大果圆柏在分布边缘区与中心区的树木径向生长对比

Juniperus tibetica Kom. is an important tree species growing widely on the Tibetan plateau. It ranges 6 latitudes，18 longitudes and 2300 m altitudes. To accurately assess the change of forest growth and landscape under global climate change, we need to answer the scientific question “what are the differences in growth of juniper forests at their range limits and the center?”. We will develop a tree-ring database of this species by combining data from previous work and new data at 6 sites from the eastern limit of the species distribution. Using ecological and statistical methods, we will examine the spatial patterns in tree growth by calculating and comparing radial growth rate, growth synchronicity among individual trees, sensitivity to environmental change, and ecological resilience to climate extreme events. We will further compare spatial characteristics of the tree rings for every 50-year interval during the past 300 years to examine their temporal stability. The results will provide insights in evaluating the “center-periphery hypothesis” from perspectives of dendroecology of juniper trees, thus having theoretical significance in studies of ecology. The new knowledge about large spatial-scale growth characteristics in juniper trees is of practical significance in prediction of future forest landscape and ecological management of regional forestry.

大果圆柏（Juniperus tibetica Kom.）是青藏高原上分布较广的森林树种，南北纵越6纬度，东西横跨18经度，海拔高差2300米。为了准确评估该树种在未来气候变化下的森林生长和景观特征，需要回答的一个科学问题是“大果圆柏森林在其分布边缘区与中心区有何生长异同？”。本项目拟结合过去的工作积累，在该树种分布的东部边缘区补充采集6个点的树轮样本，构建其在纬度、经度和海拔三维空间的树轮宽度数据库。运用生态学和数理统计方法比较分析该树种在分布范围内树木的生长速率、个体间生长一致性、对生境变化的敏感性以及对极端气候的生态弹性等方面的空间特征；并比较过去300年来每50年树木生长空间特征以考察其在时间维度上的稳定性。从树木年轮学新视觉来审视大果圆柏森林的“中心-边缘假说”具有理论意义，所获空间大尺度树木生长特征的新知识对未来森林景观的预测和区域林业生态的科学管理具有实践价值。

本项目针对青藏高原大果圆柏林树木生长的空间特征和时间稳定性问题进行研究，旨在提升对高原森林健康风险及影响因素的评估能力。通过项目的实施，新增了14个大果圆柏树轮采样点，结合前期积累的36个样点，建立了覆盖青藏高原大果圆柏分布区的50个采样点第一手树木年轮数据库。在此基础上，项目组系统分析了大果圆柏树木生长的时空特征，顺利完成了项目预期目标。.在大果圆柏树木生长的空间特征上，我们发现：1）藏东南森林主要受到春夏土壤湿度的影响，而高原西部森林主要受到春夏温度的影响，树木生长于气候的季节性具有非线性关系；2）在高原北部分布边缘区和中纬度分布区的柏树对极端干旱的敏感性较高，与区域长期缺水状态有关；3）极端干扰事件后森林的恢复力具有空间差异，高原北部干旱条件下的树木较南部水份条件好的树木具有更强的恢复力；4）大果圆柏在海拔分布边缘区（林线）上的孤立树具有极强的生长可塑性，林线处树木的光合作用高于低海拔，碳获取可能不是决定森林上限的主要原因。在大果圆柏树木生长的时间稳定性上，我们发现：1）在过去350年以来，大果圆柏林的生长衰退现象在高原上各个区域均十分普遍，具有时间上间断、空间上分散的特征，主要受到离散发生的区域自然干扰事件的影响，对评价森林健康稳定性带来不确定性；2）在大果圆柏分布的西部边缘区，其遭受极端干旱事件后的抵抗力和恢复力在19世纪比冷杉为强，但这种差别在20世纪发生了反转，可能与气候变暖下不同的气孔应对策略有关；3）大果圆柏林的树木生长具有对前次胁迫的“记忆”从而调整对下次胁迫的应对方式，但是这种“记忆”并非存在于所有个体，只有经历缓慢恢复的个体才能在下次胁迫中表现出显著增强的抵抗力，而极快恢复的个体则抵抗力减弱；4）全球变暖下的冬季夜间温度升高有利于减少低温冻害，促进树木生长，从而降低森林衰退的发生风险。.上述研究成果有11篇论文发表在SCI期刊上，1篇发表在中文核心期刊上，超额完成了项目计划书的预期目标。项目组成员与国内外同行积极开展了学术交流，有8人次参加了国内外学术会议。项目执行期间共培养5名博士生研究生，均取得了博士学位，顺利毕业。