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沙地天然樟子松径向生长对干旱的响应

张晓 潘磊磊 SemyungKwon 刘艳书 杨晓晖 时忠杰

张晓, 潘磊磊, SemyungKwon, 刘艳书, 杨晓晖, 时忠杰. 沙地天然樟子松径向生长对干旱的响应[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(7): 27-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467
引用本文: 张晓, 潘磊磊, SemyungKwon, 刘艳书, 杨晓晖, 时忠杰. 沙地天然樟子松径向生长对干旱的响应[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(7): 27-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467
Zhang Xiao, Pan Leilei, Semyung Kwon, Liu Yanshu, Yang Xiaohui, Shi Zhongjie. Climatological response of radial growth for Pinus sylvestris var. mongolica to drought in Hulun Buir Sandland, Inner Mongolia of northern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(7): 27-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467
Citation: Zhang Xiao, Pan Leilei, Semyung Kwon, Liu Yanshu, Yang Xiaohui, Shi Zhongjie. Climatological response of radial growth for Pinus sylvestris var. mongolica to drought in Hulun Buir Sandland, Inner Mongolia of northern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(7): 27-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467

沙地天然樟子松径向生长对干旱的响应

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41471029

国际科技合作专项 2015DFR31130

国家自然科学基金项目 31670715

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项 CAFYBB2017QA037

中国林业科学研究院荒漠化研究所项目 IDS2017JY-4

国家自然科学基金项目 41701249

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项 CAFYBB2017ZA006

详细信息
    作者简介:

    张晓,助理研究员。主要研究方向:恢复生态学与荒漠化防治。Email:zhangxiao978@caf.ac.cn 地址:100091北京市海淀区槐树居路10号中国林业科学研究院荒漠化研究所

    通讯作者:

    时忠杰,副研究员。主要研究方向:树轮生态学与荒漠化防治。Email:shijie1204@163.com 地址:同上

  • 中图分类号: S758.1

Climatological response of radial growth for Pinus sylvestris var. mongolica to drought in Hulun Buir Sandland, Inner Mongolia of northern China

  • 摘要: 目的呼伦贝尔沙地为天然樟子松分布区的南缘,气候变化呈暖干化特点,研究该区樟子松树木径向生长对气候的响应及其应对干旱的能力,有助于促进气候变化背景下沙地天然樟子松林的保护与恢复。方法在呼伦贝尔沙地的南辉和伊敏河两个地点建立了树轮宽度标准年表并对其变化进行比较,利用树轮宽度标准年表与气候因子进行相关分析,并计算樟子松应对极端干旱的抵抗力、恢复力和弹性力。结果南辉的樟子松标准年表与6月平均气温和6—7月平均最高气温呈显著负相关(P < 0.05),伊敏河的樟子松年表与4月、6—7月和9月平均气温和平均最高气温呈显著负相关(P < 0.05);两个地点的樟子松标准年表均与6—7月和9月的降水量正相关(P < 0.1);南辉的樟子松年表与9月相对湿度呈显著负相关(P < 0.05),但伊敏河的樟子松年表与前一年10—12月和当年2—3月和5月相对湿度显著正相关(P < 0.05);两个地点的樟子松年表均与前一年10月至当年9月的帕尔默干旱胁迫指数(PDSI)呈显著正相关(P < 0.05)。以上结果表明这一区域的樟子松径向生长受到水分的显著影响;与南辉的樟子松相比,伊敏河的樟子松对干旱的抵抗力较弱,但恢复力更强;随着干旱程度的增加,樟子松对极端干旱的抵抗力下降、恢复力增强。结论呼伦贝尔沙地天然樟子松径向生长受生长季气温和降水的共同影响;在1925—1935年间,两个地点的樟子松年表存在差异可能是由于伊敏河的樟子松处于幼龄,对干旱的抵抗能力较差;树龄可能会导致沙地天然樟子松应对干旱能力的差异,深入了解树龄对樟子松应对干旱能力的影响需进一步开展多点研究。
  • 图  1  研究区1951—2008年月平均气温和月降水量分布

    Figure  1.  Mean monthly air temperature and monthly precipitation during 1951-2008 in the study area

    图  2  樟子松年轮宽度标准年表及样本量

    Figure  2.  Standard chronology of tree-ring width and sample number of Pinus sylvestris var. mongolica

    图  3  两个地点樟子松年轮宽度标准化年表与气候因子的相关分析

    虚线表示相关分析显著性水平线P < 0.05,-代表前一年。

    Figure  3.  Correlation analysis of Pinus sylvestris var. mongolica standard chronology of tree-ring width with climate factors in two sampling sites

    The dotted lines mean the significance line of correlation analysis is P < 0.05, "-" represents the previous year.

    图  4  抵抗力、恢复力和弹性力与月均PDSI的关系

    Figure  4.  Relationship between resilience indexes (resistance, recovery and resilience) and monthly average PDSI

    表  1  樟子松采样点基本概况

    Table  1.   Statistics description for tree-ring sampling sites

    取样地点Sampling site 经度Longitude 纬度Latitude 海拔Altitude/m 平均胸径Mean DBH/cm
    南辉Nanhui 119°16′E 48°17′N 692~751 78.2
    伊敏河Yiminhe River 120°00′E 48°45′N 724~780 61.0
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    表  2  樟子松年轮宽度标准年表和差值年表统计量

    Table  2.   STD and RES statistics of tree-ring width of Pinus sylvestris var. mongolica

    年表特征
    Chronology characteristics
    南辉Nanhui 伊敏河Yiminhe River
    STD RES STD RES
    样本量(树木株数) Sample number (tree number) 41(20) 38(20) 20(8) 20(8)
    序列长度Time span 1881—2009 1889—2009 1917—2009 1918—2009
    树间平均相关系数Mean correlation coefficient among trees 0.418 0.429 0.451 0.426
    一阶自相关Autocorrelation order 1 0.336 0 0.002 4 0.713 4 0.106 5
    平均敏感度Mean sensitivity 0.199 2 0.174 6 0.179 3 0.181 8
    平均年轮宽度Mean tree-ring width 0.981 6 0.994 0 0.938 1 0.979 4
    标准差Standard deviation 0.212 5 0.157 1 0.246 8 0.167 7
    信噪比Signal-to-noise ratio 27.310 28.553 11.504 10.379
    样本对总体的代表性Representative of sample to total 0.965 0.966 0.920 0.912
    第一特征向量百分比Percentage of the first eigenvector 45.45 45.44 50.52 48.98
    共同区间段平均Mean of common interval 0.990 0.991 1.016 1.003
    注:STD表示标准年表,RES表示差值年表。南辉取样点共同区间段为1944—2009年,伊敏河取样点共同区间段为1946—2009年。
    Notes: STD represents standard chronology and RES represents residual chronology. Chronology common intervals of Nanhui and Yiminhe River were 1944-2009 and 1946-2009, respectively.
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    表  3  极端干旱年份南辉和伊敏河樟子松树木的抵抗力、恢复力和弹性力

