祁連山地區(qū)樹(shù)輪氣候與生態(tài)學(xué)研究.pdf

1、全球氣候變化背景下，開(kāi)展區(qū)域氣候變化及森林生態(tài)響應(yīng)研究十分重要。但囿于區(qū)域氣象站點(diǎn)和森林觀測(cè)記錄少、時(shí)間尺度短、空間分布不均勻等問(wèn)題，需要借助于自然氣候載體等來(lái)開(kāi)展研究。樹(shù)木年輪不僅是開(kāi)展氣候變化研究的重要代用指標(biāo)，也是研究森林生態(tài)響應(yīng)的理想載體。位于我國(guó)西北干旱區(qū)的祁連山水源涵養(yǎng)林，對(duì)于維系區(qū)域生態(tài)環(huán)境平衡、水資源調(diào)節(jié)、河西走廊灌溉和延緩沙漠化進(jìn)程等都發(fā)揮著重要作用。研究祁連山地區(qū)氣候變化歷史及森林樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)，對(duì)理解當(dāng)前

2、氣候變化及指導(dǎo)未來(lái)氣候變化條件下森林管理有著十分重要的意義。本研究利用采自祁連山地區(qū)的樹(shù)木年輪資料，分別從樹(shù)輪氣候與樹(shù)輪生態(tài)學(xué)研究的角度，開(kāi)展區(qū)域氣候變化和森林生態(tài)響應(yīng)研究。圍繞著這兩方面研究，本論文首先在目前樹(shù)輪記錄較少的祁連山西部和東部地區(qū)建立樹(shù)輪年表，開(kāi)展氣候變化重建工作。其次，利用森林生態(tài)過(guò)程模型對(duì)祁連山東部青海云杉樹(shù)木近期出現(xiàn)的生長(zhǎng)加快的原因和機(jī)制進(jìn)行分析探討。最后，從樹(shù)輪生態(tài)與樹(shù)輪氣候?qū)W研究結(jié)合的角度，對(duì)祁連山東部和中部三個(gè)

3、山體不同海拔、不同樹(shù)種以及不同時(shí)空和頻率的樹(shù)木徑向生長(zhǎng)特征及樹(shù)輪-氣候響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析研究。論文的主要結(jié)論如下：
　　(1)祁連山西部過(guò)去近千年干旱變化歷史重建結(jié)果顯示，該地區(qū)在15至18世紀(jì)的小冰期為一個(gè)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的干旱時(shí)期。而19世紀(jì)以來(lái)整體處于相對(duì)濕潤(rùn)的階段。過(guò)去850年（1161-2010年)中，該地區(qū)經(jīng)歷了5個(gè)相對(duì)濕潤(rùn)時(shí)期和4個(gè)相對(duì)干旱時(shí)期。小冰期時(shí)期三次持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的大干旱時(shí)期（AD1260s-1340s,AD143

4、0s-1540s,AD1640s-1740s)分別與太陽(yáng)活動(dòng)的Wolf。Sp?rer和 Maunder極小期對(duì)應(yīng)。與太陽(yáng)活動(dòng)曲線對(duì)比以及小波分析結(jié)果顯示，該區(qū)域干濕變化與太陽(yáng)活動(dòng)在12至17世紀(jì)之間在百年以上的頻率上存在同步變化的特征，而自AD1600年以來(lái)兩者在60-100年頻率上存在錯(cuò)位相的變化關(guān)系。
　　(2)祁連山東部過(guò)去225年7月平均溫度變化歷史重建結(jié)果顯示，該地區(qū)過(guò)去兩百多年存在5個(gè)相對(duì)溫暖的時(shí)期和6個(gè)低溫時(shí)期，其中

5、1894-1916年是持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的低溫時(shí)期，1990-2009年是持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的相對(duì)溫暖時(shí)期。1900年以來(lái)該地區(qū)溫度上升顯著，升溫速率約為0.13℃/10年。對(duì)比青藏高原東北部地區(qū)其他幾條樹(shù)輪溫度記錄發(fā)現(xiàn)，基于樹(shù)輪記錄與溫度之間正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系重建的過(guò)去溫度變化之間沒(méi)有顯著差異，但正相關(guān)重建對(duì)近百年的溫度上升趨勢(shì)捕捉較好。本研究溫度重建序列與其他暖季溫度重建序列之間變化非常一致，但與冬季溫度重建序列對(duì)比卻發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)暖季溫度變化約

6、滯后冬季溫度變化20年左右。
　　(3)祁連山東部一個(gè)樣點(diǎn)的青海云杉樹(shù)輪記錄顯示，1980-2009年這一時(shí)期樹(shù)木徑向生長(zhǎng)量增加了60％。同時(shí)期該地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)季（5-9月份)溫度上升了約2℃，大氣CO2濃度增加了48ppm，霜凍日數(shù)減少了18天，降水的變化幅度不大。相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析得出降水和太陽(yáng)輻射對(duì)該樣點(diǎn)樹(shù)木生長(zhǎng)影響不大。3-PG模型敏感性分析結(jié)果顯示，最低溫升高導(dǎo)致的霜凍日數(shù)減少是引起該地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)加快的最主要原因，生長(zhǎng)季霜凍日數(shù)

7、減少促使樹(shù)木光合總量增加了42%。而大氣C02濃度升高對(duì)樹(shù)木光合總量增加的貢獻(xiàn)量為20%。生長(zhǎng)季平均溫和最高溫升高對(duì)于樹(shù)木光合總量的影響很小。
　　(4)對(duì)祁連山中部至東部三個(gè)山體坡面上不同海拔高度的祁連圓柏和青海云杉年輪生長(zhǎng)特征和樹(shù)輪-氣候響應(yīng)關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，祁連山中部不同海拔高度的祁連圓柏年輪生長(zhǎng)特征及樹(shù)輪-氣候響應(yīng)關(guān)系并沒(méi)有出現(xiàn)隨海拔梯度而顯著變化的特征。但隨著近幾十年溫度的升高，樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)溫度的敏感性顯著降低了。對(duì)5個(gè)不同

8、海拔高度青海云杉樹(shù)輪記錄的分析顯示，森林中線海拔接近3100m位置的青海云杉樹(shù)木徑向生長(zhǎng)敏感性最高，樹(shù)齡最大，缺輪率和平均序列間相關(guān)也最高。但不同海拔樣點(diǎn)間的樹(shù)輪-氣候響應(yīng)關(guān)系并沒(méi)有明顯差異，共同顯示了主要受干旱氣候的影響，并且這種影響主要體現(xiàn)在低頻變化上。祁連山東部同一山體坡面上的青海云杉和祁連圓柏樹(shù)輪記錄分析表明，單棵樹(shù)的樹(shù)木生長(zhǎng)特征基本以樣點(diǎn)為單位進(jìn)行聚類。海拔變化對(duì)青海云杉樹(shù)木生長(zhǎng)和氣候響應(yīng)特征影響不大，但高低海拔的祁連圓柏樹(shù)木