半干旱区杜松生长和更新对气候变化的响应

Impending climate warming is expected to influence plant growth and reproduction, with consequent impacts on species population sizes and distribution ranges, especially in the arid timberline—forest-steppe. The forest of Juniperus rigida are mainly distributed in semi-arid. These forests are presenting the discontinuous small patches distribution in most areas of China, forming the sparse forests, which are extremely sensitive and vulnerable to climate change. but their responses to recent climate warming are poorly documented. In the present study, we will investigate the radial growth and regeneration of Juniperus rigida in semiarid areas covering the northernmost/southernmost limits of the distribution. Specially, we focused on the spatial variation of their radial growth and regeneration(age structure, density, mortality rate, recruitment rate and conversion rate), and their response to ongoing increases in global temperature and drought severity, and in combination with future climate to predict the potential growth of trees under climate change. This study will be an interdisciplinary innovation across both plant geography and dendroecological, and could help further understand and predict the response of growth and regeneration dynamics within the context of global climate change.

现实气候快速暖化将对陆地植被分布、生长和生殖产生显著影响，尤其在干旱林线-森林和草原过渡带。天然杜松林集中分布于半干旱森林-草原过渡带，在我国大多地区呈零星或小斑块分布，并形成疏林草原/灌木，濒临灭绝，对气候变化是极其敏感和脆弱的，然而针对半干旱区杜松生长和更新对气候变化的响应机理并不清楚。本项目通过对不同分布区（包括北界和南界）杜松种群更新调查和树轮采样，重建生长和更新历史，比较和分析树木径向生长和更新特征的空间变异；并结合气候环境特征，探讨气候因子如何影响半干旱区树木生长和更新变化，且是否存在一定的空间变异，同时结合未来气候数据预测气候变化下树木潜在生长，进而揭示半干旱区杜松疏林对气候变化的响应机制。本研究是植物地理学与树轮生态学交叉的前沿创新领域，可以帮助我们理解和预测干旱林线树木生长和更新对全球气候变化的响应，在全球气候变化研究中具有重要的科学价值和实践意义。

现实气候快速暖化将对树木分布、生长和生殖产生显著影响，尤其在干旱林线-森林和草原过渡带。天然杜松在我国主要集中分布于温带森林-草原过渡带，因多年来屡遭破坏，在我国大多地区已处于濒临灭绝的境地，呈现出不连续的零星或小斑块分布，并形成疏林草原/灌木，对气候变化是极其敏感和脆弱的。本项目通过对天然杜松分布区内进行种群更新调查和树轮采样，分析了不同分布区杜松更新和生长动态，不同分布区杜松生长对气候的响应，以及气候变化对不同分布区杜松径向生长的潜在影响。结果表明，自1961年，杜松分布北缘和南缘温度均呈递增趋势，降水均无显著变化，而干旱指数SPEI呈递减趋势，但增温和干旱发生强度均表现为北缘显著高于南缘。北缘种群呈不均等的年龄分布，具有多个峰值，属于衰退型种群，而南缘种群基本呈倒J型分布，但幼苗较少，如后期通过经营措施补植幼苗，会维持其种群发展。自1996年以来，分布南缘杜松径向生长呈递增趋势，而分布北缘呈递减趋势。分布北缘杜松径向生长与温度呈负相关，与夏季干旱指数呈显著正相关，而南缘杜松径向生长与温度和降水呈正相关，与干旱指数无显著关系。说明分布北缘杜松种群径向生长对干旱比分布南缘更敏感。与分布南缘相比，北缘极端气候发生频率较多，且径向生长趋势与极端干旱事件发生事件是一致的。虽然分布北缘杜松经过长期适应，其生长对极端气候的抵抗力和弹性均高于分布南缘，但是该区域极端气候事件的频发会严重影响其生长。在北半球温带区域温度持续升高和干旱加重的背景下，分布北缘不连续的零星或小斑块杜松种群有逐渐被草原或灌木所替代的风险。因杜松分布和生境上的特殊性，目前已成为我国西北等半干旱地区的主要造林树种之一。研究成果有望在今后对半干旱地区植被恢复和林业应对气候变化等方面提供理论支撑。