气候变化使干旱事件发生的频率和强度持续增加,可能会影响森林的树木生长和正常的生态系统服务功能,近年来北京东灵山森林在气候暖干化趋势下表现出脆弱性特征。中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室树木年轮与孢粉研究组,在北京森林站科学实验区利用树木年轮生态学方法研究了该地区森林树种对气候变化的响应和干旱耐受性。
该研究选择了暖温带地带性植被——落叶阔叶林的建群种辽东栎(Quercus wutaishanica)以及华北地区针叶林代表物种华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)和油松(Pinus tabuliformis)共3个乔木树种,确定了生长季干旱均限制它们的径向生长。基于树木年轮树宽度量化了不同树种的抵抗力和弹性,发现华北落叶松是干旱耐受性最弱的树种,其余两种较为接近。
图1 不同树种标准化年表与气候要素的逐月相关关系
注:P代表降水量、Rh代表相对湿度、T代表平均温度、SPEI代表标准化降水蒸散指数;c指示当年月份,p指示上一年的月份,*号表示显著相关(p<0.05)
经交叉定年后,分别获得了华北落叶松60棵、油松64棵以及辽东栎49棵的有效树芯样本,据此建立了各树种的标准年表。如图1所示,尽管不同树种在年表的公共时段内(1982~2018年)对气候要素的响应存在差异,但所有树种径向生长均与当年5~7月标准化降水蒸散指数(SPEI)显著正相关,说明生长季干旱是这三个树种的共同气候限制因素。
图2 比较不同树种在干旱事件(1994、2001~2002和2007年)中的抵抗力和弹性
注:图中小写字母不同表示物种间存在显著性差异(p<0.05)
依据树轮样本数据判定:华北落叶松是干旱耐受性最弱的树种。通过5~7月SPEI序列和轮宽指数序列,综合确定了研究区域内在1994年、2001~2002年和2007年发生了三次干旱事件,不同树种在干旱事件中的耐受性存在种间差异。如图2所示,华北落叶松表现出最弱的干旱耐受性,它的径向生长在三次干旱事件中下降幅度最大(46.6%~69.6%),抵抗力(0.304~0.534)和弹性(0.570~0.753)均显著低于其他树种。辽东栎和油松的干旱耐受性较为接近,前者仅在2007年中抵抗力显著高于后者,弹性方面则无显著差异。
研究表明:生长季持续的高温或少雨天气引起的干旱事件是树木径向生长受限的主要原因,生理生态策略的种间差异是干旱耐受性差异的可能原因。如果未来增温趋势持续或加重,华北落叶松林的干旱胁迫效应将更加突出,森林管理者应注意对其进行长期监测和保护以预防森林生产力下降,在后期营林规划中应考虑种植树种对极端气候的适应能力。相关研究成果于2021年4月以“树木年轮揭示的东灵山主要树种间干旱耐受性差异”为题在线发表在《应用生态学报》
(DOI:10.13287/j.1001-9332.202110.001)。张齐兵究员指导的硕士研究生肖健宇全程参加了该项研究,并于2021年6月完成学位论文,顺利取得硕士学位。