全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 24 期摇 摇 2011 年 12 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
柑橘黄龙病株不同部位内生细菌群落结构的多样性 刘摇 波,郑雪芳,孙大光,等 (7325)………………………
小兴安岭红松径向生长对未来气候变化的响应 尹摇 红,王摇 靖,刘洪滨,等 (7343)……………………………
污水地下渗滤系统脱氮效果及动力学过程 李海波,李英华,孙铁珩,等 (7351)…………………………………
基于生态系统服务的海南岛自然保护区体系规划 肖摇 燚,陈圣宾,张摇 路,等 (7357)…………………………
羌塘地区草食性野生动物的生态服务价值评估———以藏羚羊为例 鲁春霞,刘摇 铭,冯摇 跃,等 (7370)………
湖北省潜江市生态系统服务功能价值空间特征 许倍慎,周摇 勇,徐摇 理,等 (7379)……………………………
滇西北纳帕海湿地景观格局变化及其对土壤碳库的影响 李宁云,袁摇 华,田摇 昆,等 (7388)…………………
基于连接性考虑的湿地生态系统保护多预案分析———以黄淮海地区为例
宋晓龙,李晓文,张明祥,等 (7397)
………………………………………
……………………………………………………………………………
青藏高原高寒草甸生态系统碳增汇潜力 韩道瑞,曹广民,郭小伟,等 (7408)……………………………………
影响黄土高原地物光谱反射率的非均匀因子及反照率参数化研究 张摇 杰,张摇 强 (7418)……………………
基于 GIS的下辽河平原地下水生态敏感性评价 孙才志,杨摇 磊,胡冬玲 (7428)………………………………
厦门市土地利用变化下的生态敏感性 黄摇 静,崔胜辉,李方一,等 (7441)………………………………………
我国保护地生态旅游发展现状调查分析 钟林生,王摇 婧 (7450)…………………………………………………
黄腹山鹪莺稳定的配偶关系限制雄性欺骗者 褚福印,唐思贤,潘虎君,等 (7458)………………………………
食物蛋白含量和限食对雌性东方田鼠生理特性的影响 朱俊霞,王摇 勇,张美文,等 (7464)……………………
具有捕食正效应的捕食鄄食饵系统 祁摇 君,苏志勇 (7471)………………………………………………………
桑科中 4 种桑天牛寄主植物的挥发物成分研究 张摇 琳,WANG Baode,许志春 (7479)………………………
栗山天牛成虫羽化与温湿度的关系 杨忠岐,王小艺,王摇 宝, 等 (7486)………………………………………
人工巢箱条件下杂色山雀的巢位选择及其对繁殖成功率的影响 李摇 乐,万冬梅,刘摇 鹤,等 (7492)…………
鸭绿江口湿地鸻鹬类停歇地的生物生态研究 宋摇 伦,杨国军,李摇 爱,等 (7500)………………………………
锡林郭勒草原区气温的时空变化特征 王海梅,李政海,乌摇 兰,等 (7511)………………………………………
UV鄄B辐射胁迫对杨桐幼苗生长及光合生理的影响 兰春剑,江摇 洪,黄梅玲,等 (7516)………………………
小麦和玉米叶片光合鄄蒸腾日变化耦合机理 赵风华,王秋凤,王建林,等 (7526)………………………………
利用稳定氢氧同位素定量区分白刺水分来源的方法比较 巩国丽,陈摇 辉,段德玉 (7533)……………………
2010 年冬季寒冷天气对闽江口 3 种红树植物幼苗的影响 雍石泉,仝摇 川,庄晨辉,等 (7542)………………
人参皂苷与生态因子的相关性 谢彩香,索风梅,贾光林,等 (7551)………………………………………………
芘对黑麦草根系几种低分子量有机分泌物的影响 谢晓梅,廖摇 敏,杨摇 静 (7564)……………………………
盐碱地柠条根围土中黑曲霉的分离鉴定及解磷能力测定 张丽珍,樊晶晶,牛摇 伟,等 (7571)…………………
不同近地表土壤水文条件下雨滴打击对黑土坡面养分流失的影响 安摇 娟,郑粉莉,李桂芳,等 (7579)………
煤电生产系统的能值分析及新指标体系的构建 楼摇 波,徐摇 毅,林振冠 (7591)………………………………
专论与综述
西南亚高山森林植被变化对流域产水量的影响 张远东,刘世荣,顾峰雪 (7601)………………………………
干旱荒漠区斑块状植被空间格局及其防沙效应研究进展 胡广录,赵文智,王摇 岗 (7609)……………………
利用农业生物多样性持续控制有害生物 高摇 东,何霞红,朱书生 (7617)………………………………………
研究简报
洪湖湿地生态系统土壤有机碳及养分含量特征 刘摇 刚,沈守云,闫文德,等 (7625)……………………………
氯氰菊酯和溴氰菊酯对萼花臂尾轮虫生殖的影响 黄摇 林,刘昌利,韦传宝,等 (7632)…………………………
学术信息与动态
SCOPE鄄ZHONGYU 环境论坛(2011)暨环境科学与可持续发展国际会议成功举办 (7639)……………………
《生态学报》3 篇文章入选 2010 年中国百篇最具影响国内学术论文摇 等 ( 玉 )………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*316*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄12
封面图说: 泥炭藓大多生长在多水、寒冷和贫营养的生境,同时有少数的草本、矮小灌木也生长在其中,但优势植物仍然是泥炭藓
属植物。 泥炭藓植物植株死后逐渐堆积形成泥炭。 经过若干年的生长演变,形成了大片的泥炭藓沼泽。 这种沼泽地
有黑黑的泥炭、绿绿的草甸和亮晶晶的斑块状水面相间相衬,远远看去就像大地铺上了锦绣地毯一样美丽壮观。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 24 期
2011 年 12 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 24
Dec. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:全球变化研究国家重大科学研究计划(2010CB950104);国家气象公益性行业科研专项(GYHY201106013);国家林业公益性行业科研
