熊千志, 杜恩在, 薛 峰, 李文卿, 周子建, 趙守棟, 江 源,*

1 北京師范大學(xué)中藥資源保護(hù)與利用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875

2 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部, 北京 100875

水熱條件是影響樹(shù)木生長(zhǎng)的重要生態(tài)因子。早在1941年,Glock就系統(tǒng)地闡述了樹(shù)木年輪與氣溫和降水之間的關(guān)系,并提出了氣候影響樹(shù)木生長(zhǎng)的機(jī)理[1]。樹(shù)木年輪寬度數(shù)據(jù)具有定年精確、連續(xù)性好、分辨率高、易獲取等優(yōu)點(diǎn)[2],并能夠通過(guò)其所反映的樹(shù)木生長(zhǎng)特征來(lái)推斷生長(zhǎng)與氣候關(guān)系[3],因此不僅成為重建古氣候的重要代用指標(biāo),而且也為研究樹(shù)木生長(zhǎng)與水熱因子的相互關(guān)系等提供了有效的科學(xué)手段[4—7]。近百年來(lái)全球變暖明顯,樹(shù)木年輪數(shù)據(jù)在研究樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)方面發(fā)揮了重要作用[8]。

塞罕壩地區(qū)歷史上曾經(jīng)是皇家狩獵場(chǎng)所,分布著一定面積的森林植被[9],但由于歷史上的人為破壞和氣候變化,森林植被幾乎消失殆盡。自20世紀(jì)60年代以來(lái)該地區(qū)開(kāi)始營(yíng)造以華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)和樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)為優(yōu)勢(shì)種的人工針葉林,經(jīng)過(guò)多年堅(jiān)持不懈的努力,現(xiàn)已形成亞洲面積最大的人工林,發(fā)揮著阻擋北部渾善達(dá)克沙地南侵、調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)貧夂颉⒑B(yǎng)水源、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等重要生態(tài)功能。然而,塞罕壩地區(qū)地處農(nóng)牧交錯(cuò)帶,寒冷干旱的大陸性季風(fēng)氣候使樹(shù)木的生長(zhǎng)受到較多限制。之前對(duì)塞罕壩圍場(chǎng)地區(qū)森林與氣候關(guān)系的研究表明,油松(PinustabuliformisCarr)徑向生長(zhǎng)對(duì)當(dāng)?shù)?、6月的平均氣溫的負(fù)響應(yīng)顯著[10]；塞罕壩圍場(chǎng)木蘭林區(qū)華北落葉松的生長(zhǎng)也受區(qū)域干旱限制[11]；此外,有關(guān)毛烏素沙地地區(qū)和塞罕壩地區(qū)樟子松徑向生長(zhǎng)的對(duì)比研究表明,塞罕壩地區(qū)7、8月干旱和春季的快速升溫是限制當(dāng)?shù)卣磷铀缮L(zhǎng)的重要因素[12]。綜上所述,之前的研究表明降水不足以及因春季、夏季高溫所導(dǎo)致的干旱對(duì)塞罕壩地區(qū)林木生長(zhǎng)產(chǎn)生了不利影響。

然而,緯度較高的塞罕壩地區(qū)存在季節(jié)性凍土[13],而凍土地區(qū)的凍融過(guò)程以及與之相聯(lián)系的土壤水勢(shì)變化,對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)有著特殊影響[14—17],故長(zhǎng)期以來(lái)也被認(rèn)為是影響人工林建植的一個(gè)不利因素[18]。之前的相關(guān)研究集中關(guān)注了生長(zhǎng)—?dú)夂蜿P(guān)系,其結(jié)果顯示氣溫和降水導(dǎo)致的水虧缺是樹(shù)木生長(zhǎng)的不利因素。有關(guān)季節(jié)性凍土地區(qū)的地溫條件是否對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)產(chǎn)生影響這一問(wèn)題,尚缺少深入探討。此外,塞罕壩地區(qū)人工林中的優(yōu)勢(shì)種華北落葉松和樟子松分屬兩類不同生活型,二者對(duì)上述影響本區(qū)域人工林建設(shè)的不利因素是否具有相似的響應(yīng)特點(diǎn),是關(guān)系到本地區(qū)人工林是否能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的重要問(wèn)題。

