趙國清,信忠保,*,柳金昊,劉亞玲,黃艷章,李宗善

1 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,北京 100083 2 北京林業(yè)大學(xué)山西吉縣森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站,北京 100083 3 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085

IPCC第六次報(bào)告顯示,自1850-1900年以來,全球地表的平均溫度已上升約1℃,并指出全球未來20年的平均氣溫預(yù)計(jì)升溫或?qū)⒊^1.5℃[1]。氣候變暖會導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化[2-3],尤其是在中高緯度以及高海拔區(qū)域,海拔通過影響水熱分配,進(jìn)而影響樹木的徑向生長[4]。高原氣候及其生態(tài)環(huán)境和地表特征對全球變化的響應(yīng)敏感,而且高原本身的變化反過來又作用于高原鄰近地區(qū),甚至遠(yuǎn)離高原的地區(qū)。已有研究表明,青藏高原是全球溫度上升最快的區(qū)域之一,該地區(qū)增溫比全球變暖提前了大約30年[5-8]。瀾滄江源區(qū)是青藏高原的一部分,地域遼闊,地形復(fù)雜,是世界高海拔地區(qū)生物多樣性最集中的自然保護(hù)區(qū),其獨(dú)特的高寒生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱,是亞洲氣候變化的“敏感區(qū)”和生態(tài)環(huán)境的“脆弱區(qū)”。因此對瀾滄江源區(qū)近30年氣候變化進(jìn)行研究,可為研究該區(qū)生態(tài)與人居環(huán)境對氣候變化響應(yīng)評估提供科學(xué)依據(jù)。

高山柏(Sabinasquamata)為深根性樹種,抗逆性強(qiáng),壽命長,天然高山柏在瀾滄江源區(qū)有廣泛分布,在水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護(hù)和氣候調(diào)控等方面發(fā)揮著重要作用。本文利用樹木年輪氣候?qū)W原理及方法,以瀾滄江源區(qū)的高山柏為研究對象,建立高山柏標(biāo)準(zhǔn)年表、BAI年表,揭示近30 a高山柏徑向生長特征,明確該區(qū)限制高山柏生長的主要?dú)夂蛞蛩?研究可為開展氣候變暖背景下瀾滄江源區(qū)生態(tài)環(huán)境與人居氣候環(huán)境評估提供支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究在位于瀾滄江源區(qū)的巴青縣(94.28°E,31.49°N,海拔 4121 m)、雜多縣(95.21°E,32.52°N,海拔 4080 m)和囊謙縣(96.25°E,31.56°N,海拔 4309 m)開展高山柏的野外采樣工作(圖1)。 瀾滄江源區(qū)是國際河流瀾滄江(湄公河)的源頭區(qū),河流自上而下發(fā)育由裸巖冰川、高寒草甸草原、灌木叢、大果圓柏林、濕地而組成的垂直植被地貌景觀,具有極為重要的水源涵養(yǎng)、生物多樣性等生態(tài)服務(wù)功能[21]。瀾滄江源區(qū)位于玉樹藏族自治州雜多縣,該區(qū)域平均海撥4200 m以上,高寒缺氧,空氣稀薄,冬寒夏涼,降水多集中在6-8月份(圖2),年降水量約500-600 mm(圖3)。暖季只有6、7、8三個(gè)月,而冷季卻長達(dá)9個(gè)月(9-次年5月)[22]。年平均氣溫約為5.28℃(圖3),瀾滄江源區(qū)太陽輻射強(qiáng),日照時(shí)間長,年平均日照時(shí)數(shù)為2310.3 h左右,年平均蒸發(fā)量為1450.0 mm,年平均風(fēng)速為2.4 m/s,最大風(fēng)速大于40 m/s,年大風(fēng)日數(shù)達(dá)120 d,無霜期短,冬季多大風(fēng)雪。研究區(qū)典型的高原氣候特征使其成土過程緩慢,土層薄且質(zhì)地疏松,保土能力弱,土壤類型主要有高山寒漠土、高山草甸土、黑鈣土、灰褐土等。瀾滄江源區(qū)主要植被類型為高寒草甸類、高寒沼澤、高寒灌木草甸和高寒疏林,常見灌木有高山柏、金露梅(Potentillafruticosa)、銀露梅(Potentillaglabra)等[23]。

