森林生态系统是陆地生态系统重要的组成部分,是现代人类文明不可或缺的自然资源。20世纪60年代起,中国西北地区气候显著变暖,对森林生态系统的物种结构、分布、生产力等产生了深刻影响。随着气候变暖,一些树木对气候响应敏感性降低,生长下降。而不同海拔树木对气候变化的动态响应还存在不确定性。位于祁连山东部腾格里沙漠南缘的昌灵山因其独特的地理位置是开展树木年轮学研究的理想区域,其优势针叶树种油松(Pinus tabuliformis)对气候变化非常敏感,是开展树木年轮学研究的理想树种。本文在森林群落调查基础上采集了高、中、低三个海拔90棵油松的180棵样芯,建立了三个树轮年表,用于分析三个海拔梯度上优势针叶树种的主控气候因子,评价树木径向生长对气候因子的响应稳定性,刻画树木生长模式变化,揭示树木在气候变暖背景下的生态适应性。研究结果能够为准确重建历史气候和科学预测未来气候变化和森林发展动态提供科学依据,有助于更好地了解祁连山东部气候变化对优势针叶树种生长的影响,对于保护和管理干旱半干旱区亚高山森林生态系统具有重要意义。主要结论如下:(1)通过对油松宽度年表及年表统计学参数分析,三个海拔油松宽度年表信噪比(SNR)和样本总体代表性(EPS)的值都比较高,说明构建的油松树轮宽度年表适合开展树木年轮生态学研究。三个海拔油松树轮宽度年表参数对比发现,高海拔油松树轮宽度年表平均敏感度(MS)、标准差(SD)、SNR和EPS的值在三个海拔梯度中最高,表明高海拔油松树轮宽度年表年际波动较为一致,对气候变化更为敏感。(2)通过分析油松径向生长与逐月气候因子的关系,三个海拔油松径向生长主要受当年干旱胁迫制约。但三个海拔油松径向生长对气候因子响应存在差异,中低海拔油松径向生长受平均温度、平均最高温度的限制更强。(3)油松与逐月气候因子滑动相关分析表明,三个海拔油松均发生分异响应,但不同海拔油松发生分异的时间存在差异。高海拔油松径向生长与当年7月SPEI关系稳定,而中低海拔不稳定。温度升高加剧干旱胁迫以及树木生理响应变化是三个海拔油松发生分异的主要原因。(4)油松的胸径断面积增量(Basal area increase,BAI)年际变化趋势表明,三个海拔油松径向生长呈先显著上升后显著下降的生长趋势。但不同海拔油松BAI开始下降的时间存在差异,高海拔油松BAI呈下降趋势的时间晚于中低海拔。三个海拔油松对干旱的抵抗力呈先上升后下降的趋势,而恢复力呈先下降后上升的趋势。树木通过改变与气候因子的关系、生长模式、抗性来适应气候变化,且不同海拔存在差异。(5)干旱胁迫是昌灵山出现森林退化的重要原因,对三个海拔油松森林生态系统的可持续发展也构成严重威胁,应加强研究区油松森林生态系统的水分管理。同时,干旱胁迫可能使油松向高海拔迁移,逐渐替代生长在更高海拔的树木,应加强对于油松林生长更新情况的动态监测。
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