針對(duì)以上科學(xué)問(wèn)題,本文擬采用樹(shù)木年輪生態(tài)學(xué)方法開(kāi)展研究,以期通過(guò)分析輪寬指數(shù)與氣溫、地表溫度、降水量和飽和水汽壓差等氣候要素的相關(guān)關(guān)系,揭示兩個(gè)樹(shù)種的徑向生長(zhǎng)—水熱因子關(guān)系特征,進(jìn)而探討兩樹(shù)種在氣候變化背景下對(duì)塞罕壩地區(qū)生態(tài)條件的適應(yīng)能力,為建設(shè)更加穩(wěn)定的人工林植被提供基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

塞罕壩林場(chǎng)地處內(nèi)蒙古高原和河北北部間山盆地的交匯區(qū)域(圖1),海拔1010—1939.6 m,總面積約930 km2。高原地形使位于中緯度的該地區(qū)在氣候上冬季漫長(zhǎng)寒冷,夏季短暫涼爽。研究區(qū)年平均氣溫為3.1℃,極端最高氣溫29.4℃,極端最低氣溫-25.6℃；年平均地表溫度5.8℃；年均降水量?jī)H378.2 mm,其中6—9月的降水量占全年的77.5%(圖2)；全年平均相對(duì)濕度59.6%,夏季相對(duì)濕度可超70%。自1962年建場(chǎng)以來(lái),塞罕壩地區(qū)開(kāi)始了大面積人工造林,造林的主要針葉樹(shù)種為華北落葉松和樟子松。1962年,林場(chǎng)擁有130 km2的天然次生林,2017年時(shí),林場(chǎng)的林地面積已達(dá)740 km2 [19],森林覆蓋率由14%增長(zhǎng)到80%。

圖1 研究區(qū)概況和采樣點(diǎn)、氣象站位置Fig.1 General situation of study area and location of tree-ring sampling sites and meteorology stations

1.2 樣品采集及年表建立

2016年8月,在塞罕壩木蘭圍場(chǎng)生境相似的兩個(gè)人工林樣地,分別采集了華北落葉松和樟子松樹(shù)輪樣本。采樣時(shí),選擇生長(zhǎng)良好的樹(shù)木,在樹(shù)木胸徑高處分別在順等高線方向和垂直坡面方向分別鉆取樹(shù)木樣芯。每棵樹(shù)采集四個(gè)樣芯,每個(gè)樹(shù)種采樣25棵樹(shù)共100個(gè)可用于分析的樣芯,之后對(duì)采樣過(guò)程中損壞的樣芯予以剔除。采樣信息如表1。

表1 研究區(qū)樹(shù)輪樣芯采樣地信息

樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后依照Stokes等的方法進(jìn)行樣品的預(yù)處理[20]。將樣品晾干、固定后進(jìn)行打磨,并在放大鏡下進(jìn)行交叉定年。使用Lintab年輪測(cè)量?jī)x在0.01 mm的精度下測(cè)量輪寬,之后使用COFECHA程序?qū)y(cè)得的序列進(jìn)行校正[21]。處理后的年輪序列使用ARSTAN程序建立年表,并采用樣條函數(shù)法進(jìn)行擬合,去除樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)樹(shù)輪輪寬的影響。最終建立塞罕壩華北落葉松和樟子松的標(biāo)準(zhǔn)化年表(STD)、差值年表(RES)和自回歸年表(ARS)。由于標(biāo)準(zhǔn)年表包含更多的低頻信息,且剔除了非氣候信號(hào)和生長(zhǎng)趨勢(shì)[22],因此本文采用標(biāo)準(zhǔn)年表進(jìn)行后續(xù)分析,以揭示兩個(gè)樹(shù)種的生長(zhǎng)-水熱因子關(guān)系,以及對(duì)氣候變化的響應(yīng)。

