Response to climate change of different tree species and NDVI variation since 1923 in the middle arid region of Ningxia, China

The normalized difference vegetation index （NDVI） is used extensively to describe vegetation cover and ecological environ- ment change. The purpose of this study was to contrast the response of different tree species growing in the same habitat to climate change and retrieve past NDVI using tree-ring width data from tree cores collected from the transitional zone of Pinus tabulaeformis and Picea crassifolia in the Luoshan Mountains in the middle arid region of Ningxia. Correlation analysis indi- cated that radial growth ofP tabulaeJbrmis is more sensitive to precipitation and temperature change than that ofP crassifolia. Natural factors such as water availability and heat at this elevation are more suited to the growth ofP crassifolia, and are more advantageous to its renewal and succession. P. crassifolia is probably the better of the two species for protecting the forest ecosystem and conserving water in the Luoshan desertification area. Ring width of P. crassifolia correlates significantly with average NDVI for April-May （r =0.641, p 〈0.01）, and both of them are influenced positively by precipitation in April-May. The reconstructed NDVI for 1923-2007 shows the relatively low vegetation cover occurred in the 1920s-1930s, the 1960s-1970s, and the early 21 st century. The reconstructed NDVI better reflected the drought climate in the study area.     

青藏高原现代表土中冷杉和云杉花粉的空间分布

文章通过对青藏高原北纬25°～45°,东经75°～106°范围内海拔1000～5700m的地区所采集的598个表土样品的孢粉分析,研究了现代表土中冷杉和云杉花粉的分布与植被、气候和海拔之间的关系。表土样品中冷杉和云杉花粉高含量范围对应着青藏高原南部和东部山地暗针叶林分布区,花粉等值线图较准确地反映了冷杉和云杉的丰富程度及其与植被、环境的关系;冷杉和云杉花粉百分含量随海拔和气候梯度变化表现出单峰分布模式,冷杉和云杉花粉百分含量大于20%的最适宜海拔高度是2500～4000m,最高含量中心限制在海拔3200m左右、年均温2～3℃范围内;较高的花粉百分含量带出现在年均温0～8℃、年均降水量400～850mm的区域。结果显示了青藏高原现代冷杉和云杉花粉的空间分布与植被、气候、海拔的空间变化之间很好的相关性,为利用花粉资料进行青藏高原地区的古气候重建提供了有益的资料     

祁连山青海云杉林动态监测样地土壤pH和养分的空间异质性

为了探讨青海云杉林对土壤pH和养分的影响,选择祁连山青海云杉林动态监测样地(340 m×300 m)为试验样地采集土样,利用经典统计学和地统计学方法对其空间异质性进行了研究。结果表明:(1)pH、水解氮和全磷为弱变异性,有机碳、全氮、速效磷、全钾和速效钾为中等变异性,它们的大小依次为速效钾 >有机碳 >速效磷 >全氮 >全钾 >水解氮 >全磷 >pH。(2)半方差最优模型拟合分析表明,pH、全氮、水解氮、全磷、速效磷和速效钾均符合球状模型,有机碳和全钾均符合指数模型;pH、有机碳、全氮、水解氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾的变程依次为108.8 m、88.5 m、112.8 m、131.9 m、143.3 m、73.3 m、73.3 m和134.7 m。从空间结构特征看,pH具有中等强度的空间自相关,而养分表现出强烈的空间自相关。(3)pH和养分均呈斑块状分布,有机碳和氮素具有相似的空间分布格局,全磷和速效钾分布变化较为明显,速效磷和全钾分布变化较为平缓。上述研究结果可为祁连山青海云杉林土壤pH和养分的取样设计和空间分布图制作等提供参考,也可为青海云杉林的土壤环境恢复与重建提供科学依据。     

祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林土壤有机碳与化学性质的相互关系

通过对祁连山大野口流域的青海云杉林大样地进行土壤剖面取样, 分析了样地土壤有机碳与pH值、养分和阳离子交换量等基本化学性质的变化规律及其相互关系. 结果表明: 随土层深度不断增加, 土壤有机碳含量逐渐减小, 在20～30 cm以下趋于稳定(P > 0.05); 土壤pH值不断增大, 仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05); 土壤全氮、速效氮、全磷和阳离子交换量不断减小, 全氮含量在30～40 cm以下趋于稳定(P > 0.05), 速效氮含量变化剧烈(P<0.05), 全磷含量差异性不显著(P > 0.05), 阳离子交换量与有机碳含量变化规律相同; 土壤速效磷、全钾和速效钾含量没有明显的变化规律, 速效磷和全钾含量差异性不显著(P > 0.05), 速效钾含量仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05). 土壤有机碳与全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾和阳离子交换量之间呈极显著和显著正相关, 与土壤pH值和全钾含量之间呈极显著和显著负相关. 土壤有机碳与其他基本化学性质的回归方程具有较高精度(R²=0.793), 影响土壤有机碳含量的主要化学因子依次为土壤阳离子交换量、速效钾和全磷含量.     

祁连圆柏和青海云杉幼苗生理生态特征对土壤干旱胁迫的响应

以青藏高原东北部亚高山生态系统中的两种不同生境优势树种祁连圆柏和青海云杉3 a生实生苗为研究对象, 研究了它们的幼苗在适宜水分(田间持水量的80%)、轻度干旱(60%)、中度干旱(40%)、重度干旱(20%)生理生态特征差异. 结果表明: 随着干旱胁迫的加剧, 青海云杉和祁连圆柏的叶片相对含水量(RWC)、光合速率(P_n)、气孔导度 (G_s)、蒸腾速率(E) 逐渐下降, 叶片碳稳定同位素含量 (δ¹³C)、氮素利用效率(NUE)、瞬时水分利用效率(WUE_i)、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性逐渐增加, 但根冠比(R:S)响应不一致, 青海云杉响应逐渐降低, 而祁连圆柏响应逐渐升高. 二者对干旱胁迫的响应有显著差异, 青海云杉在所测定的生理生态指标中受干旱胁迫影响更大, 说明青海云杉对干旱胁迫更为敏感, 而祁连圆柏具有更强的耐旱性.     

天山北坡高山林线分布的生态地理特征

综合利用多源遥感影像和实地勘察资料识别天山北坡高山林线分布格局,结合区域气象数据和土壤理化性质,分析天山北坡林线分布的生态地理特征。结果表明:①天山北坡林线分布高度大约在2 600～2 850 m,从西向东林线分布高度呈上升趋势,奇台至巴里坤段林线高度上升最为显著;伊犁河谷段与玛纳斯段林线垂直宽度较宽。②影响天山北坡林线分布高度的关键气候因子为生长季温度（如年生物学温度3.35 ℃,最热月均温10.49 ℃,生长季均温8.26 ℃）,特别是年生物学温度,能较好的指示天山北坡高山林线分布位置,且各气候指标均在全国均值范围之内,而影响巴音布鲁克地区森林发育的主要原因为冬季低温干旱。③伊犁林线过渡带和玛纳斯林线过渡带有机质、全氮及全磷的含量最高;酸碱性大致以阜康林线为界,向西呈酸性,向东呈碱性;土壤营养物质主要分布于表层（0～10 cm）,深层(30～80 cm)含量低且变化不显著,具有明显的“表聚现象”;下层土壤pH值从西向东逐渐由弱酸性向弱碱性过渡;电导率空间变异性较强,各层变化特征不显著。     

