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为探究高海拔林缘树木生长与气候关系,研究人员以厄尔布尔士山脉高海拔林缘优势种大花栎为对象,分析树轮宽度年表。发现其生长与温湿度显著相关,干旱为关键限制因素,为气候变化下森林动态研究提供依据。
在全球气候变暖背景下,高海拔森林生态系统对气候变化的响应一直是生态学研究的热点。高山林线作为树木生长的海拔上限,受低温等非生物因素制约,其动态变化对气候变暖尤为敏感。然而,伊朗北部厄尔布尔士山脉高海拔林缘的大花栎(Quercus macranthera Fisch. & C. A. Mey.)作为该区域的优势树种,其生长与气候的关系却鲜少被研究。目前,尽管已有部分关于该地区其他树种对气候变化响应的研究,但大花栎,尤其是其在当前林线上限的生长受气候因子影响的机制仍不明确。深入探究这一问题,对于理解高海拔森林生态系统在气候变化下的动态变化及物种适应性具有重要意义。
为填补这一研究空白,相关研究机构的研究人员开展了大花栎的树木年代气候学研究。该研究在厄尔布尔士山脉高海拔林缘的三个位点,构建了跨越 400 多年的树轮宽度(TRW)年表,旨在揭示大花栎生长与气候的长期关系。研究发现,大花栎的径向生长对气候变异敏感,冬季和春季温度、生长季降水对其生长有正向影响,而夏末和秋季的干旱胁迫是主要的生长限制因素。这些结果为预测大花栎在未来气候变化中的响应提供了重要依据,相关论文发表在《Dendrochronologia》。
研究中主要采用的关键技术方法包括:首先,在三个研究位点(Gazna-No、Shah-Alamdar Ridge、Kule-Chal)采集大花栎树芯样本,每个位点选取均匀林分,在 20×20 m 样地中采集树芯和土壤样本,进行土壤理化性质分析;其次,对树芯样本进行标准化处理,包括扫描、测量树轮宽度,利用 CDendro 软件进行交叉定年,确保数据准确性;最后,运用 R 语言的 “dplR” 等包进行统计分析,计算年表统计特征,并通过 Pearson 相关分析等方法探究树轮宽度与气候变量(温度、降水、标准化降水蒸散指数 SPEI)的关系。
3.1 年表特征
研究构建的树轮宽度年表时间跨度分别为 GN 位点 1586-2023 年、SA 位点 1581-2022 年、KC 位点 1800-2023 年。各年表的平均树轮宽度分别为 0.60 mm、0.56 mm、1.08 mm。统计指标显示,各站点的平均系列间相关性、一阶自相关、R-bar 值等均处于合理范围,EPS 值高于 0.85 阈值,SNR 值表明气候信号强,说明年表具有较高的可靠性和气候代表性。
3.2 气候与树轮宽度关系
各研究位点的大花栎生长与气候因子的关系呈现一致性。冬季和早春温度(如当前年份 1 月、2 月、3 月)对生长有显著正向影响,可能与促进芽萌发和早期生长启动有关。生长季降水(如 3-8 月)与树轮宽度呈正相关,夏季(6 月)降水尤为重要,反映了水分供应对生长的关键作用。而夏末秋初(如前一年 8 月、当前年份 10 月)的干旱胁迫(通过 SPEI 指数表征)对生长有显著负向影响,表明水分不足会限制树木生长。此外,不同位点存在一定差异,如 GN 位点 10 月降水与生长负相关,可能与低温抑制根系活动有关;KC 位点前一年 10 月降水与生长正相关,可能与延长生长季和冬季水分储备有关,体现了局部环境因素(如土壤质地、地形)对生长响应的调制作用。
研究结论表明,大花栎在厄尔布尔士山脉高海拔林缘的生长受温度和降水的显著影响,干旱胁迫是主要限制因素,且存在位点特异性差异。这一结果不仅拓展了对高海拔林缘树种生长 - 气候关系的认识,也为预测气候变化下该物种的分布和生长动态提供了基础数据。讨论指出,尽管大花栎对气候变暖可能存在一定的适应潜力,但其生长受局部土壤水分、地形等因素的复杂影响。在全球变暖背景下,干旱胁迫的加剧可能对高海拔森林生态系统的结构和功能产生深远影响,需进一步关注物种对气候变化的长期适应机制及生态系统的管理策略。该研究为理解高海拔森林对气候变化的响应提供了重要案例,有助于制定针对性的保护和适应性管理措施。