1.3 氣象數(shù)據(jù)收集

距離采樣點(diǎn)較近的氣象站有圍場(chǎng)站、赤峰站和多倫站,鑒于圍場(chǎng)和赤峰氣象站曾分別于2009、1993和2011年有過(guò)遷站歷史[23,24],本研究采用多倫氣象站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。從中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn)下載多倫站1988—2016年的月平均氣溫、月平均最高氣溫、月平均最低氣溫、月降水量、月平均相對(duì)濕度、日平均0 cm地溫、日最高0 cm地溫和日最低0 cm地溫的連續(xù)氣象數(shù)據(jù),通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算得到月平均0 cm地溫(簡(jiǎn)稱月平均地溫)、月平均最高0 cm地溫(簡(jiǎn)稱月平均最高地溫)、月平均最低0 cm地溫(簡(jiǎn)稱月平均最低地溫)和月平均飽和水氣壓差(VPD)。

VPD計(jì)算公式如下：

式中,VPD為飽和水氣壓差；ATm為月平均氣溫；RH為月平均相對(duì)濕度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用皮爾遜相關(guān)分析徑向生長(zhǎng)對(duì)水熱因子的響應(yīng)關(guān)系。由于樹(shù)木的徑向生長(zhǎng)不僅受當(dāng)年,而且受前一年水熱因子的影響[25],本研究選擇上年6月到當(dāng)年9月的月降水量、月均飽和水氣壓差、月平均氣溫、月平均最高、最低氣溫和月平均地溫、月平均最高和最低地溫,與兩樹(shù)種的標(biāo)準(zhǔn)年表數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析。在以上分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)而采用滑動(dòng)相關(guān)分析評(píng)估徑向生長(zhǎng)與水熱因子間關(guān)系的時(shí)間變化特點(diǎn)[26]。生長(zhǎng)—水熱因子關(guān)系呈現(xiàn)正相關(guān),表明該因子數(shù)值高時(shí)對(duì)生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生促進(jìn)作用,呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)則表明該因子數(shù)值增高時(shí)有可能對(duì)生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[27]。

為了避免樹(shù)木幼年生長(zhǎng)數(shù)據(jù)的影響,采用了生長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期的年表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,年表數(shù)據(jù)的公共時(shí)段區(qū)間為1988—2016年。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候變化特征

根據(jù)位于42.25° N,116.22° E,海拔1211 m處的多倫氣象站數(shù)據(jù),本地區(qū)的水熱條件在過(guò)去29年發(fā)生了一定程度的變化(圖2)。從1988—2016年,年平均氣溫、年平均最高和最低氣溫分別以0.2℃/10a、0.21℃/10a和0.07℃/10a的速率上升,0cm深度的平均地溫、平均最低和最高地溫分別以0.89℃/10a、1.88℃/10a的速率上升(P≤0.01)和0.09℃/10a的速率下降；年平均飽和水氣壓差(VPD)以0.27hpa/10a的速率顯著上升(P≤0.01),年降水量變化趨勢(shì)不顯著。在本文獲得的樹(shù)木年輪數(shù)據(jù)所顯示的共同時(shí)間段內(nèi)(1988—2016年),僅0cm深度的年平均和年平均最低地溫和空氣VPD分別表現(xiàn)出以0.89℃/10a、1.88℃/10a和0.27 hpa/10a的速率升高,其余參數(shù)未表現(xiàn)出顯著變化。

圖2 多倫氣象站1988—2016年氣溫、地溫、降水量和VPD年際變化趨勢(shì)與氣溫和降水年內(nèi)變化趨勢(shì)Fig.2 Annual trends of air temperature, surface temperature, precipitation and vapor pressure deficit and monthly variation trend of temperature and precipitation from 1988 to 2016 in Duolun County Meteorology StationATmax：平均最高氣溫；ATmean：平均氣溫；ATmin：平均最低氣溫；STmax：平均最高地溫；STmean：平均地溫；STmin：平均最低地溫；PR：降水量；VPD：飽和水氣壓差