祁连山青海云杉林动态监测样地群落特征

依据中国森林生态系统动态监测样地设置方法,参照国际森林生态学大样地建设技术规范,于2010年和2011年在祁连山自然保护区青海云杉（Picea crassifolia kom.）林内建立了10.2 hm2动态监测样地,定位调查了样地内19 927株DBH≥1 cm活立木木本植物,完成了第一次群落特征调查和分析。调查结果表明：①青海云杉群落成层现象明显,可划分为乔木层、灌木层、草本层和苔藓层4个层次。乔木层是群落的最主要层,整体而言其垂直高度结构复杂性要大于灌木层和草本层,苔藓层较为发达。②青海云杉径级结构呈明显的倒“J”形,个体集中在径级1~5 cm至21~25 cm,其占到总个体数目的91.42%,青海云杉更新良好。③青海云杉DBH≥1 cm对应的树高结构呈“单峰”形,高度主要集中在小于6 m,占到总个体数目的60.00%,高度偏小,小树较多,中树占有一定的比例,大树较少。同时,树高和胸径二者之间显著符合二次函数关系（p＜0.05）,反映了青海云杉群落生物学特征。④从空间分布格局来看,青海云杉表现出明显的聚集性分布格局。对不同年龄段青海云杉小树、中树和大树点格局分析表明,随着龄级的增大,种群的聚集程度减小,即由聚集分布变为随机分布,表现出明显的扩散趋势。青海云杉个体分布没有明显的空间异质性,而且2 534株大树随机分布在该样地,表明该群落未受大范围的人为干扰。     

开都河中游地区雪岭云杉林上下限树轮宽度对比及其气候响应分析

利用开都河流域中段采集的雪岭云杉树芯样本,采用研究区域森林上下限2个采样点的树轮宽度年表,分析该地区两个树轮宽度年表的基本特征,建立与气象因子的关系模型,探讨树轮宽度生长与北大西洋涛动的关系。结果表明：（1）森林上限树木生长的一致性要强于森林下限,并且上限树轮宽度年表可能含有更多的气候信息;（2）森林上、下限树轮宽度年表在全频域、高频域及低频域上均存在显著正相关;（3）森林上、下限树轮宽度年表的气候响应结果基本一致,均表现出对上年9月至当年3月的逐月平均气温呈显著正相关,且均与上年12月的平均气温相关最高。树轮宽度年表与气象因子关系的模拟结果也证明了上年9、12月份和当年2、3、4月份的月平均气温与研究区树轮宽度生长间的密切关系;（4）研究区域树轮宽度生长与冬季北大西洋涛动指数的变化趋势较为一致。     

利用树轮宽度资料重建天山中段南坡巴仑台地区过去645年来的降水变化

在分析树木生长对气候要素响应的基础上,利用采自天山中段南坡夫斯坦沟的雪岭云杉树轮宽度年表,重建了巴仑台地区1360~2004A.D.当年7月至次年6月的降水量序列,方差解释量达53%(调整自由度后为52%)。交叉检验结果表明重建方程稳定可信。过去645a以来,巴仑台地区的降水量变化存在12个偏少阶段和12个偏多阶段。巴仑台地区降水量重建序列存在10.7~11、6.7和2.1a的显著准周期及16.5~17.2和2.4~6.6a的较显著准周期,并且在1496A.D.前后发生了降水量由少向多的突变。     

利用树木年轮重建阿勒泰地区1794-2012年降水量

利用阿勒泰地区3个采样点的西伯利亚云杉（Picea obovata）树轮样本,建立了区域树轮宽度标准化年表。单相关普查发现,阿勒泰地区区域树轮宽度标准化年表与该区域5个气象站上年7月至当年6月降水量相关显著（R=0.714,P<0.00001）。用区域树轮宽度标准化年表可较好地重建该区域上年7月至当年6月的降水量,解释方差达51.0%,验证表明降水重建序列是可信的。重建序列经历了4个偏湿期和4个偏干期。存在2.2～2.5 a的显著周期（P<0.05）及146、2.8、2.1、2.0 a的较显著周期。在1889年发生从少到多的突变。空间相关分析表明重建结果对阿勒泰地区降水具有较好的代表性。重建结果与阿尔泰山、天山中部地区、吉尔吉斯斯坦东部天山北坡的降水变化趋势和干湿阶段具有较好的一致性,与PDSI变化趋势也有较好的一致性。