专项(200804001)共同资助
收稿日期:2011鄄07鄄22; 摇 摇 修订日期:2011鄄10鄄27
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: yinh@ cma. gov. cn
尹红, 王靖, 刘洪滨, 黄磊, 朱海峰.小兴安岭红松径向生长对未来气候变化的响应.生态学报,2011,31(24):7343鄄7350.
Yin H, Wang J, Liu H B, Huang L, Zhu H F. A research on the response of the radial growth of Pinus koraiensis to future climate change in the XiaoXing忆
AnLing. Acta Ecologica Sinica,2011,31(24):7343鄄7350.
小兴安岭红松径向生长对未来气候变化的响应
尹摇 红1,*, 王摇 靖2, 刘洪滨1, 黄摇 磊1,朱海峰3
(1. 中国气象局国家气候中心,北京摇 100081; 2. 中国农业大学资源与环境学院,北京摇 100193;
3. 中国科学院青藏高原研究所,北京摇 100085)
摘要:基于 SRES A1B温室气体排放情景,由全球气候模式 (MPI_ECHAM5) 产生的逐日气候模拟数据驱动 TREE鄄RING树轮生
态机理模型,模拟了小兴安岭红松(Pinus koraiensis)树木径向生长变化。 结果表明:在 A1B情景下,随着大气 CO2浓度的不断增
加以及局地气温的不断升高,红松树木生长开始和结束时间显著提前,2011—2060 年比 1961—2010 年径向生长开始时间平均
提前约 5d左右,生长结束时间平均提前约 3d左右。 红松树木的径向生长量不断增加,2011—2060 年比 1961—2010 年径向生
长量平均增加约 35% ,径向生长量的增加主要是 CO2施肥作用的结果,在不考虑 CO2施肥效应下,只考虑降水量变化使树木径
向生长量增加约 2% ,而未来 50a的气温变化使树木径向生长量相对于 1961—2010 年减少约 23% 。
关键词:小兴安岭;红松;树轮生态机理模型;气候变化
A research on the response of the radial growth of Pinus koraiensis to future
climate change in the XiaoXing忆AnLing
YIN Hong1,*, WANG Jing2, LIU Hongbin1, HUANG Lei1, ZHU Haifeng3
1 National Climate Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China
2 College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China
3 Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085,China
Abstract: Climate change has had a significant impact on forest ecosystem. Pinus koraiensis is one of precious tree species
in Northeast China. The coniferous and broadleaved mixed forest dominated by pine is the representative vegetation type in
XiaoXing忆AnLing of China. Under the climate change background, studying the response of the growth of Pinus koraiensis to
climate change is important to understand the climate change impact on forest ecosystem. Simulation models as effective
tools for assessing the climate change impact have been applied widely in different regions over the world. A process鄄based
ecological mechanism model ( TREE鄄RING) had been verified for simulating the radial growth of Pinus koraiensis in
XiaoXing忆AnLing of China. The results showed that simulated phenology was well coincident with observed phenology.
There was a high correlation between simulated and observed cell series of Pinus koraiensis. Based on the validated TREE鄄
RING model, the study simulated the growth trend of Pinus koraiensis in XiaoXing忆AnLing under future climate scenarios
and explored the response mechanism of tree growth to climate change, which is helpful to understand climate change
impact, alleviate the negative effects of climate changes on tree growth and provide references for policy鄄making related to
addressing the climate change.