圖1 瀾滄江源區(qū)樹木年輪采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Location map of tree-ring sample site in the Source Region of Lancang River

圖2 1986-2019年巴青縣、雜多縣及囊謙縣溫度、降水季節(jié)分布Fig.2 Seasonal distribution of temperature and precipitation in Baqing County,Zaduo County and Nangqian County,China (1986-2019)

圖3 1986-2019年瀾滄江源區(qū)各氣象要素的年際變化趨勢Fig.3 Interannual trends of climatic factors in the Source Region of Lancang River from 1986 to 2019

1.2 樣品采集及年表建立

在采樣點(diǎn)選擇長勢良好、樹齡較大、受病蟲害干擾小的高山柏各取40個(gè)樹盤,將采集的樣品根據(jù)國際樹輪樣品標(biāo)準(zhǔn)處理過程進(jìn)行預(yù)處理。首先將采集的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室晾干[24],用不同粗細(xì)的干砂紙(400目、800目和1200目)依次打磨,直到樣品切面光滑明亮,并且在電子顯微鏡下能看清高山柏的年輪。利用精度為0.001 mm的年輪分析儀Win DENDROTM(Regent instrument inc. Canada)測量高山柏樹輪的原始寬度后,用骨架圖法交叉定年,最后用COFECHA程序?qū)徊娑旰蜏y量結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn),剔除相關(guān)性差的樣品。最后,巴青、雜多、囊謙3個(gè)樣地合格樣品分別為34個(gè)、33個(gè)和40個(gè),以此完成三個(gè)樣地的年表建立[25]。

由于樣本樹齡較短,研究主要集中在樹木生長的高頻變化上,故應(yīng)去除樹木隨年齡增長的生長趨勢和其他非一致性擾動導(dǎo)致的非氣候信號,而突出其中的氣候信號[26]。利用 ARSTAN程序建立年表,去趨勢方法為負(fù)指數(shù)函數(shù),該方法可減少樹間競爭、地形、地貌等因素對年表指數(shù)擬合的影響,最終選擇去趨勢后得到的標(biāo)準(zhǔn)年表(STD)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用子樣本信號強(qiáng)度SSS>0.85的樣本量作為年表起始點(diǎn),高于樣本量的年表序列具有可靠性[27],巴青縣、雜多縣和囊謙縣高山柏年表的可靠區(qū)間分別為1986-2019年、1979-2019年和1900-2019年,取公共時(shí)段1986-2019年對高山柏徑向生長趨勢進(jìn)行分析。

1.3 胸高斷面積增量

當(dāng)樹輪寬度相對穩(wěn)定或變窄時(shí),樹木生長量還會繼續(xù)增大。為了保留氣候條件對樹木生長影響的信息,本文使用BAI來表征研究區(qū)內(nèi)高山柏的生長速率和生產(chǎn)力變化趨勢。樹木胸高斷面積增量:

式中,Rn是n年的樹輪半徑(mm);Rn-1是n-1年的樹輪半徑(mm)。

1.4 氣象數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析

氣象資料來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn),從靠近采樣點(diǎn)的巴青站(94.03°E,31.93°N,海拔 4174 m)、雜多站(95.17°E,32.53°N,海拔4066.4 m)和囊謙站(96.28°E,32.12°N,海拔3643.7 m)獲取1986-2019年月降水量(PRE)、月平均氣溫(TMP)、月平均最低氣溫(TMN)、月平均最高氣溫(TMX)和月平均相對濕度(RH)氣象數(shù)據(jù)。由于溫度和降水等綜合作用對土壤有效含水量的影響明顯,本研究選用帕默爾干旱指數(shù)(Palmer drought index,PDSI)反映高山柏生長與土壤水分的關(guān)系,其數(shù)據(jù)來源于荷蘭皇家氣象局服務(wù)網(wǎng)(http://climexp.knmi.nl/start.cgi,0.5°×0.5°)中的PDSI網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)集[28],分別從距采樣點(diǎn)最近的CUR網(wǎng)格點(diǎn)(94.00°-94.50°E,31.00°-31.50°N;95.00°-95.50°E,32.50°-33.00°N;96.00°-96.50°E,31.50°-32.00°N)選取1986-2019年的PDSI格點(diǎn)數(shù)據(jù)?？紤]到樹木生長的連續(xù)性,當(dāng)年的樹木生長還受到前一年氣候的滯后影響,在進(jìn)行氣候響應(yīng)分析時(shí)選用上一年6月到當(dāng)年10月共17個(gè)月的氣象數(shù)據(jù)。本文利用Excel 2019軟件分析三個(gè)樣地高山柏的徑向生長過程,使用Dendroclim 2002國際樹木年輪程序[29]分析年表與各氣候要素間的相關(guān)性。

