北京西山老龄树记载的森林干扰历史 植物生态学报    2024, 48 (3): 341-348.   DOI: 10.17521/cjpe.2023.0173

图5 北京西山老龄树标准化年表与区域气候要素滑动相关关系。滑动相关分析窗口设置为30年。P, 年降水量; PDSI, 帕尔默干旱指数; T, 年平均气温。纵坐标中字母“c”代表当年。

正文中引用本图/表的段落

在分析老龄树与气候因子的关系在年际间的变化特征时, 本研究只考虑了当年生长季4到9月的时间段。30年滑动窗口相关分析表明, 降水量与老龄树径向生长的相关关系由负相关逐渐转为了正相关, 9月的正相关关系在1980年后有逐渐加强的趋势(图5)。老龄树与生长季气温的关系在1965年前后发生了转变, 由原来的正相关变成负相关, 老龄树年表与PDSI干旱指数的滑动相关分析结果显示, 在1970年之后的正相关关系有逐渐加强的趋势, 其中4到6月的正相关关系在增强。这些结果进一步说明了1980年后北京城区暖干化的气候趋势对老龄树的生长产生了潜在的影响。

老龄树年表与气候因子的相关分析表明, 油松径向生长与夏季8、9月气温显著负相关, 与夏季8月降雨量显著正相关, 夏季干旱胁迫是限制老龄树生长最重要的要素(图4)。年表与PDSI也呈显著的正相关关系, 而且1980年后这种相关关系逐渐增强, 进一步说明了干旱对该地区老龄树的限制作用逐渐加强(图5)。李宗善等(2021)研究了北京东灵山辽东栎(Quercus mongolica)林树木生长对气候要素的响应特征, 也发现夏季干旱胁迫对辽东栎的生长影响作用有不断加强的趋势。肖健宇等(2021)通过对比北京地区主要树种间的干旱耐受性发现生长季持续的高温或降水减少引起的极端干旱是树木径向生长速率下降的主要原因。另外, 在我国华北其他地区关于油松的树轮研究中也得到了类似的结果, 也认为水分条件限制了油松的生长(Liu et al., 2017; Chen et al., 2021; 谢梅等, 2023)。尤其是在生长季时期, 树木的蒸腾作用在过高温度的作用下显著加强, 同时土壤中水分的蒸发量也变多, 使得树木的可用有效水分含量下降, 光合作用能力下降, 导致树木生长减缓(王婷等, 2003; 常永兴等, 2017)。此外, 夏季夜间较高气温还会促进树木的呼吸作用, 会消耗掉较多的白天光合作用合成的营养物质, 从而限制了树木的生长(Cherubini et al., 1997)。有研究分析了2001-2014年华北地区的归一化植被指数(NDVI)和植被净初级生产力(NPP)和干旱指数的关系, 发现大部分地区呈正相关关系, 且在夏季这种相关关系最显著。这些研究结果表明夏季干旱事件是限制华北地区植被生长的主要原因(杨思遥等, 2018), 本研究结果与之一致。老龄树生长还与前一年9-12月的气温呈负相关关系, 这说明气候条件对树木生长的影响具有一定的滞后效应(王婷等, 2003)。前一年高温少雨的气候条件会限制树木水分和营养物质的存储, 影响第二年生长季开始时树木所需营养物质的吸收(Wang et al., 2004; 隋旭红等, 2011)。

老龄树生长和气候的关系在快速变暖前后发生了显著变化(图5), 1994年之前, 老龄树年表中只有气温信号, 没有降水信号。这一结果说明了在气候变暖前, 温度并未达到老龄树的生长受限的条件, 老龄树的生长气候条件还是适宜的。在1996年气温快速上升后, 气温和PDSI信号在年表中的相关关系显著增强。在2000年后气温与径向生长出现了更强的负相关关系, PDSI径向生长也出现了显著的正相关关系, 这些结果进一步说明了1980年后北京地区暖干化的气候趋势对老龄树的生长和气候的关系产生了影响。在未来全球变暖的背景下, 随着干旱频率和强度的增加, 这对更易受干旱和高温影响的老龄树是不利的, 因此, 在极端干旱期间, 有必要更多地关注老龄树的管理和保护。

本文的其它图/表

• 图1 北京气象站1952-2020年间的气象资料。P, 降水量; PDSI, 帕尔默干旱指数; T, 平均气温。
  
• 表1 北京西山老龄树采样基本信息
  
• 表2 北京西山老龄树标准年表的统计特征
  
• 图2 北京西山老龄树树轮宽度、标准化年表和树木生长变化率。灰线表示树木个体, 黑线表示不同个体的均值。
  
• 图3 北京西山老龄树生长释放和生长抑制树木个数随时间的变化。
  
• 图4 北京西山老龄树标准化年表与区域气候要素相关关系。P, 降水量; PDSI, 帕尔默干旱指数; T, 平均气温。横坐标中字母“p”和“c”分别代表前一年和当年; 虚线和实线表示相关分析的95% (p < 0.05)和99% (p < 0.01)显著性水平线。