For this study, we intend to use TREE鄄RING model to simulate the growth of Pinus koraiensis in the XiaoXing忆AnLing
based on a middle medium emissions climate change scenario ( SRES A1B) generated by global climate model (MPI_
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ECHAM5) from 1961 to 2060. The meteorological data including daily maximum temperature, daily minimum temperature
and daily precipitation with the resolution of 1毅伊1毅 was interpolated to Yichun meteorological station (47毅73忆N,128毅92忆E,
240. 9 m. a. s. l) with the method of Bilinear interpolation. The analysis on the variation characteristics of climate factors
from 1961 to 2060 showed that atmospheric CO2 concentration will continue to increase and reach 563 mg / L in 2060.
Maximum and minimum temperature will have a fluctuating rising tendency while precipitation will change slightly.
TREE鄄RING droved by climate data model was run for 100 years from 1961 to 2060. The simulated results showed that
under the SRES A1B emission scenarios, with the increase in atmospheric CO2 concentration and air temperature, the
beginning and end dates of Pinus koraiensis growth will advance significantly in the XiaoXing忆AnLing from 2011 to 2060
with a mean advance of 5 days in the beginning date and 3 days in the end date compared with 1961—2010. Annual radial
growth period will prolong by about 2 days in the future fifty years. The radial growth rate will be increased by 35% in
2011—2060 compared with 1961—2010, which is mainly due to the effect of CO2 fertilization. The individual change in
precipitation will increase tree radial growth by about 2% while the individual change in air temperature will decrease tree
radial growth by 23% . Sensitivity analyses were performed to see the response of the model under variable climatic
environmental conditions. The results show that rising air temperature in spring (March and April) increases tree growth
rate significantly, however, rising air temperature in summer ( June鄄August ) decreases tree growth rate when air
temperature was increased by 1益 and CO2concentration and precipitation were not changed.
Key Words: XiaoXing忆AnLing; Pinus koraiensis; REE鄄RING Eco鄄physiological model; Climate change
2007 年政府间气候变化专门委员会( IPCC)发布的第四次评估报告指出,全球变暖已经是不争的事实。
在不同的 SRES温室气体排放情景下,到 21 世纪末,全球地表平均气温可能上升 1. 8益—4. 0益 [1]。 全球气候
变暖趋势加剧使得我国极端天气气候事件发生频率可能增加;降水分布不均现象更加明显,强降水事件发生
频率增加;干旱区范围可能扩大;海平面上升趋势进一步加剧[2]。 气候变化潜在地影响我国的农牧业、森林
与自然生态系统、水资源和海岸带等。 已观测的气候变化对森林生态系统的影响现象表现为,气候变暖促使
植物物候期提前[3鄄5],生长期延长,加上大气 CO2浓度增加形成的“施肥效应冶,使得森林生态系统的生产力增
加[6],如 Zhou等基于卫星数据研究表明,1981—1999 年欧亚大陆北部和北美洲北部植被活力显著增长,生长
期延长[7]。 基于生态系统模型的模拟研究表明气候变暖下中国东部亚热带、温带北界普遍北移[8];中国东北
主要森林类型发生显著变化[9鄄10];CO2浓度倍增后, 中国森林生产力将有所增加,增加的幅度因地区不同
而异[11]。
红松是东北地区的珍贵树种,以红松为主的针阔叶混交林是我国小兴安岭地区最具代表性植被类型。 森
林在应对气候变化中扮演着重要角色,既可以作为温室气体的储藏库和吸收源,又可能因毁林、森林退化、火
灾等,成为温室气体的排放源。 同时,森林本身也会受到气候变化的显著影响。 在未来气候变化情景下,小兴
安岭地区红松树木的生长状况如何变化,对于加深理解气候变化的影响具有重要的意义。 模型模拟是进行气
候变化影响定量评价的方法之一,已有研究基于 TREE鄄RING树轮生态机理模型对采自小兴安岭红松树轮样
本建立时间序列的统计量子样本信号强度 SSS(Subsample Signal Strength)大于 0. 9 时随机选取的 9 棵树,18
个样芯进行了模拟,模拟的生育期和物候观测比较一致,红松树木细胞模拟序列和实测序列具有较好的相关
