秦岭地区锐齿栎和栓皮栎径向生长的环境响应分析

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栎类森林是我国重要森林资源,不仅具有固碳、蓄水、供氧和游憩等生态和社会效益,还可以提供木材、栓皮等经济价值。然而,我国栎类林分生长的主要环境因素和机理还不清晰。本文以我国南北分界带—秦岭地区3个地点的锐齿栎(Quercus aliena var.acutiserrata)和栓皮栎(Q.variabilis)为主要研究对象,基于树轮年代学和样地调查资料,研究不同海拔梯度上2种栎树径向生长动态及其与气候的关系,并进一步揭示个体断面积生长变化及其与林木年龄、竞争、密度和地形等环境因子的关系;同时,利用已有生物量异速生长模型,对栎类林分及单株生物量和生产力进行估算。以期为我国栎类资源经营和保护提供理论指导。主要结果如下:(1)建立了秦岭不同海拔锐齿栎和栓皮栎15个差值年表。通过年轮生长-气候分析发现,秦岭中部太白山(TBS)北坡不同海拔栎树对气候的响应较为一致,个体径向生长与当年5-7月降水量和干旱指数正相关,而与5-7月饱和水汽压差、平均温度和最高温度负相关。秦岭东部(宝天曼,BTM)、西部(小陇山,XLS)栎树生长对气候变化的响应在不同海拔上有一定的差异,但都受当年6月降水的正影响和温度的负影响。(2)建立了锐齿栎和栓皮栎单木断面积增量的混合效应模型。考虑树木个体和样地的随机因素、时间序列自相关(一阶自回归与滑动平均模型,ARMA)和异方差结构(幂函数,power),对锐齿栎和栓皮栎分别进行单木断面积增量(BAI)的线性混合效应模型构建,其结果优于一般线性模型。同时,发现降水对秦岭中部和西部栎树BAI有显著正作用,而对秦岭东部锐齿栎BAI有显著负作用;温度对秦岭西部栎树BAI有显著正作用,而对秦岭东部有显著负作用,对秦岭中部无显著影响。树木间竞争是秦岭地区栎类生长的主要限制因素,而树木年龄与初始胸径也对秦岭栎树的生长有着显著的影响,如初始胸径对于秦岭中东部栎树生长有显著的正相关而对于西部小陇山栎树呈显著负相关。各个海拔栎树断面积增量均随树龄增加而呈现增加的趋势。(3)比较了不同区域的栎类林生物量和生产力。异速方程拟合结果发现,整体上,锐齿栎林生物量顺序为秦岭中部太白山>秦岭东部宝天曼>秦岭西部小陇山;而太白山栓皮栎林平均生物量低于宝天曼栓皮栎林;其中锐齿栎干生物量占比(51.3%-56.0%)均高于栓皮栎干生物量的比例(42.6%-46.7%),锐齿栎叶生物量占比(1.1%-1.7%)均低于栓皮栎叶生物量的比例(2.5%-2.8%)。秦岭地区栎类林均以70年龄级的林分生物量或生产力最高。(4)利用种源试验,揭示了不同种源栓皮栎幼树的碳同化与碳分配规律。低纬度湖南城步(CB)种源的单株平均生物量最高,河南内乡(NX)种源最低。幼树期栓皮栎的根冠比均大于秦岭地区天然林乔木层栓皮栎,根冠比顺序为平谷(PG)>秭归(ZG)>内乡>城步>太白山(TBS)>宝天曼(BTM)。低纬度湖南城步种源的最大净光合速率(Pmax)最高,各种源PSⅡ原初光能转换效率(Fv/Fm)不受光抑制,不存在生理胁迫现象,且不同种源间PSⅡ光能热耗散和光保护能力相当。综上所述,生长季降水对秦岭地区各海拔栎树径向生长均有促进作用,而生长季的高温会抑制其生长。此外,竞争、树木年龄和初始胸径也对栎树的径向生长有显著的影响。其中竞争是最主要的限制因素,树木年龄和胸径在不同时间阶段对栎树径向生长的作用有正有负。高纬度种源栓皮栎在南移后的径向生长、高生长、物质积累和光合参数均低于低纬度种源,这说明栓皮栎幼苗生长和物质积累对气候变暖的响应并不快速、敏感。而且秦岭地区栎类天然林径向生长量(RWI)在气候暖干化阶段并没有明显上升趋势,说明相较于气候变化,秦岭栎类的林木年龄、胸径大小和竞争因素对其生长影响更大。
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