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树木死亡特征及气候驱动因素分析

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受气候强烈影响的树木死亡会影响森林结构,动态和生态系统服务功能。但是,现有研究仍然缺乏不同冠层和胸径树木死亡对气候响应的大尺度范围的综合分析。在这里,本研究利用2012-2017年的森林资源清查和分析数据,分析样地的死亡率及树木死亡原因,并对不同冠层和胸径树木的死亡模式进行研究。进一步结合气候数据分析气候如何影响树木死亡。本研究的主要研究结果如下: (1)树木死亡率及死亡原因呈现出明显的空间格局。美国中西地区(死亡率>6%的样地占21.8%)、东北地区(死亡率>6%的样地占10.8%)及落基山脉区(死亡率>6%的样地占12.5%)的部分区域呈现出高死亡率的空间格局,落基山脉区树木死亡主要是受到火灾跟虫害的影响,而中西地区及东北地区分别有47%和63%的死亡树木不能在实地调查中观察到造成树木死亡的原因。 (2)随着干旱程度的增加,矮冠层的树木比顶部冠层更脆弱。活树和死树的高度差会随着冠层层次的升高而减小,表明树木死亡风险会随着冠层层次的升高而减小。且不同冠层层次的高度差会随着年均最大饱和水汽压差(VPDmean)(5%-95%分位数,p<0.001)和夏季平均温度(Tmax)(5%-95%分位数,p<0.05)的增加而减小,矮冠层和顶部冠层树木高度差随年总降水(PPTtotal)(5%,20%,80%,95%分位数,p<0.05)的减小而减小,表明各个冠层树木死亡风险会随着干旱增加而增加。尤其是,随着干旱程度的增加,矮冠层树木死亡风险的增加速度大于顶部冠层树木,表明矮冠层树木具有更高的脆弱性。 (3)与胸径相关的死亡曲线的大小和凹度均会受到气候的影响。死亡曲线大小表明的是平均死树占比,死亡曲线大小会随饱和水汽压差的绝对变异性(VPDSD)(R2=0.13,p<0.05)和饱和水汽压差的相对变异性(VPDCOV)(R2=0.10,p<0.05)的增加而增加,随PPTtotal(R2=0.26,p<0.001)、降水绝对变异性(PPTSD)(R2=0.19,p<0.01)和年均温度(Tmean)(R2=0.10,p<0.05)的增加而减少。死亡曲线凹度表明的是不同胸径上树木死亡的差异,死亡曲线凹度随最大饱和水汽压差绝对变异性(VPDSD)(R2=0.16,p<0.01)、最大饱和水汽压差相对变异性VPDCOV(R2=0.16,p<0.01)和降水的相对变异性(PPTCOV)(R2=0.20,p<0.01)的增加而减少,随PPTtotal(R2=0.23,p<0.001)的增加而增加。研究结果表明随着干旱程度的增加,死亡曲线凹度逐渐减小至不存在意味着最终所有大小树木的死亡率相同。基于气候对死亡曲线凹度的影响,本研究提出竞争-气候过渡假说作为干旱驱动死亡曲线凹度变化的基本基础机制:即随着干旱的增加,影响树木死亡的主要因素从竞争转向气候。 综上所述,本研究分析了死亡率及死亡原因的空间格局,并量化了不同冠层和胸径树木死亡特征及其空间分布格局,进一步探讨气候对树木死亡的影响。我们的结果强调了气候变化在影响树木死亡方面的重要作用,特别是对矮冠层树木的影响。因此,未来的气候变化可能会改变森林演替、组成、多样性和生态系统服务,不断进化的新机制使得这些影响比我们所感知的更为严重。

郝先帼

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树木死亡 空间格局 气候变化

硕士

生态学

刘曙光

2021

中南林业科技大学

中文

S7