Vaganov-Shashkin(VS)和VS-Lite树木年轮宽度生理过程模型研究进展

Vaganov-Shashkin (VS)和VS-Lite模型是当前国际上应用最广泛的树木年轮宽度生理过程模型,它们能够揭示树轮宽度变化与外界气候要素之间的内在响应机制。VS模型主要用于气候重建、木质部物候预测和形成层细胞活动的模拟,VS-Lite模型则主要用于预测生长趋势。本文收集2005-2023年发表的VS和VS-Lite模型的相关文献,综述了两个模型的基本原理、参数设置和发展历史,及其在树木年轮气候学、木质部物候学和森林生态学等领域的研究进展。最后,总结了目前模型存在的问题,提出未来研究需要进一步优化模型参数调整方法,关注多种环境因素对树木生理过程的影响,并加强与其他植被生态模型的对比研究,以提高模拟结果的可信度。

基于VS模型的樟子松人工林径向生长过程及其气候响应

【目的】利用模型模拟辽宁省章古台地区樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)人工林径向生长过程,探究气候对树木径向生长速率及生长季始末的影响。【方法】选择基于树木年轮生长生理过程的Vaganov-Shashkin模型(VS模型),模拟科尔沁沙地南缘章古台地区的36、52和58年生人工樟子松林的径向生长过程。【结果】VS模型模拟的3个林龄樟子松的轮宽序列与实测值的相关性较高,相关系数分别为0.717、0.748和0.655。利用VS模型进一步分析了樟子松年轮径向生长的生理过程,发现生长季开始与结束时的樟子松生长主要受温度限制,在生长旺盛期主要受土壤湿度影响,土壤湿度也是引起特征窄轮年树木生长速率较低的主要因素;低林龄樟子松林(36年生)要求的温度和水分条件更低,生长季更长,生长速率更大,在生长季内还存在着受温度限制的短暂时期。【结论】VS模型可成功用于研究不同林龄樟子松的生长过程,通过建立樟子松人工林年表与气候响应,发现生长季始末受温度影响,旺盛期的限制性因子为土壤湿度,生长季长短则影响宽窄轮形成。研究结果将有助于我国北方沙区人工樟子松林的气候适应性管理。

基于Vaganov-Shashkin模型的太白红杉径向生长对气候要素的响应

利用采自太白山南坡药王殿、北坡上板寺的太白红杉树芯样品分别建立树轮宽度年表,运用Vaganov-Shashkin模型揭示秦岭太白红杉径向生长对各气候要素的响应.结果表明:生长季(4—8月)的温度、生长初期的降水量以及7、8月的降水量是限制秦岭地区太白红杉生长的主要气候因子.良好的温度条件有利于太白红杉的生长,但生长初期的降水量会抑制太白红杉的生长;7、8月的降水量对秦岭南坡和北坡太白红杉的影响差异明显,该时段内丰富的降水量对北坡太白红杉的生长具有促进作用,而对南坡太白红杉的生长产生一定的限制作用;同一坡向、不同海拔采样点树木径向生长与气候因子的响应结果同样存在差异,高海拔采样点太白红杉的生长需要的温度条件低于低海拔采样点,但对土壤湿度的需求大于低海拔采样点.生长开始日的早晚对太白红杉树轮宽度的形成影响很大,而生长结束日仅与南坡采样点树轮宽度之间呈显著相关.

天水麦积山油松树轮宽度对气候变化的响应及其机制

为研究气候变化背景下天水麦积山风景名胜区1980—2019年油松径向生长与气候因子响应模式的变化及机制,利用树轮气候学方法和Vaganov-Shashkin模型,研究了气温突变前后天水麦积山油松的气候响应和生长过程。结果表明:(1)麦积山气温于1997年发生突变,突变后气温显著高于突变前。1980—1997年和1998—2019年油松与气候因子响应变化呈相关性下降(5月气温)、上升(10月气温、降水,7月降水,12月气温)和震荡(6月降水、7月气温)3种模式。(2)气候显著变暖使春秋季油松生长热量供应更加充足,生长季显著延长;夏季油松生长受到高温影响和水分胁迫。(3)油松生长与气候因子响应模式的变化主要是气候变暖和生长季的变化引起,如果气温持续上升其响应模式可能进一步变化,类似的变化过程可能也在其他油松生长区存在。

油松(Pinus tabulaeformis)树轮宽度与气候因子统计相关的生理机制——以贺兰山地区为例

通过分析贺兰山地区气候因子的变化特征,并且参考北美、俄罗斯的研究结果,确定了Vaganov-Shashkin生理响应模型的参数,并根据研究区的实际情况对参数作了相应修正,得出两组不同的参数,两组参数拟合出相同的结果,说明模型内在的机理是稳定的,更能反映出它的生理学特性.对树轮宽度序列和气候因子进行相关分析,发现比较明显的相关有与5～8月份降水的正相关,与5～8月份温度的负相关,与9、10月份温度的正相关.模型分析结果认为,从5月中旬到8月底,降水不能满足树木生长的需要,故形成树轮宽度与该时段降水的正相关,而在这个时段,由于温度和降水呈负相关,表现为树轮宽度与温度的负相关,其实这在很大程度上是一种间接的相关.到9月份,由于温度下降比较明显,这时树木生长的主要控制因素已转化为温度,所以形成了与9、10月份温度的正相关.模型分析还发现,树轮宽度的形成与生长结束时间相关性强,而与生长开始时间的关系不明显.

利用生理模型模拟的柴达木东北缘祁连圆柏对气候要素的响应过程

借助Vaganov-Shashkin模型,从生理过程的角度讨论了柴达木祁连圆柏径向生长与主要限制性气候因子之间的关系.模拟结果表明,祁连圆柏生长对其主要限制性气候因子的响应过程主要发生在生长季的前期.具体来讲,降水(尤其是5和6月的降水)对祁连圆柏年径向生长起着决定性作用;而气温的影响主要表现为夏季高温对生长的抑制以及伴随全球变暖所出现的生长季延长.另外,模拟结果也揭示出近20年来随着区域水分条件的增加,祁连圆柏径向生长量也随之出现增长趋势.这些均预示着若这一暖湿的气候条件持续发展,将不但有助于祁连圆柏在该区域的生长,也有益于增加区域森林的碳积累.

呼伦贝尔沙地樟子松径向生长特征的VS模型模拟分析

利用Vaganov-Shashkin模型对呼伦贝尔地区4个样点的沙地樟子松标准化宽度年表进行模拟研究,在2000年以前时段拟合度较好,而2000年以后时段拟合度较差。进而选取2000年以前的模拟结果进行径向生长过程分析。结果表明:呼伦贝尔沙地樟子松主要的生长季为每年的5—9月,温度对每年樟子松生长初期与末期具有显著影响,而在树木生长季旺盛期,土壤湿度的不足是制约树木生长的主要因素。极端窄年树木径向生长速率受土壤湿度的影响较极端宽年明显,生长季中期7—8月树木径向生长速率在宽窄年份均呈降低趋势,表明该时期沙地樟子松生长均受到不同程度的干旱胁迫。研究结果与我国半干旱地区树木年轮生理模型分析特征相符,模型对呼伦贝尔沙地樟子松径向生长模拟具有一定的适用性。