热带喀斯特森林多花白头树木质部年内生长动态及其对环境因子的响应

多花白头树(Garuga floribunda var.gamblei)是西双版纳热带喀斯特森林中常见的落叶树种,容易受水分亏缺的影响。为探究热带喀斯特森林树木年内生长动态及其对环境因子的响应,该研究利用生长环和微树芯两种方法监测了多花白头树在2020—2021年的树干径向变化和木质部生长动态,并分析了树干径向变化和木质部生长与环境因子的相关性。微树芯法的监测表明,在2020年,多花白头树在3月底开始出现扩大细胞,9月底细胞壁加厚结束;在2021年,多花白头树在4月中旬开始出现扩大细胞,10月中旬细胞壁加厚结束。生长环的监测表明,2020年和2021年的径向生长开始时间均晚于扩大细胞出现时间,径向生长结束时间均早于细胞壁加厚结束时间。多花白头树在2020年和2021年的木质部生长持续时间大致相同,2020年的木质部生长量((2.87±1.46)mm)也与2021年((2.98±1.02)mm)几乎一致。多花白头树的月径向生长量、扩大细胞区域宽度和细胞壁加厚区域宽度均与降水呈显著正相关,这表明水分状况在多花白头树的木质部生长过程中发挥了重要作用;扩大细胞区域宽度还与日平均气温和日最低温显著正相关,并且与日最低气温的相关系数在2021年高于2020年;细胞壁加厚区域宽度还与相对湿度、20 cm土壤含水量、日平均气温和日最低气温显著正相关,其中在2021年的相关性更高。该研究揭示了热带喀斯特森林多花白头树的年内木质部生长动态,有助于理解热带喀斯特森林树木木质部生长与环境因子的关系,为评估全球气候变化背景下热带喀斯特森林树木径向生长趋势的改变提供理论依据。

哀牢山亚热带常绿阔叶林地温特征及变化趋势

地温是森林气候的重要指标,对于植物生长和土壤呼吸具有重要作用。本文利用中国科学院哀牢山亚热带森林生态系统研究站(ASSFE)林外和林内的长期地温观测资料,对研究较少的地温多年平均特征和长期变化趋势进行了研究。结果表明:哀牢山亚热带常绿阔叶林具有较强的生态气候功能,林内外年平均地表温度的差异为2.4℃(林内年平均最高地表温低于林外13.4℃,林内年平均最低地表温高于林外3.4℃),干季的林内外差异大于雨季;年平均地表温具有上升的趋势,干季强于雨季,林内强于林外(林外:0.010℃/a,林内:0.017℃/a)。因此,地温的总体水平上升,地-气温差、林内与林外的地温差缩小。受此影响,哀牢山亚热带山地常绿阔叶林的分布海拔将会升高;地温的升高将加速土壤呼吸速率,进而影响区域内的碳平衡。

西双版纳楝径向生长和木质部发生季节动态及其对环境因子的响应

热带森林在全球碳循环过程中起着重要的作用,研究热带树木的生长动态及其对环境因子的响应,有助于预测全球变化下热带森林固碳能力的变化。目前对热带树木径向生长以及木质部发生季节动态的研究相对较少。利用微树芯和生长环法对西双版纳热带植物园内的落叶树种楝(Melia azedarach)2021年的年内径向生长和木质部发生季节动态进行监测,结合环境因子的监测,分析了楝的径向生长过程的驱动因子。结果表明:2021年楝的扩大细胞在3月1日(年积日(DOY):60.2±1.6)开始出现,细胞壁加厚在12月11日(DOY:345.4±3.1)结束,年生长量为7.76 mm,最大生长速率为0.039 mm/d。生长环监测显示,楝在3月18日(DOY:76.6±8.6)左右开始生长,10月13日(DOY:286.4±6.8)生长结束,年径向生长量为(6.25±2.35)mm,最大生长速率为(0.056±0.02)mm/d。楝的径向生长速率与降水(r=0.77,P<0.001)、平均温度(r=0.61,P<0.05)和最低温度(r=0.67,P<0.001)均呈显著正相关,与风速(r=-0.45,P<0.05)呈显著的负相关。本研究有助于认识热带树木的径向生长季节动态以及热带树木生长-气候关系。

