庐山不同海拔黄山松树木年内径向生长动态及其对环境因子的响应

Tree growth generally has a diverse response to climate in subtropical China. Searching for the underlying mechanism is a hot topic in global change research. To date, most dendrochronological studies focused on annual tree-ring width, but little is known about the seasonal dynamic of tree growth and its response to climatic factors, which strictly limits a comprehensive understanding of tree growth and its response to climate change in subtropical China. In this study, based on the established observation sites along an elevational gradient in Lushan Mountain, we use automatic weather stations and dendrometers to monitor forest microclimate and seasonal tree growth of Taiwan pine (Pinus taiwanensis). Our aims are to: (1) identify the seasonal pattern of stem radial growth in subtropical mountain forests; (2) investigate the growth limiting factors of Taiwan pine; (3) determine if there are different sensitivities of tree growth to environment factors among altitudes. Such knowledge is important to reconstruct the past climate change, and to get a better understand of forest response to climate change among altitudes in subtropical China.

在亚热带地区，树木生长对气候因子存在错综复杂的响应，如何解释其内在变化机制是当前全球变化研究的热点问题。然而，目前大部分的研究只关注树轮宽度的年际变化，而对树轮生长动态过程及其对气候因子的响应仍不清楚，这严重制约了我们关于亚热带地区树木生长与气候变化之间关系的全面理解。本申请项目拟依托庐山不同海拔黄山松定位观测平台，利用自动气象站和树木径向生长仪(Dendrometer)定位监测黄山松森林微气候要素和树木径向生长的季节动态变化，阐明亚热带山地植物树木年内径向生长的动态特征；揭示限制黄山松树木径向生长的主要环境因子；探讨不同海拔黄山松树木径向生长对环境因子变化的敏感性差异。此研究将为基于树轮资料重建亚热带地区过去气候变化，以及理解亚热带地区不同海拔森林生态系统对气候变化响应的敏感性差异提供科学依据。

本研究以亚热带山地典型针叶树种黄山松为研究对象，通过长期定位观测、野外调查和实验数据比较分析，揭示了亚热带气候特征下不同海拔黄山松树木径向生长季节动态特征及其对环境因子的响应，阐明了季节性干旱胁迫对不同海拔黄山松径向生长限制作用的树木生理机制，得出以下结论：（1）在冬春低温和夏秋季节性干旱双重环境胁迫下，高海拔年内径向生长呈“双峰”格局，两个生长高峰分别出现在夏初和秋季，夏季高温干旱（7-8月）显著地抑制了径向生长，而秋季降水可以重新激活形成层活动，形成径向生长的次高峰；（2）不同海拔树木径向生长的开始时间基本同步，但径向生长结束时间相差高达106天，其中最低海拔普遍较早地结束于7月底，而最高海拔则结束于11月初，表明季节性干旱可能通过诱发过早的生长停止造成低海拔较窄的年轮宽度;（3）在不同强度的干旱胁迫下，低海拔树干出现持续且大幅的水分亏缺，而中高海拔则频繁地出现树干补水，这从生理机制上解释了黄山松年内径向生长动态的海拔分异；（4）在季节水平上，树木径向生长量与环境因子之间存在不稳定的相关关系，树木径向生长量与温度和水分的关系在7月初发生了系统性转变：在春季和夏初（3-7月初），径向生长主要受温度控制，但在季节性干旱时期（7月中-10月），降水则是主要限制因子，且温度对径向生长存在抑制作用；（5）中高海拔树木径向生长普遍由湿润季节（3-6月）的温度限制转变为干旱季节（7-10月）的水分限制，但是，低海拔径向生长持续地与降水和土壤水分显著正相关，与水汽饱和差负相关，表明在分布海拔下限的黄山松径向生长对水分因子的高度依赖。上述研究成果为利用树轮代用资料重建亚热带过去气候变化提供了关键的科学基础。