公共圖書館服務(wù)對象廣泛，涉及各個(gè)年齡段，一般采用調(diào)查問卷的方式來采集用戶評價(jià)。調(diào)查問卷包含3各部分，第一部分是用戶基本信息，如年齡、性別、家庭住址等；第二部分是調(diào)查問卷的核心內(nèi)容，即LibQUAL+TM的各個(gè)指標(biāo)；最后一部分是開放性問題，如用戶對圖書館服務(wù)的建議與意見。調(diào)查問卷的核心是用戶對LibQUAL+TM各指標(biāo)的滿意情況，每一指標(biāo)可分若干種滿意程度，并用不同分值計(jì)量。通過調(diào)查問卷的回收統(tǒng)計(jì)，對公共圖書館各服務(wù)層面進(jìn)行客觀總結(jié)，以便提高圖書館服務(wù)質(zhì)量。

1.5 年表特征分析

1.5.1序列間相關(guān)系數(shù)

所有樣本間的相關(guān)性,又叫序列間相關(guān)系數(shù)。它是反映樹木受氣候變化而產(chǎn)生的生長量變化的同步性系數(shù),其值越大,年表的質(zhì)量越高,年表中所含的氣候信息越豐富[26]。

1.5.2標(biāo)準(zhǔn)差

樹輪年表的標(biāo)準(zhǔn)差是反應(yīng)年表中所含的氣候信息含量的另外一個(gè)重要指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)差是隨機(jī)抽取樣本序列中的一定量。計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)誤差所得到的數(shù)值。標(biāo)準(zhǔn)差反映年表的上下波動,其值越大表明年表所包含的氣候信息越多,對氣候越敏感[30]。一般來說,優(yōu)質(zhì)的年表,標(biāo)準(zhǔn)差均在0.2以上。

1.5.3一階自相關(guān)系數(shù)

一階自相關(guān)系數(shù)反映上一年氣候狀況對當(dāng)年樹輪寬度生長的影響強(qiáng)弱,具有連續(xù)性和滯后性的特點(diǎn)。如果上一年的氣候?qū)淠旧L的影響越大,相應(yīng)的一階自相關(guān)系數(shù)就越高[31]。

1.5.4平均敏感度

平均敏感度是衡量樹輪年表質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,其表達(dá)式為:

式中,xi表示第i年的樹輪寬度值;xi+1是第i+1年的樹輪寬度值;n為年表中的樣表總數(shù)。平均敏感度是一個(gè)無量綱的指數(shù),主要反映的是該年表序列對氣候信息的敏感程度。平均敏感度數(shù)值越大,則說明該年表序列受氣候因子的限制性作用越強(qiáng),與氣候信息的相關(guān)性就越好。年表中所包含的氣候信息就更加豐富。根據(jù)Ferguson的分類,大于0.3的平均敏感度被認(rèn)為是高的[32]。

1.5.5信噪比

信噪比反應(yīng)的是在序列所包含的信息總量中,有用信息和噪音音系的比例。通過方差分析可以得到總年表平均指數(shù)的方差貢獻(xiàn),而剩余的即為噪音,二者的比值被定義為“信噪比”。該指標(biāo)主要代表氣候的短期變化或高頻變化。

