基于同位素的庐山日本柳杉年轮生长及其对环境变化的响应

作     者：白天军 

作者单位：江西农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘苑秋;邓文平;胡少昌

授予年度：2020年

学科分类：0907[农学-林学] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 09[农学] 

主      题：日本柳杉 年轮宽度 气候因子 稳定碳同位素 稳定氮同位素 

摘      要：本研究利用树木年代学方法,选取江西庐山国家级自然保护区三个不同海拔(850m、1050m、1250m)日本柳杉样地的树芯为研究材料。通过测定其树轮宽度、稳定碳同位素δ13C和稳定氮同位素δ15N并建立日本柳杉标准年表(STD),计算水分利用效率(water use efficiency,WUE),探讨在全球气候变暖、大气CO2浓度倍增和氮沉降加剧背景下日本柳杉的生长规律及其影响因素,为研究亚热带暖湿气候变化条件下对日本柳杉生长与分布产生的影响提供理论依据。进而为庐山自然保护区乃至整个亚热带地区森林对气候变化响应以及应对气候变化的森林可持续经营提供技术支撑。主要的研究结论如下:(1)低海拔(850m)地区日本柳杉树轮对气候因子的响应相比于中海拔(1050m)、高海拔(1250m)地区更敏感;中、低海拔处日本柳杉树轮宽度与春季相对湿度显著正相关(P0.05),低海拔处树轮宽度与春季日照时数、夏季均温显著负相关(P0.05),而中海拔地区树轮宽度与夏、秋季均温显著负相关(P0.05)。高海拔处树轮宽度与各个季节气候因子表现出具有一定的相关性,但相关性不显著;3个不同海拔处日本柳杉树轮宽度均与当年1月均温显著正相关(P0.05),中、低海拔处日本柳杉树轮宽度与上年7月及当年7月均温显著负相关(P0.05),高温会抑制树木的生长,低海拔处树轮宽度与当年4月空气相对湿度、降水量显著正相关(P0.05),并且与当年4月日照时数显著负相关(P0.05),随海拔的升高相关性降低。庐山日本柳杉径向生长与主要气候要素之间的相关性呈现出明显的季节性,日本柳杉径向生长主要受7月均温和4月空气相对湿度的影响。(2)低海拔(850m)处日本柳杉树轮稳定碳同位素序列(Δ13C)与上一年8月均温、上一年7、8月日照时数显著负相关(P0.05),与当年1月降水显著正相关(P0.05)。中海拔(1050m)处日本柳杉树轮Δ13C仅与上一年7、8月日照时数,当年8月日照时数显著负相关(P0.05),在月均温、月相对湿度、月降水上表现为无显著相关性。高海拔(1250m)处日本柳杉树轮Δ13C与上一年9年,当年3月均温显著负相关(P0.05),同当年3、4月相对湿度显著正相关(P0.05),与降水、日照时数无显著相关性。日本柳杉树轮δ13C序列表现出较强的“滞后效应,这同树轮宽度与气候因子响应的研究较为一致。不同海拔日本柳杉的水分利用效率(WUE)随着树龄的增加而呈上升的变化趋势,在日本柳杉生长的最开始阶段(1969-1985年),日本柳杉水分利用效率呈现一定的下降趋势;但在随后的生长阶段(1985-2013年)过程中日本柳杉水分利用效率呈极显著上升的趋势(P0.01),2013-2018年间又开始呈现一定的下降趋势,不同海拔日本柳杉树木所反映的水分利用效率的变化趋势相一致。3个海拔日本柳杉水分利用效率均与月均温、月降水量、相对湿度、月日照时数和大气CO2浓度的变化呈现显著的相关关系(P0.05),其中大气CO2浓度升高是导致植物同化速率增快,植物水利用效率(WUE)升高的主要原因。(3)不同海拔的日本柳杉树轮δ15N历年变化表现为:随着海拔的升高,柳杉树轮δ15N先升高后降低的趋势。低、高海拔地区日本柳杉树轮δ15N对气候因子的变化最为敏感,主要表现在与日照时数和月均温的变化上。中海拔地区日本柳杉树轮δ15N的变化可以更好的指示该地区交通尾气的排放对树木生长的影响。(4)海拔、CO2浓度、氮沉降、气候因子的变化等是影响日本柳杉生长的重要因素。