敏感度不高,在0.12~0.16之间,相比较而言,低海拔鱼鳞云杉的气候敏感度较大。鱼鳞云杉径向生长主要与5月的最高温度呈正相关,而中、低海拔鱼鳞云杉还与当年5月降水呈显著负相关。在3个海拔,鱼鳞云杉径向生长与气候的关系都不是稳定的。自1986年以来,5月平均最高温度表现出降低的趋势,导致高海拔鱼鳞云杉生长与5月温度的相关性减弱,且敏感性由显著相关到不相关的转折点位于5月均温的11.8℃,最高温度的19.9℃;中、低海拔鱼鳞云杉与5月降水相关性增强主要受近年来5月份降水量增加的影响,相关性发生转折的5月降水量为72.2mm。本研究为鱼鳞云杉年轮气候重建、气候变化情境下的生长预测等提供了数据参考。     

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—...     

中国东南部不同海拔亚热带森林中马尾松径向生长对气候的响应

为了解我国东南部亚热带森林不同海拔树木生长对气候响应的差异,建立了福建省武夷山脉东麓2个样点的4个马尾松(Pinus massoniana)轮宽年表,对树木径向生长与气候因子进行了bootstrapped相关分析和线性混合模型(LME)拟合。结果表明,在高海拔地区马尾松径向生长对气候因子年际波动敏感性较强,主要表现为与生长季前冬季光温条件以及生长季内7月降水的正相关,生长-气候关系在不同样点间表现出较强的一致性。线性混合模型可以较好地拟合高海拔树木生长变化,当使用前1年12月平均日最高温、当年1月日照时长和当年7月降雨量3个气候变量进行拟合时,模型解释量达到0.5,其中前1年12月最高温和当年1月日照时数在模型中起到主导作用,累积相对贡献率约占80%,说明生长季前冬季的光热条件是限制高海拔马尾松径向生长最主要的气候因子。因此,我国亚热带地区高海拔的树木径向生长可能对未来气候变化有更强的敏感性,相关森林管理政策的制定需要将此纳入考虑;同时我国亚热带地区高海拔森林中的树木有被用于树轮气候重建的潜力。     

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。     

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。     

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.     

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。     

黄土高原中部针叶树与灌木径向生长对气候的响应差异

为揭示黄土高原中部不同树种径向生长对气候变化的响应及应对极端干旱能力的差异,构建延安任家台林场油松、狼牙刺和黄刺玫树轮宽度年表,利用帕默尔干旱指数(PDSI)定义极端干旱事件,计算干旱频率及强度;利用树轮宽度量化径向生长应对极端干旱事件的抵抗力(Rt)、恢复力(Rc)及恢复弹力(Rs)。结果表明,油松与5月平均气温和平均最高气温显著负相关,与9月平均最高气温显著正相关,与前一年11月降水和7月相对湿度显著正相关;狼牙刺与前一年9月平均气温,当年7月平均最高气温,8月平均气温和平均最高气温显著负相关;黄刺玫与7月平均气温和平均最高气温显著负相关;3个树种径向生长均与PDSI正相关。干旱程度加剧使树木抗旱性降低,导致油松、狼牙刺Rt和Rs减弱。树种间差异表现为,Rt:狼牙刺>油松,Rc:油松>狼牙刺>黄刺玫,Rt:黄刺玫>狼牙刺。     

玉龙雪山3个针叶树种在海拔上限的径向生长及气候响应

树木生长对气候变化的响应是国内外研究的热点。选择滇西北高原玉龙雪山海拔分布上限3个主要树种(长苞冷杉(Abies georgei)、丽江云杉(Picea likiangensis)和大果红杉(Larix potaninii Batal var.macrocarpa Law)),对其径向生长特征进行研究,构建差值年表,并分析其与温度和降水的相互关系。研究结果表明:(1)温度和降水均为玉龙雪山海拔上限树木生长的主要影响因子,但不同树种响应的时期和关系存在差异;(2)大果红杉生长主要受限于生长初期(5—6月)的水热条件,主要表现为与当年5月、6月以及生长初期(5—6月)的平均温呈显著正相关,以及与当年5月、6月以及生长初期的降水呈显著负相关;(3)长苞冷杉生长主要受限于生长初期(5—6月)的水分条件,表现为显著负相关,同时生长盛期(7—8月)温度的升高有利于其径向生长;(4)丽江云杉的生长则主要受限于生长季开始以前的气候条件,与上年12月以及当年5月的平均温呈显著负相关,与当年1月的降水呈显著正相关。本研究的结果可为气候变化对滇西北高原树木生长影响的研究提供参考,并为该地区历史气候重建提供科学基础。     