    Table  3.   Values of resistance, recovery and resilience of Pinus sylvestric var. mongolica in Nanhui and Yiminhe River in extreme drought years

    干旱事件发生年份Drought event occurring year 抵抗力Resistance 恢复力Recovery 弹性力Resilience
    南辉Nanhui 伊敏河Yiminhe River 南辉Nanhui 伊敏河Yiminhe River 南辉Nanhui 伊敏河Yiminhe River
    1922 1.518 0.860 1.100 1.216 1.670 1.045
    1926 0.845 0.218 0.870 2.230 0.735 0.486
    1944—1946 0.866 0.965 1.196 1.076 1.035 1.039
    1965—1967 0.642 0.816 1.052 0.968 0.675 0.790
    1974—1975 0.855 1.014 0.969 1.040 0.829 1.055
    1987 0.639 0.416 1.957 2.674 1.250 1.114
    2001—2005 0.836 0.777 0.971 1.033 0.812 0.803
    平均值Average 0.886±0.274a 0.724±0.273a 1.159±0.340a 1.462±0.641a 1.001±0.328a 0.905±0.208a
    注:相同字母表示差异不显著(P>0.05)。Note: there is not significant difference between same letters(P>0.05).
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  • [1] Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate change 2014: synthesis report[R]. Geneva: IPCC, 2014: 1-151.
    [2] 孙凤华, 袁健, 路爽.东北地区近百年气候变化及突变检测[J].气候与环境研究, 2006, 11(1):101-108. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qhyhjyj200601010

    Sun F H, Yuan J, Lu S. The changes and test of climate in northeast China over the last 100 years[J]. Climatic and Environmental Research, 2006, 11(1):101-108. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qhyhjyj200601010
    [3] 徐化成.中国大兴安岭森林[M].北京:科学出版社, 1998:8-52.

    Xu H C. The Great Xing'an Mountains forest in China[M]. Beijing:Science press, 1998:8-52.
    [4] 赵慧颖.呼伦贝尔沙地45年来气候变化及其对生态环境的影响[J].生态学杂志, 2007, 26(11):1817-1821. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxzz200711021

    Zhao H Y. Recent 45 years climate change and its effects on ecological environment on Hulunbeier Sandy Land[J]. Chinese Journal of Ecology, 2007, 26(11):1817-1821. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxzz200711021
    [5] 彭剑峰, 勾晓华, 陈发虎, 等.天山东部西伯利亚落叶松树轮生长对气候要素的响应分析[J].生态学报, 2006, 26(8):2723-2731. doi:  10.3321/j.issn:1000-0933.2006.08.040

    Peng J F, Gou X H, Chen F H, et al. The responses of growth ring width variations of Larix sibirica Ledb to climate change in eastern Tianshan Mountains[J]. Acta Ecologica Sinca, 2006, 26(8):2723-2731. doi:  10.3321/j.issn:1000-0933.2006.08.040
    [6] 张先亮, 崔明星, 马艳军, 等.大兴安岭库都尔地区兴安落叶松年轮宽度年表及其与气候变化的关系[J].应用生态学报, 2010, 21(10):2501-2507. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201010008

    Zhang X L, Cui M X, Ma Y J, et al. Larix gmelinii tree-ring width chronology and its responses to climate change in Kuduer, Great Xing'an Mountains[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(10):2501-2507. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201010008
    [7] 王晓明, 赵秀海, 高露双, 等.长白山北坡不同年龄红松年表及其对气候的响应[J].生态学报, 2011, 31(21):6378-6387. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201121009

    Wang X M, Zhao X H, Gao L S, et al. Age-dependent growth responses of Pinus koraiensis to climate in the north slope of Changbai Mountain, North-Eastern China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(21):6378-6387. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201121009
    [8] 闫伯前, 林万众, 刘琪璟, 等.秦岭不同年龄太白红杉径向生长对气候因子的响应[J].北京林业大学学报, 2017, 39(9):58-65. http://bjly.chinajournal.net.cn/WKC/WebPublication/paperDigest.aspx?paperID=3764a280-cb21-4a68-a44f-625667d988bf

    Yan B Q, Lin W Z, Liu Q J, et al. Age-dependent radial growth responses of Larix chinensis to climate factors in Qinling Mountains, northwestern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(9):58-65. http://bjly.chinajournal.net.cn/WKC/WebPublication/paperDigest.aspx?paperID=3764a280-cb21-4a68-a44f-625667d988bf
    [9] 王晓春, 宋来萍, 张远东.大兴安岭北部樟子松树木生长与气候因子的关系[J].植物生态学报, 2011, 35(3):294-302. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zwstxb201103007

    Wang X C, Song L P, Zhang Y D. Climate-tree growth relationships of Pinus sylvestris var. mongolica in the northern Daxing'an Mountains, China[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2011, 35(3):294-302. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zwstxb201103007
    [10] 王丽丽, 邵雪梅, 黄磊, 等.黑龙江漠河兴安落叶松与樟子松树轮生长特性及其对气候的响应[J].植物生态学报, 2005, 29(3):380-385. doi:  10.3321/j.issn:1005-264X.2005.03.006

    Wang L L, Shao X M, Huang L, et al. Tree-ring characteristics of Larix gmelinii and Pinus sylvestris var. mongolica and their response to climate in Mohe, China[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2005, 29(3):380-385. doi:  10.3321/j.issn:1005-264X.2005.03.006
    [11] 张轩文, 杨丽, 刘晓宏, 等.大兴安岭北部多年冻土区落叶松和樟子松生长的气候响应差异研究[J].冰川冻土, 2017, 39(1):165-174. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bcdt201701020

    Zhang X W, Yang L, Liu X H, et al. Study of the difference in climate response of dahurian larch and Pinus sylvestris growth in the north Great Higgnan Mountains of permafrost regions, Northeast China[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2017, 39(1):165-174. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bcdt201701020
    [12] 何吉成, 王丽丽, 邵雪梅.漠河樟子松树轮指数与标准化植被指数的关系研究[J].第四纪研究, 2005, 25(2):252-257. doi:  10.3321/j.issn:1001-7410.2005.02.017

    He J C, Wang L L, Shao X M. The relationships between Mongolian scotch pine tree ring indices and normalized difference vegetation index in Mohe, China[J]. Quaternary Sciences, 2005, 25(2):252-257. doi:  10.3321/j.issn:1001-7410.2005.02.017
    [13] 吕姗娜, 王春晓.大兴安岭北部阿里河樟子松年轮气候响应及冬季降水重建[J].东北师大学报(自然科学版), 2014, 46(2):110-116. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dbsdxb201402022

