石人山华山松树木年轮宽度对气候变化的响应

论文摘要

全球气候变化给人类社会和生态系统带来更多的影响。石人山地处秦岭东段,处于暖温带和北亚热带的过渡带,因其特殊的自然地理环境,气候变化敏感,因此对该区域进行气候研究具有重要意义。本研究以伏牛山北坡石人山地区华山松的树木年代学为研究主线,采用主成分分析、相关分析、响应函数分析等方法由单点气象站对树木年轮的响应分析,进而对构建的面域气候要素进行响应,以确定影响该区域内华山松树木生长的主要气候限制因子,建立不同海拔及区域华山松树木年轮气候生态模型,探究利用树轮气候学方法重建过去气候变化的潜力,以便为该区在气候变化下森林经营和抚育更新等制定相应措施提供科学依据。首先,以伏牛山北坡石人山地区华山松为研究对象,基于树木年轮学原理和方法,建立了 4个采样点的树木年轮宽度标准年表和差值年表,并分析了年表之间的相关关系,最后利用主成分分析合成了区域树木年轮标准年表和差值年表即第一主成分年表（PC1）和高海拔区域树木年轮年表（HPC1）。其次,分析了石人山采样点附近的4个气象站之间的关系及区域气象因素的变化,最终选取了嵩县和南召两站月均温度、月降水量气象数据,以便对比使用。结果发现4个采样点树木年轮年表对嵩县气象因子具有良好的相关关系。总体上华山松树轮宽度与5、6月温度基本呈显著负相关,而与5月降水量呈显著正相关,且标准年表的显著性响应要优于差值年表。YS01标准年表与嵩县上年9、10、12月,当年1、2、3、4、5、9月及上年11月到当年3月的月均温呈显著负相关,与上年10月降水量呈显著正相关。YS02、YS03、YS04的标准年表均与嵩县当年5、6月均温呈显著负相关,与5月降水量呈显著正相关,而其中YS03标准年表还与8月降水量呈显著负相关,YS04标准年表与上年12月到1月呈显著负相关。第三,相关分析也发现高海拔标准年表和差值年表的第一主成分（HPC1）与嵩县5、5-6月月均温呈显著负相关,与5月月降水量呈显著正相关,与冬季、上年12月到当年1月月降水量呈显著负相关,表明高海拔区华山松树木生长受5月水热组合和上年冬季降水量的滞后影响的共同作用。以低海拔YS01和高海拔区的标准年表为例,建立了树轮宽度气候响应生态模型。低海拔、高海拔区域年表和整个区域年表对温度建模并对比分析温度变化趋势,得出随温度升高华山松树木生长明显下降,不同海拔华山松树木生长对温度变化响应时段具有明显差异。第四,区域树木年轮年表与单个气象站气候因子的关系表明,标准年表和差值年表的（PC1）分别与嵩县当年5月均温呈显著负相关,与当年5月降水量呈显著正相关,与当年8月降水量呈显著负相关,显然5月的水热因素是石人山华山松生长的主要限制因子;标准年表和差值年表（PC1）都与南召当年5月均温、8月降水量呈显著负相关;与嵩县的差异很明显与南召位于伏牛山南坡有关。最后,分析了区域树木年轮年表与区域气候因子的关系。标准年表（PC1）与区域5月月均温呈显著负相关,与当年5月月降水量呈显著正相关,与当年8月和当年7-9月降水量呈显著负相关,显然从区域考虑石人山地区华山松树木年轮生长受5月水热因子和7-9月降水的制约;差值年表（PC1）与区域5月均温呈显著负相关,与7-11月的月均温呈显著正相关,与当年7、8和当年7-9月、上年12月到当年1月月降水量呈显著负相关,因此区域差值年表则表现为5月均温和7-9月水热组合是华山松树木年轮生长的限制因子。以植物生理学为基础结合多个年表与气象数据的相互关系,可以得出石人山华山松树木生长与温度和降水的响应同秦岭中部树木宽度与气候因子的响应相似,即水分是树木生长的限制因子,由高温引起的土壤水分胁迫对树木的径向生长有明显的影响,且气温的影响程度要比降水强。根据上述树木年轮生长的显著相关因子建立区域华山松树木生长对区域气候要素对气候响应的生态模型,模型的模拟结果和实际数值比较吻合。以区域5月月均温变化趋势和区域5月月均温因子模拟的区域标准年表（PC1）为例,得出区域华山松树木生长对5月升温变化响应一致。虽然通过上述研究取得了华山松树木年轮气候记录研究的初步成果,还有许多工作可以进一步深入,如海拔梯度和坡向对树木年轮对气候变化响应、综合气象指标与径向生长的关系等。希望将来可以结合多种树木年轮学的研究手段深入分析全球气候变化对树木生长的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 树木年轮学国内外研究进展