1.5.6樣本總體代表性

樣本對總體的代表性是指所采集樣本對整個(gè)區(qū)域的代表程度。樣本對總體的代表性越高,則說明樣本對總體的代表性越好[33]。

2 結(jié)果

2.1 氣候年際變化趨勢

自1986年以來,瀾滄江源區(qū)年平均氣溫以0.43℃/10a(P<0.01)的速度上升(圖3),年平均最低氣溫(0.57℃/10a,P<0.01)的上升速率明顯高于年平均最高氣溫(0.33℃/10a,P<0.01);1986-2019年瀾滄江源區(qū)年降水量上升速率為2.39 mm/a(P>0.10,圖3),呈波動特征,這與許學(xué)蓮等[34]在三江源地區(qū)對氣溫和降水變化的研究相符,青藏高原不同地區(qū)海拔高度和下墊面的差異是導(dǎo)致瀾滄江源區(qū)增溫幅度較大的主要原因。研究區(qū)的相對濕度呈不顯著的下降趨勢(圖3),PDSI呈現(xiàn)略微上升趨勢(0.27/10a,P<0.10),多年份的PDSI值大于-2,說明該地區(qū)有效土壤水分較高,并未出現(xiàn)明顯的氣候暖干化特征(圖3)。

2.2 樹輪年表統(tǒng)計(jì)特征

本研究建立了瀾滄江源區(qū)3個(gè)樣地的高山柏標(biāo)準(zhǔn)年表,年表質(zhì)量的高低決定著研究結(jié)果是否準(zhǔn)確,利用序列間相關(guān)系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、一階自相關(guān)系數(shù)、平均敏感度、信噪比、樣本總體代表性等來評價(jià)年表質(zhì)量(表1)。

表1 瀾滄江源區(qū)高山柏樹輪采樣點(diǎn)信息及標(biāo)準(zhǔn)年表統(tǒng)計(jì)特征Table 1 Information of tree-ring sampling sites and statistical characteristics of the standard chronology of Sabina squamata in the Source Region of Lancang River

巴青縣、雜多縣和囊謙縣高山柏標(biāo)準(zhǔn)年表的序列間相關(guān)系數(shù)分別為0.395、0.252、0.241,表示不同樹盤間的年輪寬度變化具有較好的一致性,數(shù)據(jù)質(zhì)量較好;標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.310、0.262、0.309,均大于0.2,說明該年表中所包含的氣候信息較為豐富;一階自相關(guān)系數(shù)分別為0.859、0.722、0.719,可見樹齡越小的高山柏受氣候影響越為強(qiáng)烈;平均敏感度分別為0.175、0.185、0.114,均小于0.3,表明樹輪寬度變異性相對較低;信噪比分別為12.395、4.386、7.959,達(dá)到了較高水平,表明包含豐富的氣候信號;樣本總體代表性分別為0.925、0.814、0.888,巴青縣、囊謙縣高山柏樣本總體代表性大于0.85,表明其年表質(zhì)量較雜多縣高山柏年表質(zhì)量高。

綜上所述,瀾滄江源區(qū)高山柏年表質(zhì)量相對較好,符合樹輪氣候?qū)W分析要求。以下運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)年表來進(jìn)行高山柏徑向生長對氣候變化的響應(yīng)分析。高山柏標(biāo)準(zhǔn)年表的起始年份樣本量大于5根,可以較好地反映徑向生長年際波動,巴青縣、雜多縣和囊謙縣高山柏的年表變化特征曲線如圖4所示。對比發(fā)現(xiàn),囊謙縣高山柏年表序列時(shí)間跨度最長(1880-2019),有效年表長度為120年(1900-2019);巴青縣和雜多縣高山柏年表序列相對較短,其中巴青縣高山柏有效年表長34年(1986-2019),雜多縣高山柏有效年表長41年(1979-2019)。在公共區(qū)間(1986-2019年)內(nèi),巴青縣和雜多縣高山柏樹輪寬度指數(shù)上升趨勢較為顯著,囊謙縣高山柏年表上升趨勢稍顯平緩,表明巴青縣和雜多縣高山柏徑向生長對氣候因子的敏感性較囊謙縣高。

圖4 瀾滄江源區(qū)高山柏標(biāo)準(zhǔn)年表Fig.4 Standard chronology of Sabina squamata in the Source Region of Lancang RiverSSS為子樣本信號強(qiáng)度 Subsample signal strength