    Lü S N, Wang C X. Growth-climate response and winter precipitation reconstruction of Pinus sylvestris var. mongolica in A'li River of Great Khingan Range[J]. Journal of Northeast Normal University (Natural Science Edition), 2014, 46(2):110-116. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dbsdxb201402022
    [14] 尚建勋, 时忠杰, 高吉喜, 等.呼伦贝尔沙地樟子松年轮生长对气候变化的响应[J].生态学报, 2012, 32(4):1077-1084. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201204008

    Shang J X, Shi Z J, Gao J X, et al. Response of tree-ring width of Pinus sylvestris var. mongolica to climate change in Hulunbuir Sand Land, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(4):1077-1084. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201204008
    [15] 宋来萍, 刘礴霏, 张红蕾, 等.呼伦贝尔沙地樟子松树轮对气候变化的响应[J].东北林业大学学报, 2015, 43(5):17-22. doi:  10.3969/j.issn.1000-5382.2015.05.004

    Song L P, Liu B F, Zhang H L, et al. Response of Pinus sylvestris var. mongolica tree-ring width to climate change in Hulunbuir Sandy Land, China[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2015, 43(5):17-22. doi:  10.3969/j.issn.1000-5382.2015.05.004
    [16] Liu Y, Bao G, Song H, et al. Precipitation reconstruction from Hailar pine (Pinus sylvestris var. mongolica) tree rings in the Hailar Region, Inner Mongolia, China back to 1865 AD[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2009, 282(1):81-87. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=c31e9ba0465749f74849a27aabdb5577
    [17] Gao J, Shi Z, Xu L, et al. Precipitation variability in Hulunbuir, northeastern China since 1829 AD reconstructed from tree-rings and its linkage with remote oceans[J]. Journal of Arid Environments, 2013, 95:14-21. doi:  10.1016/j.jaridenv.2013.02.011
    [18] Folke C, Carpenter S, Walker B, et al. Regime shifts, resilience, and biodiversity in ecosystem management[J]. Annual Review of Ecology Evolution and Systematics, 2004, 35:557-581. doi:  10.1146/annurev.ecolsys.35.021103.105711
    [19] Lloret F, Keeling E G, Sala A. Components of tree resilience: effects of successive low-growth episodes in old ponderosa pine forests[J]. Oikos, 2011, 120:1909-1920. doi:  10.1111/more.2011.120.issue-12
    [20] Gazol A, Camarero J J, Anderegg W R L, et al. Impacts of droughts on the growth resilience of Northern Hemisphere forests[J]. Global Ecology and Biogeograhy, 2017, 26:166-176. doi:  10.1111/geb.2017.26.issue-2
    [21] Pretzsch H, Schütze G, Uhl E. Resistance of European tree species to drought stress in mixed versus pure forests:evidence of stress release by inter-specific facilitation[J]. Plant Biology, 2013, 15:483-496. doi:  10.1111/plb.2013.15.issue-3
    [22] Merlin M, Perot T, Perret S, et al. Effects of stand composition and tree size on resistance and resilience to drought in sessile oak and Scots pine[J]. Forest Ecology and Management, 2015, 339:22-33. doi:  10.1016/j.foreco.2014.11.032
    [23] Gazol A, Camarero J J. Functional diversity enhances silver fir growth resilience to an extreme drought[J]. Journal of Ecology, 2016, 104:1063-1075. doi:  10.1111/1365-2745.12575
    [24] 李宝, 程雪寒, 吕利新.西藏朗县地区不同林龄高山松林木径向生长对火干扰的响应[J].植物生态学报, 2016, 40(5):436-446.

    Li B, Cheng X H, Lü L X. Responses of radial growth to fire disturbance in alpine pine (Pinus densata) of different age classes in Lang County, Xizang, China[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2016, 40(5):436-446.
    [25] Holmes R L. Computer-assisted quality control in tree-ring dating and measurement[J]. Tree-ring Bulletin, 1983, 43(1):69-78. http://www.oalib.com/references/13004981
    [26] Cook E R. Atime-series analysis approach to tree-ring standardization[D]. Tucson: The University of Arizona, 1985.
    [27] Dai A, Trenberth K E, Qian T. A global datast of Palmer drought severity index for 1870-2002: relationship with soil moisture and effects of surface warming[J]. Journal of Hydrometeorology, 2004, 5(6):1117-1130. doi:  10.1175/JHM-386.1
    [28] 中国气象局.气象干旱等级: GB/T 20481—2006[S].北京: 中国标准出版社, 2006.

    China Meteorological Administration.Classification of meteorological drought: GB/T 20481-2006[S]. Beijing: Standards Press of China, 2006.
    [29] 吴祥定.树木年轮与气候变化[M].北京:气象出版社, 1990:34-60.

    Wu X D. Tree ring and climate change[M]. Beijing:China Meteorological Press, 1990:34-60.
    [30] 秦莉, 尚华明, 苏佳佳, 等.不同去趋势方法对格尔木地区胡杨宽度年表的气候意义影响分析[J].沙漠与绿洲气象, 2016, 10(1):54-59. doi:  10.3969/j.issn.1002-0799.2016.01.008

    Qin L, Shang H M, Su J J, et al. Different detrending method impact on climate information of Populus euphratica tree-ring chronology from Golmud[J]. Desert and Oasis Meteorology, 2016, 10(1):54-59. doi:  10.3969/j.issn.1002-0799.2016.01.008
    [31] Wigley T M L, Briffa K R, Jones P D. On the average value of correlated time series, with applications in dendroclimatology and hydrometeorology[J]. Journal of Climate and Applied Meteorology, 1984, 23(2):201-213. doi:  10.1175/1520-0450(1984)023<0201:OTAVOC>2.0.CO;2
    [32] 张先亮, 何兴元, 陈振举, 等.大兴安岭山地樟子松径向生长对气候变暖的响应:以满归地区为例[J].应用生态学报, 2011, 22(12):3101-3108. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201112003

    Zhang X X, He X Y, Chen Z J, et al. Responses of Pinus sylvestris var. mongolica radial growth to climate warming in Great Xing'an Mountains: a case study in Mangui[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(12):3101-3108. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yystxb201112003
    [33] 李露露, 李丽光, 陈振举, 等.辽宁省人工林樟子松径向生长对水热梯度变化的响应[J].生态学报, 2015, 35(13):4508-4517. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201513028

    Li L L, Li L G, Chen Z J, et al. Responses of Pinus sylvestris var. mongolica to gradient change of hydrothermal in plantations in Liaoning Province[J].Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(13):4508-4517. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201513028
    [34] 赵伯阳, 刘禹, 宋慧明, 等.基于油松树轮宽度重建河北青龙过去123年平均相对湿度[J].地球环境学报, 2016, 7(5):509-520. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqhjxb201605008

