刘鸿雁-树木生长如何应对干旱材料.pptx

树木生长如何应对干旱 刘鸿雁 胡国铮 许重阳 蒋鹏 上官淮亮 (北京大学城市与环境学院) 1. 科学问题 2. 树轮研究的挑战 3. 野外观测实验的启示 4. 讨论 5. 小结 提纲 干旱威胁下的森林：林草交错带 (图片引自中国国家地理) 科学问题 林草交错带分布在半干旱区，占地球表面积的16.7% 全球森林覆盖度图 林草交错带面临气候干旱化的威胁 1950-2008全球干旱化趋势（Sheffiled et al., 2012, Nature） 根据Thornthwaite公式和Penman公式计算的全球干旱化趋势都在加剧 科学问题 林草交错带森林衰退最为明显 (Allen et al., 2010) 科学问题 林草交错带未来会继续变干 (IPCC, 2007) 科学问题 林草交错带未来动态的极不确定 科学问题 林草交错带的动态可以反馈未来气候变化 森林减少-降温(高纬度地区) -升温(低纬度地区) 半干旱区森林的消失能抵消人为排放CO2带来的升温效应的20% 科学问题 中国森林的出路：林草交错带造林 中国湿润区已经没有造林的物理空间，未来增加的森林将主要分布在干旱林线； 两个科学问题：(1) 气候干旱化如何导致森林生长衰退以至死亡？(2) 林草交错带造林能否实现预期的碳汇？ 科学问题 核心问题：树木生长如何应对干旱？ 科学问题 如何定义干旱：起始？终止？持续时间？强度？空间范围？ 指标 考虑变量 时间尺度 优点 缺点 PDSI (Palmer 1965) 降水、温度 单一尺度 基于水量平衡方程、考虑前期影响 时间尺度单一 SPI (Mckee et al. 1993) 降水 多时间尺度 计算简便、多尺度 考虑因素较少 SPEI (Vicente 2010) 降水、温度、蒸发 多时间尺度 多时间尺度、计算简洁、同时考虑降水和温度 暂未发现 如何定义生长：起始？终止？持续时间？强度？生长量？ 树轮研究的挑战 干旱梯度上的树轮研究 亚洲内陆林草交错带 沿降水梯度采样 结合国际树轮库 半干旱区生长下降 半湿润区生长稳定 (Liu et al., GCB, 2013) 树轮-气候相关分析 半干旱区：与当年3-8月最高温显著负相关，与当年4-9月降水量显著正相关 半湿润区：与以上气候指标的相关不显著 (Liu et al., GCB, 2013) 树轮研究的挑战 种间差异性 与SPEI的关系分析显示了明显的种间差异性 树轮研究的挑战 干旱梯度上的森林死亡和更新 俄罗斯后贝加尔地区沿干旱梯度的四个地点 每个地点选择大中小斑块，每一斑块全样地取样，包括死树和活树 内蒙古类似取样，土壤水分观测 树轮研究的挑战 森林死亡的空间格局 死亡百分比(%) 样地/气候梯度 沿干旱梯度森林大斑块的死亡率下降； 小斑块的死亡率上升。 森林更新在干旱期更明显 树轮研究的挑战 树木个体存在不同的适应性 活树生长量年际变化小，死树生长量年际变化大，活树的生长相对于死树有更大的弹性 年份 BAI(mm2/yr) 树轮研究的挑战 本世纪初以来的气候变干可能导致弹性低的树木死亡 生长季土壤水分不足是限制因子？ 生长季初期和后期森林土壤含水量均高于草原 生长季中期森林土壤含水量明显低于草原 树轮研究的挑战 树轮研究的挑战 树轮研究中难以解决的问题 干旱： 1）土壤水分条件高度的空间异质性； 2）季节差异性； 3）干旱影响的阈值。 树木： 1）个体水平上不同的抗性； 2）生长以外的适应(死亡和更新)。 树轮研究：以统计关系为主，难以完全捕捉树木生长与干旱之间的复杂关系 野外观测试验的启示 观测试验方案 地点：内蒙古多伦县 树种：小叶杨、华北落叶松、樟子松 时间：2011-2014（2012年明显干旱） 观测内容： 树木生长量：Dendrometer(连续)，形成层细胞分裂(每周) 树木生长策略：非结构性碳水化合物(NSC, 每两周) 土壤水分：EM50土壤温湿度仪(连续) 树木水分含量：树芯取样实测(单次) 树干液流：Sapflow(连续) 树木生长的季节动态 野外观测试验的启示 生长季早期受温度变化影响，后期受水分变化影响。 不同降水条件下的树干液流 小叶杨在干旱年份的树干液流反而高于湿润年份； 华北落叶松和樟子松则相反。 小叶杨 华北落叶松 樟子松 野外观测试验的启示 次降水与干液流 在非降水时小叶杨也出现明显的树干液流，说明其利用的水分不是直接来源于降水。 野外观测试验的启示 树干储水与树木生长 小叶杨芯材含水量达60%以上，显著高于樟子松和华北落叶松； 小叶杨根系主要分布在20cm的表层。 野外观测试验的启示 不同树种的水分利用策略 华北落叶松和樟子松为节