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题名: 藏东南两树种林线微气候特征及其对树木生长的影响
作者: 刘新圣
答辩日期: 2011-05-01
导师: 罗天祥
专业: 自然地理学
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
学位: 博士
关键词: 高山林线过渡带 ; 急尖长苞冷杉 ; 方枝柏 ; 土壤温度 ; 土壤水分 ; 叶面积指数 ; 树干径向生长 ; 藏东南
摘要:

藏东南分布有全球海拔最高的林线,其形成和分布与高原过去环境演变密切相关,在时间和空间上该地区林线是一条重要的植被交错带,是理解高原植被演变的基础。器测资料表明,在过去50年里藏东南气候变暖趋势明显,高山林线对这种气候变化可能存在较为敏感的响应。但是,由于高山林线环境复杂,国际上有关林线形成机理至今仍存在众多争议,无法机理解释全球不同地区高山/北方林线对气候变暖的响应(表现为升高、不变或降低等截然不同的趋势,同一地区不同树种林线对气候变化响应存在差异)。土壤温度和水分等微环境是控制高海拔地区植被生长和分布的重要环境因子。研究林线过渡带微气候环境的时空变化及其与树木生长的关系将有助于深刻认识高山林线的形成和分布。

在色季拉山林线,出现急尖长苞冷杉和方枝柏在阴坡和阳坡的相对分布景观并形成不同的海拔分布上限,但至今仍缺乏对这一独特林线景观的机理认识,相关测定研究将有助于认识该地区林线的形成机理。相对较多的降水以及高海拔的低温环境形成了该地区典型的冷湿气候特征,为揭示植物与环境之间的关系以及植物对全球变化的响应机理提供了理想的天然实验室。本论文利用已开展的色季拉山两个树种(急尖长苞冷杉和方枝柏)林线过渡带不同植被类型土壤温度和水分的梯度定位观测以及林线树木径生长和微气象要素监测,并进一步测定相关的植被和土壤参数,旨在阐明:(1)林线过渡带土壤温度和水分变化受海拔、坡向及植被类型的相对影响程度;(2)高山林线树木径向生长及其限制因子。主要研究成果入下:

1.在色季拉山,急尖长苞冷杉和方枝柏林线存在相似的年降水量和生长季平均气温。尽管两树种林线的生长季平均土壤温度都接近6.7±0.8℃这一全球高山林线土壤低温阈值,方枝柏林线生长季平均土壤温度仍然高于急尖长苞冷杉林线0.8-1.0K。与阳坡相比,较厚的雪盖和较密的植被覆盖使得阴坡春季土壤升温的时间要晚20-30天。偏相关分析表明,坡向、植被高度和叶面积指数(LAI)而非海拔是决定林线过渡带土壤温度空间变化的主要因素。坡向(转换为southness)和植被高度或LAI相结合能够解释12快样地20cm土壤温度(年、生长季和7月份平均)变化方差的56-77%。虽然土壤温度在海拔间变化较小,但是冠层高度和叶面积指数均随海拔下降,并与生长季(r=-0.64~-0.71p0.05)或7月份(r=-0.72~-0.79p0.01)平均土壤温度显著地负相关。生长季土壤水分基本在20%以上,与海拔、坡向和土壤或植被参数没有显著地关系。急尖长苞冷杉林线生长季5cm土壤温度日振幅明显地低于方枝柏林线及两树种林线以上的低矮灌草地,这为急尖长苞冷杉与方枝柏对坡分布的森林尽管提供了一个新的解释。

2.在树干生长的主要时期(急尖长苞冷杉:5月底-8月;方枝柏:4月中旬-8月),两个林线树种树干生长高峰都基本出现在622-71日这样一个非常短的时间段内。在两个林线树种树干生长高峰期(6月份生长量占全年生长量:急尖长苞冷杉58-60%,方枝柏38-58%),我们发现土壤温度(r=0.43-0.49p0.001)、60cm土壤热通量(r=0.49p0.001)、最低气温(r=0.43p0.001)和平均气温(r=0.35p0.001)是影响急尖长苞冷杉树干生长量的主要环境因子;平均气温(r=0.49p0.001)、最高气温(r=0.45p0.001)、降水(r=0.43p0.001)、5cm土壤含水量(r=0.43p0.001)、土壤温度(r=0.30-0.39p0.05)和最低气温(r=0.37p0.01)是影响方枝柏树干生长量的主要环境因子;并且以上环境因子均与急尖长苞冷杉或方枝柏树干生长量显著正相关。急尖长苞冷杉(586-895μm)树干年生长量要高于方枝柏(276-377μm)树干年生长量58-191%

极端的环境条件限制了高山林线树木的生长和分布。上述研究结果表明,随着海拔的升高,与植被高度和盖度(如叶面积指数)同步变化的林线植物生活型的变化明显地改善了土壤温度,使得土壤温度与植被参数(叶面积指数和冠层高度)之间存在密切的关系。另外,研究结果还表明,在树干生长的主要时期里,土壤温度、平均温度和最低气温是觉得急尖长苞冷杉和方枝柏树干生长量的主要环境因子,而且降水和土壤含水量对方枝柏树干生长也存在重要影响,这暗示着阳坡的方枝柏可能存在水分胁迫。

语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.itpcas.ac.cn/handle/131C11/1611
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刘新圣.藏东南两树种林线微气候特征及其对树木生长的影响[博士].北京.中国科学院研究生院.2011
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