    Zhao B Y, Liu Y, Song H M, et al. Mean relative humidity reconstruction based on the tree-ring width from Chinese pines since 1890 from the Qinglong Region, China[J]. Journal of Earth Environment, 2016, 7(5):509-520. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqhjxb201605008
    [35] 梁尔源, 邵雪梅, 刘鸿雁, 等.树轮所记录的公元1842年以来内蒙古东部浑善达克沙地PDSI的变化[J].科学通报, 2007, 52(14):1694-1699. doi:  10.3321/j.issn:0023-074x.2007.14.016

    Liang E Y, Shao X M, Liu H Y, et al. Tree-ring based PDSI reconstruction since AD 1842 in the Ortindag Sand Land, east Inner Mongolia[J].Chinese Science Bulletin, 2007, 52(14): 1694-1699. doi:  10.3321/j.issn:0023-074x.2007.14.016
    [36] Príncipe A, Maaten E, Maaten-Theunissen M, et al. Low resistance but high resilience in growth of a major deciduous forest tree (Fagus sylvatica L.) in response to late spring frost in southern Germany[J]. Trees, 2017, 31:743-751. doi:  10.1007/s00468-016-1505-3
  • [1] 阎雄飞, 曹存宏, 袁小琴, 张增强, 郭荣, 陈巧燕, 刘永华.  截冠处理对种子园樟子松壮龄母树结实的影响 . 北京林业大学学报, 2019, 41(8): 48-56. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190178
    [2] 陈宇轩, 高广磊, 张英, 丁国栋, 朴起亨, 赵洋, 王陇.  呼伦贝尔沙地风沙土粒径分布特征 . 北京林业大学学报, 2019, 41(8): 124-130. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180348
    [3] 王童, 孙玉军, 乔晶晶.  将乐林场马尾松树轮宽度对气候变化的响应 . 北京林业大学学报, 2019, 41(9): 30-39. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190067
    [4] 苗禹博, 朱晓梅, 李志娟, 贾凤岭, 李伟.  不同世代樟子松育种资源遗传评价 . 北京林业大学学报, 2017, 39(12): 71-78. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170194
    [5] 万盼, 刘灵, 赵中华, 王千雪, 胡艳波, 王宏翔, 惠刚盈.  沙地樟子松天然林林木大小分布特征 . 北京林业大学学报, 2017, 39(7): 1-9. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170132
    [6] 闫伯前, 林万众, 刘琪璟, 于健.  秦岭不同年龄太白红杉径向生长对气候因子的响应 . 北京林业大学学报, 2017, 39(9): 58-65. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170161
    [7] 余佳霖, 张卫国, 田昆, 松卫红, 李秋平, 杨荣, 张贇.  普达措国家公园海拔上限3个针叶树种径向生长对气候变化的响应 . 北京林业大学学报, 2017, 39(1): 43-51. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160184
    [8] 赵玉红, 翟亚楠, 王振宇.  樟子松树皮多酚的成分分析和结构鉴定 . 北京林业大学学报, 2016, 38(1): 125-130. doi: 10.13332/j.1000--1522.20140285
    [9] 赵玉红, 翟亚楠, 许耀鹏, 张立钢, 王振宇.  樟子松多酚和蛋白质的复合反应及产物性质 . 北京林业大学学报, 2016, 38(9): 102-107. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150323
    [10] 赵玉红, 翟亚楠, 党媛, 史吉意, 王振宇.  响应面法优化樟子松树皮松多酚纯化工艺研究 . 北京林业大学学报, 2014, 36(1): 138-142.
    [11] 陈晶晶, 黄荣凤, 李钢铁, 侯向阳, 秦艳,  , 张国盛, 刘洪娥, OxanaVishnyakova.  浑善达克沙地榆树径向生长特性 . 北京林业大学学报, 2014, 36(6): 41-47. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2014.06.010
    [12] 钮世辉, 李伟, 陈晓阳.  赤霉素对根尖径向生长的调节作用研究 . 北京林业大学学报, 2013, 35(3): 71-76.
    [13] 高露双, 王晓明, 赵秀海.  长白山阔叶红松林共存树种径向生长对气候变化的响应 . 北京林业大学学报, 2013, 35(3): 24-31.
    [14] 徐金梅, 鲍甫成, 吕建雄, 黄荣凤, 赵有科, EvansRobert.  祁连山青海云杉径向生长对气候的响应 . 北京林业大学学报, 2012, 34(2): 1-6.
    [15] 喻泓, 杨晓晖, 慈龙骏, 葛玉祥, 王君, 张万成.  呼伦贝尔沙地樟子松空间格局对地表火干扰的响应 . 北京林业大学学报, 2009, 31(1): 1-6.
    [16] 毛磊, 王冬梅, 杨晓晖, 喻泓, .  樟子松幼树在不同林分结构中的空间分布及其更新分析 . 北京林业大学学报, 2008, 30(6): 71-77.
    [17] 胡理乐, 闫伯前, 孙一荣, 朱教君, .  从径向生长量分析红松幼树生长光需求 . 北京林业大学学报, 2008, 30(2): 147-150.
    [18] 王卓, 黄荣凤, 王林和, 张国盛.  毛乌素沙地天然臭柏径向生长特性研究 . 北京林业大学学报, 2008, 30(3): 1-6.
    [19] 张亚利, 张力平, 张春雨, 贾彩凤, 李笑吟, 何利娟, 王华, 杨永福, 李秀芬, 许月卿, 姜春宁, 赵广亮, 王献溥, 郭小平, 马履一, 曹金珍, 李长洪, 于占源, 赖巧玲, 何恒斌, 王勇, 于格, 钟健, 史军辉, 吕兆林, 林峰, 郭惠红, 郑彩霞, 王希群, 胥辉, 黄忠良, 杨明嘉, 赵秀海, 朱清科, 于顺利, 曾德慧, 朱教君, 王骏, 贾桂霞, 郝玉光, 孙长霞, 杨培岭, 习宝田, 李鸿琦, 赵博光, 邵晓梅, 王继兴, D.PascalKamdem, 毕华兴, 李悦, 尚晓倩, 鲁春霞, 姜凤岐, 杨为民, 丁琼, 欧阳学军, 王秀珍, 任树梅, 周金池, 包仁艳, 刘燕, 朱金兆, 郑景明, 李黎, 尚宇, 崔小鹏, 甘敬, 丁琼, 费孛, 张志2, 张榕, 陈宏伟, 王庆礼, 谢高地, 何晓青, 刘艳, 范志平, 张池, 蔡宝军, 刘鑫, 沈应柏, 贾昆锋, , 贾桂霞, , 刘足根, 沈应柏, 张中南, 纳磊, 鹿振友, 张方秋, 陈伏生, 李林, 周金池, 毛志宏, 唐小明, 李凤兰, 周小勇, 赵琼, 马玲, , 申世杰, .  基于RS和GIS的三峡库区林地变化及气候响应研究 . 北京林业大学学报, 2006, 28(4): 62-66.
    [20] 王玉杰, 高峻, 张冰玉, 谭伟, 张宇清, 李绍才, 肖生春, 窦军霞, 吕建雄, 范丙友, 孙晓梅, 翟明普, 南海龙, 李发东, 杨振德, 潘存德, 陈文汇, 徐双民, 李世东, 朱教君, 颜容, 金小娟, 时尽书, 胡晓丽, 苏晓华, 三乃, 王云琦, 刘红霞, 冯仲科, 孙海龙, 肖洪浪, 骆秀琴, 韩海荣, 刘俊昌, 田小青, 师瑞峰, 张一平, 朱清科, 胡诗宇, 谢益民, 孟平, 宋献方, 张守攻, 李建章, 周春江, 康宏樟, 吴斌, 齐实, 蔡怀, 岳良松, 周文瑞, 姜伟, 马钦彦, 刘昌明, 陆海, 蒋佳荔, 张雁, 齐实, 杨志荣, 赵双菊, 李智辉, 赵博光, 李义良, 王笑山, 蒲俊文, 齐力旺, 伊力塔, 张岩, 蒋湘宁, 于静洁, 张永安, 何磊, 赵有科, 张德荣, 朱金兆, 姚山, 宋清海, 葛颂, 张劲松, 马超德, 褚建民, 吕守芳, 石丽萍, 曲良建, 刘元, 崔保山, 吴庆利, 康峰峰, 杨聪, 刘相超, 王建华, 王玉珠, 刘鑫宇, 朱林峰, 胡堃, 田颖川, 唐常源.  不同水分胁迫方式对沙地樟子松幼苗光合特性的影响 . 北京林业大学学报, 2006, 28(2): 57-63.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-26
  • 修回日期:  2018-03-10
  • 刊出日期:  2018-07-01