性[12]。 本研究在此基础上,模拟了未来气候情景下小兴安岭红松树木的生长趋势,从树木生长的物候、径向
生长、气候因子对树木生长的影响方面探讨了树木生长对气候变化的响应机制,对于理解和认识气候变化,减
缓气候变化带来的负面效应,以及应对气候变化政策的制定提供参考依据。
1摇 研究地区与研究方法
1. 1摇 自然概况
小兴安岭森林资源丰富,树种较多。 其中红松为主的针阔叶混交林是小兴安岭主要森林资源。 本文的研
4437 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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图 1摇 采样点和气象站示意图
摇 Fig. 1摇 Schematic diagram of sampling site and meteorological
station摇
究区在丰林国家级自然保护区(48毅02忆—48毅12忆N,128毅
58忆—129毅15忆E),位于我国小兴安岭南部北坡,黑龙江
省伊春市五营区五营林业局境内,地带性植被为温带针
阔叶混交林,总面积 18400 hm2,是中国目前保存最完
整、最典型的原始红松林保护区(图 1)。 全区地形平
缓,海拔 280—683 m,夏季湿润多雨,冬季严寒少雪。
分析伊春气象站 1958—1998 年资料显示该地区平均年
降水量在 450—1000 mm 之间,6—8 月份降水在 230—
700 mm之间,约占全年降水量的 65% 。 年平均气温在
1益左右,其中 1—3 月、11 月和 12 月份平均气温都在
0益以下, 5 月到 9 月份平均气温一般大于 10益
以上[12]。
1. 2摇 数据与方法
1. 2. 1摇 数据资料
2000 年 IPCC《排放情景特别报告》发布了一系列新的排放情景,即 SRES 情景,SRES 设计了 4 种世界发
展模式,其中 A1B 是各种能源平衡发展下的未来温室气体排放情景[2]。 本文利用全球气候模式 MPI_
ECHAM5 输出的 A1B排放情景下 1961—2060 年,空间分辨率是1毅伊1毅的逐日最高气温、最低气温、逐日降水
量资料,利用双线性插值到各气象站点,由于伊春气象站(47毅73忆N,128毅92忆E,海拔 240. 9m)是距离采样点最
近的气象基准站,因此本文利用伊春气象站的逐日预估资料对小兴安岭红松树木径向生长对未来气候变化的
响应进行模拟研究。
1. 2. 2摇 模型描述
本文所使用的 TREE鄄RING模型是描述树木形成层生长过程的模型[13]。 模型描述的外部环境对树木的
影响主要是在形成层区域具有生命活动的细胞,影响细胞的线性生长率和细胞的分裂周期。 树木的光合产物
含量 f(S)、温度 f(T)和树木的水分平衡 f(W)状态 3 个因素控制相对生长速率[12,14鄄15]。 其中 CO2浓度变化对
树木光合作用的影响表示为:
p = Pm
Ca - a
b - a + PmRc
,摇 PmRc 逸 Ca - a
p = Pm,摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 PmRc 臆 Ca
ì
î
í
ïï
ïï - a
(1)
公式(1)中 a和 b分别为胞间 CO2补偿点和饱和点,模型取值分别为 1. 5 mmol / m3和 10. 5 mmol / m3。 Ca为空
气中 CO2浓度。 Rc为叶片中 CO2扩散阻力,Rc =姿R,姿为 CO2扩散阻力 Rc与水汽扩散阻力 R的比率:
Pm = Pmax f(T) f( I) (2)
式中,Pmax为潜在的最大光合速率,f( I)为光照 I对光合速率的影响,满足 Michaelis鄄Menten方程:
f ( )I = II + I*
(3)
式中,I*为 Michaelis鄄Menten常数。
2摇 结果与分析
2. 1摇 小兴安岭地区未来气候变化状况
在 A1B情景下 2011—2060 年该地区气候因子以及 CO2浓度变化趋势如图 2 所示,从图 2 中可见,未来
50a小兴安岭地区 CO2浓度持续增加,2060 年达到 563mg / L,年最高和最低气温都呈波动上升趋势,而降水量
的变化较小。 进一步对春季(3、4 月和 5 月)、夏季(6、7 月和 8 月)、秋季(9、10 月和 11 月)和冬季(12、1 月和
2 月)的气温和降水每 10a的变化进行深入分析显示(表 1):最高和最低气温在春、夏、秋和冬季也持续升高,
5437摇 24 期 摇 摇 摇 尹红摇 等:小兴安岭红松径向生长对未来气候变化的响应 摇
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其中最高气温年代际变化显示秋季升温最大,之后依次是春季、冬季和夏季。 春季最高气温 21 世纪 30 年代
温度比 20 年代要略微偏低。 夏季最高气温 21 世纪 20 年代比 10 年代略有降低。 秋季和冬季最高气温都是
40 年代比 30 年代略有降低。 最低气温年代际变化显示秋季气温升温最高,之后依次是冬季、春季和夏季。
其中夏季最低气温 21 世纪 20 年代比 10 年代略有偏低,冬季 21 世纪 40 年代比 30 年略有偏低。 降水的年代
际变化分析显示,秋季、春季和夏季降水略有降低,其中秋季降低最大,春季和夏季次之,冬季降水略有增加,
总体上看各季节降水变化的幅度较小。
/
(mg/
L)
图 2摇 A1B情景下各气候因子及 CO2浓度的变化趋势
Fig. 2摇 Changes in climatic factors and CO2 concentration under SRES A1B climate scenario
表 1摇 A1B情景下伊春气象站 2011—2060 年的每 10a尺度气候要素变化
Table 1摇 Decadal change of climate factors under SRES A1B scenario in Yichun from 2011 to 2060
要素
Elements
季节
Season
年份 Year
2011—2020 2021—2030 2031—2040 2041—2050 2051—2060
最高气温 / 益 春 Spring 4. 20 5. 11 4. 79 6. 36 7. 23
Maximum temperature 夏 Summer 22. 28 21. 86 22. 36 23. 33 24. 14
秋 Autumn 6. 38 7. 02 7. 63 7. 51 10. 03
冬 Winter -17. 27 -16. 89 -15. 63 -15. 93 -14. 32
最低气温 / 益 春 -5. 30 -4. 61 -4. 59 -3. 58 -2. 41
Minimum temperature 夏 14. 50 14. 43 14. 55 15. 51 16. 01
秋 -1. 49 -1. 23 -0. 69 -0. 41 1. 70
冬 -24. 96 -24. 58 -23. 42 -23. 46 -21. 93
