全球气候变化条件下新疆天山云杉林生长的分析与模拟

【摘要】：气候变化对人类赖以生存的陆地生态系统尤其是森林会产生很大的影响。本论文选择新疆天山东部的伊吾、中部的天池和小渠子、西部的昭苏四个代表性样点,利用BIOME-BGC模型和树木年轮分析方法探讨1961 ~ 2000年间气候变化和大气CO2浓度增高对天山北坡地带性植被天山云杉林(Picea schrenkiana)生长的影响,并利用BIOME-BGC模型预测未来气候变化条件下天山云杉林生产力的可能变化。 利用BIOME-BGC模型模拟了当前气候和CO2浓度条件下四个研究样点净初级生产力(NPP)特征。比较BIOME-BGC模型模拟值与实测NPP、树木年轮指数,结果表明该模型适用于天山北坡天山云杉林的模拟研究。 以BIOME-BGC模型模拟的NPP和树木年轮宽度指数作为生长指标,分析了天山云杉林过去40年的生长特点和趋势。结果表明近40年来天山云杉林生长总体上呈现上升趋势,尤其是自1987年以后,变化幅度更大。天山云杉林的生长对气候变化的反应很敏感,年降水量与当年的NPP呈现显著正相关关系(R=0.774 ~ 0.882,P 0.001)。年降水量与树木年轮宽度指数也呈现出相似的相关关系,但相关系数相对较小(0.305 ~ 0.544),其中只有昭苏和小渠子样点达到显著水平。在昭苏和伊吾,年平均温度与对应年份的NPP相关关系微弱,相关系数仅分别为0.036和0.159。而天山中部的小渠子和天池年平均温度与对应年份的NPP呈显著负相关关系(相关系数分别为-0.324和-0.322; P 0.05),这可能是由于温度的升高加剧水分胁迫,导致NPP下降。年平均温度与树木年轮宽度指数的相关关系与NPP的基本一致。同时,年平均温度也表现出比较强的滞后效应,尤其是滞后两年的效应,这可能是由于温度的升高,加速养分循环产生施肥效应,从而间接促进天山云杉林的生长。近40年来,大气CO2浓度的增高对天山云杉林生长具有一定促进作用,NPP升高的幅度为1.85 ~ 4.51%,根据树木年轮估算大气CO2施肥效应β相对比较小,仅为0.133。进一步分析表明大气CO2浓度主要是通过提高水分利用效率的途径促进天山云杉林生长。