圖3 多倫氣象站月氣候因子年際變化趨勢(shì) Fig.3 Annual trends of monthly climatic factors in Duolun County Meteorology Station

對(duì)月數(shù)據(jù)的多年變化進(jìn)行分析的結(jié)果(圖3)表明,從1988—2016年,3、5、7和8月VPD顯著上升(P≤0.05),其中8月VPD極顯著上升(P≤0.01)；5月平均氣溫和6月平均最低氣溫顯著上升(P≤0.05)；1、3和8—12月的平均地溫顯著上升(P≤0.05),其中1、9、11和12月的平均地溫極顯著上升(P≤0.01)；所有月份平均最低地溫都呈顯著上升趨勢(shì)(P≤0.05),除7和8月外,都表現(xiàn)出極顯著上升趨勢(shì)(P≤0.01)。月數(shù)據(jù)的多年變化趨勢(shì)與年數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)一致。總體來(lái)看,本區(qū)域的氣候表現(xiàn)出向暖干化發(fā)展的特點(diǎn)。

2.2 年表統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析

華北落葉松和樟子松的樹(shù)輪寬度年表參數(shù)如表2所示。其中,華北落葉松年表的平均敏感度(MS)為0.32,樟子松平均敏感度(MS)為0.195,這表明華北落葉松的年表具有相對(duì)更強(qiáng)的高頻信號(hào)。兩個(gè)樹(shù)種年表的一階自相關(guān)系數(shù)(AC)較低,表明其受前一年生長(zhǎng)的影響均相對(duì)較小[22]。兩個(gè)年表所有樣芯的平均相關(guān)系數(shù)(Rtot)數(shù)值較高,表明不同樣芯間的輪寬變化一致性較強(qiáng)。另外,兩年表的第一特征向量百分比(PCI)都較高,表明年表包含了較多的環(huán)境信息。其中,華北落葉松的信噪比(SNR)較高,而樟子松信噪比(SNR)相對(duì)偏低。總的來(lái)說(shuō),兩個(gè)樹(shù)種的樣本總體代表性(EPS)均超過(guò)了90%。

2.3 徑向生長(zhǎng)對(duì)水熱參數(shù)的響應(yīng)

華北落葉松標(biāo)準(zhǔn)年表與各氣候因子的相關(guān)分析顯示(圖4)：(1)氣溫方面,華北落葉松的徑向生長(zhǎng)與當(dāng)年6、7月的平均氣溫和平均最高氣溫,以及上年6、9月的平均最高氣溫均呈顯著負(fù)相關(guān)。(2)地溫方面,其徑向生長(zhǎng)與上年6、9月,當(dāng)年6、7月的平均地溫和平均最高地溫呈顯著負(fù)相關(guān)；而與當(dāng)年1月的平均地溫和平均最低地溫呈顯著正相關(guān)。(3)降水方面,華北落葉松的徑向生長(zhǎng)與上年6月、當(dāng)年2、6、7月的降水均呈顯著正相關(guān),而與8月降水呈顯著負(fù)相關(guān)。(4)VPD方面,徑向生長(zhǎng)與上年6、9月以及當(dāng)年6、7月的VPD均呈顯著負(fù)相關(guān)。