降水量 / mm 春 2. 43 2. 26 2. 49 2. 13 2. 14
Precipitation 夏 4. 07 4. 24 4. 32 4. 52 3. 79
秋 1. 79 1. 18 1. 56 1. 53 1. 44
冬 0. 49 0. 53 0. 57 0. 47 0. 62
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2. 2摇 未来气候情景下小兴安岭红松树木径向生长物候期变化
模型中径向生长开始定义为形成层区域细胞被激活,形成层细胞体积开始增大的日期(从 1 月 1 日开始
算起),生长结束的日期为最后一个细胞原生质消逝,进入休眠状态的日期。 利用 A1B 排放情景下全球气候
模拟资料输出 1961—2060 年气候资料计算得到的,1961—2010 年小兴安岭红松树木径向生长开始期平均为
第 126 天,生长结束期平均为第 284 天,2011—2060 年红松树木径向生长开始期平均为第 121 天,生长结束期
平均为第 281 天。 从红松树木径向生长开始和结束日期 1961—2060 年变化趋势的线性回归统计检验来看
(图略),红松树木径向生长开始和结束时间显著提前,2011—2060 年比 1961—2010 年径向生长开始时间平
均提前约 5d左右,径向生长结束时间平均提前约 3d左右,未来 50a径向生长期约延长 2d左右。 树木径向生
长形成的树木年轮是树木形成层周期活动的结果,形成层活动受到多种因素影响,其中在温带地区,温度是影
响树木生长开始时期最重要的因素,当春季气温达到一定高度时,形成层细胞才能开始活动[16]。 前期的研究
结果也显示,该地区的红松树木生长开始时期主要受到气温变化控制[12]。 从未来气候变化情景数据来看,春
季气温不断升高,如 21 世纪 50 年代比 10 年代春季气温升高约 3益的情况下,树木的生长开始时间约提前
6郾 5d(表 2)。 很多研究表明,春季物候变化与气温变化密切相关,徐雨晴等[17]分析了北京近 50a 春季物候变
化及其对气候变化的响应,近 10a来北京春季物候持续偏早,北京春温升高开花期提前,春温每升高 1益,开
花期平均提前 3. 6d,春季树木开花物候与春季气温的年际、年代际的波动基本对应。 郑景云等[18]根据中国
科学院物候观测网络 26 个观测点的物候资料,分析显示我国木本植物的物候变化提前与春季增温有关。 本
文所用的树轮年轮宽度资料与气象站点的相关分析,也表明了生长初期的气温变化对树木生长影响很大[12]。
而树木径向生长结束时间,也就是形成层休眠期从整体来看与气温升高没有直接关系。 研究显示,树木的径
向生长的时间主要由形成层开始日期决定[19]。 由于春季气温升高,使得树木形成层生长开始时间提前,由形
成层生长自身的遗传因素决定,因此树木开花、结果以及形成层生长的结束日期也会提前。 观测研究显示,只
有气温达到一定的高度时树木径向生长才开始,而生长达到一定时间,尽管温度较高,树木的径向生长仍然会
停止[20]。 当然秋季气温较高,对于延迟树木叶的脱落,增加光合累积具有重要的作用。 而光合累积将有利于
树木下一年的生长。 从该地区树木生长情况可见,生长结束日期在 10 月上旬,而 10 月份气温与下一年的树
轮宽度相关显著[12]。
表 2摇 A1B情景下小兴安岭红松 10a平均径向生长期变化
Table 2摇 Decadal average change in radial growth period of Pinus koraiensis in Xiao Xing忆AnLing under SRES A1B climate scenario
生长阶段
Growth stages
年份 Year
2011—2020 2021—2030 2031—2040 2041—2050 2051—2060
生长开始 Growth start 124. 8 122. 7 123. 4 117. 8 118. 3
生长结束 Growth end 283. 1 283. 3 276. 8 283. 7 277. 6
生长期 Growth periods / d 158. 3 160. 6 153. 4 165. 9 159. 3
2. 3摇 未来气候情景下小兴安岭红松树木径向生长状况
模型模拟如图 3a显示在 A1B排放情景下,小兴安岭红松树木的径向生长量在明显增加,2011—2060 年
比 1961—2010 年的径向生长量平均增加约 35% 。 径向生长量不断增加的趋势,也说明了小兴安岭红松在未
来气候变化情景下材积量的不断增加,树木固碳能力在显著提高,这对降低大气中 CO2含量,缓解由于温室气
体引起的气候变暖能够起到一定作用。 赵俊芳等[21]模拟显示未来平衡发展(A1B)气候变化情景下,2003—
2049 年东北森林生态系统净初级生产力呈波动上升趋势,东北森林的吸碳总量在不断增加。 杨书运等[22]的
研究结果也表明,从 2005—2044 年中国森林的碳储存能力在提高。 吴祥定等[23]根据树木年轮指数与气象记
录之间的相关性,建立回归方程,推算在未来全球气候变暖情景下树木的径向生长量和材积量显示,年平均气
温升高分别达到 1、2、3益,吉林长白落叶松径向生长量分别增加 9. 2% 、15. 7% 、22. 3% ,材积量则分别增加
24. 4% 、44. 7% 、66. 3% ,在贡嘎山区径向增加量则分别为 5. 3% 、10. 1% 、14. 7% ,材积量分别为 13. 9% 、
7437摇 24 期 摇 摇 摇 尹红摇 等:小兴安岭红松径向生长对未来气候变化的响应 摇
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27郾 3%和 41. 6% ,也与本文的研究结果基本一致。
摇 图 3摇 A1B 情景下小兴安岭红松树木的径向生长趋势 ( a),
2011—2060 年与 1961—2010 年 CO2值相等的树木径向生长趋势
(b)
Fig. 3摇 Radial growth trend of Pinus koraiensis under SRES A1B
climate scenario (a), Radial growth trend with the equality CO2
of 2011—2060 year and 1961—2010 year (b)
从很多研究结果中,都可以看出一个共同点,就是
气候变化使树木的生长量增加。 树木生长对不同气候
因子的响应是怎样的,可以借助模型进行深入研究。 本
文假定 2011—2060 年的 CO2浓度值与 1961—2010 年
相同,代入模型进行模拟结果如图 3b 所示,通过图 3a
和 3b 对比,可以看出 CO2对树木生长的助长作用,在
2011—2060 年 CO2浓度与 1961—2010 年相等的情况
下,2011—2060 年比 1961—2010 年树木径向生长量减
少了 21% ,说明未来 50a 的气温或降水变化使树木的
生长速率降低,当 CO2浓度在 1961—2010 年的基础上
