青海都兰祁连圆柏分布垂直带上的微环境和树木季节生长动态监测

青藏高原东北部的千年祁连圆柏林是树轮气候学研究的理想材料，然而我们对祁连圆柏分布垂直梯度带上的微环境和树木形成层季节活动的了解甚少，限制了祁连圆柏树轮气候学研究潜力的发挥。此项目围绕青海都兰曲什岗祁连圆柏分布的上（海拔4150米）、中部（4000米）、下（3800米）限，开展微环境和树木形成层的野外定位监测，旨在了解祁连圆柏分布垂直带上的微气象特征，揭示其形成层细胞分裂、分化、扩展、次生壁加厚和成熟等详细的动态变化过程及气候限制因子；分析驱动祁连圆柏垂直带上形成层开始和结束细胞分裂活动的气候阈值特征；探讨形成层细胞分裂最快的时期及其与气候因子和光周期之间的关系；基于微环境和树木形成层季节活动的同步监测，模拟形成层细胞分裂、分化和生长过程。此研究将揭示祁连圆柏形成层活动和生长过程对气候变化的敏感性及其空间差异，讨它们对环境的适应策略，为从树轮序列中提取可靠的气候信息奠定基础。

此研究选择青藏高原东北部半干旱区天然祁连圆柏分布垂直带作为研究对象，开展了树木形成层活动和微环境的同步监测研究，旨在揭示海拔梯度带上形成层活动的气候限制因子及其阈值特征。2012年9月份，我们在青海都兰曲什岗山谷祁连圆柏分布的上（海拔4150米）、下（3800米）限上安装了两套HOBO小型自动气象站，对森林微气象特征（如大气温湿度、总辐射、风速风向、降雨量、10cm、20cm、50cm的土壤温湿度）进行持续监测，每半小时记录一次数据。另外，在森林分布上、中部（4000米）和下限上布置大气温度自动监测探头，记录冠层内每半小时的温度变化特征。2013-2014年的记录显示，祁连圆柏分布上下限上的年平均降水量分别为358mm和318mm, 年均温分别为-1.34℃和0.17℃。通过此项目，我们建立了青藏高原东北部长期的树木形成层野外监测平台，已经获取了连续7年（2009-2015）的监测样品，是目前国际上最长的形成层活动连续监测样点之一。祁连圆柏分布下限的形成层活动监测数据显示，在温度满足的条件下，春季干旱能推迟树木形成层开始进行细胞分裂的时间，这是对春季形成层活动控制因子的新认识，也对“温度决定了春季形成层开始活动”的普遍认识提出质疑。湿润、半湿润气候区的研究揭示，生长季长度决定了年生长量；此研究揭示，树轮木质部细胞总数主要由平均细胞产生率控制，而非生长周期长度来决定。生理模型能很好(r2 = 0.91)地模拟木质部细胞总数与平均细胞产生率和产生周期之间的关系。同时，此研究也揭示，干旱胁迫会导致生长提前结束。在祁连圆柏分布上、下限连续6年（2009-2014）的形成层活动监测数据和统计模型分析揭示，形成层开始进行细胞分裂时存在气候阈值特征，即日平均最低温1.21 ± 0.45ºC和降水量32.9 ± 5.7mm。只有春季的环境条件同时满足以上最低温和降水量阈值时，祁连圆柏才开始进行细胞分裂活动。树木形成层活动的气候阈值是理解生态系统对气候变化响应的关键生态指标，也是模拟森林生态系统对气候变化响应的最关键参数。同时，此研究也为开展半干旱区树轮气候学研究奠定了生理学基础。该项目培养了一批野外监测平台运行和形成层样品实验室分析方面的专业队伍，为将来开展树木形成层监测点的长期维护，建立青藏高原大空间尺度上的树木形成层活动监测网络奠定了人才基础。