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理解树木径向生长过程及其对气候要素的响应是树轮气候学的基础。因此,很多学者力图解释树木径向生长的生理学过程,揭示树木年轮记录环境和气候信息的机理,很多研究成果突显了该类研究的重要地位。近年来,高分辨率的Dendrometer(树木径向生长监测仪)被用于不同环境(从热带至北方森林区)下生长的不同树种,研究树木径向生长机理,揭示树木生长与气候之间的关系,已成为国际研究热点。
本论文结合Dendrometer监测和同步自动气象记录,在祁连山中部地区较早地开展了对祁连圆柏和青海云杉径向生长的监测研究。得出以下结论:
(1)祁连圆柏全年的径向变化过程可以划分为两个时期(Phase1和Phase2)。其中Phase1涵盖了温度主导下的冬季脱水期、冰冻期和春季再水合期3个时段;而Phase2对应着树木正常的生理活动时期,期间的树木径向变化包括树干水分变化和形成层活动两个方面。不同时期的树木径向变化对气候因子具有不同的响应,而两个时期的分界线恰好对应于日际平均气温的0℃线,表明该温度阈值很可能是研究区祁连圆柏正常生理活动的启动温度。
(2)三个海拔点的祁连圆柏在全年的径向变化均高度一致。根据树木径向变化的共同的长期趋势,可以判断出树木生长季大致为4-5月至8-9月,其中5-8月份可以作为研究区祁连圆柏的主要生长季;6月份的平均生长量最大,对应于祁连圆柏的早材形成时期。
(3)三个海拔点的祁连圆柏径向生长速率和全年生长量差异明显。森林下限和森林中部的祁连圆柏生长速率相差不大,且远高于森林上限;森林下限的全年累积生长量最大,而森林上限的最小。需要指出的是,研究区森林上限祁连圆柏的树龄要明显大于森林下限和森林中部的树木,因此这种生长速率与生长量的海拔差异很可能也与树龄的影响有关。
(4)在整个生长季中,三个海拔点的祁连圆柏日际径向生长均与当天的降水呈显著正相关,与最高气温呈负相关,显示出降水对树木径向生长的促进作用,而高温会导致水分亏缺从而抑制树木生长。因此,树木径向生长主要受降水和气温共同作用下的干旱或水分状况限制,而森林下限的祁连圆柏径向生长对干旱的响应最为敏感。
(5)不同海拔的气候因子对树木径向生长的作用机理是一样的,其海拔差异主要体现在不同阶段的气候响应有所不同。在整个生长季中,由两个或两个以上气候因子计算所得的综合指标,例如由平均气温和空气相对湿度共同决定的饱和水汽压差,由降水和最高气温组合而成的干旱指数(P-Tmax)与径向生长的相关更为显著和稳定,反映出树木径向生长是多因素共同作用的结果。
(6)同海拔的青海云杉与祁连圆柏的径向变化基本一致,其中6月份的生长量均为全年最大值,但是青海云杉的生长速率和年累积生长量要远高于祁连圆柏。在5-8月的主要生长季中,青海云杉径向生长与降水和干旱指数(P-Tmax)的正相关要比祁连圆柏更为显著和稳定,表明青海云杉对水分的需求要高于祁连圆柏;然而青海云杉对高温的响应明显不如祁连圆柏敏感,夜间温度和土壤温湿度对青海云杉径向生长的影响更为显著,可能与青海云杉和祁连圆柏立地环境存在差异有关。
在进一步的研究中需要结合Micro-coring(微树芯法)等细胞组织学方法,获取较为精准的树木生长季开始与结束时间;结合V-S或TREE-RING模型进一步探讨树木径向生长对气候因子的响应机理(如气候因子的滞后效应等)。