沙地天然樟子松径向生长对干旱的响应

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467
    基金项目:

    国家自然科学基金项目 41471029

    国际科技合作专项 2015DFR31130

    国家自然科学基金项目 31670715

    中央级公益性科研院所基本科研业务费专项 CAFYBB2017QA037

    中国林业科学研究院荒漠化研究所项目 IDS2017JY-4

    国家自然科学基金项目 41701249

    中央级公益性科研院所基本科研业务费专项 CAFYBB2017ZA006

    作者简介:

    张晓,助理研究员。主要研究方向:恢复生态学与荒漠化防治。Email:zhangxiao978@caf.ac.cn 地址:100091北京市海淀区槐树居路10号中国林业科学研究院荒漠化研究所

    通讯作者: 时忠杰,副研究员。主要研究方向:树轮生态学与荒漠化防治。Email:shijie1204@163.com 地址:同上
  • 中图分类号: S758.1

摘要: 目的呼伦贝尔沙地为天然樟子松分布区的南缘,气候变化呈暖干化特点,研究该区樟子松树木径向生长对气候的响应及其应对干旱的能力,有助于促进气候变化背景下沙地天然樟子松林的保护与恢复。方法在呼伦贝尔沙地的南辉和伊敏河两个地点建立了树轮宽度标准年表并对其变化进行比较,利用树轮宽度标准年表与气候因子进行相关分析,并计算樟子松应对极端干旱的抵抗力、恢复力和弹性力。结果南辉的樟子松标准年表与6月平均气温和6—7月平均最高气温呈显著负相关(P < 0.05),伊敏河的樟子松年表与4月、6—7月和9月平均气温和平均最高气温呈显著负相关(P < 0.05);两个地点的樟子松标准年表均与6—7月和9月的降水量正相关(P < 0.1);南辉的樟子松年表与9月相对湿度呈显著负相关(P < 0.05),但伊敏河的樟子松年表与前一年10—12月和当年2—3月和5月相对湿度显著正相关(P < 0.05);两个地点的樟子松年表均与前一年10月至当年9月的帕尔默干旱胁迫指数(PDSI)呈显著正相关(P < 0.05)。以上结果表明这一区域的樟子松径向生长受到水分的显著影响;与南辉的樟子松相比,伊敏河的樟子松对干旱的抵抗力较弱,但恢复力更强;随着干旱程度的增加,樟子松对极端干旱的抵抗力下降、恢复力增强。结论呼伦贝尔沙地天然樟子松径向生长受生长季气温和降水的共同影响;在1925—1935年间,两个地点的樟子松年表存在差异可能是由于伊敏河的樟子松处于幼龄,对干旱的抵抗能力较差;树龄可能会导致沙地天然樟子松应对干旱能力的差异,深入了解树龄对樟子松应对干旱能力的影响需进一步开展多点研究。

English Abstract

张晓, 潘磊磊, SemyungKwon, 刘艳书, 杨晓晖, 时忠杰. 沙地天然樟子松径向生长对干旱的响应[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(7): 27-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467
引用本文: 张晓, 潘磊磊, SemyungKwon, 刘艳书, 杨晓晖, 时忠杰. 沙地天然樟子松径向生长对干旱的响应[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(7): 27-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467
Zhang Xiao, Pan Leilei, Semyung Kwon, Liu Yanshu, Yang Xiaohui, Shi Zhongjie. Climatological response of radial growth for Pinus sylvestris var. mongolica to drought in Hulun Buir Sandland, Inner Mongolia of northern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(7): 27-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467
Citation: Zhang Xiao, Pan Leilei, Semyung Kwon, Liu Yanshu, Yang Xiaohui, Shi Zhongjie. Climatological response of radial growth for Pinus sylvestris var. mongolica to drought in Hulun Buir Sandland, Inner Mongolia of northern China[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(7): 27-35. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170467
  • 政府间气候变化专门委员会(IPCC)第5次气候变化评估报告指出,1880—2012年全球地表平均温度大约升高了0.85 ℃,最近几十年升温更加迅速,特别是高纬度地区更加明显[1]。中国东北地区近百年来的气温增加趋势为全球的近2倍[2],这可能对东北的森林,特别是干旱、半干旱地区的森林产生明显影响,甚至可能导致森林的大面积死亡。

    沙地樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)主要分布于我国呼伦贝尔草原向大兴安岭山地的过渡带上[3]。樟子松耐寒、耐旱、适应能力强,在我国北方沙地上被广泛用于固沙林的营造。呼伦贝尔沙地的气候呈暖干化趋势,且干旱的强度与频率明显增加[4]。气候暖干化,特别是极端干旱对沙地樟子松的生长与生存有重要影响。