樟子松標(biāo)準(zhǔn)年表與各氣候因子的相關(guān)分析(圖4)表明：(1)氣溫方面,其徑向生長(zhǎng)與當(dāng)年6月的平均氣溫,當(dāng)年7月的平均最高氣溫均呈顯著負(fù)相關(guān)；與當(dāng)年8月的平均氣溫呈顯著正相關(guān)。(2)地溫方面,徑向生長(zhǎng)與當(dāng)年7月的平均最高地溫呈顯著負(fù)相關(guān)；與當(dāng)年8月的平均地溫和上年12月、當(dāng)年5、7、8月的平均最低地溫呈顯著正相關(guān)。(3)降水方面,與上年和當(dāng)年8月降水均呈顯著負(fù)相關(guān)；與當(dāng)年7月降水呈顯著正相關(guān)。(4)VPD方面,與當(dāng)年7月的VPD呈顯著負(fù)相關(guān)。

表2 標(biāo)準(zhǔn)年表統(tǒng)計(jì)參數(shù)

圖4 兩樹(shù)種標(biāo)準(zhǔn)年表與月氣候因子相關(guān)分析結(jié)果Fig.4 Correlation coefficient between chronologies and monthly climatic factors

2.4 徑向生長(zhǎng)受水熱因子影響的時(shí)間變化特征

在上述相關(guān)分析的基礎(chǔ)上,我們對(duì)其中的顯著相關(guān)月份中的生長(zhǎng)-水熱因子關(guān)系進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)分析,以揭示其關(guān)系隨時(shí)間的變化特征。參考前人研究[10],選擇11年進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān),對(duì)兩樹(shù)種進(jìn)行對(duì)比分析。

華北落葉松的滑動(dòng)相關(guān)分析結(jié)果(圖5)顯示：除平均最低地溫和平均最低氣溫之外,徑向生長(zhǎng)與溫度因子和VPD的關(guān)系在整個(gè)時(shí)期內(nèi)以負(fù)相關(guān)為主,且以當(dāng)年7月的負(fù)相關(guān)最為典型,與7月平均最低地溫的關(guān)系也表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)為主的特點(diǎn)；徑向生長(zhǎng)與溫度因子正相關(guān)為主的關(guān)系,表現(xiàn)在與9月平均最低氣溫、1月平均地溫、當(dāng)年1月、5月和8月的平均最低地溫；與降水的關(guān)系,除8月份呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)之外,總體表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系。

樟子松的滑動(dòng)相關(guān)分析結(jié)果(圖6)顯示：除平均最低地溫之外,徑向生長(zhǎng)與大部分溫度因子和VPD主要在當(dāng)年6月和7月呈負(fù)相關(guān),與最低平均氣溫在當(dāng)年9月呈負(fù)相關(guān)；與溫度因子呈正相關(guān)為主的關(guān)系,表現(xiàn)在與8月的平均氣溫和平均地溫,以及幾乎全部參與分析月份的平均最低地溫；與降水的關(guān)系呈現(xiàn)出在2月、6月和7月以正相關(guān)為主,8月則以負(fù)相關(guān)為主。

圖5 華北落葉松與各氣候因子顯著相關(guān)月份的滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)Fig.5 Moving correlation coefficients between significantly correlated monthly climatic factors and chronologies of Larix principis-rupprechtiic：前一年；黑色圓圈表示顯著相關(guān)P<0.05

圖6 樟子松與各氣候因子顯著相關(guān)月份的滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)Fig.6 Moving correlation coefficients between significantly correlated monthly climatic factors and chronologies of Pinus sylvestris var. mongolicac：前一年；黑色圓圈表示顯著相關(guān)P<0.05

3 討論

樹(shù)木生長(zhǎng)與水熱因子的關(guān)系,既與水熱因子時(shí)空差異有關(guān),也與樹(shù)木本身的生理生態(tài)特性相關(guān)[28]。本文所研究的華北落葉松和樟子松分別屬于落葉針葉樹(shù)和常綠針葉樹(shù)兩類不同生活型的樹(shù)種。來(lái)自于樹(shù)木生理方面的研究結(jié)果表明,落葉松較之于常綠針葉樹(shù)而言,不僅每年的光合作用產(chǎn)物形成和分配受長(zhǎng)葉和落葉影響,而且其在水分平衡方面同時(shí)具有蒸騰丟失水分和根系吸收水分能力較強(qiáng)的特征[29]。

