林廷武，劉小飛，林偉盛，熊德成，胥 超，林成芳，陳仕東，楊玉盛

(濕潤(rùn)亞熱帶山地生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，福州350007)

IPCC第4次評(píng)估指出，到21世紀(jì)末，全球平均氣溫將升高1.1～6.4℃，氣候變暖將對(duì)陸地植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生重要而深遠(yuǎn)的影響［1］。研究表明，氣候變暖對(duì)溫帶森林物候節(jié)律具有誘導(dǎo)作用，使植物生長(zhǎng)提前、休眠推遲從而增加生態(tài)系統(tǒng)碳吸存［2-3］，同時(shí)也會(huì)改變草本植物的群落組成［4］，甚至降低種子的萌芽率［5］。與寒帶和溫帶物種不同，熱帶和亞熱帶地區(qū)物種生長(zhǎng)區(qū)域溫度季節(jié)性變化小、氣候條件相對(duì)穩(wěn)定［6］。因此，熱帶、亞熱帶植物對(duì)溫度適應(yīng)范圍相對(duì)較窄，從而限制了植物對(duì)氣候變化的適應(yīng)潛力［7-8］。有限的研究表明，熱帶地區(qū)氣候變暖將降低植物的最大光合作用速率，而且對(duì)成熟樹(shù)木的影響大于藤本植物［9］，甚至有些植物出現(xiàn)頂端枯死或死亡現(xiàn)象［10-11］。杉木是中國(guó)南方地區(qū)的主要人工造林樹(shù)種，栽培歷史悠久，其面積占中國(guó)人工林面積的21.35%［12］。因此，采用土壤增溫方法探討杉木的生長(zhǎng)對(duì)未來(lái)氣候變暖的響應(yīng)，可為中國(guó)杉木人工林經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

［13］。

1.2 實(shí)驗(yàn)處理與內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)小區(qū)面積2 m×2 m，設(shè)增溫 (W)與對(duì)照 (CK)2種處理，每種處理5個(gè)重復(fù)。2013年10月在小區(qū)地表10 cm深處安裝加熱電纜，平行布設(shè)，間距20 cm;2013年11月種植杉木幼苗，每個(gè)小區(qū)種植4棵杉木苗，每棵杉木幼苗分別距小區(qū)邊緣50 cm處，種植在2條電纜 (20 cm)中間處，分別標(biāo)號(hào)標(biāo)記;2014年3月31日進(jìn)行觀測(cè) (3月份開(kāi)始增溫)，土壤增溫幅度為5±0.5℃。

地徑每月月底 (30或31號(hào))觀測(cè)1次，樹(shù)高、側(cè)枝 (選取一條側(cè)枝)生長(zhǎng)量每月10、20和30號(hào)(或31號(hào))觀測(cè)1次，換算成年、日生長(zhǎng)率。采用數(shù)據(jù)時(shí)間為2014-03-31—2014-08-31。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS17.0的One-Way ANOVA檢驗(yàn)不同處理間地徑、樹(shù)高和側(cè)枝生長(zhǎng)量的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤增溫對(duì)溫度與含水量的影響

土壤增溫條件下，不同時(shí)期增溫樣地土壤溫度均高于對(duì)照，W均溫為31.57℃，CK為26.33℃，溫差5.24℃，達(dá)到預(yù)期效果 (圖1a);W處理土壤含水率為20.39%，與CK相比W處理土壤含水量降低17.7%(圖1b)。

2.2 土壤增溫對(duì)杉木長(zhǎng)勢(shì)的影響

3—6月土壤增溫促使杉木林下植被生長(zhǎng)速率加快;7—8月受高溫影響，土壤增溫土壤含水率降低 (圖1b)，土壤有機(jī)質(zhì)分解速率和養(yǎng)分受到限制，杉木無(wú)法得到足夠的水分和養(yǎng)分，從而影響杉木生長(zhǎng)并發(fā)生杉木葉片變黃現(xiàn)象，杉木生長(zhǎng)速率變慢，生產(chǎn)力降低 (圖2)。