增加 33 滋mol / mol,可以弥补由 2011—2060 年气温或降
水变化引起的树木径向生长速率降低。 通过模拟进一
步显示,在 2011—2060 气温和 CO2 浓度与与 1961—2010 年保持不变的情况下,只降水发生变化的情况下使
树木径向生长量比 1961—2010 年平均增加约 2% 。 而在 2011—2060 年的降水和 CO2 浓度与 1961—2010 年
保持不变的情况下,气温变化使树木的径向生长量比 1961—2010 年平均减少约 23% ,说明温度过高会抑制
树木生长。
由于该地区未来 50a降水变化趋势较小,而气温升高趋势明显,因此本文对树木生长对气温变化的响应
的敏感性进一步模拟分析,利用模型对 1961—2010 年在降水和 CO2浓度不变的情况下,对每月的平均温度分
别增加 1益进行模拟,结果与 1961—2060 年气温不变时模拟的红松树木径向生长量比较发现(表 3),3 月和 4
月温度升高树木径向生长量分别增加约 2. 5%和 3. 7% ,而 6、7 月和 8 月份气温升高树木生长量分别降低了
约 5郾 3% 、6. 8%和 5. 5% ,其它月份的生长量变化不大,说明该地区在各月份升温相同的情况下,树木径向生
长速率的降低主要由夏季 6、7 月和 8 月份的气温升高引起。 分析显示这主要与光合作用对气温变化的响应
有关,光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应,因而受温度影响[24], Peng 等[25]模拟研究了几种树种
生物量随温度的变化曲线可以看出,树木的总生物量在一定的温度范围内,随温度的升高而增加,但是斜率逐
渐变小,生物量达到最大值之后,随温度的增加而降低,斜率逐渐变大。 在一定的温度范围内,生物量的值变
化较小且接近最大值,这个温度范围为光合最适温度,模型设定的最适温度范围为 15—25益。 其中 3、4 月份
温度在光合作用最低温度到最适温度下限之间,光合速率随温度的增加线形增加,因此这几个月份温度增加,
树木的径向生长速率增大。 而 6、7、8 月份温度在最适温度上下限范围内,随着温度的增加,光合速率变化较
小,而随着气温升高,呼吸消耗却在加剧,树木的径向生长速率降低。
表 3摇 1961—2010 年的逐月气温增加 1益时模型模拟的红松径向生长变化
Table 3摇 Simulated radial growth change rate under rising monthly temperature by 1 益 from 1961 to 2010
月份 Month 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
树木径向生长变化 / %
The change rate in radial growth -1. 0 -0. 4 2. 5 3. 7 0. 4 -5. 3 -6. 8 -5. 5 -1. 8 1. 4 -1. 5 -0. 1
摇 摇 “-冶表示减少
3摇 结论与讨论
本文应用 TREE鄄RING树轮生态机理模型对我国小兴安岭红松在未来气候变化 A1B 情景下的树木径向
生长状况进行了模拟,探讨了气候变化对红松树木生长的影响机制。 通过模拟研究得出以下结论:在各种能
源平衡发展(A1B)的未来气候变化情景下,小兴安岭红松树木生长开始和结束时间不断提前,2011—2060 年
比 1961—2010 年生长开始时间平均提前约 5d左右,生长结束时间平均提前约 3d 左右。 红松树木的径向生
8437 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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长量不断增加,2011—2060 年比 1961—2010 年径向生长量平均增加 35% ,径向生长量的增加主要是 CO2施
肥作用的结果,2011—2060 年气温和 CO2 浓度与 1961—2010 年保持不变的情况下,只考虑降水变化使树木
生长量增加约 2% ,而未来 50a的气温变化使树木径向生长量相对于 1961—2010 年减少约 23% 。 在 1961—
2010 年降水和 CO2浓度保持不变,逐月气温升高 1益的情况下,主要是春季 3、4 月气温升高使树木生长量增
加明显,而夏季 6、7、8 月气温升高使树木相对生长量降低。
在本研究中也值得注意这样一个问题即本文假设的情景是考虑 CO2对树木生长的施肥作用存在长期效
应下未来气候变化对树木生长的影响,是对未来气候变化的一种情景预估。 CO2施肥作用是否具有长期效应
是一个存在争议的问题,一些文献已经证实了 CO2施肥作用的长期效应,如 Ainsworth 和 Long 基于大量的
FACE试验观测数据分析发现,CO2浓度增加会提高植物的光合能力[26];Liberloo等对杨树连续 6a的 CO2增加
试验显示,CO2施肥作用具有长期效应[27]。 许多研究已经对 CO2对树木生长施肥作用的缺乏长期效应现象进
行了解释,树木生长的立地条件限制根系生长[28]和土壤氮肥的缺乏都会限制 CO2 的施肥作用[29鄄30],根据采
样点的实际考察,红松树木生长立地条件好,生长季树木生长茂盛,叶片颜色不存在黄叶现象,模型认为土壤
氮素养分充足,该地区树木生长不会受到土壤氮肥的限制。
致谢:国家气候中心对全球气候模式气候变化预估数据进行整理、分析和惠许使用。 原始数据由各模式组提
供,由 WGCM( JSC / CLIVAR Working Group on Coupled Modelling)组织 PCMDI ( Program for Climate Model
Diagnosis and Intercomparison)搜集归类。 多模式数据集的维护由美国能源部科学办公室提供资助
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0537 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 24 December,2011(Semimonthly)
CONTENTS
The community structure of endophytic bacteria in different parts of huanglongbing鄄affected citrus plants
LIU Bo, ZHENG Xuefang,SUN Daguang,et al (7325)
………………………………
……………………………………………………………………………
A research on the response of the radial growth of Pinus koraiensis to future climate change in the XiaoXing忆AnLing
YIN Hong, WANG Jing, LIU Hongbin, et al (7343)
…………………
………………………………………………………………………………