天山东西部雪岭云杉径向生长对气候变暖的响应差异

运用树木年轮气候学方法,研究了天山东西部森林上下限雪岭云杉(Picea schrenkiana)树木生长与气候因子的关系,以期揭示不同地区雪岭云杉径向生长对气候因子响应的差异及气候变暖影响下雪岭云杉的敏感性。结果表明:(1)昭苏地区年轮年表的统计特征更显著,比哈密地区树木径向生长对气候因子的响应更敏感;(2)2个地区树木生长受温度与降水的综合影响,从西部到东部,森林下限树木径向生长与温度的响应由显著正相关转为显著负相关;而森林上限树木生长与降水的关系由显著负相关转变为显著正相关;(3)进入快速升温阶段,气候条件对昭苏和哈密地区森林下限雪岭云杉生长的影响增强,而对哈密地区森林上限雪岭云杉生长的影响减弱;(4)随着温度升高,昭苏森林下限和哈密森林上下限的雪岭云杉径向生长与气候因子的关系均出现了显著变化。快速升温后,4月温度对哈密森林上限树木径向生长的促进作用显著增加,6月温度对昭苏和哈密森林下限树木生长的抑制作用显著增加,而对哈密森林上限树木生长的促进作用显著减弱;5和6月份降水分别对昭苏森林下限和哈密森林上限雪岭云杉径向生长的促进作用显著增加;4月温度和10月降水对哈密森林下限树木生长的抑制作用显著减弱。昭苏森林上限降水能够满足树木生长,气温升高对树木生长与气候因子关系的影响不显著。     

中国寒温带不同林龄白桦林碳储量及分配特征

为了解中国寒温带地区不同林龄白桦林生态系统碳储量及固碳能力, 在样地调查基础上, 以大兴安岭地区25、40与61年白桦(Betula platyphylla)林生态系统为研究对象, 对其乔木层、林下地被物层(灌木层、草本层、凋落物层)、土壤层(0-100 cm)碳储量与分配特征进行调查研究。结果表明白桦林乔木层各器官碳含量在440.7-506.7 g·kg ^-1之间, 各器官碳含量随着林龄的增长而降低; 灌木层、草本层碳含量随林龄的增加呈先降后升的变化趋势; 凋落物层碳含量随林龄增加而降低; 土壤层(0-100 cm)碳含量随林龄增加而显著升高, 随着土层深度的增加而降低。白桦林生态系统各层次碳储量均随林龄的增加而明显升高。25、40与61年白桦林乔木层碳储量分别为11.9、19.1和34.2 t·hm ^-2, 各器官碳储量大小顺序表现为树干>树根>树枝>树叶, 树干碳储量分配比例随林龄增加而升高。25、40与61年白桦林生态系统碳储量分别为77.4、180.9和271.4 t·hm ^-2, 其中土壤层占生态系统总碳储量的81.6%、87.7%和85.9%, 是白桦林生态系统的主要碳库。随林龄增加, 白桦林年净生产力(2.0-4.4 t·hm ^-2·a ^-1)、年净固碳量(1.0-2.1 t·hm ^-2·a ^-1)均出现增长, 老龄白桦林仍具有较强的碳汇作用。     

近几十年来冀西北山地白桦次生林径向生长对气候变化的响应

研究不同海拔高度天然次生林径向生长特征及其对气候变化的响应, 揭示影响山地树木径向生长的主要因子, 对于研究气候变化对温带森林生态系统适应性生长、演替和可持续经营的影响具有重要意义。该研究以冀西北山地次生林优势树种白桦(Betula platyphylla)为对象, 于研究区海拔1 350、1 550、1 750、1 950 m处分别设置样地, 采集样木树芯和圆盘, 运用树木年轮气候学方法建立白桦天然次生林标准年表, 并将年轮宽度指数与气候因子进行相关、多元逐步回归分析。主要结果: (1) 1960-2018年研究区气候呈变暖变干趋势, 其中1960-1989年为平稳期, 1989-2018年为快速期。(2)白桦次生林径向生长在1989年发生改变, 年轮宽度指数呈现“增长-下降”的“Λ”形生长趋势。(3)在气候变化平稳期, 白桦次生林径向生长在低海拔样地(B1350、B1550)与气温(平均气温、最高气温、最低气温)呈正相关关系, 在高海拔样地(B1750、B1950)与上年和当年生长季降水量呈显著正相关关系; 在气候变化快速期, 低海拔样地(B1350、B1550)白桦次生林径向生长与生长季气温、生长季潜在蒸散发(ET₀)呈负相关关系, 高海拔样地(B1750、B1950)白桦次生林径向生长与生长季及生长季末期ET₀呈负相关关系。 (4)在气候变化平稳期, 温度对B1350、B1550、B1750样地白桦次生林径向生长的贡献率分别为76%、54%、51%, 水分的贡献率为24%、46%、49%; 在气候变化快速期, 温度对B1350、B1550、B1750样地树木径向生长的贡献率分别为58%、41%、38%, 水分的贡献率为42%、59%、62%; 高海拔B1950样地树木生长始终受水分因子的控制。     

Mountain forest growth response to climate change in the Northern Limestone Alps

Key message

Growth response to climate differs between species and elevation. Fir is the most drought-tolerant species. The mountain forests are robust to the climatic changes until now.

