昌靈山青海云杉樹木生長特征分析

安然

摘 要： 本文利用昌靈山青海云杉樹木年輪寬度變化分析樹種徑向生長特征，并探討個別樣本存在的特殊差異的原因，從而發(fā)揮森林應(yīng)對氣候變化的作用。提高森林系統(tǒng)的質(zhì)量及其生態(tài)服務(wù)功能。進(jìn)一步改善我國生態(tài)環(huán)境并對森林資源進(jìn)行可持續(xù)管理。

關(guān)鍵詞： 徑向生長;樹輪寬度;青海云杉

【中圖分類號】S713 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）07-0026-01

1 引言

近年來，全球氣候變暖已引起了人類生存環(huán)境的一系列變化。一些地區(qū)干旱、極度干旱、酷熱和熱浪等極端天氣氣候事件頻發(fā)，導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生巨大變化。與此同時，人類對于森林不合理的開發(fā)利用也加速了生態(tài)環(huán)境的惡化。森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其興衰直接影響全球經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，也直接影響生態(tài)環(huán)境[1]。因此，保持森林生態(tài)系統(tǒng)平衡對于維持我國自然生態(tài)系統(tǒng)格局、功能和過程具有重要的生態(tài)意義。樹木從環(huán)境中吸收養(yǎng)分和能量并且從環(huán)境中汲取各種化學(xué)元素到每年的生長層（即年輪）中[2]，具有定年準(zhǔn)確、連續(xù)性強(qiáng)、分辨率高和易于獲取復(fù)本等特點(diǎn)[3]。因此，本文利用昌靈山青海云杉樹種年輪寬度分析其生長特征。

2 研究區(qū)域概況

本研究采樣地點(diǎn)位于甘肅祁連山國家級自然保護(hù)區(qū)東段的昌靈山保護(hù)站內(nèi)。本保護(hù)區(qū)地處古浪縣東端，毗鄰景泰縣壽鹿山林區(qū)，面積約50.14km2。北距騰格里沙漠僅有8km，南接高寒祁連山區(qū)。屬溫帶大陸性氣候與高原干旱氣候。夏秋兩季較為濕潤，冬春季干旱而風(fēng)大。年平均氣溫4.9℃，極端最高氣溫33℃，極端最低氣溫-26.4℃。年日照時數(shù)2628.9h，>=10℃的有效積溫1949℃。年降水量300-360mm，無霜期153d。海拔2500-2800m之間屬亞高山草原帶，是喬木自然分布區(qū)，也是青海云杉的主要聚集區(qū)域。

3 數(shù)據(jù)和方法

3.1 樹輪數(shù)據(jù)。通過GPS 定位，按照國際樹木年輪庫（ITRDB）的標(biāo)準(zhǔn)，選取海拔在2400～2500m、坡向相近、胸徑接近的青海云杉21顆，用內(nèi)徑為5.3 mm 的生長錐從每棵樹的陽面、陰面分別鉆取1芯，個別樹齡較長的取3 芯，共取樣42個芯。測定樣地地理坐標(biāo)、海拔高度、坡度、坡向、坡位等環(huán)境條件;采用常規(guī)的樹輪預(yù)處理方法對樣品進(jìn)行干燥、固定和打磨后，用精度為0.001mm的LINTAB樹輪寬度儀對處理好的樹芯進(jìn)行定年和寬度測量，并利用COFECHA程序?qū)Χ旰蜏y量結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。最后選取步長為60年的樣條函數(shù)擬合樹木生長趨勢，用ARSTAN程序進(jìn)行去趨勢，并利用雙權(quán)重平均法合成樹輪寬度年表。

3.2 年表建立。青海云杉年表的建立采用ARSTAN程序完成，采用步長為70a的樣條函數(shù)擬合樹木生長趨勢，之后對去生長趨勢序列運(yùn)用加權(quán)平均法建立樹輪寬度標(biāo)準(zhǔn)化年表。為了更好的分析云杉徑向生長特征，同時計算其徑向生長值與斷面積增量（BAI值）。前一年的徑向生長值是用過去5a 年輪寬度的中值在每個寬度序列上滑動來計算的。如下所示：

1975 1976 1977 1978 1978 1980 1981 1982 1983

前一年徑向生長

在分析樹輪的生長歷史時，以每12年為一個單位進(jìn)行統(tǒng)計，利用Microsoft Excel 2010等作圖分析軟件進(jìn)行分析、將取到的21棵云杉的原始樹輪寬度、徑向生長值按生理年齡對齊，進(jìn)行累加求平均得到年均樹輪寬度值、年均徑向生長值。并用三次多項(xiàng)式模擬平滑曲線，以揭示其生長過程。