滇西北白马雪山高山松(Pinus densata)径向生长对气候因子的响应

滇西北是我国西南地区气候变化最为显著的地区之一,过去几十年来气候呈现快速变暖趋势。高山松(Pinus densata)是该地区主要的针叶树种,研究高山松径向生长对气候因子的响应,有助于深入认识该地区亚高山针叶林对气候变化的适应能力。在滇西北白马雪山1 hm^(2)永久性样地内采集了161棵高山松树木样芯(322个),运用传统树木年轮学原理及方法,建立高山松年轮宽度差值年表,分析年表与样地附近气象站1957—2020年气候因子的相关性。结果表明:1)高山松的径向生长与冬季及春季(前一年11月至当年4月)温度呈正相关关系,与当年5月份最高温度和平均温度呈负相关;2)高山松径向生长与当年4—6月降水量显著正相关,与5月相对湿度呈正相关,与5—8月标准化降水蒸散指数(SPEI6)呈正相关;3)滑动相关分析表明,白马雪山高山松径向生长-气候关系不稳定,冬季温度对高山松生长的限制作用在减弱,说明冬季低温限制在一定程度上解除;而夏秋季温度对高山松径向生长的相关性由弱的负相关转为近年来的显著正相关;对夏季相对湿度和标准化降水蒸散指数的敏感性降低。研究结果可为探讨气候变化下高山松自然林的生长动态提供参考。

西双版纳思茅松(Pinus kesiya)年轮宽度和早晚材稳定氧同位素对气候因子的响应

由于热带地区大部分树木缺乏清晰的年轮,因此树木年轮的研究相对较为薄弱。树轮稳定同位素较树轮宽度能更好地记录环境变化的信息,特别是研究年内稳定同位素可以提供气候变化的季节动态信息。本研究以西双版纳地区的思茅松(Pinus kesiya Royle ex Gordon)为研究材料,建立了1985—2018年的思茅松年轮宽度、早材和晚材稳定氧同位素(δ^(18)OEW和δ^(18)OLW)年表,分析了树轮宽度、δ^(18)OEW和δ^(18)OLW年表与温度、降水和标准化降水蒸散指数(SPEI)等气候要素的相关关系,并研究了思茅松δ^(18)OEW和δ^(18)OLW记录的降水、SPEI变化以及与大尺度季风环流的关系。结果表明:西双版纳地区思茅松树轮δ^(18)OEW和δ^(18)OLW的均值接近,并且均呈下降趋势,这种下降趋势可能与西双版纳地区的雾日减少有关。树轮宽度对气候因子响应不敏感,仅与上一年7月的温度呈显著负相关关系,与上一年7月降水呈显著正相关关系。δ^(18)OEW主要记录了生长季早期(4月和5月)的降水和SPEI信号,而δ^(18)OLW主要记录了生长季末期(8月)的降水和SPEI信号。δ^(18)OEW和δ^(18)OLW分别能很好地代表区域5月和8月的干湿变化。树轮δ^(18)O也受到了ENSO的影响,其中树轮δ^(18)OEW与3—12月厄尔尼诺呈显著正相关关系,树轮δ^(18)OLW与9—12月厄尔尼诺呈显著正相关关系(p<0.05)。该研究表明西双版纳地区的思茅松树轮早晚材δ^(18)O具有重建区域干湿变化的潜力。

哀牢山亚热带常绿阔叶林乔木碳储量及固碳增量

为了解哀牢山亚热带常绿阔叶林的乔木碳储量及其固碳增量,利用2005和2008年的植被调查数据,对哀牢山3种主要常绿阔叶林的乔木碳储量及其固碳增量进行了分析。结果表明:原生的中山湿性常绿阔叶林、滇山杨次生林和旱冬瓜次生林的乔木碳储量分别为257.90、222.95和105.39tC·hm-2;中山湿性常绿阔叶林乔木碳储量主要存储在DBH≥91cm的乔木中(34.68%);而次生林的乔木碳储量主要分布在径级21cm≤DBH<41cm的乔木中(滇山杨林77.29%;旱冬瓜林69.28%)。由此可见,哀牢山地区原生的中山湿性常绿阔叶林乔木层在碳蓄积方面占主导优势。哀牢山亚热带常绿阔叶林的3个森林类型乔木层均具有固碳增量,即使是原生的中山湿性常绿阔叶林,其乔木层年平均固碳增量也达2.47tC·hm-2·a-1;次生林乔木层的年平均固碳增量约为原生林的2倍,显示了哀牢山亚热带常绿阔叶林乔木层具有较强的碳汇增量。初步估算,哀牢山亚热带常绿阔叶林林区内每年乔木固碳增量为8.52×104tC·a-1。

