劉亞玲,信忠保,*,李宗善,買爾當·克依木

1 北京林業(yè)大學水土保持學院,北京 100083 2 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 100085

水熱條件變化是影響樹木生長的主要外界環(huán)境因素,不同海拔高度具有不同的水熱條件,進而影響樹木的徑向生長[1]。大部分研究顯示,同一樹種在不同海拔梯度水平上受氣候變化的影響存在很大區(qū)別,一般情況下高海拔樹木生長受溫度因素限制,低海拔受降水的限制。山西蘆芽山中高海拔華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)生長受低溫限制,低海拔生長遭受干旱脅迫[2];滇西高海拔云南松徑向生長(Pinusyunnanensis)受夏季高溫的限制,而低海拔受生長季降水的影響[3];廬山高海拔日本柳杉(Cryptomeriajaponica)生長受溫度的限制,中低海拔徑向生長受相對濕度的限制[4];太行山南麓高海拔栓皮櫟(Quercusvariabilis)生長受最低溫度的限制,低海拔生長受降水影響大[5]。也有研究顯示,在不同海拔水平上樹木生長對氣候因素的響應較為一致[6],玉龍雪山不同海拔長苞冷杉(Abiesgeorgei)均受溫度和降水的限制[7],不同海拔云南松(Pinusyunnanensis)對氣候因素的響應模式相同[8]。不同氣候區(qū)不同海拔樹木徑向生長對氣候響應存在較大差異,因此需要開展不同地區(qū)不同海拔條件下樹木生長對氣候因素響應規(guī)律研究,為森林應對氣候變化的經(jīng)營管理提供科學依據(jù),也為樹木年輪學研究提供有益參考。

黃土高原位于黃河中游,具有世界上面積最大的黃土堆積,由于歷史上人類社會對土地資源的加劇利用,該地區(qū)天然林和草原破壞嚴重,土地出現(xiàn)嚴重的荒漠化問題,成為世界上水土流失最嚴重的區(qū)域之一[9-11]。刺槐是黃土高原主要防護林樹種,其根系發(fā)達,具根瘤,可固氮,耐瘠薄、耐干旱[12],具有固溝護坡、防風固沙、水文調(diào)節(jié)、碳固定及增匯等生態(tài)系統(tǒng)服務功能,對黃土高原自然環(huán)境改善和生態(tài)系統(tǒng)服務功能提升具有重要意義[13-14]。近年來,中國學者在黃土高原地區(qū)陸續(xù)進行了刺槐的樹木年輪學研究,韋景樹等[15]研究了羊圈溝小流域人工物種(刺槐、檸條)和自然物種(山杏、荊條)徑向生長對氣候變化的響應,發(fā)現(xiàn)人工物種對氣候變化敏感,刺槐受水分脅迫嚴重。Keyimu等[16]研究了半濕潤區(qū)永壽縣和半干旱區(qū)神木縣刺槐對氣候變化的響應差異,發(fā)現(xiàn)半濕潤地區(qū)刺槐對秋季溫度響應敏感性增強,對水文要素的相關性減弱,而半干旱地區(qū)刺槐對秋季溫度響應敏感性減弱,對水文要素的相關性增強。管崇帆等[17]研究了氣候和競爭對刺槐徑向生長的影響,發(fā)現(xiàn)溫度和降水是影響刺槐生長的關鍵因素,高密度刺槐更易受干旱脅迫。以往研究多集中于水平梯度,不能代表海拔梯度上氣候變化對刺槐生長的影響,因此需要研究不同海拔刺槐對氣候變化的響應差異,以便了解氣候變化背景下不同海拔刺槐的生長動態(tài)。

羅玉溝流域是黃土高原丘陵區(qū)第三副區(qū)的典型流域,為改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,1980s初該地區(qū)在梁頂、溝道等地貌部位上營造了大量的刺槐防護林[18]。2000年初隨著退耕還林工程的繼續(xù)實施,以刺槐為主的溝頭防護林得到大規(guī)模實施,作為重要的水土保持植物措施在保持水土、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候等方面發(fā)揮著重要作用[15]。由于早期營造刺槐林受氣候變化和人為干擾的影響,該地區(qū)刺槐林出現(xiàn)林木生長不良、枯死、防護林防護功能明顯下降等退化現(xiàn)象[19-20]。因此迫切需要研究刺槐徑向生長過程及其與氣候因素的關系,厘定限制不同海拔條件下刺槐生長的主要氣候因素。研究以黃土高原丘陵區(qū)第三副區(qū)典型流域羅玉溝流域為研究區(qū),以人工刺槐林為研究對象,利用樹木年輪氣候?qū)W方法研究不同海拔梯度刺槐徑向生長對氣候變化的響應,分析影響該地區(qū)刺槐生長的主要氣候因素,為今后該區(qū)域低效刺槐林改造、恢復重建和經(jīng)營管理提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