2.3 增溫對(duì)杉木地徑生長(zhǎng)的影響

由圖3a可知，整個(gè)觀測(cè)期間CK與W處理地徑日均生長(zhǎng)量?jī)烧咧g無(wú)顯著差異 (CK為2.12 mm·d－1，W為1.96 mm·d－1)，但在不同時(shí)期CK與W處理間日均生長(zhǎng)速率并不相同。4—6月份每月地徑日均生長(zhǎng)量無(wú)顯著差異，7—8月份W處理地徑日均生長(zhǎng)量分別為2.57 mm·d－1和 2.24 mm·d－1，與 CK 相比W處理地徑日均生長(zhǎng)量分別降低20.4%和30.5%。圖3b中看出，3—8月W與CK地徑總生長(zhǎng)量無(wú)顯著差異。

圖1 土壤增溫與對(duì)照溫度、含水率變化Figure 1 Soil temperature and moisture changes caused by warming

圖2 增溫與對(duì)照生長(zhǎng)情況Figure 2 The growth comparison of warming and control

圖3 增溫與對(duì)照地徑生長(zhǎng)量變化Figure 3 Ground diameter changes caused by warming

2.4 增溫對(duì)杉木樹(shù)高生長(zhǎng)的影響

由圖4a可知，整個(gè)觀測(cè)期間CK與W處理杉木樹(shù)高生長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致，并且日均樹(shù)高生長(zhǎng)量無(wú)顯著差異 (CK為0.72 cm·d－1，W為0.71 cm·d－1)。2種處理杉木生長(zhǎng)在4月底 (W:1.25 cm·d－1，CK:1.19 cm·d－1)和7月底 (W:1.31cm·d－1，CK:1.64 cm·d－1)2個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)生長(zhǎng)小高峰。在不同時(shí)間段CK與W處理日均生長(zhǎng)速率并不相同，7月20日、7月31日、8月10日、8月31日W處理日均生長(zhǎng)值分別為 0.54 cm·d－1、1.31 cm·d－1、0.36 cm·d－1、0.60 cm·d－1，與 CK相比 W生長(zhǎng)量分別降低 53.6%、20.0%、48.6%、54.8%。圖4b中看出，3月31日—7月20日W與CK樹(shù)高總生長(zhǎng)量一致，而7月31日—8月31日CK生長(zhǎng)量高于W，與CK相比W總生長(zhǎng)量降低11.58%，但差異不顯著。

圖4 增溫與對(duì)照樹(shù)高生長(zhǎng)量變化Figure 4 Height changes caused by warming

2.5 增溫對(duì)杉木側(cè)枝生長(zhǎng)的影響

由圖5a可知，觀測(cè)期間(4—8月)CK與W處理杉木側(cè)枝生長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致，并且日均樹(shù)高生長(zhǎng)量無(wú)顯著差異(CK 為 0.42 cm·d－1，W 為0.31 cm·d－1)。2種處理在5月 初 (CK:1.51 cm · d－1，W:1.29 cm·d－1)生長(zhǎng)速率較快，出現(xiàn)小高峰。在不同時(shí)期，2種處理日均生長(zhǎng)速率并不相同，6月20號(hào)W處理日均生長(zhǎng)速率為0.96 cm·d－1，與CK相比，W生長(zhǎng)速率提高64.6%。6月 30號(hào)、7月 20日、7月31日、8月31日 W處理日均生長(zhǎng)速率分別為0.27 cm · d－1、0.11 cm · d－1、0.33 cm·d－1、0.04 cm·d－1，與CK相比，W處理生長(zhǎng)速率分別降低 58.3%、76.6%、21.7%、89.5%。圖5b可知，3月—8月CK與W總生長(zhǎng)量無(wú)顯著差異。