Abstract

Alpine mountain forests provide a wide range of ecological and socio-economic services. Climate change is predicted to challenge these forests, but there are still considerable uncertainties how these ecosystems will be affected. Here, we present a multispecies tree-ring network of 500 trees from the Berchtesgaden Alps (Northern Limestone Alps, Southeast Germany) in order to assess the performance of native mountain forest species under climate change conditions. The dataset comprises 180 spruce, 90 fir, 110 larch and 120 beech trees from different elevations and slope exposures. We analyse the species with respect to: (1) the general growth/climate response; (2) the growth reaction (GR) during the hot summer in 2003 and (3) the growth change (GC) resulting from increasing temperatures since the 1990s. Spruce is identified as the most drought-sensitive species at the lower elevations. Fir shows a high drought tolerance and is well suited with regard to climate change. Larch shows no clear pattern, and beech remains unaffected at lower elevations. The unprecedented temperature increase of the last decades did not induce any distinct GC. The mountain forests of the Berchtesgaden Alps appear to be robust within the climatic changes until now.     

长白山群落交错带长白松和鱼鳞云杉径向生长对气候变暖的响应

长白山是典型的温性针阔叶混交林分布区,也是受全球气候变化影响最为显著的地区之一.为了解该区森林生态系统对气候变化的响应,本研究选取该区阔叶红松林与云冷杉林(又称暗针叶林)群落交错带内优势乔木树种长白松和鱼鳞云杉作为对象,获取树木年轮宽度资料建立标准年表,明确限制2个树种径向生长的关键气候因子.结果表明:长白松和鱼鳞云杉...     

气候变暖对长白山主要树种的潜在影响

应用LINKAGES模型对长白山自然保护区内主要树种在各斑块类型中对气候变化的潜在响应进行了模拟,模拟时选择了目前和未来变暖2种气候条件,对于目前气候状态,模型使用目前气象参数;而对于未来变暖气候,则按温度增加5℃,降水无明显变化作为模拟假设,温度的增加假定各月都相同,即各月均增加5度,模拟结果表明,对于高山岳桦林,气温变暖后岳桦依然扮演重要角色,但落叶松,云极,冷杉等目前这一林带的伴生树种,在气温上升后,其生物量均有较大辐度的增加,部分占据目前岳桦的位置,即目前下部的云冷杉林带有上移的趋势;对于亚高山云冷杉林,其优势种云杉和冷杉在气温变暖后,生物量有较大幅度的增加,落叶松虽有增加的趋势但幅度较小,即云杉和冷杉在未来气温变暖后依然是这一林带的优势种,但生长会加快,阔叶红松林的主要建群种在气温升高后,其生物量只有较小的增加,其它主要伴生种的生物量随气温上升的增加趋势非常相似,表明阔叶红松林在未来气候变暖情况下仍将维持目前的结构状态。     

Altitudinal changes in carbon storage of temperate forests on Mt Changbai, Northeast China

A number of studies have investigated regional and continental scale patterns of carbon (C) stocks in forest ecosystems; however, the altitudinal changes in C storage in different components (vegetation, detritus, and soil) of forest ecosystems remain poorly understood. In this study, we measured C stocks of vegetation, detritus, and soil of 22 forest plots along an altitudinal gradient of 700–2,000 m to quantify altitudinal changes in carbon storage of major forest ecosystems (Pinus koraiensis and broadleaf mixed forest, 700–1,100 m; Picea and Abies forest, 1,100–1,800 m; and Betula ermanii forest, 1,800–2,000 m) on Mt Changbai, Northeast China. Total ecosystem C density (carbon stock per hectare) averaged 237 t C ha⁻¹ (ranging from 112 to 338 t C ha⁻¹) across all the forest stands, of which 153 t C ha⁻¹ (52–245 t C ha⁻¹) was stored in vegetation biomass, 14 t C ha⁻¹ (2.2–48 t C ha⁻¹) in forest detritus (including standing dead trees, fallen trees, and floor material), and 70 t C ha⁻¹ (35–113 t C ha⁻¹) in soil organic matter (1-m depth). Among all the forest types, the lowest vegetation and total C density but the highest soil organic carbon (SOC) density occurred in Betula ermanii forest, whereas the highest detritus C density was observed in Picea and Abies forest. The C density of the three ecosystem components showed distinct altitudinal patterns: with increasing altitude, vegetation C density decreased significantly, detritus C density first increased and then decreased, and SOC density exhibited increasing but insignificant trends. The allocation of total ecosystem C to each component exhibited similar but more significant trends along the altitudinal gradient. Our results suggest that carbon storage and partitioning among different components in temperate forests on Mt Changbai vary greatly with forest type and altitude.     