羅玉溝流域位于甘肅省天水市區(qū)北部,是黃河水系藉河左岸的一條支流,屬于黃土丘陵區(qū)第三副區(qū)典型流域[18]。羅玉溝流域海拔1200-1900 m,氣候為暖溫帶大陸性季風氣候(圖1)。該地區(qū)降水年內(nèi)分布不均,春冬干旱少雨,夏秋雨水集中,流域內(nèi)多年平均降水量504.2 mm(1983-2017年,圖2),汛期(6-9月)降水量占年降水量的62.3%;年平均氣溫11.6 ℃(1983-2017年,圖2),無霜期184天,年平均風速1.3 m/s。土壤以山地灰褐土為主,是暖溫帶半干旱區(qū)森林草原氣候條件下形成的土壤,占流域面積的91.7%。研究區(qū)內(nèi)刺槐主要為人工純林,一般選擇2年生苗木造林,造林后實行封山育林。羅玉溝流域降水較為充沛,因人工刺槐林規(guī)模較大、山梁林業(yè)灌溉設施缺乏以及當?shù)亓謽I(yè)部門人力跟不上,因此,人工林種植后處于雨養(yǎng)狀態(tài),尚未有人工灌溉工作。林下灌木主要有胡枝子(Lespedezabicolor)、狼牙刺(Sophoramoorcroftiana)、刺五加(Eleutherococcussenticosus)等;草本以薔薇科、菊科、禾本科植物居多。

圖1 黃土高原羅玉溝流域刺槐年輪采樣點分布圖Fig.1 Location map of tree-ring sample site of Robinia pseudoacacia in Luoyugou watershed, Loess Plateau

圖2 1983-2017年天水氣象站溫度和降水的變化趨勢Fig.2 Temperature and precipitation changing trend of Tianshui Meteorological Station from 1983 to 2017

2 研究方法

2.1 樣品的采集

本研究于2018年7-8月在羅玉溝流域選取受人類干擾較少的刺槐人工林,根據(jù)該流域的海拔、地形及刺槐林的空間分布,在北梁梁頂刺槐林中沿海拔布設20×20 m的樣地,由低到高分別進行編號,共選取14個樣地(圖1)。根據(jù)海拔梯度將其劃分為低海拔(1-4號樣地,(1675±38) m)、中海拔(5-10號樣地,(1758±23) m)以及高海拔(12-15號樣地,(1836±24) m)。樣地內(nèi)刺槐是分批次種植的,存在很多樹齡,且相互差異較大,在取樣的過程中主要選取長勢較好、胸徑較大的刺槐5棵,用瑞典haglof 500 mm生長錐(5.15 mm)在胸徑(約1.3 m)處沿東西、南北2個垂直方向鉆取2-3個樹芯,取好后將樣芯放到塑料管內(nèi)封存,同時記錄刺槐的樹號、胸徑、樹高、枝下高和冠幅等基本信息,共取樹芯167個,其中低海拔采集53個,中海拔采集74個,高海拔采集40個。

2.2 樣品的處理及年表建立

將樹芯帶回室內(nèi)后,按Stokes等的方法對刺槐樣芯進行預處理,風干后用白乳膠固定在特制的木槽內(nèi),由于樹芯兩端可能會翹起,還需用繩子加固[21]。待乳膠晾干后,將其切割成單個樣芯,用400目、800目和1200目的干砂紙依次打磨,直至在顯微鏡下能清楚看到刺槐的年輪界線。利用精度為0.001 mm樹木年輪測量分析儀Win DENDROTM(Regent instrument inc. Canada)進行樹輪寬度參數(shù)的獲取,用COFECHA程序[22]對定年和測量結果進行檢驗和校準,剔除與主序列相關性差和重復的樣芯,最終通過交叉定年的樣芯有115個,高中低海拔樹芯分別為20個、55個和40個。

