新疆阿尔泰山不同海拔西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应稳定性评价

随着全球变暖加剧,北半球高纬度和高海拔地区树木径向生长对气候变化产生了明显的不稳定、非线性分异响应的现象.在西北地区,阿尔泰山不同海拔优势针叶树种对气候因子响应的稳定性也存在不确定性.以阿尔泰山中段的高、中、低海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)为研究对象,分析了3条树木年轮宽度序列年表的特征以及树木径向...     

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。     

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(Larixsibirica)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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

区域气温和降水对关帝山不同海拔华北落叶松径向生长的耦合效应

为揭示区域气温和降水在不同海拔对山地林区林木径向生长的耦合效应,在关帝山林区孝文林场和庞泉沟国家自然保护区外围4个不同海拔选取立地条件相似的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.)人工林设置调查样地,采集典型样木样芯,采用建立年表的方法,获取年轮宽度指数,结合区域气温和降水进行相关性分析和单年分析。结果表明:在研究地区4个海拔上华北落叶松的径向生长均与区域气温和降水量有密切关系,但不同海拔响应机制不同;在1600 m海拔处,年轮宽度指数与当年4月气温极显著负相关,与当年9月降水量显著正相关;在1800 m海拔处,年轮宽度指数与上年6月气温显著负相关,降水量显著正相关;在2000 m海拔处,年轮宽度指数与当年9月气温和当年3月降水量显著负相关;在海拔2200 m处,年轮宽度指数与上年8月气温显著正相关,降水量显著负相关;随着海拔的升高,气温逐渐降低,降水量增加,两者对华北落叶松径向生长的耦合效应也发生变化,当海拔到达2000 m时,生长季降水量的增加使耦合效应关系发生转换。     

不同生境下圆柏径向生长的气候响应

利用苦盏山区3个采样点的泽拉夫尚圆柏(Juniperus seravschanica)树轮样本建立树轮宽度年表,运用树木年轮学方法分析不同生境下圆柏径向生长对气候变化的响应.结果表明:不同坡向和海拔的圆柏径向生长对气温和降水响应差异较大;北坡海拔2000 m处圆柏径向生长主要受当年生长季降水的控制,同海拔南坡的圆柏径向...     

区域气温和降水对关帝山不同海拔华北落叶松径向生长的耦合效应

为揭示区域气温和降水在不同海拔对山地林区林木径向生长的耦合效应,在关帝山林区孝文林场和庞泉沟国家自然保护区外围4个不同海拔选取立地条件相似的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.)人工林设置调查样地,采集典型样木样芯,采用建立年表的方法,获取年轮宽度指数,结合区域气温和降水进行相关性分析和单年分析。结果表明:在研究地区4个海拔上华北落叶松的径向生长均与区域气温和降水量有密切关系,但不同海拔响应机制不同;在1600 m海拔处,年轮宽度指数与当年4月气温极显著负相关,与当年9月降水量显著正相关;在1800 m海拔处,年轮宽度指数与上年6月气温显著负相关,降水量显著正相关;在2000 m海拔处,年轮宽度指数与当年9月气温和当年3月降水量显著负相关;在海拔2200 m处,年轮宽度指数与上年8月气温显著正相关,降水量显著负相关;随着海拔的升高,气温逐渐降低,降水量增加,两者对华北落叶松径向生长的耦合效应也发生变化,当海拔到达2000 m时,生长季降水量的增加使耦合效应关系发生转换。     

新疆阿勒泰地区西伯利亚红松径向生长对气候水文的响应

利用采自新疆阿勒泰地区西伯利亚红松树轮样本,建立树轮标准化年表,对气候水文因子对西伯利亚红松径向生长的影响进行了研究。结果表明: 西伯利亚红松年表包含较高的气候信息,与当年5—6月平均温度、平均最高温度表现出显著的负相关,与当年5—6月帕默尔干旱指数(PDSI)表现出显著的正相关,与当年1—6月降水表现出显著的正相关,与上一年11月额尔齐斯河径流表现出明显的正相关。温度和降水共同影响该地区西伯利亚红松的径向生长,其中生长期前期降水与夏季温度是影响径向生长的关键气候要素。对年表极值年的研究发现,厄尔尼诺-南方振动(ENSO)及全球大尺度环流与西伯利亚红松径向生长存在联系,ENSO通过对中亚上空气旋位置的影响使输送到阿勒泰地区的水汽产生变化,从而影响到西伯利亚红松的径向生长。     

