鼎湖山马尾松人工林净生产力对气候变化的响应

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生物量与生产力是衡量森林生态系统结构与功能最基本的指标,探究林分生物量动态以及林分生产力形成的系统机制在当前就如何维护全球碳平衡以及保障人类木材及其产品供给等科学与实践议题上具有重要的指导意义。实测森林生态系统长期的生物量与生产力格局与动态一直是繁冗沉重的工作,而年轮气候学的兴起与林木生长模型的逐步成熟为获取森林生物量与生产力数据提供了重要支撑。马尾松(Pinus massoniana)是我国本土特有树种,具有耐贫瘠以及适应性强等优点,是我国东部亚热带湿润地区分布最广泛的造林树种。在前人研究的基础上,本文以分布于广东鼎湖山国家级自然保护区内长期严格保护区下的马尾松人工林为研究对象,在样地生物量调查的基础上,利用树木年轮分析法推算了该人工林1959-2016年间净生产力的长期动态,并基于长期气候因子监测数据,分别构建了气候因子与代表林木径向生长状态的标准年表的相关关系及各气候因子与净生产力的相关关系。研究结果表明:(1)鼎湖山地区年均气温(T)有显著上升的趋势(P<0.01),但低于全国平均气温上升的水平,饱和水汽压差(Vapor Pressure Deficit,VPD)有显著上升趋势(P<0.01)。时间序列上,年降水量(P)与气候湿润指数(Climate Moisture Index,CMI)无显著变化趋势(P>0.05),年日照总时数(R)、年蒸发量(E)与年均相对湿度(RH)均有显著下降的趋势(P<0.01)。P、E及CMI在逐月趋势上存在与年际趋势上不同的状况,T、RH与VPD逐月趋势与年际趋势相同。气温体现在6、8、10月平均最高气温与1-2、6-12月平均最低气温与平均温有显著上升的趋势(P<0.01)。降水量逐月无显著趋势(P>0.05)。地区1月与4-7月的蒸发量呈显著下降趋势(P<0.05),10-11月有上升趋势但不显著(P>0.05),VPD在逐月都有显著上升的趋势(P<0.05),其中1-4月上升趋势要比其他月份小。CMI体现在2、8-11月有下降趋势,其他月份均呈现上升趋势,但均无显著性水平。整体上看,地区早春与秋冬升温明显,年均温差的阈值正在变小。地区气候有逐年干旱的趋势,其中旱季更旱。(2)南亚热带独特优越的气候条件使得森林具有较高的生产力水平。鼎湖山马尾松人工林的乔木层总生物量从1959年的5.58 t·hm-2逐步增加到2016年的116.21 t·hm-2。在1959-2016年间,各器官生物量逐年变化趋势基本一致,乔木层总生物量在各器官的分配趋势表现为:枝生物量占总生物量比率逐年增加,树干占比先增加后降低,叶与根占总生物量比率逐年降低。马尾松人工林年平均净生产力为1.97 t·hm-2·a-1,最高净生产力为3.99 t·hm-2·a-1,单木净生产力最大为32.78 kg·a-1。各器官净生产力变化特征表现为枝干净生产力增幅比叶增幅大,叶的净生产力比其他器官更早达到最大水平。马尾松各器官净生产力都有随林龄变化在逐年上有“S”型变化趋势。气候生产力是由气温与降水量等因子计算出的用以描述人工林生产潜力的指标,相比我国大部分区域,本地区具有较高的气候生产潜力,受密度影响林分整体净生产力水平不高,但优势木单株保持较高的净生产力。(3)地区三月份的气温与马尾松标准年表有显著正相关关系(P<0.05),三月气温是影响地区马尾松径向生长的主要气候因子。通过气候因子与净生产力的回归分析表明,大部分的净生产力的变异是由气候因子引起的。生产力的形成取决于不同生长期对因子的需求与调控,气候因子对马尾松人工林净生产力的响应在不同时间与尺度上存在差异,表现在2月的平均低温及10-11月较高的气温及日照时数有利于生物量的积累,8月份较低的平均最低气温及日照时数更有利于马尾松生物量的积累,同时8月较高的相对湿度与蒸发量净生产力会更大。上一年气候条件也对当年生物量的积累具有影响,林地净生产力对不同月份的气候条件的响应情况不同。地区早春与晚秋气温是调控马尾松生长周期的重要因素,而拥有较高的热量水平是高于其他地区人工林净生产力水平的重要因素。3-6月较高CMI有利于马尾松林净生产力的积累,其中6月CMI与净生产力达到了显著正相关水平(P<0.05),是林分净生产力达到较大水平的关键因素。
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