祁连山青海云杉径向生长对气候变化的响应及林分结构研究

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气候变暖对森林生态系统的结构和功能产生了深刻影响,森林生态系统对气候变化的响应复杂且有区域差异。祁连山生态地位突出,其森林生态系统对于维系西北地区生态安全和区域稳定发展具有重要意义。青海云杉(Picea crassifolia)是祁连山针叶林的主要建群种,分布面积广,对气候变化较为敏感。气候变化对树木生长状况和森林结构的影响不容忽视,关系着区域生态过程的变化。阐明祁连山青海云杉林的林分结构、树木生长及其在不同区域、不同海拔对气候变化响应规律是制定区域生态环境保护措施和实现“碳中和”的基础。本文选取祁连山东部和中部的不同海拔梯度(2400-3200 m)的青海云杉为研究树种,沿垂直梯度设置样地,进行样方调查和树轮取样,探究了树木生长、树轮气候响应的区域及海拔差异,并分析了林分结构特征在不同区域和不同海拔的变化。主要研究结论如下:(1)祁连山不同区域、不同海拔青海云杉树轮-气候响应关系存在差异。中部树木径向生长主要响应当年6-7月的水分,东部树木径向生长主要受前一年9月降水的限制。在海拔梯度上,由中、低海拔(3000 m以下)受水分条件的限制过渡为高海拔受温度限制。(2)祁连山青海云杉径向生长对夏季干旱的响应存在时空差异。在空间上,中部和中、低海拔(3000 m以下)对夏季干旱更敏感;时间上,1980年以前,中部青海云杉径向生长对干旱的响应相对较弱,区域一致性较低,东部区域基本不受夏季干旱的限制;在1980-2000年期间,中东部树木径向生长对夏季干旱的响应普遍增强,而且区域一致性也很高;在2000年以后,中部树木径向生长对夏季干旱的响应有所减弱,而东部有增强的趋势。1980-2000年期间,升温引起的干旱胁迫导致树木生长下降,导致青海云杉出现不同程度和不同持续时间的森林衰退,中部和低海拔森林生长衰退更为严重。(3)极端干旱造成树木生长下降,发生极端干旱3年后,树木生长得到一定的恢复,但近一半的样地显示树木生长无法恢复到极端干旱前的生长状态。中部青海云杉对极端干旱的抵抗力高于东部,极端干旱后中东部青海云杉的恢复力无显著差异;弹性力指数在1966年和1973年存在显著差异(P<0.05),东部高于中部,但在1981年和1992年,中部和东部的弹性力无显著差异;随着海拔升高,树木对极端干旱的抵抗力增强,恢复力减弱。(4)林分结构变化表现为:从中部到东部,青海云杉林的平均胸径、平均树高、平均冠幅增大,林分密度减小,高径比稳定在0.75左右。在垂直梯度上,祁连山中部青海云杉的高径比、林分密度和竞争指数呈先上升后下降的趋势,冠幅呈先下降后上升的趋势,东部随海拔梯度无明显变化。径级结构显示:中部青海云杉林主要呈倒“J”型,是典型的“异龄林”结构,为增长型种群,东部小径级个体较少,胸径比例结构失调,种群更新能力差。空间分布格局中东部无明显差异,主要表现为在0-2 m的小尺度呈聚集分布,随着空间尺度的增大以随机分布为主。竞争指数随着胸径的增大而减小,胸径在12 cm以下的树木竞争压力较大,当胸径达到20 cm以上时,竞争指数趋于稳定。林分密度与林分的平均胸径、平均冠幅、平均树高和平均高径比密切相关,也影响着树木对干旱的敏感性,所以适当的控制林分密度,有利于青海云杉的生长。综上所述,祁连山青海云杉树轮-气候响应及林分结构和树木生长变化趋势在不同区域、不同海拔发生了变化。因此,今后在进行树轮气候研究及分析森林生态系统结构功能时,需要考虑区域、海拔以及林分结构等因素的影响。
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