2.3 樹輪寬度和BAI變化趨勢

氣候變暖背景下,瀾滄江源區(qū)高山柏樹輪寬度呈現(xiàn)顯著上升趨勢(P<0.01,圖5)。其中囊謙縣采樣點(diǎn)所處海拔較高(4309 m),且高山柏樹齡較大(120 a),其生長比較慢,1986-1999年以(0.11±0.01) mm/a的速度緩慢生長,2000-2015年的生長速率略微上升((0.17±0.03) mm/a),相對前期增長了54%。巴青縣和雜多縣采樣點(diǎn)的海拔更為相近(分別為4121 m和4080 m),且高山柏樹齡較小(34 a、41 a),二者的樹輪寬度變化趨勢相似,都經(jīng)歷了顯著上漲過程,2000-2015年二者的平均生長速率((0.46±0.09) mm/a)較1986-1999年的生長速率((0.25±0.07) mm/a)增長了84%。2016年后,三個(gè)樣地的高山柏樹輪寬度均呈下降趨勢。

圖5 瀾滄江源區(qū)高山柏樹輪寬度和胸高斷面積增量(BAI)年際變化Fig.5 Interannual variation of Sabina squamata tree-ring width and BAI in the Source Region of Lancang River

BAI是每年樹輪增加的面積,相比年輪寬度,它能夠更好地反應(yīng)樹木生長速率和生長趨勢[35]。囊謙縣高山柏BAI在1986-1999年呈現(xiàn)穩(wěn)定生長狀態(tài)((6.65±0.70) mm2/a),2000-2015年在逐步上升((11.89±3.20) mm2/a)。巴青縣和雜多縣高山柏的BAI在1986-1999年呈逐步上升趨勢,平均以(14.92±4.11) mm2/a的速度生長,2000-2015年處于快速穩(wěn)定生長的特征,其生長速率平均為(27.49±5.33) mm2/a,在此期間,瀾滄江源區(qū)高山柏BAI急速上升,表明當(dāng)?shù)馗呱桨厣a(chǎn)力進(jìn)入旺盛生長階段,尚未出現(xiàn)衰退現(xiàn)象。2016年后,三個(gè)樣地的高山柏BAI均呈下降趨勢(圖5)。

2.4 徑向生長與月氣候因子的相關(guān)性

標(biāo)準(zhǔn)年表與氣候因素相關(guān)性分析表明:瀾滄江源區(qū)高山柏徑向生長與多數(shù)月份的溫度呈顯著正相關(guān),與多數(shù)月份降水呈不顯著的正相關(guān)(圖6)。三個(gè)樣地高山柏徑向生長均與上年及當(dāng)年生長季(6-8月)、當(dāng)年生長初期(4、5月)、生長末期(9-10月)和冬季(12-次年2月)的溫度呈顯著正相關(guān),特別是與月平均最低溫度關(guān)系最為密切(P<0.01),只與春季(1、2月)和生長季(7月)的降水量呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05,圖6)。帕默爾干旱指數(shù)在干旱區(qū)的研究中廣泛應(yīng)用,它是根據(jù)降水、溫度以及土壤含水量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,代表土壤水分的有效狀況,其值越小表明有效土壤水分越低[36]。巴青縣和雜多縣高山柏徑向生長與上年6月-當(dāng)年10月的PDSI正相關(guān),囊謙縣高山柏徑向生長與之負(fù)相關(guān),但均未達(dá)到顯著水平(圖6),說明瀾滄江源區(qū)有效土壤水分較高,高山柏徑向生長并未明顯地遭受干旱脅迫。

圖6 瀾滄江源區(qū)高山柏標(biāo)準(zhǔn)年表與月平均溫度、月平均最低溫度、月平均最高溫度、月平均降水量、PDSI的相關(guān)系數(shù)Fig.6 Correlation coefficients between the standard chronology of Sabina squamata and monthly mean temperature,monthly mean minimum temperature,monthly mean maximum temperature,monthly mean precipitation and PDSI in the Source Region of Lancang River 虛線表示0.05水平的顯著,實(shí)線表示0.01水平的顯著;月份前的“-”表示上一年,如-6表示上一年6月份

