贵州典型森林优势种树木年轮和生物量与生产力重建及其对气候变化的响应

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利用贵州3个地区典型森林(2个常绿与落叶阔叶混交林和1个典型常绿阔叶林)6个优势树种(天龙山:化香树Platycarya strobilacea,安顺润楠Machilus cavaleriei;茂兰:化香树Platycarya strobilacea,马尾松Pinus massoniana;雷公山:华山松Pinus armandii,白梓树Pterostyrax psilophyllus)的树轮宽度资料,建立了6个树轮宽度年表,分析了树木径向生长特点,结合树木生物量方程重建了以树木个体为单元的地上生物量(AGB)与地上净初级生产力(ANPP)。比较了喀斯特与非喀斯特地区AGB与ANPP的差异;并分析了过去50年来的气候变化对树木的径向生长以及ANPP产生的影响。  本研究是对南方地区特别是喀斯特地貌区的树木年轮研究的首次尝试,能加深我们对喀斯特地区植物生长、生产力动态变化与碳循环过程的了解,为非常态地貌的碳循环研究奠定生态学基础。通过分析气候变化对树木径向生长以及地上生产力的影响,对了解喀斯特与非喀斯特地区树木生长的限制条件具有参考意义。  本文得出主要结论如下:  (1)大部分树种树龄较短,除茂兰喀斯特地区的化香树和非喀斯特地区的白梓树超过了100年之外,其它树种均在40~60年之间。平均轮宽在阔叶树种与针叶树种内均较接近,但后者平均轮宽明显大于前者;而且,喀斯特地区树种平均轮宽均小于非喀斯特地区树种。三个地区的六个树种的树轮年表相关性较小,反映出各地环境的差异,可能导致树轮信号不同步。季风期前的上一年12月~当年4月份的月降水减少,以及上一年9月~当年4月的月均温过高,是抑制喀斯特地区树木径向增长的主要气候因素。帕尔默干旱指数(PDSI)代表的湿润度变化只与两个喀斯特地区化香树的径向生长为显著正相关(p<0.05),而对大部分树木生长并不构成限制条件。冬春季节的降水增加,并未使PDSI产生与冬春季节的降水类似的响应信号,说明了冬春季节的降水变化与PDSI的变化并不同步,对树木径向生长的影响有限。非喀斯特地区采样点较高海拔改变了季风前的降水格局,消除了季风到来前生长的降水限制,未受到降水和PDSI的限制,而高海拔造成的低温是非喀斯特树木,特别是针叶树径向生长的主要因素。非喀斯特高海拔地区的针叶树的径向生长受到上一年12月的温度控制,产生正响应信号,而非喀斯特高海拔地区的阔叶树径向生长则与温度、降水变化信号不同步,表明非喀斯特针叶树比阔叶树对温度和降水信号更敏感。  (2)喀斯特地区同一时期树木地上生物量及其变异幅度均远小于非喀斯特地区树木,变异性大小为天龙山<茂兰<雷公山。喀斯特地区阔叶树ANPP近50年变化较为缓慢,每株ANPP平均值小于5kg/a,而针叶树ANPP大于阔叶树,且增长趋势更快,达到每株15kg/a。喀斯特地区树种的ANPP却远不及非喀斯特地区树种。2000~2015年,喀斯特阔叶树和针叶树ANPP平均值分别为3.5kg/a/indv和9.0kg/a/indv,显著低于非喀斯特地区的10.8kg/a/indv和20.4kg/a/indv。且2015年,喀斯特地区阔叶树AGB平均为131.7kg/indv,针叶树为174.2kg/indv,而非喀斯特地区针叶树高达521.7kg/indv,阔叶树高达232.7kg/indv。ANPP由大到小分别为:非喀斯特针叶树>非喀斯特阔叶树≈喀斯特针叶树>喀斯特阔叶树。喀斯特树种ANPP的增长趋势与温度的相关性高于生长季降水,过去50年来年均温升高促进生产力增长,与树轮宽度分析结果比较,生长季前的温度升高对喀斯特树木径向生长不利,因此,年均温升高对树木生长促进作用可能为生长季温度升高的贡献,而与生长季降水相关性不显著,这与树轮宽度对生长季降水无显著相关性的分析结果一致,其中天龙山化香树的ANPP与气象指标的相关性不显著。非喀斯特树木ANPP与生长季降水显著相关,受生长季前降水影响不显著,且非喀斯特针叶树与同地区阔叶树相比,对年均温更敏感。
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