滇西北玉龙雪山不同海拔长苞冷杉生长对气候的响应

Our understanding of the growth response to climatic factors along elevation gradients in mountain regions remains limited. We propose examining the growth response of Abies georgei, the dominant species of an Alpine ecosystem in Jade Dragon Snow Mountain, Northwest Yunnan, China. Based on inter- and intra-annual radial growth and cambium activity data collected from three elevation gradients, we will explore the vertical distribution patterns of the growth responses of A. georgei to climatic factors in two times scales and cellular level. First, based on tree-ring width and intra-annual radial growth, we will study the growth traits of A. georgei and then to explore the vertical distribution patterns at long and short timescale. We will analyses the relationship between climate variables and tree-ring width and intra-annual radial growth, and to explore the growth-climate response pattern of A. georgei along elevation gradients; Second, we will study cambium activity features and analyses the relationship between cambium activity and climate variable, and to explore the detail process of the onset, cease, enlarger and secondary wall thickening of cambial cells, to discuss the characteristics of climatic threshold regulating the process of cambial cells . We expect our findings to provide data which could improve predictions of variation in the response of forests to future climate change.

目前对树木生长气候响应的垂直梯度格局缺乏统一认识。为解答该科学问题，本项目拟以分布在滇西北玉龙雪山的建群树种—长苞冷杉（Abies georgei）为研究对象，基于三个海拔梯度上长苞冷杉的年际、年内的径向生长动态和形成层活动特征，从不同时间尺度和细胞水平上探讨长苞冷杉径向生长和形成层活动对气候因子响应的垂直梯度格局。首先，通过分析长苞冷杉年轮宽度和年内径向生长动态，并耦合气象数据，揭示长苞冷杉径向生长及其对气候响应的垂直梯度格局；其次，通过分析形成层活动特征，并将其与气候因子相关联，从细胞水平上揭示形成层细胞分裂、细胞扩大、次生壁加厚等阶段的详细过程，探讨驱动上述过程的主要气候因子的阈值特征。该研究将为预测未来气候变化背景下树木生长态势和山地森林生态系统的演化动态，关键物种的保护提供科学依据和理论指导。

为了评估全球气候变化对树木生长的潜在影响，有必要系统解析树木生长对气候响应的海拔梯度格局。然而，前期的研究并没有直接评估树木生长对气候响应的海拔规律。本项目假设树木生长对气候的响应随海拔高度升高而变化。针对6个海拔梯度的158棵树482根长苞冷杉树芯，项目开展了玉龙雪山树木径向生长对气候响应的海拔梯度格局。研究发现，冬春季水分条件是长苞冷杉径向生长的主要限制因子，且这种限制作用随着海拔高度的升高而降低。为了进一步验证上述发现，拓展性的开展了玉龙雪山其它优势树种（丽江云杉和云南松）对气候响应的海拔梯度格局，发现不同海拔梯度丽江云杉和云南松的径向生长同样受到冬春季水分条件的限制，且这种限制作用同样随着海拔高度的升高而降低。我们的研究结果不支持常规的假设：海拔上限的树木生长主要受夏季低温的限制，而海拔下限的树木生长则受少雨的限制。此外，玉龙雪山高海拔树线交错带的长苞冷杉径向生长同时还受冬季低温的限制。为了进一步验证这一发现，项目拓展性的开展了区域内高海拔树线交错带长苞冷杉径向生长对气候的响应规律，发现冬季温度是该区域树线交错带长苞冷杉径向生长的主要限制因子，并基于此重建了该地区过去361年的冬季温度变化历史。总之，区域性气候变暖利于玉龙雪山及其周围地区树线交错带长苞冷杉的生长，而气候变暖引起的区域变干可能对玉龙雪山地区树木生长产生持续的负面影响，特别是那些生长于低海拔地区的树木。研究结果对预测未来全球气候变化下针叶林生产力极为重要，同时也为我国西南地区森林的可持续管理提供了重要信息。气候重建结果可为政府制定可行的气候变化应对政策和措施提供可靠的科学依据，也为全球气候变化模型的构建提供验证数据。