為去除樹木隨年齡增長和其他非氣候因素導致的生長趨勢,使用ARSTAN程序建立年表[23-24]。選擇負指數(shù)函數(shù)方法進行不同海拔刺槐的生長擬合,去趨勢后得到標準化年表(Standard chronology,STD)、自回歸年表(Arstan chronology,ARS)和差值年表(Residual chronology,RES)。綜合各年表的統(tǒng)計參數(shù)特征,本研究選用標準年表進行樹木生長與氣候因素間的相關分析。胸高斷面積增量(Basal area increment,BAI)可更加準確的反映研究區(qū)內(nèi)刺槐的生長量變化,具體公式如下:

式中,Rn是n年的樹木半徑;Rn-1是n-1年的樹木半徑。

2.3 氣象數(shù)據(jù)來源

由于研究區(qū)氣象站器測資料不完整,平均溫度、最低溫度、最高溫度、降水量和相對濕度(1983-2017年)數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/),從距離取樣點最近的天水氣象站(105.75°E,34.58°N,海拔1141.6 m,距采樣點4 km)獲取。為更好的反映刺槐生長與水分的關系,研究亦選用了全球氣候數(shù)據(jù)庫(CRU TS 3.22 Global Climate Database,http://www.cru.uea.ac.uk/)中的帕默爾干旱指數(shù)(Palmer drought index,PDSI)[25]。從距采樣點最近的CRU網(wǎng)格點(105.50°-106.00°E,34.50°-35.00°N)選取1983-2017年的PDSI格點數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理及圖表制作

通過計算不同海拔刺槐年表的統(tǒng)計特征值來評估年表的可靠性,使用Dendroclim 2002國際樹木年輪程序?qū)Σ煌０螛漭唽挾戎笖?shù)與各氣候數(shù)據(jù)進行相關分析[26]。考慮到樹木生長可能受到前一年氣候的影響,選用上一年6月到當年10月(共17個月)的氣候數(shù)據(jù)進行相關性分析[27]。為進一步評估樹木徑向生長對主要氣候因素的響應隨時間變化的穩(wěn)定性,使用DendroClim 2002程序中的Evolutionary and Moving Response and Correlation模塊進行滑動相關分析,滑動窗口為20 a。使用Excel 2016和Origin 2018進行各圖表的繪制。

3 研究結果

3.1 年表統(tǒng)計特征

由不同海拔刺槐標準年表的統(tǒng)計特征可知(表1),3個標準年表的平均敏感度在0.217-0.237之間,標準差在0.263-0.273之間,說明年表包含較多的氣候信息。序列間相關性越高,說明刺槐受到的共同限制性越強[23],高海拔地區(qū)樹間相關系數(shù)為0.390,中海拔為0.316,低海拔為0.404。高中低海拔的一階自相關系數(shù)分別為0.525、0.487和0.512,說明上一年氣候?qū)淠旧L有較大影響。標準年表的信噪比為6.402-7.446,表明各年表保留了豐富的氣候信息。3個年表的樣本總體代表性較高,超過樣本總體代表性可接受的臨界閾值0.85,說明各年表序列對總體的代表性高,適宜于樹木年輪氣候?qū)W分析[28]。

表1 羅玉溝流域采樣點信息及標準年表統(tǒng)計特征Table 1 Site information, chronology statistics and results of common interval span analysis of standard tree-ring chronologies from the Luoyugou Watershed in the Loess Plateau of China

不同海拔標準年表的整體變化趨勢有所差異(圖3),中、低海拔刺槐分別在2000年和1997年出現(xiàn)最低值,2012年后出現(xiàn)下降趨勢,而高海拔刺槐在2012年后出現(xiàn)升高趨勢。低海拔和中海拔標準年表的相關性最高(0.576),中海拔和高海拔年表的相關性最低(-0.108)。

圖3 羅玉溝流域不同海拔刺槐樹輪寬度標準年表Fig.3 Ring-width standard chronologies of black locust at different elevations in Luoyugou Watershed of China

3.2 不同海拔刺槐樹輪寬度和BAI年際變化特征

由圖4可以看出高海拔刺槐樹輪寬度年際變化波動較小,而低海拔刺槐樹輪寬度年際變化波動最大。低海拔刺槐樹輪寬度在1990年達到最高值(4.80 mm),1998年樹輪寬度值最小(1.68 mm);中海拔刺槐樹輪寬度在1992年達到最高值(3.95 mm),2002年樹輪寬度值最低為2.17 mm;高海拔刺槐同樣在1992年達到最高值(3.17 mm),1997年時最低值為1.76 mm。2000年后隨著第二批刺槐林的加入樹輪寬度值有一個高峰,低海拔刺槐在2007年達到最高值4.61 mm,中海拔刺槐在2007年為最高值4.94 mm,高海拔刺槐在2006年達到最高值4.61 mm。2013年之后,中低海拔刺槐樹輪寬度呈下降趨勢,而高海拔刺槐呈上升趨勢。

