极端干旱对亚热带森林树木生长的影响

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全球变化背景下森林树木的生长正在发生着显著的变化,严重影响陆地生态系统的碳、水和能量循环,从而对区域乃至全球气候系统产生重要反馈。模型预测和长期监测数据均表明,亚热带森林面临极端干旱的风险在本世纪内将显著增加,严重危害树木的生长发育。目前,森林树木生长的评估主要依赖年尺度的树轮研究以及间断性胸径测量和生物量收获等方法,尚缺乏精细时间尺度上的生长动态监测。这限制了人们对树木生长过程响应气候变化的全面理解。为此,本研究利用大型野外穿透雨隔离实验模拟极端干旱环境,采用植物生长测量仪(Dendrometer)实现树木径向变化的高时间分辨率监测,探讨不同时间尺度上极端干旱对亚热带常绿阔叶林典型的优势树种(木荷:Schima superba和石栎:Lithocarpus glaber)生长的影响。基于对2017-2020年的监测数据分析,发现主要结果:(1)在日尺度上,木荷和石栎的树木径向变化均包括由水分变化驱动的可逆收缩过程(平均5:00-10:00开始,14:00-16:00结束)和不可逆的生长过程。与对照相比,极端干旱处理没有显著改变树木径向收缩时间,但影响了其收缩量和生长量。在干旱条件下,木荷和石栎的最大收缩量分别降低了42.04%和44.88%,生长量分别降低了44.92%、54.36%。此外,最大收缩量与生长量呈现驼峰关系:在一定范围内生长量随着最大收缩量增加而升高,超过阈值后随着最大收缩量增加而降低。这表明树干径向收缩过程中发生的生理变化如树干贮存水释放可能在一定程度上减弱了干旱对生长的负面影响。(2)在季节尺度上,极端干旱改变了树木的生长物候和生长速率。与对照相比,极端干旱导致木荷的生长季开始时间延后(24天),对结束时间无显著影响,降低了最大生长速率(51.40%),从而导致累积径向生长显著降低70.75%。相比之下,极端干旱对石栎的生长季开始无显著影响,导致石栎的生长季结束时间提前(48天),降低最大生长速率(66.38%),从而导致累积径向生长降低了77.85%。结构方程模型分析进一步表明,极端干旱主要通过降低树木生长速率(木荷和石栎的通径系数分别为0.69和0.90,P<0.05),而非改变生长物候,影响树木累积径向生长。在年际尺度上,干旱使木荷的累积生长量在不同年份均有相似程度的降低。而对石栎来说,干旱显著降低了其2017年的累积生长量,但对其他年份的累积生长量没有显著影响,这可能与石栎较强的抗旱性以及2017年夏季罕见的少雨天气有关。综上所述,本研究结果揭示了极端干旱对亚热带森林优势树种不同时间尺度下树木径向生长的影响,在日尺度上树木生长对极端干旱的响应受到径向收缩过程的非线性影响,在季节尺度上极端干旱主要通过对最大生长速率的负面效应影响累积生长,通过改变物候对累积生长的影响较小。这些研究结果深化了人们对亚热带森林树木生长过程响应极端干旱的全面理解,并有助于提升对亚热带森林这一重要碳汇的保护意识。
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