祁连山不同区域树木生长监测研究

Qilian juniper (Sabina przewalskii) and Qinghai spruce (Picea crassifolia) are the dominant species in the Qilian Mountains. The two species play an important role in the ecological environment protection, and soil and water conservation. In addition, tree rings of them are the very sensitive proxies in the pale climatic research. However, how the two species respond to climate change in terms of morphology and physiology remain unclear. Moreover, whether the radial growth will be affected by climate change and the underlying mechanisms regulating the response of radial growth requires further investigation. Qilian juniper and Qinghai spruce will be set as research objects in the eastern, middle and western of Qilain Mountains. Integration of field observation, indoor experiment and tree radial growth modeling will be adopted to investigate the response of phonology, photosynthesis, water use efficiency of these two species to climate change. The result of this study will uncover the response pattern of radial growth to climate change and its underlying mechanisms, which can provide physiological basis for dendroclimate reconstruction and essential data for the forest ecosystem response to climate change in the research area.

祁连圆柏和青海云杉作为祁连山区森林的优势种，不但在生态环境保护和水土保持方面起着重要作用，其树轮还是古气候学研究所需要的重要代用指标。然而，在全球气候变化情景下，两种树为适应气候变化将会发生怎样的形态、生理等变化，以及树木径向生长对气候变化响应机制还不明确。为此，我们在祁连山东、中、西部以祁连圆柏和青海云杉为研究对象，采用野外监测、室内实验和树木生长模型相结合的研究手段，从物候变化、光合作用、树木水分利用及径向生长对气候变化响应进行多方面的研究，探明树木径向生长及其对气候变化响应的机制，确定研究区树轮代用指标的气候指示意义；为树轮气候重建提供生理基础和未来气候变化情景下研究区森林生态系统对气候变化响应提供基础数据。

树木生长对气候变化响应的区域差异明显，且响应随时间发生变化，其机制方面的研究存在很大的不确定性，限制理解和评估气候变化对陆地生态系统影响的过程及其反馈作用。野外定点观测研究是解决这一问题非常有效的手段。本项目在祁连山不同区域开展不同树种的观测研究，研究结果表明祁连山区树木生长开始主要由温度决定，生长结束主要和降水相关；祁连山中部青海云杉树木径向生长主要受5-7月水分条件的限制，东部青海云杉树木径向生长主要受前一年9月和当年5月水分条件的限制；祁连山东部树木年内径向生长与5、7月降水的相关关系稳定，但6月降水的年际变率较大，因此树木年内径向生长对6月水分响应关系不稳定；但在祁连山西部，青海云杉树木年内径向生长与5月份降水相关关系存在年际间的差异。通过对祁连山不同区域祁连圆柏林和青海云杉林土壤C、N、P储量的空间分布特征及驱动机制的研究，发现青海云杉林和祁连圆柏林土壤C、N储量无显著差异，表明这两种针叶林在区域土壤C、N储量的固持和稳定中均发挥不可替代的角色。树干液流监测显示青海云杉均大于祁连圆柏，大气干燥度降低了冠层蒸腾。光合速率观测表明祁连山不同树种气孔行为对干旱的响应有差异，祁连圆柏主要通过提高蒸腾作用来抑制水分利用效率，青杄和油松主要通过降低光合来抑制水分利用效率。通过对树木形成层活动观测结果发现温度每升高1℃，祁连圆柏的生长开始时间提前10-11天，降水每增加10mm，径向生长结束时间后延1.8天，进一步证实了寒冷干旱地区温度和水分对树木生长的重要影响作用。本项目研究结果及数据有助于明确树木生长对气候变化响应过程和机制，为祁连山森林生态环境保护提供基础数据。