青藏高原东北部祁连圆柏形成层活动及其气候阈值

Climatic thresholds for cambial activity are key ecological indicators for assessing the responses of forest ecosystems to climate change. It is generally believed that air temperature is the key factor determining the onset of cambial cell division. Recent studies have revealed that spring precipitation can affect the onset of xylogenesis through regulating soil moisture. However, it remains unclear whether there is critical soil temperature and moisture thresholds for the onset of xylogenesis, as well as what is the cambial factor affecting the radial growth of trees in semi-arid regions. In this project, the natural semi-arid forest of Qilian juniper (Juniperus przewalskii) on the north-eastern Tibetan Plateau was selected. By the timing and dynamic of xylogenesis and their links with microclimatic data, we aim to identify the climate drivers for cambium activity and its thresholds and to explore the cambial factor regulating the radial growth. The results will provide a scientific basis for predicting the dynamics of forest growth in the future warm and dry climate.

形成层活动的气候阈值是评估森林生态系统对气候变化响应的关键性生态指标。普遍认为，大气温度是决定形成层开始进行细胞分裂的关键因子。最近的研究揭示，春季降水可通过影响土壤湿度限制形成层活动开始的时间。然而，对于“是否存在调控形成层活动的土壤温湿度阈值”以及“影响半干旱区树木径向生长的主要形成层相关因素是什么”，迄今我们仍不清楚。围绕以上科学问题，此项目拟以青藏高原东北部半干旱祁连圆柏天然林作为研究对象，通过对其形成层季节活动和微气象要素的同步监测，旨在阐明祁连圆柏木质部分化各阶段的关键日期及细胞数量特征，探讨限制祁连圆柏形成层活动开始的土壤温湿度阈值，揭示影响祁连圆柏径向生长的主要形成层相关因素。本项目的研究结果将为预测未来暖干化气候下森林生长动态提供科学依据。

形成层活动和木质部分化是森林固碳的一个重要环节，通过这一过程，大气中的二氧化碳会以非结构性碳的形式被固定在木材。普遍认为，温度是决定形成层活动开始的关键因子，且生长季长度是决定森林木材生物量的主要因素。但在升温导致生长季延长的同时，很多区域的森林遭受了严重的水分亏缺，生长急剧下降。然而，对于“是否存在调控形成层活动的土壤温湿度阈值”以及“影响半干旱区树木径向生长的主要形成层相关因素是什么”，迄今我们仍不清楚。围绕以上科学问题，申请人以青藏高原东北部半干旱森林的建群树种——祁连圆柏为研究对象，对青海省都兰县境内祁连圆柏垂直分布带上、下限开展了为期6年形成层活动和微气象要素的同步监测，计算出了限制祁连圆柏木质部分化开始的温度-降水双重气候阈值。同时，结合美国莫哈维沙漠的相关数据，证实了干旱胁迫情境下决定树木年生长量变化的关键因素是生长速率而非生长季长度。这些研究结果为变暖背景下干旱胁迫引起的森林生产力下降现象提供了合理的解释。此外，申请人补充研究引起森林衰退的一个重要生物干扰因素虫害，利用控制实验模拟升温情境下昆虫与寄主树种的物候变化，证明了温度上升会增强树木-昆虫的物候同步性，从而阐明了升温导致森林虫害频发的物候机制。