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油松早晚材径向生长对气候因子的响应

史倩, 同小娟, 许玲玲, 孟平, 于裴洋, 李俊, 杨铭鑫

植物生态学报 2024, 48 (8): 988-1000. DOI: 10.17521/cjpe.2023.0206

摘要（556）

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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。

采样点 Site	样芯数 Number of core sample	时间序列 Period	类型 Type	平均敏感度 MS	信噪比 SNR	一阶自相关系数 AR	样本总体代表性 EPS
CH	43	1980-2020	整轮 Total ring width	0.396	8.067	0.580	0.890
			早材 Earlywood width	0.418	7.060	0.570	0.876
			晚材 Latewood width	0.567	11.501	0.358	0.920
XY	127	1973-2020	整轮 Total ring width	0.264	12.794	0.673	0.928
			早材 Earlywood width	0.310	13.555	0.679	0.931
			晚材 Latewood width	0.353	11.975	0.347	0.923
TS	124	1977-2020	整轮 Total ring width	0.245	10.465	0.673	0.913
			早材 Earlywood width	0.224	8.778	0.690	0.898
			晚材 Latewood width	0.374	21.569	0.371	0.956
KL	132	1975-2020	整轮 Total ring width	0.239	30.446	0.622	0.968
			早材 Earlywood width	0.282	35.760	0.610	0.973
			晚材 Latewood width	0.363	23.433	0.246	0.959
LS	128	1962-2020	整轮 Total ring width	0.429	10.767	0.444	0.915
			早材 Earlywood width	0.409	9.883	0.457	0.908
			晚材 Latewood width	0.570	8.716	0.315	0.897
ALL	553	1962-2020	整轮 Total ring width	0.429	20.236	0.474	0.953
			早材 Earlywood width	0.409	16.176	0.501	0.942
			晚材 Latewood width	0.570	21.754	0.307	0.956

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表2 5个研究点油松树轮宽度标准年表基本信息统计

正文中引用本图/表的段落

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。

式中, ET₀为潜在蒸散量(mm·d-1), R_n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), e_s为饱和水汽压(kPa), e_a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)。

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