3.1 兩樹(shù)種徑向生長(zhǎng)對(duì)水熱條件響應(yīng)的相似性

兩樹(shù)種徑向生長(zhǎng)對(duì)氣候因子的響應(yīng)具有一定的相似性,表現(xiàn)在兩樹(shù)種徑向生長(zhǎng)都受到夏季6、7月高溫干旱的限制、8月過(guò)多降水的限制(圖4)。夏季6、7月份是華北地區(qū)樹(shù)木徑向生長(zhǎng)最旺盛的時(shí)期[30,31],夏季的高溫會(huì)導(dǎo)致植物過(guò)強(qiáng)的蒸騰,氣孔關(guān)閉,植物光合作用減弱,從而形成窄輪[5,32,33]。而樹(shù)木徑向生長(zhǎng)與8月降水的負(fù)相關(guān),可能是因當(dāng)?shù)?月的充盈降水(圖1)導(dǎo)致輻射量不足,樹(shù)木的營(yíng)養(yǎng)積累減少,形成窄輪,甚至影響到下一年的生長(zhǎng)[34]。這種由于高溫導(dǎo)致的干旱影響也可以通過(guò)兩個(gè)樹(shù)種徑向生長(zhǎng)與5、6、7月降水量正相關(guān),以及與6、7月VPD的負(fù)相關(guān)得以佐證。與氣候條件的這種響應(yīng)關(guān)系,在整個(gè)研究時(shí)段上表現(xiàn)得相對(duì)穩(wěn)定。

地溫方面,在生長(zhǎng)旺盛時(shí)期的6、7月,平均地溫和最高平均地溫的影響與氣溫的影響相似,呈現(xiàn)與徑向生長(zhǎng)的負(fù)相關(guān),即較高的溫度會(huì)通過(guò)引起水分土壤水分虧缺而限制徑向生長(zhǎng)。上年12月、當(dāng)年1月和5月份平均地溫和平均最低地溫與兩樹(shù)種的徑向生長(zhǎng)更多地表現(xiàn)為正相關(guān),這很可能與研究區(qū)存在季節(jié)性凍土有關(guān)。塞罕壩地處中緯度稍偏北位置,加之區(qū)內(nèi)整體海拔較高,是華北地區(qū)季節(jié)性凍土的分布地區(qū)[13]。冬季較低的地溫將有可能導(dǎo)致凍土對(duì)樹(shù)木根部的傷害[35]。而5月份作為樹(shù)木生長(zhǎng)過(guò)程中形成層開(kāi)始活動(dòng)的重要時(shí)期[36],快速上升的氣溫加速了樹(shù)木的蒸騰作用,而此時(shí)較低的地溫卻限制了樹(shù)木根系的水分吸收過(guò)程,導(dǎo)致樹(shù)木經(jīng)受生理干旱,對(duì)徑向生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。

3.2 兩樹(shù)種徑向生長(zhǎng)對(duì)水熱條件響應(yīng)的差異

氣溫方面,華北落葉松對(duì)9月最低平均氣溫表現(xiàn)出正相關(guān)特征,樟子松表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)特征；兩個(gè)樹(shù)種對(duì)8月份的平均氣溫的響應(yīng)卻表現(xiàn)出與此相反的特點(diǎn)；地溫方面,較為突出的差異表現(xiàn)在8月的平均地溫與落葉松徑向生長(zhǎng)表現(xiàn)為負(fù)相關(guān),而與樟子松呈現(xiàn)出穩(wěn)定的正相關(guān)。

