北亚热带暖温带过渡区针叶林分布的时空动态及其对气候变化的响应研究

Global climate warming is effecting plants by changing their habits and ecological environment. Plants acclimatize themselves to climate change by remodelling their physiological suitability and geographic distribution. Funiu Mountains is located in the west of Henan Province, which is the transitional area from the northern subtropics to warm temperate zone in China. With its special climate characteristic, Funiu Mountains becomes the intersectant region for many south and north plants. Funiu Mountains is the north distribution limit for Pinus massoniana and Cunninghamia lanceolata, and also the south limit for Pinus armandii and Abies chensiensis. With its special geographical location it is also seen as an important zone to study the correlation between species distribution and climate change. To infer future changes in the distribution of tree populations at the limit of a species' geographical range, a deep understanding of the regeneration niche and the spatial pattern of tree recruitment is needed. We select permanent sample plots of the four conifer trees for mapping and monitoring their recruitment dynamics in the Funiu Mountais. Dendroclimatological techniques are employed to study the relationship between tree growth and climatic variablity, population ecology and spatial ecology are also introduced to investigate long-term spatial and temporal dynamics. Coniferous trees' response mechanisms against global warming in this transition zone are discussed with multi-discipline methods. The results will provide basal data for better modelling species distribution patterns and for fully evaluating the effects of future climate change on forest ecosystem.

全球气候变化改变了植物的生态环境，导致陆生植物通过自身的调节来适应这种变化，也会引起植物生理生态适应性、分布界限的变化。地处河南西部的伏牛山脉是我国北亚热带和暖温带的气候分区线，独特的气候条件导致多种植物在此形成南北交汇分布的特点，独特的自然地理环境为开展物种分布与气候变化关系的监测和研究提供了理想场所。伏牛山是我国重要针叶树种马尾松和杉木的分布北界，是油松和秦岭云杉的分布南界。针对气候过渡带植物对全球变暖的响应，本研究选择在伏牛山建立四种针叶林的固定样地，定位监测它们在分布边界的空间分布和更新情况。利用树木年轮气候学方法研究树木生长对气候变化的响应关系，通过种群生态学和空间生态学方法探讨四种针叶林长期的时间动态和空间动态。通过多学科结合的方法探索过渡带针叶林分布动态对全球变暖的响应机制，可为区域植物种地理分布的模拟和预测提供基础数据，并为全面评价全球变化对森林生态系统的影响提供理论依据。

伏牛山脉是北亚热带和暖温带的气候分区线，是我国重要针叶树种马尾松和杉木的分布北界，油松和秦岭云杉的分布南界，也是针叶树华山松和落叶松以及阔叶树栓皮栎和锐齿槲栎的重要分布区。针对气候过渡带植物对全球变暖的响应，本研究在伏牛山分别建立几种针叶树和其混交林优势阔叶树种的固定样地，定位监测其空间分布和更新情况，并在样地外钻取树木年轮树芯。利用树木年轮气候学方法研究不同树种对气候变化的响应关系，利用固定样地监测分析不同树种的空间分布格局及其影响因素。研究结果表明：(1)同一地点油松和华山松树木径向生长对气候变化有相似的响应方式。(2)同一物种油松在不同地点对气候变化的响应方式不同，纬度较高的油松对当年生长季降水更加敏感。(3)伏牛山油松种群空间格局研究表明，纯林中油松在4-5 m趋于聚集分布，随尺度加大趋于均匀分布；油松-麻栎混交林中不同尺度下油松多趋向于均匀分布。对不同群落中油松不同径级之间的关联性进行分析，研究发现伏牛山油松-麻栎混交林群落稳定性比油松纯林更高，麻栎的存在一定程度上促进了混交林中油松种群的发展。(4)双变量函数g(r)分析表明，宝天曼华山松-锐齿栎混交林中华山松和锐齿栎表现出较强的负相关，与其它阔叶树表现为负相关，锐齿栎与其它阔叶树表现为正相关，宝天曼针阔混交林存在密度制约效应。(5)木扎岭落叶阔叶林中，在完全随机分布模型下,样地中主要物种在整个研究尺度中全部呈聚集分布,这些物种主要聚集分布在不同的生境中,具有明显的地形生境偏好；异质性泊松分布模型下,这些物种在不同尺度上主要呈随机分布或规则分布。结果表明地形生境异质性是影响木札岭样地物种空间分布的重要因素。(6)双变量函数g(r)研究宝天曼锐齿栎的分布格局，锐齿栎幼树和小树在成年树周围的分布为死亡前呈现显著地聚集分布格局，随着与成年树之间距离的增加,现存幼树逐渐向随机分布格局演替。研究表明宝天曼锐齿栎空间格局受生境异质性的影响并呈现出显著的聚集效应, 排除生境异质性影响后,锐齿栎死亡前后的空间格局受到密度制约的影响。研究结果为模拟预测区域树种的地理分布和评价全球变化对陆地植被的影响提供一定的基础数据和理论依据。