3 討論

3.1 高山柏樹輪寬度及BAI變化特征

研究區(qū)巴青縣、雜多縣和囊謙縣具有明顯的氣候相似性,通過分析三個(gè)樣地高山柏徑向生長特征,對瀾滄江源區(qū)高山柏生長的氣候適宜性研究有重要意義。由于囊謙縣高山柏的采樣點(diǎn)所處海拔高,樹齡大;巴青縣和雜多縣高山柏采樣點(diǎn)所處海拔相近,較囊謙縣低,且樹齡小。研究發(fā)現(xiàn)巴青縣和雜多縣高山柏樹輪寬度變化趨勢相似,都經(jīng)歷了顯著上漲過程,二者在2000-2015年的平均生長速率((0.46±0.09) mm/a)較1986-1999年的生長速率((0.25±0.07) mm/a)增長了84%,而囊謙縣高山柏樹輪在1986-2015年間呈平穩(wěn)生長狀態(tài)((0.14±0.04) mm/a),說明氣候變化對樹齡較小的高山柏影響較為顯著,高山柏在生長過程中對溫度和水分的敏感性更高,囊謙縣的高山柏隨著樹齡的增大,其徑向生長速率趨于穩(wěn)定,獨(dú)特的低溫高濕環(huán)境使高山柏的生長波動較小,雷帥等[37]在毛烏素和塞罕壩對樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)也有相似的研究結(jié)果。此外,朱明陽等[38]在云南橋子山高山樹線交錯帶對不同海拔樹線樹種急尖長苞冷杉(Abiesgeorgeivar.smithii)的徑向生長監(jiān)測表明,隨海拔升高,急尖長苞冷杉徑向生長的開始時(shí)間推遲、結(jié)束時(shí)間提前,生長季縮短,從而很好地解釋了囊謙縣高山柏徑向生長較慢的原因。BAI也快速上升,2000-2015年處于平穩(wěn)的快速增長階段((22.29±8.74) mm2/a),說明高山柏生產(chǎn)力穩(wěn)定且旺盛,該區(qū)氣候條件適宜高山柏的徑向生長,劉亞玲等[39]在河北壩上對樟子松也有相似的研究結(jié)果。2016年之后,三個(gè)樣地的高山柏樹輪寬度和BAI均呈下降趨勢,這可能與瀾滄江源區(qū)的氣候有關(guān),該區(qū)域的溫度同樣在2016年有所降低(圖3)。此外,許學(xué)蓮[34]等在三江源地區(qū)對氣候的研究中發(fā)現(xiàn),近幾年溫度也出現(xiàn)了下降趨勢。從三個(gè)樣地高山柏逐年BAI增長量分析,由于本文章中巴青縣和雜多縣高山柏的樹齡較小,僅有30-40 a,而理論上高山柏的最大樹齡可達(dá)千年,所以該樣地高山柏BAI年際增長量變化趨勢不完全反映當(dāng)?shù)馗呱桨厣a(chǎn)力是否出現(xiàn)下降現(xiàn)象,還需要對研究區(qū)高山柏進(jìn)行連續(xù)觀測。

3.2 高山柏徑向生長對氣候因子的響應(yīng)