圖4 羅玉溝流域不同海拔刺槐樹輪寬度和BAI年際變化Fig.4 Interannual variation of black locust ring width and BAI at different elevations in Luoyugou Watershed紅色線條為11年滑動平均序列,藍色虛線為樣本量

高中低海拔刺槐胸高斷面積增量(BAI)總體均呈上升趨勢(圖4)。低海拔刺槐在1985-1992年期間呈上升趨勢(0.80 cm2/a),1993-1999年呈下降趨勢(-0.42 cm2/a),2000-2014年一直呈上升趨勢(0.55 cm2/a),2015年后BAI呈下降趨勢。中海拔刺槐在1983-1991年期間呈上升趨勢(0.54 cm2/a),1992-2006年期間生長平穩(wěn),平均生長速率為(4.64±0.88) cm2/a,2007-2013年呈上升趨勢(0.72 cm2/a),2014年后BAI呈下降趨勢。高海拔刺槐在1983-2006年期間呈上升趨勢(0.47 cm2/a),2007-2011年期間生長略有下降,2012年后呈上升趨勢(0.96 cm2/a)。

3.3 不同海拔刺槐徑向生長與氣候因素的相關性

中低海拔刺槐徑向生長與溫度因素多為負相關關系,而高海拔刺槐徑向生長與溫度因素基本呈正相關(圖5)。中低海拔刺槐徑向生長均與上一年生長季和當年生長季溫度呈顯著負相關,而高海拔刺槐主要與上一年生長季、休眠期和當年生長季溫度呈顯著正相關(圖5)。具體來看:(1)低海拔刺槐與上一年7-9月以及當年6-7月均溫、最高溫和最低溫呈顯著負相關,其中對均溫的響應更顯著;(2)中海拔刺槐與上一年6月、當年1、2、7、9月均溫和最高溫呈顯著負相關,其中對最高溫的響應更顯著;(3)高海拔刺槐與上一年6月、當年3、4月和6月均溫、最高溫和最低溫呈顯著正相關,還與當年2、9月最低溫呈顯著正相關,其中最低溫限制作用最大。

圖5 不同海拔刺槐標準年表與溫度因素的相關關系Fig.5 Correlation between standard chronology and temperature factors of black locust at different elevations*代表P<0.05,月份前的“-”表示上一年,如-6表示上一年6月份

中低海拔刺槐徑向生長與降水和相對濕度多呈正相關關系,而高海拔刺槐徑向生長與相對濕度的負相關關系較大(圖6)。低海拔刺槐生長與上一年生長季和當年生長季降水、相對濕度呈顯著正相關,中海拔刺槐與當年生長季降水、相對濕度呈顯著正相關,而高海拔刺槐生長與上一年生長季相對濕度呈顯著負相關(圖6)。具體來看:(1)低海拔刺槐生長與上一年8月、當年6、7月降水和相對濕度呈顯著正相關,還與上一年7、9月、當年8、9月相對濕度呈顯著正相關;(2)中海拔刺槐與當年6月降水呈顯著正相關,與當年2、7-9月相對濕度呈顯著正相關;(3)高海拔刺槐僅與上一年6、7月相對濕度呈顯著負相關,與降水相關性較小。

圖6 不同海拔刺槐標準年表與降水、相對濕度和PDSI的相關關系Fig.6 Correlation between standard chronology, precipitation, relative humidity and PDSI of black locust at different elevations*代表P<0.05,月份前的“-”表示上一年,如-6表示上一年6月份

中低海拔刺槐徑向生長與PDSI多呈正相關關系,而高海拔刺槐徑向生長與PDSI多呈負相關(圖6)。低海拔刺槐徑向生長與上一年6-當年10月PDSI均呈顯著正相關,中海拔刺槐與上一年6月和當年2-10月PDSI呈顯著正相關,而高海拔刺槐徑向生長與上一年6、7月PDSI呈顯著負相關。