圖5 增溫與對(duì)照側(cè)枝生長(zhǎng)量變化Figure 5 Lateral branch changes caused by warming

3 小結(jié)

土壤增溫改變了杉木生長(zhǎng)節(jié)律，甚至使杉木葉片變黃。土壤增溫5個(gè)月之后杉木地徑日均生長(zhǎng)速率降低20.4% ～30.5%，顯著低于CK處理;CK處理杉木樹(shù)高日均生長(zhǎng)速率為0.36～1.31 cm·d－1，與CK相比，W使杉木樹(shù)高日均生長(zhǎng)速率降低20.0%～54.8%;杉木側(cè)枝生長(zhǎng)在5月底CK和W處理均出現(xiàn)生長(zhǎng)小高峰，至7月份開(kāi)始，W處理杉木側(cè)枝日均生長(zhǎng)速率為0.04～0.33 cm·d－1，比CK處理生長(zhǎng)速率低21.7%～89.5%。因此，在未來(lái)氣候變暖背景下，亞熱帶地區(qū)杉木人工林生長(zhǎng)可能會(huì)受到限制，降低杉木生長(zhǎng)速率，進(jìn)而降低杉木生產(chǎn)力，降低杉木人工林碳匯能力。

參考文獻(xiàn) (References):

［1］IPCC．Climate change:The physical science basis．Contribution of working group Ito the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change［R］．Cambridge:Cambridge University Press，2007．

［2］Clark J S，Melillo J，Monhan J，et al．The seasonal timing of warming that controls onset of the growing season ［J］．Global Change Biology，2014，20(4):1136-1145．

［3］Keenan T F，Gray J，F(xiàn)riedl M A，et al．Net carbon uptake has increased through warming-induced changes in temperate forest phenology［J］．Nature Climate Change，2014，4(7):598-604．

［4］Hoeppner SS，Dukes J S．Interactive responses of old-field plant growth and composition to warming and precipitation［J］．Global Change Biology，2012，18(5):1754-1768．

［5］Hoyle G L，Venn SE，Steadman K J，et al．Soil warming increases plant species richness but decreases germination from the alpine soil seed bank［J］．Global Change Biology，2013，19(5):1549-1561．

［6］Wright SJ，Muller-Landau H C，Schipper J．The future of tropical species on a warmer planet［J］．Conservation Biology，2009，23(6)，1418-1426．

［7］Ghalambor C K，Huey R B，Martin PR，et al．Are mountain passes higher in the tropics?Janzen's hypothesis revisited［J］．Integrative and Comparative Biology，2006，46(1)，5-17．

［8］Hoffmann A A．Physiological climatic limits in Drosophila:patterns and implications［J］．Journal of Experimental Biology，2010，213(6):870-880．

［9］Doughty C E．An in situ leaf and branch warming experiment in the Amazon［J］．Biotropica，2011，43(6):658-665．

［10］Zhou X H，F(xiàn)u Y L，Zhou L Y，et al．An imperative need for global change research in tropical forests［J］．Tree Physiology，2013，33(9):903-912．

［11］Cheesman A W，Winter K．Growth response and acclimation of CO2exchange characteristics to elevated temperatures in tropical tree seedlings［J］．Journal of Experimental Botany，2013，64(12):3817-3828．

［12］The State Forestry Administration．China's Forest Resources Report:The Seventh National Resources Inventory［M］．2009:27．［國(guó)家林業(yè)局．中國(guó)森林資源報(bào)告—第七次全國(guó)資源清查 ［M］．2009:27．］

［13］Liu Xiao-fei，Lin Ting-wu，Xiong De-cheng，et al．Interactive responses of undergrowth vegetation biomass in Chinese-fir to soil warming and precipitation separation［J］．Journal of Subtropical Resources and Environment，2014，9(3):92-95．［劉小飛，林廷武，熊德成，等．土壤增溫及隔離降雨對(duì)杉木幼林林下植被生物量的影響 ［J］．亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，9(3):92-95．］