祁连山东段两个优势针叶树种径向生长过程及对气候变化响应研究
祁连山东段两个优势针叶树种径向生长过程及对气候变化响应研究
【摘要】： 在气候变化背景下,森林生态系统中不同优势树种对气候变化响应的差异,导致了径向生长过程特征的复杂性。因此,有必要对森林中不同树种径向生长过程,及其生长对气候变化响应的模式进行深入剖析。同时,祁连山作为中国西北地区重要山脉,其森林生态系统对气候变化响应敏感。目前,基于树木年轮的手段,在祁连山已经开展了大量的树木年轮年代学的研究,但主要集中在历史气候重建和主控气候因子分析方面,对于气候变化下树木径向生长过程的响应动态及机制剖析不够。基于树木年轮长序列的优势,开展气候变化下树木生长过程模拟和生长过程机理的研究也相对较薄弱。本文选择生长在祁连山东段的青海云杉(Picea crassifolia)和油松(Pinus tabuliformis)两个优势针叶树种,利用VS-oscilloscope模型模拟了青海云杉和油松树轮宽度年表序列,刻画了青海云杉和油松径向生长过程特征,评价了青海云杉和油松径向生长过程对气候因子的响应动态,同时,深入分析了青海云杉和油松径向生长过程对气候变化响应动态的驱动机制,包括物候动态机制和水热对径向生长率贡献机制。研究结果有助于了解祁连山东段气候变化对树木生长的影响,对半干旱地区亚高山森林生态系统的保护和管理提供科学依据。主要得出以下研究结果:(1)青海云杉和油松树轮宽度年表的参数特征均具有较高的样本总体代表性(EPS)和平均敏感度(MS),年表中包含着丰富的气候信号,年表质量较高。对比两个树种径向生长过程趋势发现,青海云杉径向生长过程保持上升趋势(2.99cm~2/10a),并且,在20世纪后期,上升趋势更加显著(7.69 cm~2/10a);然而,油松径向生长趋势无明显增加(0.90 cm~2/10a),并且,在20世纪后期,径向生长过程表现出明显下降趋势(-0.56 cm~2/10a)。(2)青海云杉和油松径向生长过程的主控气候因子表现出明显的不同。青海云杉径向生长的主控因子是平均温度和平均最低温度,而油松径向生长的主控因子是平均温度和平均最高温度;同时,油松径向生长与标准化降水蒸发指数(SPEI)的关系更加密切;对比降水量对两个针叶树种径向生长过程的影响,青海云杉对降水量的响应敏感性高于油松;同时,青海云杉对温度的响应发生分异,油松对温度和SPEI的响应保持稳定。(3)基于VS-oscilloscope树木生长生理模型模拟,得到两个树种径向生长过程的物候时间动态差异。青海云杉径向生长表现出生长季开始时间(BOG)提前,结束时间(EOG)推迟趋势(BOG:0.13 d/a,EOG:0.15 d/a)(P<0.05);油松径向生长表现出生长季开始和结束时间均提前的趋势(BOG:0.20 d/a,EOG:0.14d/a)(P<0.05)。随着温度升高,青海云杉生长时间长度增加,使得径向生长量增加,而油松生长季结束日数提前是径向生长过程发生下降的主要驱动机制。(4)基于VS-oscilloscope树木生长生理模型模拟,得到两个树种年内水热对径向生长率贡献差异。从热量动态看,在2000s和2010s,温度对青海云杉生长的贡献率呈现逐渐增加趋势,而油松更易受到温度对生长的制约;同时,从湿度条件看,土壤湿度条件主要在生长季的中期影响两个树种生长,在2010s,土壤湿度引发的青海云杉生长率呈现增加趋势,而土壤湿度对油松生长制约逐渐增强,尤其在生长季末期土壤湿度条件对油松的制约表现更为明显,干旱胁迫已经成为制约油松径向生长过程的关键因素。
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2022
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