3.4 不同海拔刺槐徑向生長對氣候響應的穩(wěn)定性評價

不同海拔刺槐徑向生長對氣候變化均產(chǎn)生不同程度的分異現(xiàn)象(圖7)。低海拔刺槐生長與當年6-9月平均溫度、最高溫度、相對濕度和PDSI的響應一直保持穩(wěn)定的顯著相關水平,未發(fā)生分異現(xiàn)象;與當年6-9月最低溫度出現(xiàn)負相關明顯減弱趨勢(P<0.05),發(fā)生分異現(xiàn)象。中海拔刺槐生長與當年6-9月平均溫度、最高溫度的響應保持穩(wěn)定的負相關,與當年6-9月降水量的響應保持穩(wěn)定的正相關;而與當年6-9月最低溫度出現(xiàn)負相關明顯減弱趨勢(P<0.05),1990年后對相對濕度和PDSI的敏感性逐漸減弱。高海拔刺槐生長與當年6-9月PDSI維持較為穩(wěn)定的關系,1991年后對溫度要素的敏感性略有減弱,1994年后對降水量和相對濕度的敏感性明顯減弱,出現(xiàn)分異響應。

圖7 不同海拔刺槐樹輪寬度與當年6-9月氣象因子的滑動相關分析(20 a)Fig.7 The 20-year window moving correlations of black locust chronologies and climate factors from current June to September at different elevations

4 討論

4.1 不同海拔刺槐年表特征及徑向生長差異

年表特征值可以反映不同海拔刺槐徑向生長與氣候因素的相關程度。低海拔刺槐年表的標準差、平均敏感度和樹間相關系數(shù)較中、高海拔高,說明低海拔年表質(zhì)量最好,對氣候響應的敏感性較高。本研究中隨海拔升高,信噪比和樣本總體代表性隨之減小,說明刺槐徑向生長對氣候的響應敏感性降低,此結果與白天軍等[4]研究結果一致。羅玉溝流域?qū)儆诎敫珊档貐^(qū),流域內(nèi)樹木生長受水分限制作用強,隨著海拔升高,降水量增加,高海拔地區(qū)降雨總量大于低海拔地區(qū),促使高海拔地區(qū)刺槐生長受水分限制作用降低,高海拔地區(qū)對氣候敏感性也隨之降低[29]。低海拔刺槐徑向生長主要受限于土壤水分可利用程度(圖6)。

不同海拔刺槐樹輪寬度均在1992年和2007年左右出現(xiàn)最高值,在1998年左右出現(xiàn)最低值(圖4),說明大尺度氣候變化對不同海拔刺槐徑向生長影響大,在極端年份對樹木的生長起決定作用。2013年后,中、低海拔刺槐徑向生長呈下降趨勢,而高海拔刺槐生長呈上升趨勢。在氣候暖干化背景下,中低海拔區(qū)域?qū)⒉辉龠m合刺槐的生長,若干旱時間和強度持續(xù)上升,會導致該區(qū)域生態(tài)服務功能下降,提高火災和病蟲害的發(fā)生機率,后期可能出現(xiàn)枯樹梢或枯死現(xiàn)象,導致人工刺槐林大面積衰退,生產(chǎn)力下降。氣溫升高會促進高海拔區(qū)域樹木生長,將導致刺槐林林線上移[15]。

4.2 不同海拔刺槐徑向生長對氣候因素的響應差異

隨海拔的升高,刺槐徑向生長與溫度的顯著負相關轉(zhuǎn)變?yōu)轱@著正相關(圖5)。上一年生長季和當年生長季溫度過高會限制中低海拔刺槐的生長,與韋景樹等[15]對黃土高原羊圈溝流域刺槐的研究結果一致。溫度對刺槐的徑向生長存在“滯后效應”[30],上一年9月是刺槐生長季末期,溫度過高會導致植物蒸騰作用加強,土壤水分的蒸發(fā)增大,影響刺槐碳水化合物的合成,并且有可能消耗本身的營養(yǎng)物質(zhì),導致下一年徑向生長減緩[31]。當年生長季高溫會導致土壤干旱,形成的水分脅迫降低了樹木水勢,增大葉肉細胞對水分的吸附力,限制葉內(nèi)水分運動,從而降低植物的光合作用[32-33]。上一年生長季、休眠期和當年生長季溫度對高海拔刺槐有促進作用,與玉龍雪山高海拔麗江云杉和長苞冷杉、關帝山林區(qū)華北落葉松與溫度呈正相關的結果一致[7,34-36]。休眠期最低溫度升高對高海拔刺槐生長有促進作用,休眠期溫度升高可以有效防止低溫對樹木根系的傷害,冬季降雪有利于使土壤保持較好墑情,可以增加樹木生長前期的水分儲備,生長季前有效積溫足夠并且水分充足以便刺槐進入萌芽期,生長季時間增長有助于刺槐形成寬輪[34]。夏季高溫對高海拔樹木生長具有重要促進作用,夏季是樹木生長旺盛時期,降水充足情況下適宜的高溫有助于樹木的光合作用,有效積累碳水化合物促進樹木生長[37]。

