北方针叶林南缘处于森林植被带的边缘区域,因此该区域森林植被对全球气候变化具有较高的敏感性。气候变化背景下,该区域森林动态将深刻地影响着区域甚至全球碳平衡和生态系统服务功能等。因此本文基于该区域内较为完整的树木年轮资料、植被调查数据和气候数据,系统地探讨了北方针叶林南缘地区气候干旱化特征以及干旱与森林火灾对区域森林动态的影响。全面认识这一区域气候变化影响下的森林动态变化将更加有效地服务于区域生态建设和生态安全防范工作。本文中具体探讨了以下3个科学问题:(1)北方针叶林南缘半干旱区历史气候变化规律是什么?(2)北方针叶林南缘树木生长和更新如何应对由气候变化引起干旱胁迫和极端干旱事件?(3)森林火灾对树木生长的影响,以及森林火灾后植被恢复模式和影响因子是什么?根据以上科学问题,本文选择北方针叶林南缘半干旱区和较为干旱的半湿润区为主要研究区域,采用树木年轮学和植被调查手段,分别探讨北方针叶林南缘历史气候变化规律和驱动机制;干旱影响下的半干旱区树木生长、更新和树木抗逆性;以及森林火灾后树木生长和植被恢复的影响因子。并且得到了以下几点结论:(1)在过去的近3个世纪内,北方针叶林南缘地区,长期处于干旱状态,较为湿润的年份(PDSI>0的年份)仅占整个重建年份的10.1%。极端干旱的年份在19世纪和20世纪初、末期频繁地发生,并且该区域的干旱变化受到多种气候模式的影响(如:东亚季风,厄尔尼诺等),并且存在明显的周期性变化(2.1-3.3年、5.9-6年和85-92 年)。(2)北方针叶林南缘干旱林线的森林斑块具有较为稳定的径向生长趋势,并且能够在森林死亡后及时得到一定更新,而位于干旱树线附近的森林斑块受到的干旱胁迫更大,树木生长下降,森林缺乏有效的更新潜力。探讨干旱影响下森林生长与更新时,需要考虑气候条件因素、景观格局等因素的共同影响。这些因素对树木的抗逆性也有一定改变,大斑块森林具有更高的抵抗力,小斑块森林具有更高的恢复力,但小斑块森林同时也面临着更高的死亡风险。干旱导致的更新困难使得小斑块森林呈现出以老树为主而缺少幼树、幼苗的群落结构,在未来持续升温的状态下,这部分森林将有消失的可能。(3)在北方针叶林南缘较为干旱的半湿润区(内蒙古大兴安岭地区),非冻土生境的树木生长显著高于冻土生境的树木生长,区域内冻土条件是限制树木生长的重要因子。森林火灾后坡上树木生长的释放比例明显小于坡下有浅层冻土的区域,坡下浅层冻土环境在升温过程中有更多的水分被释放出来,补充了树木生长的水分需求,出现了生长更强的释放现象。冻土和森林火灾的交互作用,对森林火灾后树木生长存在着长期的影响,温度升高可能是驱使2种地形兴安落叶松径向生长发生分异的主要原因之一。在永久冻土地区,森林火灾后浅层永久冻土的融化改变了土壤水分条件,导致树木更新失败,并促使一些亲水性灌木成为优势种。这种森林火灾后永久冻土退化导致了坡下和坡上植被恢复和演替模式的差异性。综上所述,北方针叶林南缘地区的森林面临着干旱和森林火灾等干扰的多重影响,并且在未来气候变化影响下其退化的风险会进一步上升。半旱区大范围的干旱林线森林更新停止和更新潜力衰弱,以及较为干旱的半湿润区内冻土影响下火烧迹地的更新失败,这是气候变化影响下森林退化的直接表现。