    树木年代学是气候变化及森林生态研究中的重要工具,树木年轮数据以其连续性强、分辨率高、样本分布广泛、环境变化指示意义明确等特点被广泛应用,我国在这方面开展了大量相关研究[5-8]。针对樟子松的研究也较多,在大兴岭北部地区,重点研究了樟子松树木生长与气候的关系[9]、与落叶松生长气候响应的差异[10-11]、与区域植被变化的关系[12]、气候重建[13]等。在呼伦贝尔沙地,研究主要集中于樟子松树木径向生长的气候响应与降水、干旱或气温等的重建[14-17],然而对于樟子松树木生长对干旱,特别是极端干旱的应对与适应能力认识还很不足,严重制约了对未来气候变化下天然樟子松林生长状况的预测。

    弹性力表示受干扰后,系统、群落或者个体恢复并重新具有干扰前结构和功能的能力[18],Lloret等[19]提出了4个表征弹性力的指标(抵抗力、恢复力、弹性力、相对弹性力)及其计算方法。树木年轮能够记录树木的生长状况,近年来被广泛用于森林应对干旱的弹性力研究中,例如:树木对干旱的弹性力指标间及其与地理、地形和气候等因子的相关性研究[20];纯林与混交林树木对干旱的弹性力对比研究[21-22];林分组成及多样性对树木弹性力的影响[23]等。国内对于树木应对干扰,特别是极端干扰的弹性力研究鲜见报道,仅李宝等[24]对西藏高山松(Pinus densata)应对火干扰的抵抗力和恢复力进行过研究。目前,在气候暖干化背景下,樟子松应对干旱,特别是极端干旱的能力方面的研究较少,加强这方面的研究有助于对樟子松林的保护与恢复提供相关理论。

    本研究在呼伦贝尔沙地樟子松天然分布区的南缘,选取两个地点建立了樟子松树木生长年表,分析沙地樟子松径向生长对气候因子的响应及其应对干旱, 特别是极端干旱的能力,揭示影响沙地天然樟子松生长的主要气候因子,有助于帮助林业管理者提高对森林应对干旱能力的认识,评估未来沙地天然樟子松林的可能变化,促进沙地天然樟子松林的保护与恢复,帮助管理者制定适当的应对与管理对策。

    • 采样点位于内蒙古呼伦贝尔辉河自然保护区的南辉和伊敏河附近,地处半干旱地区,属北温带大陆性季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥,年平均气温为-2 ℃, 1月平均气温为-25.8 ℃,极端最低气温可达-48.5 ℃,7月平均气温为19.9 ℃,极端最高气温可达36.7 ℃。年平均日照时间2 805 h,无霜期100~105 d。多年平均降水量约350 mm,主要集中在6—8月,约占全年降雨量的70%,年蒸发量1 210 mm左右,为降雨量的3倍多,图 1为距离研究区最近的海拉尔气象站1951—2008年月平均气温和月降水量分布情况。

      图  1  研究区1951—2008年月平均气温和月降水量分布

      Figure 1.  Mean monthly air temperature and monthly precipitation during 1951-2008 in the study area

      采样树种为樟子松。在呼伦贝尔沙地,樟子松主要分布于由海拉尔沿伊敏河经红花尔基、罕达盖至中蒙边界的哈拉河附近的一条断断续续的樟子松林带上。樟子松一般5月初开始生长,9月底停止生长。土壤为松林沙土,是发育在砂质母质上的幼年土壤,砂质母质为石英粉砂。采样点基本概况见表 1

      表 1  樟子松采样点基本概况

      Table 1.  Statistics description for tree-ring sampling sites

      取样地点Sampling site 经度Longitude 纬度Latitude 海拔Altitude/m 平均胸径Mean DBH/cm
      南辉Nanhui 119°16′E 48°17′N 692~751 78.2
      伊敏河Yiminhe River 120°00′E 48°45′N 724~780 61.0
    • 在呼伦贝尔沙地的南辉和伊敏河两个地点,分别选取20株和8株生长较好、人为干扰及虫害干扰较小的沙地樟子松,在胸高处(树干距地面1.3 m处),以生长锥钻取树芯,每树2~4个样芯。将样芯带回实验室固定和干燥后,用不同粗细的砂纸打磨至显微镜下可清晰分辨年轮为止;通过骨架图法进行目视交叉定年,利用Lintab 5年轮分析仪(Frank Rinn,德国)测量样芯年轮宽度,精度为0.01 mm;利用COFECHA程序检查交叉定年和量测结果[25],消除定年和宽度测量过程中出现的误差;最后将数据输入ARSTAN软件进行去趋势和标准化[26],与树龄有关的生长趋势通过负指数法剔除,年轮曲线的标准化用双权重平均法进行,最终得到伊敏河和南辉两个地点樟子松树轮的标准年表(STD)、差值年表(RES)和自回归年表(ARS)。

    • 本文利用的气象数据来源于海拉尔气象站(49°13′N,119°45′E,海拔610.2 m),时间长度为1951—2008年。气候要素主要包括月平均气温、月均最高气温、月均最低气温、月降水量和相对湿度等,该数据从中国气象局科学数据共享服务网(http://data.cma.cn/)获取。考虑到降水、气温等对土壤水分的综合影响,本研究使用帕尔默干旱胁迫度指数(PDSI)来表征气候干旱程度,数据来源于Dai等[27]的全球PDSI格点数据集(51°15′N,121°15′E)。

      树轮生长除受当年气候因子的影响,还受生长前期诸多气候因子的影响,因此进行树轮气候响应分析时的时间跨度为前一年10月份到当年9月份。本研究利用标准年表进行树轮气候响应分析,标准年表与气候要素之间的相关分析通过DendroClim2002程序检验其在0.05水平下的显著性,统计分析利用SPSS Statistics 22进行,绘图用Excel 2010完成。

    • 根据Lloret等[19]的方法,本文计算了树木生长对极端干旱响应的3个弹性力指标:抵抗力(Rt)、恢复力(Rc)和弹性力(Rs)。Rt为干旱事件与干旱事件发生之前树木生长的差异,表征树木承受干旱胁迫继续保持生长的能力;Rc为干旱事件与干旱事件发生之后树木生长的差异,表征树木在承受干旱胁迫之后恢复其正常生长的能力;Rs为干旱事件发生之前与之后树木生长的差异,其值为RtRc的乘积,表征树木在干旱事件发生后恢复到之前生长水平的能力。3个指标的计算公式如下:

      $$ {R_{\rm{t}}} = {G_{\rm{d}}}/{G_{{\rm{prev}}}} $$ (1)
      $$ {R_{\rm{c}}} = {G_{{\rm{post}}}}/{G_{\rm{d}}} $$ (2)
      $$ {R_{\rm{s}}} = {G_{{\rm{post}}}}/{G_{{\rm{prev}}}} $$ (3)

      式中:Gd表示干旱事件发生时的平均树轮宽度,GprevGpost表示干旱事件发生前3年和后3年的平均树轮宽度[20],标准年表能够代表样地树木的平均径向生长状况,本研究用标准年表进行分析。

