青藏高原高山树线动态对梯度水分因子的响应

Moisture factor is one of the main drivers controlling treeline dynamics in arid regions, especially in low latitude regions, it can overtake the temperature as the most important driver. But, the current mainstream treeline theories are mainly based on studies in extra-tropical regions, recognition of the importance of moisture are thus lacked in treeline dynamic mechanisms and predictive models. In this applying project, we focused on the scientific question:" Is moisture factor limiting tree growth and recruitment at alpine treelines on the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) under the global warming background? ". We plan to choose three treelines along a moisture gradient on the QTP. For each treeline site, we will use plot census and dendroecological methods to get tree age, tree-ring width, tree-ring density, and concentrations of calcium (Ca) and magnesium (Mg) with an annual resolution. Tree recruitment/growth history could be derived from tree age and tree-ring parameters. Correlation and response functions will be used to analyze the relationships between tree growth/recruitment and climate variables. Based on the principles of tree physiology, Ca/Mg in annually resolved tree rings could be used to reflect the drought stress conditions back to about 300 years. Results from this project could not only test and replenish the "moisture limiting hypothesis" of the treeline formation and maintenance theories, but also contribute to a more liable prediction of future treeline and forest response to the global warming background by providing theoretical basis. Relative government could also benefit from the data outcome of this project in forest management and long-term planning.

水分因子是干旱区高山树线动态的驱动力之一，尤其是在低纬度地区，甚至超过温度的作用。但当前树线理论是主要基于中高纬度的树线研究，所以水分因子的重要性在树线动态机理和预测模型中都没有受到足够重视。本项目将围绕"在气候变暖背景下，青藏高原高山树线树木的生长和更新是否受到水分因子限制"这一科学问题，在青藏高原选取水分梯度上的3条高山树线，结合样方调查手段和树轮生态学方法，获得树木的年龄和逐年树轮宽度指标、密度指标和钙（Ca）、镁（Mg）元素含量数据。根据树木年龄和年轮指标建立树线种群更新历史和生长历史，利用相关和响应方程分析气候指标与树木生长和更新的关系。以树木生理学为基础，Ca/Mg则可用于反演过去近300年的树木干旱胁迫历史。研究结果可以检验并补充树线形成和维持机制中的"湿度限制假说"，同时为气候变暖背景下更可靠地预测高山树线和森林动态提供理论依据，亦可为有效的林业管理和长远规划提供数据支持。

本项目围绕“青藏高原高山树线树木的生长和更新是否受到水分条件限制”这一科学问题，以青藏高原东部水分梯度上的高山林线为研究对象，获得了5条林线的树木年龄和逐年树轮宽度指标、3个林线点的树轮密度指标和钙（Ca）、镁（Mg）元素含量数据。在以下3个方面开展了研究：林线树木更新历史与林线动态，树木生长历史及其气候响应关系，高山林线树木干旱胁迫与气候因子重建。..在树木更新历史与林线动态方面，项目组调查了西藏东部左贡县和芒康县的2条高山林线，整合了青藏高原东部丁青县、八宿县和左贡县的另外3条典型的高山林线样地调查数据，获得了5条高山林线过去约300多年的树木更新历史，分析了林线树木的更新历史和空间变化规律。结果表明青藏高原东部的高山林线对气候变暖的响应较为复杂，除了气候因素影响外，过渡区内的大树对于幼树的更新存活具有明显的“保护伞作用”。因此，在模拟未来气候变化对高山林线动态影响的研究中，除了要考虑大尺度气候波动影响，还不能忽略树木个体间关系的作用。..在高山林线过渡区内树木生长及其影响因子方面, 基于树木年轮资料，我们分析了青藏高原东部5条高山林线过去几个世纪的树木径向生长历史，结果显示林线树木生长在样点间和样点内都有较大的差异，在水分梯度上并没有明显的规律性变化。对树木个体层次的气候响应分析表明，林线过渡区内的干旱胁迫普遍存在，甚至超过了温度的影响。以上研究结果对于传统的温度控制林线动态理论是一个重要补充。除了气候因子外，我们还定量地评估了林火发生对树木生长的影响，发现了成年树对火干扰的抵抗力和恢复力都显著高于幼树。该研究结果可为全球变化背景下森林恢复及林火应用提供科学依据，对保护政策制定也具有现实的价值。..在高山林线干旱胁迫历史和夏季温度重建方面。为了评估林线树木的干旱胁迫历史，我们利用3个采样点的树轮宽度资料分析了过去几个世纪的极端干旱事件的规律，发现极端干旱事件的发生频率与太阳活动存在密切联系。此外，基于树轮最大晚材密度指标（MXD），我们重建了林线区过去约400年的夏季温度历史。以上重建序列不但为了解过去气候历史提供了数据支持，还为林线动态研究提供了更长的气候变化背景。..本项目研究结果为树线形成和维持机制中的“湿度限制假说”提供了证据，为气候变暖背景下更可靠地预测高山树线和森林动态提供了数据支持，并为相关林业保护政策制定和长远规划提供了依据。