2.3 氣象資料。本文采用距離采樣點(diǎn)較近的景泰氣象站氣候資料進(jìn)行樹輪-氣候響應(yīng)分析。氣候資料包括逐月的降水（Pre）和氣溫（月平均氣溫Tem，月平均最高氣溫Tmax，月平均最低氣溫Tmin），數(shù)據(jù)時間區(qū)間為1957-2016年。

3 徑向生長特征

樹輪寬度的普遍規(guī)律是是隨著樹齡的增加呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。歷年平均值為159.6mm。樹輪寬度平均最小值出現(xiàn)在2004年，僅有53.4mm。最大值達(dá)574.3mm，出現(xiàn)在1863年。從連續(xù)每年樹輪寬度變化趨勢線分析可得，樹輪寬度變化波動性較小，呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。但在不同時間段內(nèi)下降速率存在差異。在1907-1965時間段內(nèi)下降幅度微小，趨于平緩。而在1996-2016時間段內(nèi)下降幅度更為明顯。運(yùn)用滑動計算法計算出的徑向生長值也可以反映出相應(yīng)規(guī)律。其普遍規(guī)律是隨著樹齡的增加呈現(xiàn)先減小后增加再減小的趨勢。通過3次多項(xiàng)式對樹輪寬度與時間進(jìn)行回歸擬合。

深層次分析各樣本逐年樹輪寬度變化曲線（圖1），發(fā)現(xiàn)在1869-1875年、1886-1892年以及1993-1999年這三個時間段內(nèi)，部分樹種的徑向生長量出現(xiàn)了持續(xù)且快速的增加，例如在1886-1892時間段內(nèi)，平均徑向生長量由86mm持續(xù)增長到158mm。這種情況是在受到一定的外界環(huán)境干擾下形成的，稱為生長釋放。而導(dǎo)致樹木生長釋放的主要誘因是干擾所造成的林窗開放。由于樹木倒伏對周圍幸存樹木造成不同程度的傷害而形成窄輪，之后又由于競爭減弱出現(xiàn)快速生長[3]。只有當(dāng)干擾較為強(qiáng)烈的時候才會出現(xiàn)大規(guī)模的樹木徑向生長量統(tǒng)一增加，因此只是個別樣本數(shù)目出現(xiàn)此情況。除此之外，氣溫突變也可能是導(dǎo)致樹木徑向生長值在1996年后急劇下降的原因。由于氣溫升高，使得植物在夜間的呼吸作用加強(qiáng)，導(dǎo)致儲存在植物體內(nèi)以供給植物生長的各類養(yǎng)分消耗增加[4]。并加快了土壤內(nèi)水分的揮發(fā)速度，降低土壤含水量。使水分條件從原來滿足植物需求轉(zhuǎn)變?yōu)橄拗浦参锷L，出現(xiàn)干旱脅迫的現(xiàn)象[3]。

4 結(jié)論

本文利用昌靈山地區(qū)青海云杉樹輪資料，以兩種方式：樹輪寬度年表、徑向生長年表分析該樹種的徑向生長特征，并探討個別樣本存在的特殊差異，得出結(jié)論如下：

（1）分析兩種變化曲線的趨勢，發(fā)現(xiàn)云杉樹種的輪寬與徑向生長曲線的一致性較強(qiáng)，但又各具特點(diǎn)。

（2）樹輪寬度變化曲線波動性較小，在1996年氣溫突變后下降速率更快;樹輪寬度也會隨樹齡的增加呈現(xiàn)不斷減小的趨勢。

（3）徑向生長曲線存在較大的波動，樹木徑向生長值在1996年氣溫突變后急劇下降;林窗干擾、微環(huán)境變化可能是形成云杉徑向生長迅速增加的顯著因素。

參考文獻(xiàn)

[1] 余新曉，魯紹偉，靳芳，陳麗華，饒良懿，陸貴巧.中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估[J].生態(tài)學(xué)報，2005（08）：2096-2102.

[2] 王樹芝，趙秀海.樹輪生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究，2010，23（2）：17-21.

[3] 肖輝林.森林衰退與全球氣候變化[J].生態(tài)學(xué)報，1994（04）：430-436.