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油松早晚材径向生长对气候因子的响应
植物生态学报
2024, 48 (8):
988-1000.
DOI: 10.17521/cjpe.2023.0206
全球变暖背景下, 油松(Pinus tabuliformis)人工林生态系统对气候变化响应更为敏感, 但目前对于气候变化下油松早材和晚材的径向生长还不完全了解。研究油松早材和晚材径向生长对气候变化的响应, 对预测人工林生产力与植被动态具有重要意义。该研究选取华北和西北地区5个油松人工林, 基于树木年代学方法构建油松树木年轮标准年表, 分析了气候因子对油松径向生长的影响。结果表明, 1980-2020年间研究区气温呈显著上升趋势, 区域气候向暖干化发展。康乐(KL)、天水(TS)、灵寿(LS)油松树轮宽度高于旬邑(XY)和淳化(CH), 且TS、KL、LS油松的整轮和早材树轮宽度下降更为平缓。油松的早材宽度与上年9月、当年生长季前降水量呈正相关关系。而晚材宽度则大都与气温正相关。在LS、CH、TS、KL, 气温对晚材宽度变化的相对影响较早材分别上升了21.89%、8.63%、3.31%和7.25%。因此, 与早材相比, 晚材对气温变化更为敏感, 并受到早春季节干旱的限制。综上所述, 该研究利用早材和晚材径向生长对气候变化的响应分离了油松人工林生长季不同时段的气候信号, 早材径向生长主要反映了生长季早期的降水信号, 晚材径向生长主要反映了生长季后期的温度信号。在今后的预测模型中考虑这一差异性影响将有助于提高区域气候重建的准确性。
表1
油松人工林样地基本信息
正文中引用本图/表的段落
本研究选取灵寿县的五岳寨(LS)、淳化县(CH)、旬邑县(XY)、康乐县的太子山(KL)以及天水市的小陇山(TS) 5个研究点(34.83°-38.67° N, 103.42°- 114.63° E, 海拔997-2 493 m), 主要分布在我国的华北和西北地区(表1)。上述研究点均位于温带或暖温带大陆性气候区, 年降水量在231-902 mm之间, 年平均气温为5.3-14.9 ℃。土壤类型以褐土、黑土、棕壤为主。林下灌木种类主要有绣线菊(Spiraea salicifolia)、忍冬(Lonicera japonica)、胡枝子(Lespedeza bicolor)等。
树轮样芯采集于2021年9月, 选取无病虫害、生长状况良好的油松人工林进行采样, 并测定油松的胸径、树高、冠幅。按照国际年轮数据库(ITRDB)标准, 每个研究点设置1-3个大小为25 m × 25 m的样地, 每个样地随机选取23株油松, 使用生长锥分别在每株树木胸高处向东西和南北两个方向垂直钻取两根树芯, 共获得了299株油松的598根样芯, 采样地基本信息见表1。将树芯用吸管密封, 带回实验室对其进行固定、打磨, 在显微镜下利用骨架图法进行交叉定年, 使用Lintab 6年轮分析仪(Rinntech, Heidelberg, Germany)和TSAP-Win软件测定树芯的整轮宽度、早材宽度和晚材宽度, 多数年轮早材和晚材界限明显, 依照突变界限直接划分, 对早材和晚材存在过渡渐变的少量年轮, 以早材和晚材过渡段的中线进行划分(马晓琦等, 2020; 郭伊利等, 2022), 并利用COFECHA程序检验交叉定年与测量结果。标准年表可以反映树木生长与气候相关的更多低频信息(许海洋等, 2018)。本文采用R 4.2.3软件的“dplR”包中修正的负指数函数或样条函数去除序列生长趋势, 构建出5个研究点整轮、早材和晚材的树木年轮标准年表, 各样地标准年表的统计特征见表2。5个研究点的样本总体代表性(EPS)均大于0.85, 表明所构建年表在可接受的阈值范围内, 具有整体代表性。平均敏感度(MS)、一阶自相关系数(AR)、信噪比(SNR)则均达到统计学要求, 表明年表中包含丰富的气候信息, 可用于树木年代学研究。
ALL, 整体; CH、KL、LS、TS、XY见
式中, ET0为潜在蒸散量(mm·d-1), Rn为地表净辐射 (MJ·m-2·d-1), G为土壤热通量(MJ·m-2·d-1), T为2 m高处的日平均气温(℃), U2为2 m高处的风速(m·s-1), es为饱和水汽压(kPa), ea为实际水汽压(kPa), Δ为饱和水汽压曲线斜率(kPa·℃-1), γ为干湿表常数(kPa·℃-1)。
采用SPSS 24软件的皮尔逊相关分析, 对5个研究点油松树轮标准年表与气候因子(平均气温、最高气温、最低气温、降水量、VPD、SPEI)进行分析。考虑到气候因子对树木生长的影响具有滞后效应, 本研究采用上年6月到当年12月共19个月的气象数据进行单月相关分析, 相关分析时间区间见表1的气象时间序列, 通过相关分析研究油松径向生长对气候因子的响应。基于Lindeman-Merenda-Gold模型, 采用R 4.2.3的“relaimpo”包计算气候因子对油松径向生长的相对影响, 明确气候因子对不同站点油松人工林生长的相对影响。绘图采用Origin 2021和GraphPad Prism 8软件完成。
本文的其它图/表
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