长白山北坡不同年龄红松年表及其对气候的响应

运用树木年轮气候学方法,研究了长白山北坡红松(Pinus koraiensis)不同年龄年表特征及其与气候因子间的关系,以期揭示年龄因素对年表的潜在影响。结果表明,平均年龄为63a的红松低龄年表与平均年龄为184a的高龄年表对气候的响应明显不同:低龄红松径向生长与当年1、2月月平均温度负相关(P<0.05),同时也受到上年及当年多个月份的月平均最高温度或最低温度的影响,但与降水的相关性未达到显著水平;高龄红松径向生长则与月平均温度间的关系不明显,而与当年1、2、4、6、7、9月的月平均最高温度正相关,与当年4月、9月的月平均最低温度负相关,同时受到上年5月及当年5月月总降水量的影响。因此,年龄因素对红松年表的气候响应方面存在一定影响,且高龄年表对气候响应的敏感性更高,包含有更多的气候信息。     

Climate response of Picea schrenkiana based on tree-ring width and maximum density

The effect of global warming on alpine forests is complex. It is crucial, therefore, to investigate the effects of climate change on the radial growth of trees at different altitudes. The tree growth–climate relationship remains poorly understood at large spatial scales in the Tianshan Mountains, China. Schrenk spruce (P. schrenkiana) is a unique tree species to this area. In this study, we collected tree-ring width and maximum density data from nine plots along an altitudinal gradient. Results showed that altitude affected both tree-ring width and maximum density. At high altitudes, tree-ring width was positively correlated with temperature in February of the current year. Tree-ring width was also positively correlated with precipitation in July of the previous year, and January and July of the current year, and negatively correlated with the monthly diurnal temperature range (DTR). At low altitudes, tree-ring width was negatively correlated with temperature in the early growing season and the growing season. Tree-ring width was positively correlated with precipitation in June and September of the previous year, and May of the current year. The tree-ring maximum density was positively correlated with temperature and the DTR of the growing season, and negatively correlated with precipitation in winter and growing season. Moving correlation analysis showed that the positive response of tree-ring width to precipitation in the growing season was enhanced over time at high altitudes. In the low-altitude trees, the negative response of tree-ring width to temperature in the growing season was reduced, while the positive response to precipitation in the growing season was enhanced. The positive response relationship between tree-ring maximum density and the temperature in July weakened over time. At low altitudes, the negative response of tree-ring maximum density to winter precipitation was strengthened, and a stable negative response to July precipitation was observed. As the climate becomes wetter and warmer in the Tianshan Mountains, our results suggest that the radial growth of trees may benefit at elevations above 2400 m a.s.l. There was no obvious elevation limit for the increase in tree-ring maximum density. These findings provide a basis for sustainable forest management under global climate change.     

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。     

Spatial and temporal differences in the response of Larix sibirica to climate change in the central Altai Mountains