羅玉溝流域年降水量存在明顯空間差異,流域溝口到溝頭,隨著海拔上升多年平均降水量從460 mm上升至656 mm,降水量增加趨勢明顯,增加了42.6%(圖8)[38]。流域中下游地區(qū)降水較上游明顯偏少,因此,流域中低海拔刺槐生長受干旱脅迫限制,其中低海拔受干旱脅迫尤為顯著(圖8),而流域上游地區(qū)降水為600 mm,降水不是流域上游地區(qū)刺槐林生長的主導限制性因素(圖8),而高海拔溫度低,更多受溫度影響(圖5)。當年生長季降水促進中低海拔刺槐的生長,樹木進入生長季后,生長旺盛需水量大,有效的降水可以促進光合作用產(chǎn)物的積累加速植物后期生長[39-40]。高海拔刺槐生長與降水相關性不高,該地區(qū)海拔升高降水量充足,溫度是主要的限制因素。

圖8 羅玉溝流域降水隨海拔的變化趨勢(1986-2004)[38]Fig.8 The variation trend of precipitation with elevation of Luoyugou Watershed, China (1986-2004)

PDSI反映土壤中水分的可利用程度,它直接影響樹木形成層活動,影響木質(zhì)部的生成[41]。中低海拔刺槐與多月份PDSI呈顯著正相關,尤其是上一年生長季和當年生長季,說明中低海拔刺槐受水分脅迫的深刻影響,該區(qū)域刺槐遭受高溫導致蒸發(fā)量增大,而降水量較少,極易遭遇干旱脅迫。在高海拔地區(qū)溫度偏低,但降水量大(圖7),較適宜刺槐生長。

4.3 不同海拔刺槐徑向生長對氣候變化的響應穩(wěn)定性

由滑動相關分析發(fā)現(xiàn),中低海拔地區(qū)刺槐對低溫響應的敏感性明顯降低,低海拔刺槐對水文要素(降水、相對濕度和PDSI)的敏感性維持穩(wěn)定的顯著正相關水平,而中海拔刺槐對水文要素的敏感性略有降低。高海拔刺槐對溫度因素響應敏感性較為穩(wěn)定,對降水和相對濕度的響應敏感性減弱。20世紀80年代以來,羅玉溝流域經(jīng)歷了快速升溫降水減少,高溫低降水導致樹木受干旱脅迫嚴重,低海拔地區(qū)與6-9月PDSI維持穩(wěn)定顯著正相關,水分是限制低海拔刺槐未來生長的主要氣候因素。此結果與Keyimu等報道的黃土高原半干旱地區(qū)刺槐對溫度要素的敏感性下降,與水文要素的敏感性上升結果一致[16]。祁連山東部半干旱地區(qū)青海云杉與溫度要素的負相關性逐漸減弱,與水文要素的正相關性逐漸增強,土壤水分條件對青海云杉的限制作用逐漸增強,本研究結果與其一致[42]。中低海拔刺槐對最低溫度的響應敏感性減弱,與流域內(nèi)氣溫迅速上升變化一致,生長季中最低溫度對刺槐生長的限制作用逐漸消失。高海拔地區(qū)對溫度、降水和相對濕度的敏感性均降低,說明高海拔地區(qū)溫度升高對高海拔地區(qū)刺槐生長是有利的[43]。

5 結論

本研究表明,位于黃土高原丘陵區(qū)第三副區(qū)的甘肅天水羅玉溝流域,中、低海拔刺槐生長受上一年生長季和當年生長降水的限制,低海拔刺槐受水分限制作用更強;高海拔刺槐受上一年生長季、休眠期和當年生長季溫度的限制,其中最低溫對其限制作用更強,最低溫度升高對高海拔刺槐有促進作用。中、低海拔刺槐受干旱脅迫影響嚴重,尤其低海拔地區(qū)與上一年生長季、休眠期和當年生長季PDSI均呈顯著正相關,低海拔刺槐受干旱脅迫較中海拔地區(qū)高。在全球氣候變暖的趨勢下,羅玉溝流域中、低海拔刺槐林徑向生長受干旱脅迫將更加嚴重,遇到嚴重干旱時將出現(xiàn)生長緩慢,甚至枯樹梢、枯死等衰退現(xiàn)象。