长白山典型树种径向生长与气候因子的关系研究

【摘要】：20世纪以来,全球气候变化对生态系统产生了深远的影响。大量研究表明物种对气候变化的响应差异会影响植物的群落结构与组成,最终导致一个地区植被类型的改变。因此,利用树木年轮学方法研究不同物种生长及其与气候因子的关系有利于定量研究气候变化对植物群落结构及组成的影响。本文以长白山地带性植被阔叶红松林的建群树种红松(Pinus koraiensis)和先锋树种山杨(Populus davidiana)以及暗针叶林建群树种鱼鳞云杉(Picea jezoensis var. komarovii)作为研究对象。设立6个海拔梯度获取树轮资料,分别为海拔600米(红松分布的下限,下文简称DX和XF),海拔800米(红松分布的中海拔地区,简称GM和DZ),海拔1000米(红松分布的中海拔地区,简称CBM1),海拔1200米(红松分布上限,鱼鳞云杉分布的下限,简称CBM2),海拔1400米(红松分布的生理极限,鱼鳞云杉分布的中心地带,简称CBM3)海拔1600米(鱼鳞云杉分布上限,简称CBM4)。从海拔,物种特性,性别和火干扰等方面分析树种径向生长特征及其与气候因子(上年5月到当年9月的月平均、最高和最低温度以及月降水量)的关系,并尝试模拟自然条件下树木径向生长与气候因子的关系,以期探讨气候变化对长白山典型树种生长的影响。主要结果如下： (1)红松径级在海拔梯度上的分布存在差异,呈逐渐增加趋势,鱼鳞云杉径级则呈现递减趋势；各典型树种胸径与年龄的关系也有所不同,红松径级和年龄之间相关性较差,鱼鳞云杉和山杨的胸径则与年龄存在显著正相关关系(p0.05)。在不同样地内的红松生长情况有差异,而鱼鳞云杉基本一致；同时相同采样点内不同树种径向生长量也存在一定差别,红松的生长量的年际变化均较大,山杨次之,鱼鳞云杉生长量变化幅度最小。由各典型树种宽度年表序列主分量的时间序列图可知共有的气候和环境条件及树种本身的特性对它们的径向生长年间变化具有一定影响,且主要集中在1971～1976年,1982～1994年和1999年～2006年间,但影响程度不同,因此有必要对典型树种与气候因子的响应关系进行系统研究。 (2)不同海拔梯度上,红松树木生长与气候因子的关系存在一定差异性,而鱼鳞云杉则较为一致。在红松分布的低海拔地区,红松的径向生长主要受到降水因子的影响,与当年7月降水正相关；随着海拔高度上升,温度对红松径向生长的作用凸显,与降水的相关性也发生了改变,在中海拔林区,红松径向生长均与当年4月的月平均温度和月最低温度显著正相关, GM采样点红松径向生长与上年8月的降水显著负相关, CBM1采样点红松径向生长则与上年8月的降水显著正相关；高海拔地区红松径向生长主要受到生长季温度的制约,与当年7月的月平均温度和月平均最低温度以及8月的月平均温度呈正相关关系。在极端气候条件下,影响红松径向生长的主要气候因子与径向生长对逐月气候因子的响应结果相比有所不同。尤其是低海拔地区,春季降水成为主要制约因子。与红松不同,在各海拔梯度上,鱼鳞云杉径向生长均与上一年7月的温度和当年5月的降水显著负相关,而与当年5月的月平均温度和月平均最低温度呈显著正相关。在极端高温的基础条件下,鱼鳞云杉径向生长主要受春季温度的影响,且均成正比。 (3)火干扰促进了红松的生长并使其对气候变化更为敏感。在火烧初期和1949-1981年间,火烧红松的径向生长量要显著高于未过火红松；火烧红松主要受到当年生长季温度和上一年生长季降水的影响,而未过火红松则主要受到上年生长季温度和当年降水的影响；同时在近5年内样地空间格局未发生变化的情况下,火烧红松更易受到相邻树木的影响。 (4)相同立地条件下不同树种对气候因子的响应关系有差异。阔叶红松林内,红松径向生长与上年11月、当年4月的月平均最低温度以及当年7月的降水量显著正相关,而与上一年7月和8月的降水负相关。山杨与当年1月的月平均温度,上一年6月和当年9月的降水显著负相关。在阔叶红松林和暗针叶林过渡带内,红松径向生长与当年7月平均温度显著正相关。鱼鳞云杉则与当年5月份的月平均温度显著正相关,而与该月降水显著负相关。 (5)不同性别间山杨植株生长量存在差异。近5年和10年内,山杨雄株的生长量显著高于雌株。山杨雌株与雄株的径向生长与降水因子的关系基本一致,均与生长季末(当年9月)的降水负相关；但与温度因子的关系则有所不同,山杨雌株分别受到冬季(上年10月和当年2月)的温度和春季降水(当年3月)的负而影响,而春季(当年3月)温度升高将促进雄株径向生长。 (6)除鱼鳞云杉外,红松和山杨雌雄植株的径向生长与气候因子的关系均能够被很好地模拟,尤其是火烧红松。结合长白山地区温度上升和降水将少的变化格局,可以预测出处于低海拔和火烧后遗留的红松生长将受到抑制；中海拔和高海拔的红松径向生长将得到促进；山杨雌株生长将降低,而山杨雄株生长在一定程度上将提高。