昌灵山青海云杉树木生长特征分析

安然

摘 要： 本文利用昌灵山青海云杉树木年轮宽度变化分析树种径向生长特征，并探讨个别样本存在的特殊差异的原因，从而发挥森林应对气候变化的作用。提高森林系统的质量及其生态服务功能。进一步改善我国生态环境并对森林資源进行可持续管理。

关键词： 径向生长;树轮宽度;青海云杉

【中图分类号】S713     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）07-0026-01

1 引言

近年来，全球气候变暖已引起了人类生存环境的一系列变化。一些地区干旱、极度干旱、酷热和热浪等极端天气气候事件频发，导致森林生态系统的结构与功能产生巨大变化。与此同时，人类对于森林不合理的开发利用也加速了生态环境的恶化。森林生态系统作为陆地生态系统的主体，其兴衰直接影响全球经济和社会的发展，也直接影响生态环境[1]。因此，保持森林生态系统平衡对于维持我国自然生态系统格局、功能和过程具有重要的生态意义。树木从环境中吸收养分和能量并且从环境中汲取各种化学元素到每年的生长层（即年轮）中[2]，具有定年准确、连续性强、分辨率高和易于获取复本等特点[3]。因此，本文利用昌灵山青海云杉树种年轮宽度分析其生长特征。

2 研究区域概况

本研究采样地点位于甘肃祁连山国家级自然保护区东段的昌灵山保护站内。本保护区地处古浪县东端，毗邻景泰县寿鹿山林区，面积约50.14km2。北距腾格里沙漠仅有8km，南接高寒祁连山区。属温带大陆性气候与高原干旱气候。夏秋两季较为湿润，冬春季干旱而风大。年平均气温4.9℃，极端最高气温33℃，极端最低气温-26.4℃。年日照时数2628.9h，>=10℃的有效积温1949℃。年降水量300-360mm，无霜期153d。海拔2500-2800m之间属亚高山草原带，是乔木自然分布区，也是青海云杉的主要聚集区域。

3 数据和方法

3.1 树轮数据。通过GPS 定位，按照国际树木年轮库（ITRDB）的标准，选取海拔在2400～2500m、坡向相近、胸径接近的青海云杉21颗，用内径为5.3 mm 的生长锥从每棵树的阳面、阴面分别钻取1芯，个别树龄较长的取3 芯，共取样42个芯。测定样地地理坐标、海拔高度、坡度、坡向、坡位等环境条件;采用常规的树轮预处理方法对样品进行干燥、固定和打磨后，用精度为0.001mm的LINTAB树轮宽度仪对处理好的树芯进行定年和宽度测量，并利用COFECHA程序对定年和测量结果进行检验。最后选取步长为60年的样条函数拟合树木生长趋势，用ARSTAN程序进行去趋势，并利用双权重平均法合成树轮宽度年表。

3.2 年表建立。青海云杉年表的建立采用ARSTAN程序完成，采用步长为70a的样条函数拟合树木生长趋势，之后对去生长趋势序列运用加权平均法建立树轮宽度标准化年表。为了更好的分析云杉径向生长特征，同时计算其径向生长值与断面积增量（BAI值）。前一年的径向生长值是用过去5a 年轮宽度的中值在每个宽度序列上滑动来计算的。如下所示：

1975 1976 1977 1978 1978 1980 1981 1982 1983

前一年径向生长

在分析树轮的生长历史时，以每12年为一个单位进行统计，利用Microsoft Excel 2010等作图分析软件进行分析、将取到的21棵云杉的原始树轮宽度、径向生长值按生理年龄对齐，进行累加求平均得到年均树轮宽度值、年均径向生长值。并用三次多项式模拟平滑曲线，以揭示其生长过程。

2.3 气象资料。本文采用距离采样点较近的景泰气象站气候资料进行树轮-气候响应分析。气候资料包括逐月的降水（Pre）和气温（月平均气温Tem，月平均最高气温Tmax，月平均最低气温Tmin），数据时间区间为1957-2016年。

3 径向生长特征

树轮宽度的普遍规律是是随着树龄的增加呈现持续下降的趋势。历年平均值为159.6mm。树轮宽度平均最小值出现在2004年，仅有53.4mm。最大值达574.3mm，出现在1863年。从连续每年树轮宽度变化趋势线分析可得，树轮宽度变化波动性较小，呈现持续下降的趋势。但在不同时间段内下降速率存在差异。在1907-1965时间段内下降幅度微小，趋于平缓。而在1996-2016时间段内下降幅度更为明显。运用滑动计算法计算出的径向生长值也可以反映出相应规律。其普遍规律是随着树龄的增加呈现先减小后增加再减小的趋势。通过3次多项式对树轮宽度与时间进行回归拟合。

深层次分析各样本逐年树轮宽度变化曲线（图1），发现在1869-1875年、1886-1892年以及1993-1999年这三个时间段内，部分树种的径向生长量出现了持续且快速的增加，例如在1886-1892时间段内，平均径向生长量由86mm持续增长到158mm。这种情况是在受到一定的外界环境干扰下形成的，称为生长释放。而导致树木生长释放的主要诱因是干扰所造成的林窗开放。由于树木倒伏对周围幸存树木造成不同程度的伤害而形成窄轮，之后又由于竞争减弱出现快速生长[3]。只有当干扰较为强烈的时候才会出现大规模的树木径向生长量统一增加，因此只是个别样本数目出现此情况。除此之外，气温突变也可能是导致树木径向生长值在1996年后急剧下降的原因。由于气温升高，使得植物在夜间的呼吸作用加强，导致储存在植物体内以供给植物生长的各类养分消耗增加[4]。并加快了土壤内水分的挥发速度，降低土壤含水量。使水分条件从原来满足植物需求转变为限制植物生长，出现干旱胁迫的现象[3]。

4 结论

本文利用昌灵山地区青海云杉树轮资料，以两种方式：树轮宽度年表、径向生长年表分析该树种的径向生长特征，并探讨个别样本存在的特殊差异，得出结论如下：

（1）分析两种变化曲线的趋势，发现云杉树种的轮宽与径向生长曲线的一致性较强，但又各具特点。

（2）树轮宽度变化曲线波动性较小，在1996年气温突变后下降速率更快;树轮宽度也会随树龄的增加呈现不断减小的趋势。

（3）径向生长曲线存在较大的波动，树木径向生长值在1996年气温突变后急剧下降;林窗干扰、微环境变化可能是形成云杉径向生长迅速增加的显著因素。

参考文献

[1] 余新晓，鲁绍伟，靳芳，陈丽华，饶良懿，陆贵巧.中国森林生态系统服务功能价值评估[J].生态学报，2005（08）：2096-2102.

[2] 王树芝，赵秀海.树轮生态学研究进展[J].世界林业研究，2010，23（2）：17-21.

[3] 肖辉林.森林衰退与全球气候变化[J].生态学报，1994（04）：430-436.