標(biāo)準(zhǔn)年表與月氣象因子的相關(guān)性分析表明:瀾滄江源區(qū)高山柏徑向生長對溫度的響應(yīng)明顯強(qiáng)于降水。三個(gè)樣地高山柏徑向生長均與多數(shù)月份(上年6月-當(dāng)年10月)的溫度顯著正相關(guān),特別是月平均最低溫度。高山柏徑向生長與生長初期(4、5月)最低溫度顯著正相關(guān),朱良軍等[40]在小興安嶺對闊葉紅松(Pinuskoraiensis)和臭冷杉(Abiesnephrolepis)及李廣起等[41]在長白山自然保護(hù)區(qū)對紅松和魚鱗云杉(Piceajezoensisvar.komarovii)都有相似的研究結(jié)果,生長季前充足的熱量是樹木形成寬輪的主要原因之一。因?yàn)?、4月即初春是樹木結(jié)束休眠轉(zhuǎn)入生長季的重要時(shí)期,平均溫度回升有利于樹木打破休眠,對高山柏的初期形成層細(xì)胞的分裂有顯著促進(jìn)作用[42]。瀾滄江源區(qū)春季開始時(shí)間較晚,故4月最低溫度對高山柏徑向生長的促進(jìn)作用較為合理;高山柏徑向生長與生長季(6-8月)、生長末期(9-10月)最低溫度顯著正相關(guān),因?yàn)?-9月即生長季初夏到初秋是樹木生長最旺盛的時(shí)期,也是季風(fēng)降水的高峰期,最低溫度的回升有利于樹木的光合作用,從而產(chǎn)生足夠的光合產(chǎn)物供樹木生長,而溫度過低則限制其光合[43]。10月份即生長季后期形成層依然在活動,溫度和降水繼續(xù)增加有利于樹木進(jìn)行光合作用,累積養(yǎng)分[44]。高山柏徑向生長與冬季(12-次年1月)最低溫度顯著正相關(guān),冬季溫度偏高時(shí),一方面可以避免破壞葉肉組織,保證來年高山柏的正常代謝活動;另一方面可降低樹木休眠時(shí)維持生理活動所需能量,減少能量消耗,促進(jìn)樹木來年生長[45-46]。對比發(fā)現(xiàn),巴青縣和雜多縣高山柏徑向生長對溫度的響應(yīng)較囊謙縣略強(qiáng),說明氣溫對樹木生長的早期影響較大,樹齡較小的高山柏在生長過程中需要更多的養(yǎng)分和能量,宋來萍等[47]在呼倫貝爾沙地對不同樹齡樟子松也有相似的研究結(jié)果。此外,海拔的升高伴隨著溫度的下降和降水的增加,再加上立體條件、個(gè)體區(qū)別、人為影響等差異,溫度、降水對樹輪寬度的影響是綜合及復(fù)雜的。當(dāng)降水量低于一定值時(shí),溫度的高低和樹輪寬度的生長呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān),而且降水量越少這種負(fù)相關(guān)性就越顯著;在降水適宜的情況下,溫度對樹木生長的影響不明顯[15]。囊謙縣采樣點(diǎn)所處海拔雖然較巴青縣和雜多縣高,但三個(gè)樣地年降水量均在500 mm以上(圖3),且當(dāng)?shù)馗呱桨貜较蛏L與多數(shù)月份(上年6月-當(dāng)年10月)的降水量呈弱的正相關(guān),表明該區(qū)域降水量豐沛,降水不是高山柏生長的主要限制性氣候因素,所以瀾滄江源區(qū)高山柏徑向生長對氣候的響應(yīng)受海拔因素的影響較小。

瀾滄江源區(qū)平均海拔在4200 m以上,常年處于低溫高濕環(huán)境,熱量不足是高山柏生長的限制性因素,最低溫度的變化會顯著影響高山柏的光合作用,進(jìn)而影響徑向生長速率。因此,在氣候暖濕化背景下,植被生長加速,植被覆蓋條件得到改善。從氣候條件來看,當(dāng)?shù)馗舆m宜人類居住。

4 結(jié)論

本文以瀾滄江源區(qū)的巴青縣、雜多縣和囊謙縣高山柏為研究對象,利用樹木年輪學(xué)方法建立三個(gè)樣地高山柏年輪寬度標(biāo)準(zhǔn)年表,探討了高山柏樹輪寬度和胸高斷面積增量的年際變化特征及對溫度、降水等氣候因素的響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)1986-2019年瀾滄江源區(qū)年平均氣溫呈快速上升趨勢(0.43℃/10a,P<0.01),而年降水量呈弱的上升狀態(tài)。在氣候變暖背景下,瀾滄江源區(qū)高山柏樹輪寬度呈現(xiàn)上升趨勢,其中2000-2019年的徑向生長速率為(0.37±0.16) mm/a,較1986-1999年的生長速率((0.20±0.09) mm/a)增長了85%,而BAI在前期呈逐步上升趨勢,在2000-2019年呈平穩(wěn)的快速生長特征((22.49±8.84) mm2/a)。瀾滄江源區(qū)高山柏徑向生長對溫度的響應(yīng)明顯強(qiáng)于降水,特別是與月平均最低溫度的相關(guān)性最為顯著。瀾滄江源區(qū)氣候變暖驅(qū)動下高山柏進(jìn)入了生長適應(yīng)期,樹輪寬度和胸高斷面積增量均呈快速生長特征,表明該區(qū)域氣候條件更加適宜高山柏生長。