树轮重建的林芝针叶树净初级生产力及其对气候的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 邓国富 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 郝志新 ; 李明启 |
| 关键词 | 异速生长公式 立木生物量 种群NPP 气候响应 海拔差异 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 在全球气候变化加剧和碳达峰、碳中和目标背景下，深入理解高海拔森林生态系统的碳汇功能及其对气候变化的响应机制，对于评估区域碳收支、制定适应性管理策略具有重要意义。本研究基于西藏林芝地区3000-4400 m海拔范围内的494棵树973个树轮样本，系统估算了急尖长苞冷杉（Abies georgei var. smithii）、林芝云杉（Picea likiangensis var. linzhiensis）、西藏红杉（Larix griffithii）与高山松（Pinus densata）近百年的立木生物量、立木净初级生产力（NPP，Net Primary Production）、种群生物量与碳储量以及种群NPP。并分析了1981—2020年平均立木NPP的生长-气候相应关系，建立了相应关系方程，进一步讨论了各个树种NPP异常偏低年份的大气环流形势。研究结果表明： （1）过去百年急尖长苞冷杉多数采样点的NPP呈上升趋势，低海拔上升趋势大于高海拔地区。高海拔（4100~4400 m）地区树轮宽度范围为0~4 mm，胸径和树高增长速率随树龄增加而减缓；百年以上树木生物量占主导地位，其平均立木生物量在过去百年中呈持续增长趋势。4个采样点的2021年碳储量在39~85 t·C·ha-1之间，过去百年种群NPP变化基本呈上升趋势，其大小范围在0.1~0.5 t·C·ha-1·yr-1内，2021年为0.2~0.4 t·C·ha-1·yr-1。中海拔（3900~4100 m）地区树轮宽度为0~5 mm，生长速率介于高海拔和低海拔之间，其2021年碳储量为11.51 t·C·ha-1，NPP较低，在0.02~0.1 t·C·ha-1·yr-1之间。低海拔（3600~3800 m）地区生长速率显著高于高海拔地区，树轮宽度达0~7 mm，2021年碳储量为125.32~200 t·C·ha-1，NPP在过去百年为0.2~1.5 t·C·ha-1·yr-1，2021年为0.8~1.2 t·C·ha-1·yr-1。 （2）西藏红杉树木多在百年以上，树轮宽度在0~8 mm之间，100年以下树木径向生长速率为0.17~0.54 cm·yr-1之间，100~200年的树木径向生长速率为0.05~0.38 cm·yr-1。其种群生物量和碳储量在过去百年呈逐渐增加趋势，但其NPP变化存在海拔差异。3400 m以上采样点其立木NPP历史变化呈下降趋势，3400 m以下采样点NPP历史变化呈上升趋势。3400 m以上立木NPP受年龄影响更大，在前20~30年间达到峰值，随后逐渐下降，最趋于平稳。3400 m以下立木NPP可能受环境的影响更大，各个龄级在近50年呈增加趋势。无论过去西藏红杉NPP变化趋势是增加还是减少，其平均立木NPP大小在1~20 kg·DM·yr-1之间，一直发挥着固碳作用。 （3）林芝云杉树轮宽度在0~7 mm之间，超过50%的树木年龄在100~200年间，100年以上龄级树木的生物量占总生物量的80%以上，其平均立木NPP的历史变化基本能够反映总体NPP的变化。林芝云杉平均立木生物量在过去百年间呈持续增加状态，每棵树平均每年增长5~13 kg·DM，平均立木NPP变化呈上升趋势，由最初的2~10 kg·DM·yr-1增长至2011~2021年间的5~21 kg·DM·yr-1。林芝云杉种群生物量和碳储量过去百年间处于增加状态，2021年分别达39.09~130.83 t·DM·ha-1、19.45~60.57 t·C·ha-1。其种群NPP过去百年间维持在0.03~0.58 t·C·ha-1·yr-1之间。 （4）高山松的树龄相对较小，树木基本在100年以下，其树轮宽度主要分布在0~17 mm之间。其人工林的径向生长速率（0.5~1.52 cm·yr-1）远大于天然林的径向生长速率（0.12~0.74 cm·yr-1）。近三十年该树种平均立木NPP变化存在采样点间的差异，各采样点呈持续下降或上升趋势。高山松平均立木NPP维持在4~18 kg·DM·yr-1之间，其平均立木生物量近30年一直保持增长状态，平均每年每棵树增长5~10 kg·DM。高山松的人工林的生物量、碳储量以及种群NPP远大于天然林。人工林的种群NPP在0.95~2.35 t·C·ha-1·yr-1之间，天然林种群NPP在0.02~0.6 t·C·ha-1·yr-1之间。 （5）为探究树轮密度变化对估算立木NPP的影响，本研究基于树轮密度资料重建了高山松和急尖长苞冷杉的立木NPP。本研究发现当树轮异常偏宽（>2mm）、树木较高（>20m）的情况时，两种方法计算的结果差值较大。表明当树木生长较快时，树轮密度的大小影响立木NPP的估算精度。但由于本研究多数树木难以同时满足树轮较宽、树木较高的两个条件，所以基于树轮宽度重建的NPP结果可靠。 （6）西藏林芝地区针叶树种1981—2020年NPP与气候的关系呈现海拔差异。高海拔（4200~4400 m）急尖长苞冷杉NPP受夏季气温和1月降水影响，低NPP年份与500 hPa位势高度偏低及南亚高压偏弱相关。中海拔（3600~3800 m）急尖长苞冷杉受夏季气温和降水影响，低NPP年份与500 hPa西南风偏弱有关。3400-3500 m西藏红杉受夏季降水（正向）和春季气温（负向）影响，3300~3400 m则受春季气温和降水（正向）影响。3100~3200 m高山松及3100~3300 m林芝云杉NPP主要受春季降水影响，低NPP年份与500 hPa西南水汽输送偏弱相关。总体表现为高海拔地区NPP主要受气温驱动，中低海拔地区则更多受降水和气温共同作用，西南风水汽输送对区域NPP变化至关重要。 本研究揭示了西藏林芝地区不同高海拔针叶林的固碳功能及其气候响应机制，证实低海拔急尖长苞冷杉和林芝云杉在碳储量和NPP方面更具优势，而高海拔（>4100 m）百年以上树木虽生长缓慢但持续固碳。气候驱动分析表明，高海拔NPP受夏季气温主导，中低海拔则依赖春季降水和西南风水汽输送。未来暖湿化气候可能增强区域固碳，但需警惕3400 m以下春季干旱风险。建议优先保护低海拔成熟林，加强高海拔长期监测，优化人工林管理，以保障青藏高原森林在“双碳”目标下的持续固碳功能。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 153 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217302]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 邓国富. 树轮重建的林芝针叶树净初级生产力及其对气候的响应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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