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高山林线作为一种生态交错区,对气候变化响应敏感,是全球变化研究的热点领域之一。本文针对全球变暖背景下高山林线是否会上升,林线种群结构是否会发生变化等问题在西藏的高山森林区开展了树轮年代学研究。研究从两个角度展开：通过对比定结县不同海拔带和林线上的喜马拉雅冷杉的生长和更新特点及其与气候因素之间的关系,来探讨高山森林的动态历史；通过在昌都地区三个川西云杉林线的样方调查,从局地.区域的多尺度上,利用样方内川西云杉空间位置信息和种群更新历史来探讨高山林线的动态历史。
在第一个研究角度方面：不同海拔带高山森林动态的对比研究,有利于生动地突出林线种群更新生长是否具有独特性,以更加全面地认识高山森林系统对全球变暖的响应,并为高山森林系统保护和维持提供理论依据。本研究通过在珠穆朗玛峰自然保护区定结县内的喜马拉雅冷杉(Abiesspectabilis)林内的四个海拔上的野外样方调查,经过对树木年轮的室内测量和分析,重建了不同海拔带上喜马拉雅冷杉的种群更新历史:在二十世纪五十年代以前,林线处冷杉更新稀少,五十年代以后,冷杉更新显著；在二十世纪五十年代以前,其它海拔带的冷杉种群则以周期性更新为显著特点,存在1-2次的更新高峰,五十年代以后则没有或者很少有冷杉更新。喜马拉雅冷杉树木更新历史与气候因子和生态干扰历史的关系表明:喜马拉雅冷杉在林线处的更新主要受夏季温度控制；林线处冷杉受益于近几十年的气候变暖,尤其是夏季温度的升高而有显著更新；由于竞争作用的影响,冷杉在垂直分布的中部和下部的更新主要依靠干扰作用提供的空间而发生,然而近几十年里并没有较大规模的干扰事件,所以森林中部的冷杉在二十世纪五十年代后没有明显更新,在冷杉分布下限仅仅有少量的冷杉幼苗更新。利用树木年轮气候学方法以定结县周边的亚东地区的高山柏(Sabinasquamata)树木年轮宽度指标为基础,重建了过去307年的夏季温度变化历史,分析了重建序列的均值突变和周期性特点,并进一步与冷杉高山林线更新历史进行了对比分析。夏季温度的周期性分析显示,该地区夏季温度存在一个40年左右的显著周期。夏季温度历史与林线更新历史的对应关系表明连续数年温暖的夏天有利于珠峰地区冷杉林线更新。IPCC(2007)报告指出:随着全球变暖的持续发展,高海拔地区的变暖幅度将高于全球平均水平。根据本研究所得结果,在未来气候变暖过程中,林线处冷杉生长和更新将会受惠于气候变暖,而在中低海拔带,冷杉生长则会由于高温带来的干旱胁迫增加而受到更大的威胁。
在第二个研究角度方面：高山林线复杂的地形、气候和土壤等因素构成了极其复杂的环境,为了真实全面地揭示高山林线的动态变化特征,我们研究了昌都地区丁青县和类乌齐县的三条川西云杉(Picea likiangensis vat.balfouriana)林线,重建了过去几百年的林线空间动态变化历史。昌都地区川西云杉林线的树线(treeline)海拔大约在4350米(丁青县昌娘林线(CNT))到4499米(丁青县当堆乡林线(DDT))之间。从二十世纪初开始,三条川西云杉林线的种群密度增加。林线在二十世纪初有了一次不同程度的树线(treeline)上升过程,丁青县当堆乡林线(DDT)的树线高度在二十世纪初比之前上升了大约25米,在类乌齐县的宾达乡林线(BDT)和丁青县的昌娘林线(CNT)的树线位置仅上升了大约10米或者不足10米。三个林线的一个共同特点是在二十世纪初到现在的近一个世纪里,树线位置并没有在全球加速变暖的背景下出现迅速上升的响应。坡向等地形因素很可能是影响林线对气候变暖响应的一个重要因素。此外,土壤营养元素在空间上的异质性斑块和复杂的小地形相组合,构成了丰富多样的小生境,只有在适宜的小生境中的川西云杉幼苗才能成功存活生长成成树,这些复杂的生境格局在高寒环境下形成了若干“避难所”,使林线对气候变化的响应产生了缓冲作用。根据丁青县昌娘林线树轮资料重建的过去250年夏季温度历史,二十世纪初的三十年是高于历史平均的温暖期,很有可能是当时树线上升的原因。此地区近代的夏季升温虽然达到历史高位,但是仅与二十世纪初暖期相持平,这也可能是近一个世纪来昌都地区川西云杉树线没有升高的一个重要原因。通过不同角度角度、多尺度的高山林线样方调查,研究了全球变暖背景下青藏高原高山林线的动态,分析了影响高山林线动态的主要因素,并探讨了高山林线的动态变化机理,研究结果为预测和管理未来气候持续变暖背景下的青藏高原高山森林生态系统提供了理论基础和数据支持。