哀牢山亚热带常绿阔叶林光合有效辐射的时空分布

光合有效辐射(PAR)是影响生态系统能量转化和物质生产的重要生态因子,对其时空格局的研究,有助于深入理解生态系统的生理生态因子变化和光合行为。本研究分析了2009年哀牢山亚热带常绿阔叶林生态系统PAR的时间与垂直分布特征及相互关系。结果表明,在日尺度上,PAR在进入冠层内部的过程中,其强度不断减弱;各层次PAR月总量的年变化不尽相同,冠层上在2月和1月分别达到最大值和最小值。冠层上的PAR(PAR1)的日均变化呈单峰曲线,冠层底部(PAR2)、乔木亚层(PAR3、PAR4)和灌木层(PAR5)则为不规则的单峰曲线;各层全年PAR总量分别为8824.98、682.20、403.09、216.62、208.52mol.m-2。全年PAR2-PAR5占PAR1的比率分别为7.73%、4.57%、2.45%和0.92%;雨季各层次PAR的平均值分别为干季的89.77%、89.34%、97.32%%、116.36%和115.09%。

哀牢山亚热带常绿阔叶林与林外草地太阳辐射比较

太阳辐射是森林生态系统的主要能量来源,为探讨亚热带常绿阔叶林对太阳辐射的影响,本研究利用哀牢山亚热带森林生态系统研究站太阳辐射观测数据,对林外草地、林冠上的太阳辐射平衡各分量的年、季节变化特征进行了分析。结果表明:森林辐射的季节变化因随植被的变化而与林外草地辐射有所差异。森林有效辐射占总辐射的比率、反射率均低于林外草地,导致净辐射占总辐射比率高于后者。与我国各地的辐射分配率相比,哀牢山亚热带常绿阔叶林的净辐射占总辐射比率较高,反射率较低。总辐射与相近纬度同植被类型的鼎湖山、鹤山相比,分别高207.7和357.5 MJ.m-2,这对生长在海拔2200 m以上、温凉潮湿环境下的亚热带常绿阔叶林来说,显得异常重要。

亚热带常绿阔叶林林分结构对物种组成变异的驱动作用:从局域到区域尺度

林分结构可以表征森林群落光的可利用性和光环境的异质性,对群落物种组成的变异具有重要驱动作用。然而,目前还鲜有研究将林分结构用于解释群落物种组成的变异。本研究以哀牢山亚热带中山湿性常绿阔叶林20 ha森林动态监测样地及其周边区域按公里网格设置的19个1 ha森林动态样地为研究对象,将林分结构参数、环境因子和空间结构变量共同作为解释变量,采用基于冗余分析的变差分解和层次分割方法,在局域和区域尺度上同时解析群落物种组成变异的驱动因素。结果表明,在局域和区域尺度上,纳入林分结构后均提高了对物种组成变异的解释率。在局域尺度上,加入林分结构作为解释变量后,单纯的空间结构的解释率明显下降,林分结构与环境因子累计贡献了41.0%的解释率。在区域尺度上,林分结构与环境因子累计贡献了23.0%的解释率。从局域到区域尺度,环境过滤的相对作用明显增强。林分结构指示的光的可利用性对林冠下方的树种组成具有较强的塑造作用,今后的研究应进一步探讨林分结构对亚热带常绿阔叶林物种组成变异的驱动机制。

热带季节雨林多花白头树年内径向生长动态及其对环境因子的响应

为了解热带地区树木的季节性生长动态和规律,在西双版纳热带季节雨林利用高精度生长仪和微树芯法对落叶树种多花白头树的径向生长季节动态进行监测。结合木质部非结构性碳水化合物和环境因子的监测,分析其形成层活动和径向季节动态的生理生态驱动因子。结果表明:在2020年,生长仪的监测显示,多花白头树于5月底(儒略日DOY:149.3±7.2)开始生长,8月底(DOY:241.0±14.7)生长结束,年生长量为3.12 mm,最大生长速率为0.04 mm·d^(-1)。而微树芯法显示,扩大细胞3月9日(DOY:69.2±6.2)开始出现,9月19日(DOY:262.8±2.8)细胞加厚结束,木质部生长量为1.76 mm,最大生长速率为0.009 mm·d^(-1)。多花白头树径向日生长量与生长季的降水、相对湿度、日最低气温、深度为20 cm的土壤含水量和温度呈显著正相关,而与日最高气温、水汽压亏缺、最大风速和水汽压呈显著负相关。多花白头树边材淀粉含量和可溶性糖含量均在生长季开始之前保持较高水平,淀粉含量在3月底达到最低,而可溶性糖含量5月中旬达到最低,随着生长季的结束淀粉和可溶性糖的含量分别在10月中旬和12月底达到最高。