      为分析极端干旱对沙地樟子松径向生长的影响,将上年10月至当年9月的月平均PDSI小于-2的年份设定为干旱年份[28],若干旱年份超过1年,则认定为一个极端干旱事件。

    • 表 2为两个地点樟子松年轮标准年表和差值年表的统计量特征。南辉的标准年表长度为129年(1881—2009年),伊敏河的标准年表长度为93年(1917—2009年)。两个地点标准年表和差值年表的树间平均相关系数均大于0.41,年表各样本间具有较好的相关性,表明不同树木样芯之间的轮宽变化具有很好的一致性。树木年代学理论认为平均敏感度(MS)、标准差(SD)、信噪比(SNR)及样本量对样本总体的代表性(EPS)等统计量的数值越大,所选样本对群体的代表性越好即序列的共性越强,环境信息含量越大[29-30]。南辉点的MS、SNR和EPS均大于伊敏河的MS、SNR和EPS,且序列长度也更长,表明南辉的年表质量更优,树轮宽度年表可信的标准为EPS大于0.85[31],两个采样点标准年表的EPS分别为0.965和0.920,均远大于0.85,表明两个地点的年表都能够较好地反映理论年表,适合进行树木年代学研究。

      表 2  樟子松年轮宽度标准年表和差值年表统计量

      Table 2.  STD and RES statistics of tree-ring width of Pinus sylvestris var. mongolica

      年表特征
      Chronology characteristics
      南辉Nanhui 伊敏河Yiminhe River
      STD RES STD RES
      样本量(树木株数) Sample number (tree number) 41(20) 38(20) 20(8) 20(8)
      序列长度Time span 1881—2009 1889—2009 1917—2009 1918—2009
      树间平均相关系数Mean correlation coefficient among trees 0.418 0.429 0.451 0.426
      一阶自相关Autocorrelation order 1 0.336 0 0.002 4 0.713 4 0.106 5
      平均敏感度Mean sensitivity 0.199 2 0.174 6 0.179 3 0.181 8
      平均年轮宽度Mean tree-ring width 0.981 6 0.994 0 0.938 1 0.979 4
      标准差Standard deviation 0.212 5 0.157 1 0.246 8 0.167 7
      信噪比Signal-to-noise ratio 27.310 28.553 11.504 10.379
      样本对总体的代表性Representative of sample to total 0.965 0.966 0.920 0.912
      第一特征向量百分比Percentage of the first eigenvector 45.45 45.44 50.52 48.98
      共同区间段平均Mean of common interval 0.990 0.991 1.016 1.003
      注:STD表示标准年表,RES表示差值年表。南辉取样点共同区间段为1944—2009年,伊敏河取样点共同区间段为1946—2009年。
      Notes: STD represents standard chronology and RES represents residual chronology. Chronology common intervals of Nanhui and Yiminhe River were 1944-2009 and 1946-2009, respectively.

      图 2为南辉和伊敏河两个地点樟子松的标准年表。两个地点的樟子松年表整体变化趋势基本一致,但在1925—1935年间存在较大差异,南辉点的树轮宽度指数在此阶段波动相对较小,而伊敏河点则波动较大,11年滑动平均显示出树轮宽度指数先急剧下降,之后再上升的变化趋势,这可能是由于这两个地点的樟子松树木年龄存在较大差异引起的。伊敏河的樟子松处于幼龄,与成年树相比,幼树可能更容易受到环境的影响。对两个地点樟子松宽度年表进行相关分析,标准化年表相关系数为0.355,差值年表相关系数为0.454,均达到了极显著水平(P < 0.001),表明两个采样点樟子松的生长具有较强的一致性,均能表征这一区域的气候影响。

      图  2  樟子松年轮宽度标准年表及样本量

      Figure 2.  Standard chronology of tree-ring width and sample number of Pinus sylvestris var. mongolica

    • 樟子松标准年表与气温的相关分析结果(图 3)表明:南辉点的樟子松树轮年表与6月平均气温和6—7月份的平均最高气温呈显著负相关(P < 0.05),与平均最低气温相关性均不显著;伊敏河点的樟子松树轮年表与4月、6—7月和9月的平均气温和平均最高气温均呈显著负相关(P < 0.05),与3—4月和7月的平均最低气温呈显著负相关(P < 0.05)。综合来看,两个地点的樟子松树轮年表主要受6—7月的平均气温和平均最高气温的影响,而最低气温的影响较低。

      图  3  两个地点樟子松年轮宽度标准化年表与气候因子的相关分析

      Figure 3.  Correlation analysis of Pinus sylvestris var. mongolica standard chronology of tree-ring width with climate factors in two sampling sites

      从樟子松年表与降水量的相关分析结果可以看出:南辉点的年表与2月、6—9月降水量呈显著正相关(P < 0.1),伊敏河的年表与6、7和9月降水量显著正相关(P < 0.1),两个地点年表对降水量的响应较为一致。南辉点的年表与相对湿度在9月份呈显著负相关(P < 0.05),伊敏河点的年表与上一年10—12月和当年2—3和5月的相对湿度均呈显著正相关(P < 0.05)。5月为樟子松叶芽生长阶段,相对湿度较大,加之气温的升高,有助于樟子松在生长期内的加速生长,而6月以后,降水增加,相对湿度对树木径向生长的意义不再显著。两个地点的年表与上一年10月至当年9月的所有月份的PDSI均呈显著正相关(P < 0.05),南辉点年表与6月份PDSI相关性最高,伊敏河点与7月份PDSI相关性最高。综合以上分析,沙地樟子松的生长受到夏季温度和夏季降水的综合影响。

    • 本文共选出1922年、1926年、1944—1946年、1965—1967年、1974—1975年、1987年、2001—2003年和2005年8个极端干旱事件。由于计算树木抵抗力和恢复力时通常利用干旱前3年、干旱年和干旱后3年的树轮数据,因此将2001—2003年和2005年合并为一个极端干旱事件进行分析,共7个极端干旱事件。南辉和伊敏河两个地点樟子松对极端干旱事件的抵抗力、恢复力和弹性力状况见表 3

      表 3  极端干旱年份南辉和伊敏河樟子松树木的抵抗力、恢复力和弹性力

      Table 3.  Values of resistance, recovery and resilience of Pinus sylvestric var. mongolica in Nanhui and Yiminhe River in extreme drought years

      干旱事件发生年份Drought event occurring year 抵抗力Resistance 恢复力Recovery 弹性力Resilience
      南辉Nanhui 伊敏河Yiminhe River 南辉Nanhui 伊敏河Yiminhe River 南辉Nanhui 伊敏河Yiminhe River
      1922 1.518 0.860 1.100 1.216 1.670 1.045
      1926 0.845 0.218 0.870 2.230 0.735 0.486
      1944—1946 0.866 0.965 1.196 1.076 1.035 1.039
      1965—1967 0.642 0.816 1.052 0.968 0.675 0.790
      1974—1975 0.855 1.014 0.969 1.040 0.829 1.055
      1987 0.639 0.416 1.957 2.674 1.250 1.114
      2001—2005 0.836 0.777 0.971 1.033 0.812 0.803
      平均值Average 0.886±0.274a 0.724±0.273a 1.159±0.340a 1.462±0.641a 1.001±0.328a 0.905±0.208a
      注:相同字母表示差异不显著(P>0.05)。Note: there is not significant difference between same letters(P>0.05).

