从树木年轮分析极端气候下森林衰退的发生历史与恢复力

Extreme climates have profound impacts on forest decline from the past to the present. However, we know little about the history of forest decline in the past several hundred years, therefore inhibiting our ability to correctly evaluate the processes of occurence, development and resilience in forest decline. This project aims to answer two scientific questions: 1) what is the history of forest declines and their spatial characteristics in forests of Qinghai-Tibetan plteau and the southeastern China? and 2) what effects does extreme climate have on forest resilience? We plan to collect tree-ring samples from 22 sites on the plateau and from 8 sites in the southeastern China. Data from tree-ring widths, tree-ring density and stable carbon isotopes will be obtained. Together with our previous data accumulation in 100 sites, we will construct a tree-ring network database consisting of 130 sampling sites. The tree-ring data in recent years will be compared with climate records and observed records of forest declines to establish a diagnostic method to detect forest decline from tree rings. The long tree-ring data will then be used to reconstruct past history of forest declines for the studied regions and their spatial charactersitics will be analyzed. The forest resilience will also be analyzed. Combined with tree-ring growth model, we will evaluate the possible situation of forest decline and resilience under future regimes of extreme climates. Results obtained from this study will be of theoretical significance in quantitatively understanding ecological characteristics associated with forest declines and resilience, and will be of practical significance in development of strategies for forest conservation under future extreme climates.

极端气候从过去到现在对森林衰退都产生着深刻的影响，然而我们对森林衰退在过去数百年的发生历史却缺乏了解，限制了我们对森林衰退发生、发展和恢复过程的准确评估能力。本项目将聚焦回答两个科学问题：1）青藏高原和我国东南部过去极端气候下森林衰退发生的历史和空间特征是什么？2）极端气候对森林恢复力有何影响？我们拟在青藏高原和我国东南部各采集22个点和8个点的树轮样本，结合前期工作积累共同构成130个点的树轮网络数据库；通过测量树轮宽度、密度和碳稳定性同位素并将这些数据与气象资料和观察到的森林衰退数据做对比分析，建立利用树轮诊断森林衰退的方法；进而重建研究区过去数百年以来的森林衰退历史；最后分析森林恢复力特征，结合树轮生长模型，评估未来极端气候下两大区域森林衰退和恢复的可能情形。研究结果对定量认识极端气候下森林衰退和恢复力的生态学特征具有理论意义，对制定未来极端气候下合理的森林保护措施具有现实意义。

本项目围绕“森林衰退与恢复”这一核心方向，在以下4个研究内容上完成了预期目标。（1）树木年轮数据库的建立：在青藏高原新增了 22个树轮采样点，在山东省新增了12个树轮采样点；对所有采集的树芯样本进行了树轮宽度测量，对青藏高原11个采样点和山东4个采样点的树芯样本还进行了树轮密度与稳定性碳同位素测量，经过交叉定年和样点树轮年表建立，获得了相应的树轮数据，结合已有数据建立了树木年轮数据库，为深入分析森林衰退和恢复的时空特征奠定了数据基础。（2）树木年轮与气候的关系：阐明了青藏高原柏树生长与晚春早夏水分条件具有正相关关系，表明了过去五个半世纪高原柏树生长存在南北空间差异；阐述了在海拔梯度上树木生长对温度的敏感性可能被高估，发现北半球最高海拔林线树木生长主要受水分因子的调控；重建了西藏八宿县过去400年夏季温度和全年平均湿度变化历史。（3）利用树木年轮鉴定森林衰退并重建其发生历史和空间特征：提出利用树木年轮判断历史上森林衰退的方法，发现青海囊谦县在20世纪70-90年代发生了400年来异常强烈的森林衰退，西藏比如县在过去1000年中发生了两次大的森林衰退事件；诊断出青藏高原东北部柏树森林在18世纪末发生了一次大规模的森林死亡事件；论述了山西忻州和长治地区过去发生的森林衰退事件与干旱有紧密关系，山东蒙山森林衰退中林冠绿度与树木年轮并不同时发生。（4）对过去森林恢复力的分析和未来森林衰退和恢复的评估：指出青海同德县甘蒙柽柳林生长与径流和风速有关，成熟林具有良好恢复力；论述了近60年内青藏高原树木生长弹性显著增加，区域树木抵抗力和恢复力分别受到干旱程度变化和日温差变化的影响。研究结果对青藏高原和我国内地的森林衰退评估具有重要启示作用，为预测未来森林衰退和恢复力具有科学和实践意义。.项目组在 Nature Communications和Global Change Biology等SCI期刊上共发表15篇论文，在中文核心期刊上发表6篇论文。发表了科普文章3篇，开展了科技培训和科普活动5次。项目执行期间每年都开展了国际合作交流，在国内外学术会议上做了学术报告20次。培养了博士后1名（已出站），毕业博士研究生3名和硕士研究生1名。