秦岭优势针叶树种径向生长对气候暖干化的生理响应

Global warming tends to increase the frequency and intensity of drought, inhibit tree growth, and weaken the carbon sink function of forests. Studies on the responses of tree growth to higher temperatures and increased aridity, and on the effects of these factors on different species and ages of trees could help in understanding the influence of frequent drought on forest health and the carbon sequestration capacity of xylem growth. This program sampled tree-ring cores of conifer species in the southern and northern parts of the climate-sensitive Qinling Mountains. Based on the tree-ring width indexes, we used the hydraulic characteristic indexes with long time-scales (i.e., the long time series of stable carbon isotopes in the tree-rings, and the number, the area, and the wall thickness of tracheids) to detect radial growth dynamics in the context of climate warming and drying and analyze the mechanism of physiological response to climate change. Then, we combined the tree-ring width and the hydraulic characteristic indexes with short time-scales (e.g., hydraulic conductivity and water potential of lateral branch xylem) to evaluate the trees’ resistance, recovery, and resilience to extreme drought events and analyze the capabilities of different tree species to adapt to drought. The conclusions of this study regarding the response mechanism and adaptability to climatic warming and drying shown by the radial growth of trees in the Qinling Mountains will help evaluate the forest health, forecast forest development dynamics, and provide a theoretical basis for forest protection and management.

气候变暖会加剧干旱的发生频率和强度，抑制树木生长，进而减弱森林的碳汇功能。研究不同气候条件下、多树种、不同年龄树木径向生长对气候暖干化的响应，有助于深入理解变暖导致的干旱频发对森林树木碳储存能力和森林健康的影响。本项目选择对气候变化敏感的秦岭山区，分别在南北坡采集多针叶树种树轮样本，基于树轮宽度指标，结合树轮稳定碳同位素比率以及管胞数量、面积、细胞壁厚度等能反映长时间尺度水力特性的指标，阐明气候暖干化背景下树木径向生长动态及其对气候变化的生理响应；其次结合侧枝木质部导水率、水势等短时间尺度水力特性指标，评估树木生长对极端干旱事件的抵抗力、恢复力和恢复弹力，分析树木应对干旱能力的区域和种间差异。本研究得出的秦岭树木对气候暖干化的生理响应机制和适应能力可用于评估研究区森林健康状况，预测森林发展动态，进而为森林的保护和管理提供理论依据。

气候变暖会加剧干旱的发生频率和强度，抑制树木生长，进而减弱森林的碳汇功能。通过利用不同生长及生理指标，研究不同环境下不同树种对气候暖干化的响应，有助于深入理解树木生长对气候变化的适应机制。本项目在秦岭不同区域采集多树种10个样点的树轮样芯，基于树轮宽度指标，结合树轮稳定碳同位素比率以及木质部解剖特征等指标，阐明气候暖干化背景下树木径向生长对气候变化及干旱事件在不同尺度的响应。研究发现，秦岭西部及中部北坡油松主要受当年生长季前期降水和当年生长季中前期均温的影响，中部南坡的油松和巴山冷杉生长受气候因子限制较弱，东部北坡华山松主要5月降水和高温限制，而东部南坡华山松主要受2月、4月的气候因子影响。在秦岭西部，北坡油松对2000年干旱事件的恢复速率和恢复弹力要弱于南坡油松；在秦岭中部，北坡油松对1997年干旱事件的抵抗力要强于南坡树木，而恢复力弱于南坡树木。本研究就着重研究了西部南坡（ZJZ）、中部北坡（NWT）及中部南坡（MWS）油松的木质部解剖特征及稳定碳同位素比率（δ13C）对气候因子的响应。研究发现春季降水对ZJZ和NWT油松早材管胞的形成、扩大以及生长季早期树木生长和导水率的提高都具有促进作用。春季气温对其早材管胞大小和宽度均存在抑制作用。夏季高温对其晚材管胞壁加厚过程有一定的抑制性。ZJZ和NWT油松比MWS油松更容易出现伪轮，这可能是因为它们年内经历更大的气候变化，尤其是降水变化。气温对秦岭中部油松δ13C的影响可能比降水的影响要大。对于早材而言，3个样点的早材的δ13C普遍受到前一年秋冬季至当年春季气温的影响，晚材的δ13C受到前一年气候的影响要相对弱一些，并且3个样点中仅有NWT的晚材的δ13C受到前一年秋冬季气温和降水的影响。此外，上一年夏季至冬季的降水对NWT早材的δ13C影响较大，而当年春季降水则对ZJZ和MWS的早材的δ13C影响较大。总体而言，秦岭西部及中部北坡树木受气候变化影响较大，在森林经营管理中需要更多的关注。