Because climate change impacts different ecosystems and geographies in myriad ways, it is important to study how forests in different regions respond to changing climatic conditions. In northwestern China, the transition in recent decades from a warm and dry climate to a warm and wet climate is well documented. However, the response of forests to this transition is poorly understood. To better understand these changes, we collected tree-ring samples of Larix sibirica from 12 plots on the southern slope of the central Altai Mountains and established site-specific tree-ring width residual chronologies. Through hierarchical cluster analysis, we could divide the sites into two levels: high-elevation level (HEL, >1900 m) and low-elevation level (LEL, <1900 m). We then used the first principal component of each level as the regional residual chronology and performed a moving correlation analysis with climate factors (monthly temperature, monthly precipitation, scPDSI) over the period 1957–2016. We found that changes in HEL trees are mainly related to temperature: from 1957–1967, growth was positively correlated with the temperature in July of the previous year. From the 1960s to present, growth was negatively correlated with the temperature in April of current year. Since the 1980s, however, temperature in current year January has been the most important factor limiting growth. The relationship between LEL tree growth and climate has been stable throughout the period of observation, and is significantly and positively correlated with moisture. We predict that the radial growth of HEL trees will be inhibited by continued warming, whereas LEL trees will benefit from improved moisture conditions in the future. Our findings help to provide a more comprehensive understanding of the effects of climate change on forest ecosystems, and provide a scientific reference for forest management and carbon sequestration and emission mitigation policies.     

昌岭山两个优势树种径向生长对气候变化的响应

在气候变暖背景下,树木径向生长对气候变化的响应存在不稳定性。利用采自祁连山东部余脉昌岭山两个优势树种油松和青海云杉的树轮样芯,建立树轮宽度标准年表,通过分析树轮宽度年表与气候要素的相关关系,探讨两个树种径向生长对气候变化的响应。结果表明：（1）油松年表比青海云杉年表包含更多的气候信息,其平均敏感度、标准差、信噪比和样本对总体的代表性等统计量均高于青海云杉标准年表。（2）气候要素对不同树种径向生长限制程度不同,油松径向生长主要与降水（前一年9月和当年3-8月）和气温（前一年9月）有关,但对降水的响应更为敏感,而青海云杉径向生长则受到气温（当年9月）和降水（前一年9月、当年3月和7月）的共同作用。（3）气温突变后,油松和青海云杉年表与各气温要素的相关性显著增强,而青海云杉年表与气温要素的相关性变化更明显,指示了青海云杉径向生长对气温的响应更不稳定。（4）生长季平均最低气温的升高诱导的干旱胁迫是油松和青海云杉树木径向生长-气温响应变化的主要原因。     

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。     

呼伦贝尔沙地樟子松年轮生长对气候变化的响应

以内蒙古呼伦贝尔地区沙地樟子松为样本,建立了樟子松树木年轮宽度年表,应用相关分析和响应函数分析等年轮气候学方法,研究了樟子松径向生长对气候变化的响应。结果表明,樟子松年轮宽度与4月和6—9月平均温度呈显著负相关关系(P<0.05);与各月降水量多呈正相关关系,特别是与当年5—8月的月降水量呈显著正相关关系(P<0.05);树轮年表与前一年10月至当年10月的PDSI均呈显著正相关关系(P<0.05),其中与5月份PDSI的相关性最高。响应函数分析表明,年表与当年6—7月的平均气温、上一年10月和当年5—7月份的降雨存在显著的相关性,与5—7月份PDSI存在较显著的正相关性;综合来看,呼伦贝尔沙地樟子松生长同时受降水和温度的影响,其径向生长与气候因子间的关系属于降水敏感型,为区域降水重建提供了科学基础。     

Development of tree-ring width chronologies and tree-growth response to climate in the mountains surrounding the Issyk-Kul Lake,Central Asia

Three tree-ring width chronologies were developed from 75 Picea schrenkiana trees ranging from low- to high-elevation in the mountains surrounding the Issyk-Kul Lake, Northeast Kyrgyzstan. The reliable chronologies extend back to the mid-18th and late-19th centuries. Spatial correlation analysis indicates that the chronologies for the relatively high-elevation trees contain large-scale climatic signals, while the chronology at relatively low elevation may reflect the local climate variability. The results of the response of tree growth to climate show that these chronologies contain an annual precipitation signal. Furthermore, the influence of temperature indicates mainly moisture stress that is enhanced with rising elevation. The tree-ring records also captured a wetting trend in eastern Central Asia over the past decades. These new tree-ring width chronologies provide reliable proxies of precipitation variability in Central Asia and contribute to the International Tree-Ring Data Bank.