气候变暖背景下干旱胁迫对西藏东部川西云杉径向生长影响的时空特征

Balfour spruce [Picea likiangensis var. balfouriana (Rehd. et Wils.)], an endemic tree species to the southwestern China and characterized by both cold- and drought- enduring, is a keystone species in alpine forests. According to recent studies, the persistence of the Balfour spruce forests functioning as an ecological security barrier might be compromised by the warming-related drought stress increase. There is thus an urgent need to understand whether and how drought stress will affect tree growth under a warming scenario. Here, the current program is focused on the scientific question that “If warming caused drought stress increase will trigger tree radial growth declines of the Balfour spruce forests on the Eastern Qinghai-Tibetan Plateau?”. We plan to investigate three altitudinal transects consists of upper (treeline), middle, and lower altitudes of alpine forests along a regional moisture gradient in the Eastern Tibet using dendrochronological techniques. Tree-ring widths and tree-ring δ13C would be determined. Then intrinsic water use efficiency (iWUE) would be calculated based on the tree-ring δ13C sequences to indicate severity of drought stress to trees. Tree growth-climate relationships and patterns of the coupling between tree-ring width and iWUE would be compared in both spatial and temporal aspects to get the patterns of drought stress on tree radial growth along both altitudinal and moisture gradients in the region of interest. Our results would help to improve the ability in prediction of future alpine forest dynamics and to benchmark the developing of differential managing policies on the Balfour spruce forests under the global warming background.

川西云杉为我国西南地区特有种，耐寒耐旱，是高海拔森林的优势树种。研究表明，显著的气候变暖使川西云杉森林面临日益严重的干旱胁迫，威胁其生态屏障功能的可持续性。为了准确评估未来的川西云杉森林动态，亟需了解当前气候变暖对树木生长影响的程度和空间特征。本项目将围绕“全球变暖带来的干旱胁迫加剧是否会导致青藏高原东部川西云杉径向生长衰退？”这一科学问题，拟沿着西藏东部天然的区域水分梯度，选取三条林线和相应中、下海拔的川西云杉森林进行树轮年代学调查，获取树轮宽度与树轮δ13C数据。计算树轮的内在水分利用效率（iWUE），用于定量指示树木生长的干旱胁迫历史。通过分析水分梯度和海拔梯度上的树木径向生长与干旱指数的相关关系，以及树轮宽度和iWUE的耦合规律，归纳气候变暖背景下干旱胁迫对树木生长影响的时空特征。研究结果可以为准确预测川西云杉森林动态提供数据支持，为制定针对性的森林管理政策提供依据。

按照项目计划书，项目组顺利完成了对青藏高原的森林野外考察和采样工作。在实验室内完成了对树轮样本的测量和数据分析工作，完成了项目计划任务。新增了3个采样点上不同海拔梯度上的树轮碳、氧同位素数据，按计划完成了树轮碳同位素的测量任务。在以上数据基础上，并结合前期积累的数据，项目组分析了树木径向生长与气候因子的关系，并证实了树木生长对干湿变化的敏感性。进而分析了不同区域、不同海拔树木的生理生态特征（树轮同位素指示的水分利用效率和气孔导度特征等），探讨了树木干旱胁迫程度和树木径向生长的耦合关系及其在区域干旱梯度和海拔梯度“双梯度”上的变化规律。结果表明：研究区（左贡县为例）内的川西云杉在不同海拔梯度上都受到干湿变化影响，可能受区域大尺度的大气环流驱动（如PDO和ENSO）。进一步的研究发现，气候变暖背景下，林线树木生长速率存在一定的加快趋势，但是低海拔树木却没有此现象，可能与林线树木的内在水分利用效率（iWUE）高于低海拔有关。此外，基于树轮碳、氧双同位素在不同海拔上的对比分析，我们发现林线树木的光合产物可能不是限制树木生长的决定因素，为林线形成的“生长限制假说”提供了证据。. 迄今为止，项目组成员已正式发表了SCI期刊论文9篇，中文核心期刊1篇。已经超额完成项目计划书的预期目标。此外，项目组成员目前还有数篇研究论文已处于或者即将审稿阶段，预计未来2-3年内陆续正式发表。项目执行前两年开展了充分的国内外合作交流，在国内外学术会议上做了学术报告9次。项目后两年由于新冠疫情原因，项目组会议交流取消，主要以邮件交流为主。此外，项目负责人在国家留学基金委的资助下，对瑞士联邦森林、雪与景观研究所进行了为期一年的访学，为推动项目支持的研究提供了较好的国际交流。项目执行期间，项目组已培养了博士和硕士各1名，目前已顺利毕业，并取得了相关学位。目前，项目组中还有在读博士研究生1名，已经在本项目资助下发表SCI论文2篇，计划于2022年6月毕业。鉴于此，本项目设定的目标均已顺利完成。