【摘 要】
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高山树线是高山生态系统的重要组成成分,也是响应气候变化的敏感区域。目前已有大量研究表明气候变暖将导致高山树线向更高海拔移动,然而也有研究认为树线对气候敏感性更多地表现为树木密度的变化,而不是树线位置变化。无论是树线位置的向上移动还是树木密度的增加,都会缩小高海拔地区苔原和草甸生态系统的面积,从而导致生物多样性和生态系统服务的丧失。因此,研究气候变化对树线的影响,必须同时关注树线这两个方面的动态。从
【基金项目】
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科技部第二次青藏高原综合科学考察研究子专题“青藏高原主要生态问题与风险调查评估”(2019QZKK0308)项目(2019-2024); 生态环境部生物多样性性调查与评估专项“横断山南端优先区域生态系统格局分析与保护评估”(2019HB2096001006)项目(2019-2021);
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高山树线是高山生态系统的重要组成成分,也是响应气候变化的敏感区域。目前已有大量研究表明气候变暖将导致高山树线向更高海拔移动,然而也有研究认为树线对气候敏感性更多地表现为树木密度的变化,而不是树线位置变化。无论是树线位置的向上移动还是树木密度的增加,都会缩小高海拔地区苔原和草甸生态系统的面积,从而导致生物多样性和生态系统服务的丧失。因此,研究气候变化对树线的影响,必须同时关注树线这两个方面的动态。从局地到全球,树线对气候变化的响应存在尺度差异。目前,从景观尺度上同时考虑树线位置和密度变化对气候响应的研究还比较缺乏。横断山南分布大量未受干扰的自然气候树线,是研究树线对气候变化响应的理想区域。本研究从谷歌地球(Google Earth)影像提取了横断山南段9座山脉2000、2010和2020年3期的高山树线分布数据,分析过去20年高山树线位置变化;根据2020年的树线分布位置,向下建立300m缓冲区作为树线交错带,并选取植被覆盖度作为描述树线密度变化的指标,分析了2000-2020年树线交错带植被覆盖度的变化趋势;同时结合温度和降水等气候数据,从景观尺度上探讨高山树线动态变化与气候变化之间的关系。以期明晰区域树线分布格局与动态及其对气候变化的响应,为高山树线对气候变化的响应研究提供参考。研究表明:(1)横断山南段不同山脉、不同坡向树线海拔差异明显。利用Arc GIS空间分析工具,为每个树线栅格数据附上气候和地形信息,统计高山树线在不同山脉、不同坡向的树线海拔分布格局。结果表明,各山脉树线平均海拔范围为4000-4256m,由于受到山体效应和季风环流系统的影响,各山脉之间树线海拔格局差异显著,海拔差异达到了256m;树线海拔自南向北、由四周向中部地区呈逐渐升高的趋势;研究结果还揭示了横断山南段高山树线分布海拔存在特殊的坡向效应,南坡(4134m)树线平均海拔远远低于北坡(4206m),海拔差异达到了70m。区域特殊的季风气候导致同一海拔南坡树线温度明显低于其它坡向,导致朝南坡向的树线位置亦低于其它坡向。(2)在全球变暖的背景下,横断山南段高山树线位置有向上移动的趋势,同时树线交错带植被覆盖度增加趋势明显。通过统计2000、2010和2020年不同山脉、不同坡向树线海拔的变化趋势,探究树线位置的动态变化。结果表明,研究区高山树线的分布海拔有向上移动的趋势。采用Theil-Sen趋势分析方法对2000-2020年树线处植被覆盖度进行了分析,并采用了Mann-Kendall方法检验趋势变化的显著性。结果表明,植被覆盖度增加的区域、显著增加的区域、未变化的区域、减少的区域和显著减少的区域面积占比分别为50.13%、30.17%、6.33%、12.68%、0.69%,植被覆盖度增加的区域(80.3%)远远大于减少的区域(13.37%)。由此可见,区域高山树线交错带植被覆盖变化比树线位置变化更加显著。(3)树线交错带植被覆盖度对气候变化的响应存在明显的空间差异。植被覆盖度的增加主要与生长季降水的减少和夏季温度、秋季温度的升高相关。从不同的山脉来看,各山脉树线交错带植被覆盖度变化速率大小为:玉龙雪山(1.54±0.86/年)>锦屏山(1.52±0.99/年)>伯舒拉岭(1.00±0.41/年)>哈巴雪山(0.95±0.49/年)>三神山(0.78±0.37/年)>白马雪山(0.76±0.36/年)>梅里雪山(0.74±0.29/年)>贡嘎山(0.74±0.29/年)>格宗雪山(0.60±0.18/年),总体变化趋势为越靠近中部地区,植被覆盖变化斜率越小,这跟研究区气候变化的空间差异相关;从中部到西部地区,树线交错带植被覆盖的增加与生长季降水减少的相关程度越来越强;从中部到南部地区,树线交错带植被覆盖的增加与夏季温度、秋季温度升高的相关程度越来越强。从不同坡向来看,西坡(1.22±0.81/年)和北坡(1.04±0.43/年)树线交错带植被覆盖度变化速率显著高于南坡(0.69±0.46/年)和东坡(0.63±0.29/年),说明西坡和北坡树线交错带植被覆盖的增加比东坡和南坡更明显,这是由于西坡和北坡的升温速度高于东坡和南坡所导致。在过去的20年,树线交错带生长季降水量明显减少和夏季温度、秋季温度明显上升,在很大程度上缓解了高降雨量和低温对树木生长的限制,引起植被覆盖增加。此次研究进一步加深了对横断山南高山树线动态变化与气候变暖关系的理解,同时也可为日后该区域的保护工作提供参考意见,提升保护成效。
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