•     1.2.1 树木年轮学的形成与发展
•     1.2.2 树木年轮气候学研究进展
•     1.2.3 树木年轮生态学研究进展
•   1.3 研究内容与技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 2 树木年轮气候学的理论基础
•   2.1 树木年轮气候学的生物基础
•   2.2 树木年轮气候学的基本原理
•     2.2.1 均一性原理
•     2.2.2 限制因子定律
•     2.2.3 生态环境选择原理
•     2.2.4 敏感性原理
•     2.2.5 交叉定年原理
•     2.2.6 复本原理
• 3 研究区自然概况及树木年轮年表建立
•   3.1 研究区自然概况
•     3.1.1 地理位置
•     3.1.2 地质地貌
•     3.1.3 气候水文
•     3.1.4 植被状况
•     3.1.5 土壤
•   3.2 树木年轮年表建立
•     3.2.1 野外采样
•     3.2.2 样品预处理
•     3.2.3 交叉定年和年轮宽度测量
•     3.2.4 年表的建立
•   3.3 不同树轮年表的相关分析
•   3.4 区域树木年轮年表（PC1）和高海拔树木年轮年表（HPC1）的建立
• 4 华山松树木年轮与气候因子的响应分析
•   4.1 气象资料的选择与分析
•     4.1.1 气象站的选择
•     4.1.2 石人山地区的温度和降水量的变化特征
•   4.2 华山松4个树轮年表与气候因子的相关分析
•     4.2.1 华山松树木年轮年表与嵩县、南召月均温度相关分析
•     4.2.2 华山松树木年轮年表与嵩县、南召月降水量相关分析
•     4.2.3 华山松树木年轮年表与嵩县的不同时段月均温和月降水量的相关
•   4.3 华山松高海拔树木年轮年表（HPC1）对嵩县气候因子的响应
•   4.4 不同海拔华山松树木年轮与嵩县气候因子的生态模型
•   4.5 不同海拔华山松树木年轮对温度变化的响应
•     4.5.1 低海拔YS01华山松树木年轮年表对温度变化的响应
•     4.5.2 高海拔华山松树木年轮年表（HPC1）对温度变化的响应
• 5 区域华山松树木年轮年表（PC1）与气候因子的相关分析
•   5.1 区域华山松树木年轮年表（PC1）与单点气候因子的相关分析
•     5.1.1 区域标准年表和差值年表的（PC1）与嵩县、南召的月均温相关分析
•     5.1.2 区域标准年表和差值年表的（PC1）与嵩县、南召的月降水量相关分析
•   5.2 区域华山松树木年轮年表（PC1）与区域气候因子的相关分析
•     5.2.1 区域华山松树木年轮年表（PC1）与温度相关
•     5.2.2 区域华山松树木年轮年表（PC1）与降水量相关
•     5.2.3 区域华山松年轮宽度与气候因素的树木生理学意义
•   5.3 区域华山松树木年轮（PC1）与区域气候因子响应的生态模型
•   5.4 区域华山松树木年轮（PC1）对区域温度因子的响应
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 不足与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 霍嘉新

导师: 彭剑锋

关键词: 气候变化,石人山,华山松,年轮宽度,生态模型

来源: 河南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 气象学,林业

单位: 河南大学

分类号: P467;S791.241

总页数: 91

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