长白山东坡不同海拔长白落叶松径向生长对气候变化的响应

为了解高山林线附近树木生长对气候变化的敏感性, 选取长白山东坡火山喷发后形成的过渡性植物群落长白落叶松(又称黄花落叶松) (Larix olgensis)林为研究对象, 并建立不同海拔高度长白落叶松的3个年轮宽度年表, 研究不同生境长白落叶松径向生长对气候变化的响应, 并利用冗余分析对不同海拔的年轮指数与气候因子的关系做进一步分析。主要结果如下: (1)高海拔年轮年表的统计特征更显著, 比低海拔径向生长对气候因子的响应更加敏感; (2)高海拔径向生长主要受上年生长季前期和生长季气温的限制, 尤其是上年6月和8月气温的限制作用, 低海拔径向生长主要与降水量有关, 受当年9月降水量和当年8月帕尔默干旱指数(PDSI)的共同影响; (3)林线内树木对气候响应的敏感性强于林线外, 林线外小生境的异质性及干扰事件频发可能掩盖了树木对气候因子的敏感性, 林线下方可能是检验林线处树木生长对气候响应平均状态的最佳位置; (4)不同海拔年轮年表与气候因子的冗余分析与响应函数分析的结果基本一致, 进一步证明了冗余分析可以有效地量化树轮指数与气候因子的关系。该研究为全球变暖背景下长白山东坡长白落叶松林的管理及该区域气候重建提供了基础数据。     

Response of radial growth to climate change for Larix olgensis along an altitudinal gradient on the eastern slope of Changbai Mountain,Northeast China

AimsTo further understand the sensitivity of tree growth to climate change and its variation with altitude, particularly the growth-climate relationship near the timberline, the radial growth of Larix olgensis in an oldgrowth forest along an altitudinal gradient on the eastern slope of Changbai Mountain was investigated. MethodsThe relationships between climate factors and tree-ring index were determined using bootstrapped response functions analysis with the software DENDROCLIM2002. Redundancy analysis, a multivariate “direct” gradient analysis, and its ordination axes were constrained to represent linear combinations with meteorological elements. The analysis was used to clarify the relationship between tree-ring width indexes at different elevations and climate factors during the period 1959-2009.Important findings indicated: (1) Tree ring chronologies from high altitudes were more superior than other samples in terms of growth-climate relationship, revealing that trees at high altitudes are more sensitive to climate variation than at low sites, (2) Tree growth was mainly affected by temperatures of from before and through growing season in previous year, especially in June and August. In comparison, tree growth in the low elevation was regulated by the combination of precipitation of August and Palmer drought severity index (PDSI) of September in current year, (3) Trees growing below timberline appeared to be more sensitive to climate warming; small extents of habitat heterogeneity or disturbance events beyond timberline may have masked the response, hence the optimal sites for examining growth trends as a function of climate variation are considered to be just below timberline, and (4) Redundancy analysis between the three chronologies and climate factors showed the same results as that of the correlation analysis and response function analysis, and this is in support of previous conclusion that redundancy analysis is also effective in quantifying the relationship between tree-ring indexes and climate factors.     

Mast seeding in Abies balsamea, Acer saccharum and Betula alleghaniensis in an old growth, cold temperate forest of north-eastern North America

1 Several hypotheses have been put forward to explain the phenomenon of masting or mast seeding, i.e. the supra-annual, periodic production of a large number of seeds in long-lived plants. Some of these hypotheses deal with the proximate causes of masting (e.g. the climate hypothesis) but others are concerned mostly with ultimate, evolutionary explanations (e.g. the pollination efficiency hypothesis).
2 The seed production of three tree species, Abies balsamea , Acer saccharum and Betula alleghaniensis , was followed over a 7-year period in an old-growth, cold temperate forest of north-eastern North America. The main objectives were to determine the extent of interannual variations in seed production, to investigate the relationship between viable and potential seed crop and crop efficiency, and to explore the effects of climate on seed production.
3 Potential and viable seed production varied significantly among years for all three species. However, the timing of dispersal remained the same regardless of the level of seed production.
4 Seed rain was spatially less heterogeneous in years of high seed production, suggesting that most trees were reproducing in such years.
5 Over the 7-year period, there was a significant concordance among species in their viable seed crop and crop efficiency, but not in their potential seed crop. Crop efficiency was positively correlated to potential seed crop for Abies and Betula , but not for Acer .
6 High seed production was related to warm, dry conditions in the spring of the previous year (i.e. at reproductive bud initiation) but to a moist summer in the year of seed maturation.
7 Masting in these three species thus appears to be controlled by several factors, including climate and pollination efficiency.