Efficiency and kinetic process of nitrogen removal in a subsurface wastewater infiltration system (SWIS)
LI Haibo, LI Yinghua, SUN Tieheng, et al (7351)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Designing nature reserve systems based on ecosystem services in Hainan Island
XIAO Yi, CHEN Shengbin, ZHANG Lu, et al (7357)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Assessing ecological services value of herbivorous wild animals in Changtang grassland: a case study of Tibetan antelope
LU Chunxia, LIU Ming, FENG Yue, et al (7370)
……………
…………………………………………………………………………………
Spatial characteristics analysis of ecological system service value in QianJiang City of Hubei Province
XU Beishen,ZHOU Yong, XU Li,et al (7379)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Landscape pattern change and its influence on soil carbon pool in Napahai wetland of Northwestern Yunnan
LI Ningyun, YUAN Hua, TIAN Kun, et al (7388)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Multi鄄scenarios analysis for wetlands ecosystem conservation based on connectivity: a case study on HuangHuaiHai Region, China
SONG Xiaolong, LI Xiaowen, ZHANG Mingxiang, et al (7397)
…
……………………………………………………………………
The potential of carbon sink in alpine meadow ecosystem on the Qinghai鄄Tibetan Plateau
HAN Daorui, CAO Guangmin,GUO Xiaowei, et al (7408)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
The relations of spectrum reflectance with inhomogeneous factors and albedo parameterization ZHANG Jie, ZHANG Qiang (7418)…
Groundwater ecological sensitivity assessment in the lower Liaohe River Plain based on GIS technique
SUN Caizhi,YANG Lei,HU Dongling (7428)
………………………………
………………………………………………………………………………………
Ecological sensitivity of Xiamen City to land use changes HUANG Jing, CUI Shenghui, LI Fangyi, et al (7441)……………………
Investigation and analysis on situation of ecotourism development in protected areas of China
ZHONG Linsheng,WANG Jing (7450)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Handicapping male鄄cheaters by stable mate relationship in yellow鄄bellied prinia, Prinia flaviventris
CHU Fuyin,TANG Sixian, PAN Hujun,et al (7458)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of dietary protein content and food restriction on the physiological characteristics of female Microtus fortis
ZHU Junxia, WANG Yong,ZHANG Meiwen,et al (7464)
……………………
…………………………………………………………………………
Predator鄄prey system with positive effect for prey QI Jun,SU Zhiyong (7471)…………………………………………………………
Volatile constituents of four moraceous host plants of Apriona germari ZHANG Lin, WANG Baode, XU Zhichun (7479)……………
Relationship between adult emergence of Massicus raddei (Coleoptera: Cerambycidae) and temperature and relative humidity
YANG Zhongqi, WANG Xiaoyi,WANG Bao, et al (7486)
………
…………………………………………………………………………
Nest site selection and reproductive success of Parus varius in man鄄made nest boxes
LI Le, WAN Dongmei, LIU He, et al (7492)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………………
A study on bio鄄ecology of the stopover site of waders within China忆s Yalu River estuary wetlands
