全球变化型干旱背景下中国北方油松人工林生长动态及气候适应性

The progressive global-change-type drought has proven to be a major contribution to the observed pervasive tree growth decline and forest die-off in arid and semi-arid regions. An increasing number of studies tried to investigate the responses of tree growth in such water-limited regions to climate change during past decades. However, past studies mainly focus on the interannual climate responses of tree growth in natural forests. Little attention was paid to a comprehensive understanding of the possibly regional divergent responses of tree growth to interannual and seasonal climate change in the widely distributed planted forests under a clear climate gradient and different recovery stages. Moreover, a regionally integrative analysis for the climate adaptability of the widely distributed planted forests under different drought conditions in northern China is urgently needed. Therefore, we take the widely-distributed planted Pinus tabuliformis Carrière forests as an example to address the following two questions combining tree ring analysis, isotope detection and in situ tree growth monitoring: (1) the spatial-temporal patterns of the responses of tree growth in planted forests to climate change under a clear climate gradient; and (2) the possibly regional divergence of the climate adaptability of planted forests from water use strategies and non-structural carbohydrates dynamics perspectives. Our results could improve our ability for the prediction of future dynamics of the planted forests and provide scientific basis for reasonable planning and the sustainable development of “Three-North Shelter Forest Program” (TNSFP) in China.

日益加剧的全球变化型干旱导致了干旱半干旱区出现了广泛的树木生长下降和森林死亡。过去几十年，大量的研究关注这些水分限制地区的树木生长动态对气候变化的响应。但是，已有的研究侧重自然植被生长对气候年际变化的响应，缺乏对广泛存在的人工林在不同气候梯度，不同生长年限条件下其树木生长对气候年际及季节变化响应的区域分异研究，尤为缺乏不同干旱胁迫条件下人工林气候适应性的区域集成分析。本研究拟以中国北方广泛存在的油松人工林为例，通过树木年轮分析、同位素测定及定位监测等手段研究湿润、半湿润和半干旱区人工林生长对气候变化响应的区域差异，并从水分利用策略及非结构碳水化合物合成及消耗动态两个方面探讨人工林树木生长的气候适应性的区域分异。研究结果将加强我们对全球干旱化背景下人工林树木生长动态的预测能力，为我国三北防护林工程的合理规划和可持续建设提供重要的基础理论支撑。

日益加剧的全球变化型干旱导致了干旱半干旱区出现了广泛的树木生长下降和森林死亡。过去几十年，大量的研究关注水分限制地区的树木生长动态及其对气候变化的响应过程。但是，已有的研究侧重自然植被生长对气候年际变化的响应，缺乏对广泛存在的人工林在不同气候梯度，不同生长年限条件下其树木生长对气候年际及季节变化响应的区域分异研究，尤为缺乏不同干旱胁迫条件下人工林气候适应性的区域集成分析。本研究关注中国北方广泛存在的油松人工林，通过树木年轮分析、同位素测定及定位监测等手段研究不同气候条件下人工林生长对气候变化响应的区域差异，并从水分利用策略及非结构碳水化合物合成及消耗动态两个方面探讨人工林树木生长的气候适应性的区域分异，进一步在更大空间尺度上探讨了树木生长对极端干旱的响应过程。研究揭示了油松树木生长稳定性随干旱梯度的变化格局及其气候调控过程，发现树木生长在干燥度指数超过1.5时，呈现快速的生长衰退；揭示了降水梯度驱动的油松非结构性碳水化合物（糖和淀粉）分配的空间分异，发现在较干旱的地区，不同器官的NSCs变量与生长季平均饱和水气压差 (VPD) 和温度有较强的相关关系，而在较湿润区域则不存在；阐明了冬季积雪对油松林树木生长的补偿作用，发现冬季积雪对中国北方油松林树木生长的补偿作用在干旱年（24.4%-25.8%）要显著高于湿润年（3.7%-8.1%）。大尺度分析发现极端干旱遗产效应对于温带森林而言可长达1-4年，长于灌丛和草地，其遗产效应分别为1-2年和不超过1年。研究结果将加强我们对全球干旱化背景下人工林树木生长动态的预测能力，为我国三北防护林工程的合理规划和可持续建设提供重要的基础理论支撑。