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乔木群落是森林生态系统的最重要组成成分,树木生长和林分生产力对森林生态系统的稳定有至关重要的作用。长白山自然保护区位于我国吉林省与朝鲜的交界处,巨大的海拔落差形成山地垂直植被带以及历史等人为因素保存的原始森林,使得该区成为东北亚地区最具代表性的森林生态系统。过去半个世纪,以气温升高为主要特征的气候变化对全球森林生态系统造成了巨大影响。研究长白山自然保护树木生长及林分生产力的近五十年的变化情况,同时探究该区域乔木群落对气候变化的响应,不仅有利于了解气候变化对长白山地区森林生态系统的影响,为预测未来气候变化条件下该区森林生态系统的变化提供依据,也为我国东北地区、乃至整个东北亚地区的森林生态系统的经营管理提供科技支撑。
利用树木年代学的方法,结合样地调查和维量方程的方法,本研究对长白山自然保护区沿海拔梯度的红松生长状况、红松和鱼鳞云杉分布上限树木径向生长的变化情况、以及乔木群落近五十年净初级生产力的变化情况进行了分析,同时探究气候变化对该区域乔木群落生产力、主要树种生长及分布的影响。
(1)三个海拔梯度的红松径向生长均体现了受共同大气候模式影响的一致变化模式。随着海拔的升高,温度对红松生长的限制作用逐渐增强,升温对红松生长的促进作用随水分条件的改变而波动;生长季降水有利于所有海拔梯度的红松生长,年表中包含的水分信号受到采样点地形和土壤因素的影响。随着水热条件的改变,影响红松生长的主要气象因子发生变化:水分充足时,升温有利于红松生长;降水减少时,水分成为限制因子,升温不利于红松生长。
(2)在树种分布上限区域,红松年轮宽度具有与温度升高相一致的趋势,而鱼鳞云杉年轮宽度则出现随温度升高而下降的“分离现象”。对水热条件的正响应是分布上限红松年表与温度保持一致的关键:生长季的温度和降水的增加对上限红松的生长有促进作用,且二者对树木生长的有利效应有相互促进的现象;生长季的延长也有利于红松的生长。升温导致的水分胁迫是造成上限分布的鱼鳞云杉年轮宽度与温度变化趋势相反的重要因素:分布上限的鱼鳞云杉年表与大多数温度指标均呈负相关关系;随温度升高,年表与年降水、尤其春季降水的相关性逐渐由负转正;各月的高温以及生长季中后期的少雨是形成上限鱼鳞云杉窄轮的主要气侯因素,而较低的各月温度以及生长季后期充足的降水则有利于上限鱼鳞云杉的生长;此外生长季长度没有变化也可能是造成鱼鳞云杉年表序列对温度变化敏感性下降的重要因素。据此,我们推测气温升高以及降水无显著变化的当前气候变化模式有利于分布上限红松的生长,其分布上界可能会上移;但不利于上限鱼鳞云杉的生长,其分布范围发生随温度升高上移的可能性较小。
(3)长白山自然保护区三种林型的乔木生产力近五十年的变化模式不同:低海拔阔叶红松林呈现较稳定的增长趋势;中海拔云冷杉红松林体现为稳定的波动变化;高海拔的云冷杉林呈现波动上升的趋势。三种林型中,中海拔的云冷杉红松林的生产力水平最低;在海拔水平上,林型间的过渡区域生产力水平最低。三种林型的生产力最高水平都出现在水热条件最充足的情况下。高海拔的云冷杉林的生产力变幅最大,其次是低海拔的阔叶红松林,中海拔的云冷杉红松林生产力水平变幅最小。