影响地中海阿勒颇松林树木生长的生物地理、大气和气候因素 | MDPI Forests
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研究背景
随着全球变暖及水资源短缺等气候环境变化的加剧，树木物种是如何应对这些变化的？来自巴萨罗那大学的J. Julio Camarero博士及其研究团队通过实验预测了在不同树种分布范围内，哪些种群能够更好地忍受或应对环境变化。
阿勒颇松 (Pinus halepensis Mill.) 是地中海盆地干旱地区分布最广的针叶树，其物种对气候表现出可塑性生长反应，尤其对干旱十分敏感。本文作者利用树木年代学评估了20世纪下半叶阿勒颇松林对气候的反应。通过将Vaganov-Shashkin (VS-Lite) 生长模型与来自阿勒颇松林网络的环宽数据进行拟合，推断出径向生长的气候约束条件。
作者研究了横跨地中海盆地的阿勒颇松树林 (如图1所示)，图中的背景色主要为最干燥的季度降水。图中的左上插图中显示了在西班牙的研究区域，作者还通过图表标出了阿勒颇松在地中海盆地中的分布以及国际树环数据库 (ITRDB) 站点的大概位置。
图1. 研究地点位置地图，研究重点在西班牙东部。
研究过程
本文中，作者主要对西班牙27个站点的大气形态的气候数据和气候指数进行研究，用Ribas [1] 开发当地气候数据库，通过汇总研究站点附近气象站的每个月气候数据 (如，平均温度和总降水) 进行计算。作者利用EuMedClim 1 km分辨率数据库，结合地中海盆地的情况，使用1950-2014年期间的气候数据 [2] 对剩余5个站点进行研究和分析。
此外，作者提取了可在ITRDB数据库中进行分析的地点的年轮宽度数据，也分析了西班牙的抽样地点。从这两个主要来源获得了位于32个站点的482棵树的年轮宽度数据。用软件ARSTAN v.44 [3] 处理了年轮宽度和气候数据。同时为了量化增长的可变性取决于站点位置的程度，作者计算了1950-1999年共同时期站点年代之间站点间距离的两个相关矩阵。作者使用了VS-Lite向前生长模型 (参见[4,5]) 评估了站点之间树木生长的气候控制差异 (图2)，模拟了年轮宽度指数 (年表) 的平均站点系列与月气候变量 (平均温度、总降水量) 的函数关系 (Vaganov–Shashkin) 模型 [6]。
图2. 应用于地中海阿勒颇松的VS-Lite生长模型的参数和统计数据。三个地点的拟合图分别显示了特定年份和生长季节中的水分 (gM，蓝线) 和温度 (gT，红线) 限制 (x轴)。黑线 (gE) 则显示了每月的日照情况。(a)显示了观察到的和模拟的环宽年表之间的相关性，并显示了物种分布区域 (绿色斑块) 和参数值；(b)显示何时由于水分因素限制生长；(c)显示了何时不再受到水分因素限制。
通过对数据的分析，作者得出了一系列相关结论。树木平均年轮宽度 (±SD) 为1.40±0.63 mm，最小为0.42 mm、最大为3.99 mm，分别分布在干燥ARC (Sierra de Archivel) 和湿润alb004 (Divjakë) 站点中。树轮增长率与年降水量(rₛ = 0.52, p = 0.002)和位置向东(rₛ = 0.63, p = 0.001)的程度正相关。但是，这些关联不仅取决于树龄或站点序列，还表现在最佳复制周期的长度上。通过从两个变量之间的线性回归中获得残差来消除增长率对序列长度的依赖性后，作者发现，这些残差仍与站点降水成正相关 (rₛ = 0.45，p = 0.01)。
通过对于阿勒颇松林地间距离和常见生长变异的研究，作者发现相邻站点之间甚至远端站点之间的增长一致性都呈现弱到中等的程度。站点时间顺序之间的最大相关性达到了0.90。正相关关系主要于站点间1500‒2000 km距离间存在，其中大多数聚集在800‒1000 km的距离内。气候变量、大气形态与阿勒颇松生长之间的也有一些微妙的关联。在五月潮湿的条件下和春天到夏天过渡时期 (五月到七月) 的凉爽条件下阿勒颇松生长率会增加。而前一年冬季的高降水量和第二年秋天的凉爽天气，也可以促进阿勒颇松的生长。
研究结果
在所研究的阿勒颇松林中，气候与生长变异之间的相关性一般。20世纪下半叶，树木的径向生长受春季干热气候和冬季干燥天气的限制。与气候温和的沿海地区相比，干旱和内陆地区的松林大多对气候的生长反应较强。在干燥的地区，树木的生长减缓，而在潮湿地区附近，树木的生长加快。在森林近地，气候与生长关系较强，阿勒颇松树林的生长变化主要与大气环流模式有关，因为大气环流模式调节了树木所在的地中海盆地的湿度和温度变化。VS-Lite模型解释了大陆干旱地区更高的生长变异性。
因此我们提倡在干旱多发地区采用类似的区域性方法，使用几种树种的年轮网络数据和每种树种的多个种群数据进行分析。
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Camarero, J.J.; Sánchez-Salguero, R.; Ribas, M.; Touchan, R.; Andreu-Hayles, L.; Dorado-Liñán, I.; Meko, D.M.; Gutiérrez, E. Biogeographic, Atmospheric, and Climatic Factors Influencing Tree Growth in Mediterranean Aleppo Pine Forests. Forests 2020, 11, 736.
参考文献
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1. Ribas, M. Dendroecología de Pinus Halepensis Mill. en el este de la Península Ibérica e islas Baleares: Sensibilidad y Grado de Adaptación a las Condicionesclimáticas. Ph.D. Thesis, Universitat de Barcelona, Barcelona, Spain, 2006.
2. Fréjaville, T.; Benito-Garzón, M. The EuMedClim database: Yearly climate data (1901–2014) of 1 km resolution grids for Europe and the Mediterranean Basin. Front. Ecol. Evol. 2018, 6, 31.
3. Cook, E.R.; Krusic, P. A Tree-Ring Standardization Program Based on Detrending and Autoregressive Time Series Modeling, with Interactive Graphics; Tree-Ring Laboratory, Lamont Doherty Earth Observatory, Columbia University: New York, NY, USA, 2005.
4. Tolwinski-Ward, S.E.; Evans, M.N.; Hughes, M.; Anchukaitis, K. An e_cient forward model of the climate controls on interannual variation in tree-ring width. Clim. Dyn. 2011, 36, 2419–2439.
5. Tolwinski-Ward, S.E.; Anchukaitis, K.J.; Evans, M.N. Bayesian parameter estimation and interpretation for an intermediate model of tree-ring width. Clim. Past 2013, 9, 1481–1493.
6. Vaganov, E.A.; Hughes, M.K.; Shashkin, A. Growth Dynamics of Conifer Tree Rings: Images of Past and Future Environments; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2006.
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