      对南辉和伊敏河7个极端干旱事件的抵抗力、恢复力和弹性力进行了独立t检验,南辉和伊敏河两地的抵抗力、恢复力和弹性力均无显著差异。总体来看,伊敏河樟子松对干旱的抵抗力和弹性力比南辉要弱,但其恢复力更强。在1926年,伊敏河樟子松的抵抗力远低于南辉,恢复力高于南辉,这可能是由于伊敏河樟子松在1926年处于幼龄阶段,对干旱的抵抗力相对较弱;1987年为特大干旱年份,月均PDSI为-5.12,两个地点的樟子松抵抗力均很低,南辉为0.639,伊敏河为0.416,但两个地点樟子松在干旱解除后的恢复力却非常高。

      图 4为樟子松树木在极端干旱事件中的抵抗力、恢复力和弹性力与月均PDSI的关系。随着干旱程度的增强,即月均PDSI减小,树木生长对极端干旱的抵抗力降低,恢复力却呈升高趋势,弹性力随PDSI的变化无明显规律(其数值介于0.61~1.36之间)。

      图  4  抵抗力、恢复力和弹性力与月均PDSI的关系

      Figure 4.  Relationship between resilience indexes (resistance, recovery and resilience) and monthly average PDSI

    • 本研究发现,两个地点的樟子松生长均受生长季6—7月气温的显著影响,这一结果与以前多数研究结果基本一致[9, 14-15]。在海拉尔西山国家森林公园的研究发现,樟子松径向生长与当年4月和6—9月的平均气温呈显著负相关[14];宋来萍等[15]发现在红花尔基等地的樟子松生长与当年6、9月的平均气温呈显著负相关。在大兴安岭山地,发现黑龙江漠河地区的樟子松树轮宽度指数均与6月平均气温呈显著负相关[9-10, 12],同时王晓春等[9]还发现樟子松生长与前一年10月气温呈显著正相关,王丽丽等[10]发现漠河樟子松生长与8月的气温呈显著正相关,这主要是由于大兴安岭的樟子松为山地型樟子松,受气候和土壤差异的影响,其与呼伦贝尔地区的沙地型樟子松对气温的响应存在一定差异。张先亮等[32]在大兴安岭满归的研究发现,4—8月,特别是6—7月的气温是樟子松生长最主要的限制因素。综上所述,6月气温对樟子松的生长有较大影响。6月份,樟子松开始快速生长,且气温快速升高,土壤中的水分通过植物蒸腾和土壤蒸发被大量消耗。6月份降水量较少,未能及时补充土壤水分,导致土壤中水分亏缺,减缓了树木叶片的光合作用。较高的气温还导致树木的呼吸作用增强,抑制光合产物的积累和树木的生长[9]。此外,本研究还发现,伊敏河的樟子松生长受4月平均气温、平均最高气温和平均最低气温的显著影响。这可能是由于生长季前的高温导致树木的呼吸作用增强,养分消耗增加,进而减缓了生长季樟子松树木的径向生长[11]

      本研究发现,南辉点的年表与2月和6—9月降水量呈显著正相关(P < 0.1),伊敏河的与6、7和9月降水量呈显著正相关(P < 0.1),这与尚建勋等[14]的研究结果类似,说明生长季的降水对沙地樟子松生长影响较大。王晓春等[9]发现黑龙江漠河的樟子松与前一年12月或当年1月的降水量呈显著正相关,满归的樟子松生长与当年2月降水量呈显著负相关, 与6月降水量呈显著正相关。以上结果说明对山地樟子松来说,生长季前的冬季降水影响较大。这是由于大兴安岭山地北部为永久冻土区,在生长季初期冬季的降水能够迅速补充土壤水分,促进樟子松的生长;但土壤底层为永冻层,气温仍是其主要限制因子。

      相对湿度反映空气中的水汽含量大小。本研究发现,南辉的樟子松树木生长与9月相对湿度呈显著负相关,伊敏河的樟子松生长与上一年10—12月和当年2—3月、5月相对湿度呈显著正相关,这与其他研究结果相类似[32-34]。相对湿度通过影响树木的蒸腾和光合作用而影响其生长。当相对湿度较高时,树木蒸腾作用减弱,土壤中能够保持较多的水分,进而促进树木生长。在生长前期,较高的相对湿度能够为樟子松叶芽膨胀和展开提供较多的水分;5月份樟子松进入生长期,较高的相对湿度可以增强樟子松叶片光合作用,促进后期樟子松的快速生长。9月份,樟子松的生长期已经基本结束,其生长与相对湿度呈负相关,不具有明确的生理学意义。

      PDSI综合考虑降水量、气温等因素的影响,是衡量植物生长可利用水分的重要指标[35]。本研究发现,樟子松径向生长与上一年10月至当年9月的PDSI呈显著正相关,特别是与5—7月的PDSI相关系数最高。这是由于休眠期樟子松林的降雪积累量较多,积雪在气温升高后融化,补充土壤水分,可供生长季的树木生长发育。

    • 南辉和伊敏河的樟子松树龄不同,南辉的樟子松树龄比伊敏河的平均大36年,两个地点樟子松对干旱的抵抗力、恢复力和弹性力无显著差异,但伊敏河樟子松的抵抗力较低、恢复力较高,弹性力较小,而南辉樟子松的弹性力接近1,表现出更好的应对干旱的能力。李宝等[24]发现幼龄高山松对火干扰的抵抗力低于成年树,但恢复力高于成年树,与本研究结果基本一致。伊敏河点的樟子松在1925—1935年时正处于幼龄阶段,其生长表现出低抵抗力和高恢复力的特点。Merlin等[22]的研究则表明年龄对橡树(Quercus petraea)应对干旱的能力无明显影响,但年龄小的赤松(Pinus sylvestris)则表现出更好的抵抗力和弹性力。本研究表明随干旱程度增加(即月均PDSI减小),抵抗力减小,恢复力增加,弹性力无明显规律,数值处于0.61~1.36之间。这一结果与Príncipe等[36]的研究结果一致:欧洲山毛榉(Fagus sylvatica)的抵抗力随春冻程度的增加而减小,弹性力随春冻程度的增加而增加,其数值范围在0.7~1.5之间。要明确树龄对樟子松应对干旱能力的影响,需进一步开展大量多点研究。

参考文献 (36)

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