SONG Lun,YANG Guojun, LI Ai, et al (7500)
……………………………………
……………………………………………………………………………………
The spatial鄄temporal change variations of temperature in Xilinguole steppe zone
WANG Haimei, LI Zhenghai,WU Lan, et al (7511)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
The growth and photosynthetic responses of Cleyera japonica Thunb. seedlings to UV鄄B radiation stress
LAN Chunjian, JIANG Hong, HUANG Meiling,et al (7516)
………………………………
………………………………………………………………………
Photosynthesis鄄transpiration coupling mechanism of wheat and maize during daily variation
ZHAO Fenghua, WANG Qiufeng, WANG Jianlin, et al (7526)
……………………………………………
……………………………………………………………………
Comparison of the methods using stable hydrogen and oxygen isotope to distinguish the water source of Nitraria Tangutorum
GONG Guoli,CHEN Hui,DUAN Deyu (7533)
…………
………………………………………………………………………………………
Effects of cold weather on seedlings of three mangrove species planted in the Min River estuary during the 2010 winter
YONG Shiquan, TONG Chuan, ZHUANG Chenhui, et al (7542)
……………
…………………………………………………………………
Correlation between ecological factors and ginsenosides XIE Caixiang,SUO Fengmei,JIA Guanglin,et al (7551)……………………
Effects of pyrene on low molecule weight organic compounds in the root exudates of ryegrass (Lolium perenne L. )
XIE Xiaomei, LIAO Min, YANG Jing (7564)
……………………
………………………………………………………………………………………
Isolation of phosphate solubilizing fungus (Aspergillus niger) from Caragana rhizosphere and its potential for phosphate solubili鄄
zation ZHANG Lizhen, FAN Jingjing, NIU Wei, et al (7571)……………………………………………………………………
Effect of raindrop impact on nutrient losses under different near 鄄surface soil hydraulic conditions on black soil slope
AN Juan, ZHENG Fenli, LI Guifang,et al (7579)
………………
…………………………………………………………………………………
Emergy analysis of coal鄄fired power generation system and construction of new emergy indices
LOU Bo,XU Yi,LIN Zhenguan (7591)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
The impact of forest vegetation change on water yield in the subalpine region of southwestern China
ZHANG Yuandong, LIU Shirong, et al (7601)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Reviews on spatial pattern and sand鄄binding effect of patch vegetation in arid desert area
HU Guanglu, ZHAO Wenzhi,WANG Gang (7609)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Sustainable management on pests by agro鄄biodiversity GAO Dong, HE Xiahong, ZHU Shusheng (7617)……………………………
Scientific Note
Characteristics of organic carbon and nutrient content in five soil types in Honghu wetland ecosystems
LIU Gang,SHEN Shouyun,YAN Wende,et al (7625)
………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of cypermethrin and deltamethrin on reproduction of Brachionus calyciflorus
HUANG Lin, LIU Changli, WEI Chuanbao, et al (7632)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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第 31 卷摇 第 24 期摇 (2011 年 12 月)
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Vol郾 31摇 No郾 24摇 2011
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