兩個(gè)樹(shù)種徑向生長(zhǎng)在秋季表現(xiàn)出來(lái)的對(duì)水熱條件響應(yīng)的差異,顯現(xiàn)出二者在生理生態(tài)方面的差異。水分生理生態(tài)方面的研究表明[37],落葉松的蒸騰失水不僅對(duì)大氣VPD變化較為敏感,而且由此形成的蒸騰拉力導(dǎo)致的根系吸水力也較強(qiáng)。相對(duì)而言,樟子松的針葉具有較厚的角質(zhì)層且氣孔深陷,其水分平衡趨向于采取保守的策略,蒸騰對(duì)VPD的敏感性不高,因此與蒸騰拉力相關(guān)聯(lián)的吸水力也相對(duì)偏弱。兩個(gè)樹(shù)種在水分利用方面的這種差異,導(dǎo)致了落葉松對(duì)秋季(8月)平均地溫的關(guān)系具有負(fù)相關(guān)特點(diǎn),即如果土溫偏高,蒸散量大,土壤水分含量降低,會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)受到抑制。對(duì)于樟子松而言,與蒸騰拉力相聯(lián)系的吸水力偏小,如果地溫在秋季降低幅度較大,則容易對(duì)該樹(shù)種產(chǎn)生生理干旱,進(jìn)而抑制其生長(zhǎng)；而此時(shí)如果氣溫偏高不僅會(huì)因蒸騰較強(qiáng)而使水分虧缺程度增強(qiáng),而且會(huì)因較高的呼吸速率而消耗更多的光合產(chǎn)物,從而使徑向生長(zhǎng)受到更強(qiáng)抑制。從對(duì)氣溫的響應(yīng)差異看,代表秋季的夜間溫度的最低平均地溫不利于華北落葉松的徑向生長(zhǎng),其原因很可能是因?yàn)榈蜏丶铀俾淙~松的落葉使生長(zhǎng)提前結(jié)束。

3.3 區(qū)域增溫對(duì)兩樹(shù)種徑向生長(zhǎng)的可能影響

本研究分析了1987以來(lái)年內(nèi)各月份水熱參數(shù)的時(shí)間的變化趨勢(shì),通過(guò)分析一方面可以看出,生長(zhǎng)季前期(3—5月)和生長(zhǎng)季后期(7—8月)VPD呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢(shì),秋冬季節(jié)(前一年11—12月,當(dāng)年1—3月)的平均地溫呈現(xiàn)升高趨勢(shì),以及平均最低地溫普遍出現(xiàn)增高趨勢(shì)(圖3)。另一方面本文的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明,樟子松的徑向生長(zhǎng)與平均最低地溫基本呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,與平均地溫在8月份呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,在當(dāng)年1月和前一年的夏秋季節(jié)的一些時(shí)期也呈現(xiàn)出正相關(guān)特征。因此,從多年變化最普遍的平均地溫和平均最低地溫的增溫趨勢(shì)看,如果未來(lái)保持這種特點(diǎn)不變,樟子松的生長(zhǎng)可能獲得較大的促進(jìn),相對(duì)于華北落葉松其競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)相對(duì)增強(qiáng)。由此,也可推斷,常綠的樟子松是未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)更適合于在塞罕壩地區(qū)進(jìn)行植樹(shù)造林的地方性樹(shù)種。

4 結(jié)論

(1)塞罕壩林場(chǎng)華北落葉松樹(shù)輪年表和樟子松樹(shù)輪年表的樣本總體代表性(EPS)均超過(guò)0.9,是研究樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候要素響應(yīng)的可靠材料。

(2)塞罕壩地區(qū)人工林徑向生長(zhǎng)均表現(xiàn)出主要受到當(dāng)?shù)叵募镜母邷馗珊得{迫和深秋至冬季偏低地溫的不利影響。由于兩樹(shù)種對(duì)環(huán)境適應(yīng)特征的差異,相比較而言,華北落葉松受干旱脅迫強(qiáng)于樟子松,而樟子松受較低地溫的脅迫強(qiáng)于華北落葉松。

(3)在塞罕壩區(qū)域增溫的背景下,樟子松的穩(wěn)定性可能較高,與華北落葉松相比或許是更適合于作為塞罕壩人工林營(yíng)造的樹(shù)種。