论文部分内容阅读
气候变暖已经显著改变了树木的径向生长,而森林生态系统对气候变化的响应,也成为了全球变化研究中的热点问题。但树木对气候变化的响应同样受到竞争的影响,树木之间的相互作用通过调节树木生长可用的光资源、水量、养分等影响林分尺度生长。环境因子对树木生长的相对贡献在不同海拔格局、不同树龄以及气候变暖前后是否存在显著差异是树木生长对全球气候变暖响应研究中重要的但仍然不清楚的问题。本研究在长白山西坡分两个海拔梯度(1700m、2000m)采集不同树龄的岳桦(Betula ermanii)树芯样本,通过计算断面积生长量,比较岳桦径向生长速率在不同海拔和不同树龄上的差异,并从气候和竞争角度探究造成生长差异的原因。环境因子的研究主要分三部分进行:一是利用树轮宽度年表与气候因子进行相关分析,得到影响岳桦树木生长最显著的气候因子,分析岳桦径向生长与气候的相关性是否存在海拔和树龄上的差异。二是通过重建的竞争指数时间序列,探究不同林分下树木生长时期受到的竞争大小。最后基于最大似然模型分析不同林分中树木生长的最佳状态,并利用多元回归模型获得温度、降水、竞争及其交互作用对树木生长的相对贡献。研究的主要结论如下:(1)本研究根据1959-2020年长白山气候特点划分了前30年(偏冷期)和后30年(偏暖期)两个时期,对于大龄树而言,偏冷期长白山西坡岳桦低海拔大龄树树木生长速率小于高海拔,而偏暖期高低海拔大龄树树木生长差异不大。小龄树树木生长阶段位于偏暖期,高海拔小龄树树木生长速率大于低海拔小龄树。(2)长白山岳桦径向生长主要受到7月最高温和6月降水的影响,7月最高温与树木径向生长显著正相关,而6月降水则与树木径向生长表现出明显的负相关关系。岳桦径向生长对气候的响应存在海拔和树龄上的差异,相同树龄下,海拔越高,气候对树木生长的影响越大,在同一海拔上,小龄树对气候变化更加敏感。(3)长白山西坡岳桦树木生长受到竞争影响的强度存在海拔和树龄上的差异。低海拔树木受到的竞争强度大于高海拔,大龄树大于小龄树。在树木生长的不同阶段,树木受到的竞争强度存在差异,但整个林分中的竞争强度基本保持稳定。在同一海拔梯度上,对于相同树龄的树木来说,树木胸径越大,受到的竞争强度越小。(4)同一种环境因子对不同海拔不同树龄树木生长的影响存在明显差异,长白山7月最高温均未到达高低海拔不同树龄树木生长的最适温度,7月最高温对树木生长起促进作用,因此随着气候进一步变暖,岳桦径向生长将进一步增加。整体上看,在同一温度水平下,7月最高温对树木生长的促进作用高海拔大于低海拔,小龄树大于大龄树。长白山6月降水量超过了大部分树木生长的最适降水量,6月降水对树木生长起抑制作用,如果降水进一步增加,将抑制岳桦的生长。降水对树木生长的影响在不同海拔和不同树龄上的差异较为复杂,就长白山6月降水水平而言,在同一降水量下,6月降水对树木生长的抑制作用:高海拔大于低海拔,树龄差异不明显。竞争对树木生长起着抑制作用,当前低海拔大龄树受到更大的竞争影响,竞争对低海拔树木生长的影响程度存在着树龄上的差异,且这种差异会随着竞争强度的增加而发生变化。(5)不同环境因子对不同海拔、不同树龄以及冷暖期树木生长的相对贡献存在明显差异。从海拔方面来看,在整个研究时段上(1959-2020年),竞争对低海拔大龄树树木生长的相对贡献大于高海拔,同时也是高低海拔大龄树各影响因子贡献差异最大的部分(P<0.1)。前30年偏冷期温度对高海拔树木生长的相对贡献显著大于低海拔(P<0.05),而竞争对低海拔树木生长的相对贡献显著大于高海拔(P<0.05),导致了高海拔大龄树树木生长速率明显大于环境更适宜的低海拔大龄树。近30年偏暖期各影响因子对高低海拔树木生长的相对贡献不存在显著差异,这也导致了该时期高低海拔树木生长差异不大。而对于生长在偏暖期的小龄树而言,温度和竞争的交互作用对低海拔树木生长的相对贡献显著大于高海拔(P<0.05),而该因子对树木生长的抑制作用可能是造成低海拔小龄树树木生长速率小于高海拔小龄树的原因。分析小龄树以及大龄树近二十年的树木生长与环境因子的响应,可以从树龄角度比较环境因子的影响差异,竞争对低海拔大龄树树木生长的相对贡献明显大于小龄树(P<0.1),但不同环境因子对高海拔不同树龄树木的生长贡献不存在明显差异。从冷暖期的角度上看,温度和降水的交互作用对低海拔树木生长的相对贡献在气候变暖后显著提升(P<0.01),温度对高海拔树木生长的相对贡献在变暖后显著下降(P<0.01),但温度和降水的交互作用以及温度和竞争的交互作用对高海拔树木生长的相对贡献在变暖后则显著升高(P<0.05)。通过以上结果可知,在气候方面:相同树龄,海拔越高,气候对树木生长的影响越大,而在相同海拔上,小龄树对气候变化更加敏感。目前,7月最高温尚未到达树木生长的最适温度,而6月降水量已经超过了树木生长的最适降水量,预计未来东北地区暖干化的气候变化趋势将进一步促进岳桦树木生长。在竞争方面:当前低海拔大龄树受到更大的竞争影响,但竞争对低海拔不同树龄树木生长的影响差异会随着竞争强度的增加而发生变化。气候和竞争对树木生长的相对贡献存在海拔、树龄及冷暖期差异,竞争是导致不同海拔间树木生长差异的主要原因。