小兴安岭主要树种冠层光谱季相变化研究
小兴安岭五营林区气温变化趋势及不对称性分析
１ 引 言
森林 覆盖 率 ８ ９ ． ２ ％， 年 均 活动 积温 ２ ５ ８ １ ． ５ ｏ Ｃ， 无霜 期
研 究 指 出近 百 年全 球 气 候 变化 是 由 自然 的气 候 １ １ ４ ｄ ， 年均气温 ０ ． １℃ ， 年 降雨 量 ６ ２ ９ ． ３ ｍ ｍ。 年 蒸 发
后， 春季气温略有下降 ， 秋 季 气 温 显 著 升 高 。温 度 指 标 变 化 存 在 不 对 称 性 ， 低温上升快于高温 ， 高 温 日数 和 低 温 日数 总 和 减 少 ， 气 温年 较 差 显 著 减 小 。
关键 词 ： 五营； 气温 ； 趋 势
中 图分 类 号 ： Ｐ ４ ６ ３ ． ２ ２ １ 文献标识码 ： Ａ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ６ 一 Ｉ
第一作者简介 ： 程春香 （ １ ９ ８ ２ 一 ） ， 女， 黑 龙 江省 海 林 市 人 ， 南京信息工程学院 ， 本科生 ， 工程师．
年
Ｏ ． １
６ ８ ５ ． ０ ２ ． １（ １ ９ ９ ８ ） 一 １ ． ４（ １ ９ ６ ９ ） ３ ７ ． ５（ ２ ０ １ ０ ） — ４ ４ ． ９（ １ ９ ７ ０ ） ８ ２ ． ４ ０ ． ４ ０ 料 ９ ． １ 一 ｌ ４ ． ８ （ ２ ０ ０ ２ ） 一 ２ ２ ． Ｏ（ １ ９ ７ ７ ） ｌ ２ ． ７（ １ ９ ９ ５ ） － － ４ ４ ． ９（ １ ９ ７ ０ ） ５ ７ ． ６ ０ ． ６ ０ ￥ ６ ４ ． １ ５ ． ３（ １ ９ ９ ８ ） 一 ０ ． ８（ １ ９ ５ ８ ） ３ ２ ． ２（ １ ９ ８ １ ） 一 ３ ８ ． ０（ １ ９ ７ １ ） ７ ０ ． ２ ０ ． ４ ２ ４ ． １ ２ Ｏ ． ０（ ２ ０ ０ ８ ） １ ６ ． ９（ １ ９ ７ ２ ） ３ ７ ． ５（ ２ ０ １ Ｏ ） 一 ２ ． ０（ ２ ０ ０ ４ ） ３ ９ ． ５ ０ ． ２ ４ 料
小兴安岭主要树种热值与碳含量
小兴安岭主要树种热值与碳含量王立海;孙墨珑【摘要】对小兴安岭林区15种主要树种(红松、落叶松、鱼鳞云杉、臭冷杉、紫杉、蒙古栎、白桦、枫桦、紫椴、黄檗、水曲柳、胡桃楸、山杨、五角枫和春榆)不同器官的灰分含量、去灰分热值和碳含量进行了研究.采用快速灰化法测定灰分含量,量热法测定热值含量,吸收质量法测定碳含量.15种主要树种不同器官的灰分含量(质量分数)为:树叶0.60%～1.28%;树枝1.00%～2 98%;树干0.16%～1.22%;树皮2.15%～6.36%.15种主要树种不同器官的灰分含量(质量分数)从高到低依次为树皮、树枝、树叶、树干;不同器官的灰分含量(质量分数)具有显著差异(t检验,p < 0.01).15种主要树种平均灰分含量(质量分数)从高到低依次为春榆、山杨、蒙古栎、紫椴、黄檗、枫桦、水曲柳、鱼鳞云杉、五角枫、胡桃楸、红松、臭冷杉、紫杉、落叶松、白桦.15种主要树种不同器官的去灰分热值为:树叶20.85～22.85kJ/g;树枝19.92～21.95 kJ/g;树干19.66～21.98 kJ/g;树皮18 58～21.74kJ/g.15种主要树种不同器官的去灰分热值基本从高到低依次为树叶、树枝、树干、树皮;不同器官的去灰分热值具有显著差异(t检验,p < 0.01).15种主要树种平均去灰分热值从高到低依次为落叶松、红松、紫杉、鱼鳞云杉、胡桃楸、臭冷杉、山杨、五角枫、白桦、黄檗、水曲柳、紫椴、蒙古栎、枫桦、春榆.15种主要树种不同器官的碳含量(质量分数)为:树叶43 11%～45.08%;树枝44.31%～46.06%;树干46.30%～47.46%;树皮44.31%～45.46%.15种主要树种不同器官的去灰分热值基本从高到低依次为树干、树枝、树皮、树叶;不同器官的碳含量(质量分数)具有显著差异(t检验,p < 0.01).15种主要树种平均碳含量(质量分数)从高到低依次为落叶松、臭冷杉、鱼鳞云杉、红松、黄檗、紫杉、紫椴、山杨、白桦、枫桦、水曲柳、胡桃楸、五角枫、蒙古栎、春榆.针叶树种平均灰分含量普遍低于阔叶树种,平均去灰分热值和平均碳含量普遍高于阔叶树种.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2009(029)002【总页数】7页(P953-959)【关键词】小兴安岭;主要树种;灰分含量;去灰分热值;碳含量【作者】王立海;孙墨珑【作者单位】东北林业大学森林作业与环境研究中心,哈尔滨,150040;东北林业大学理学院,哈尔滨,150040【正文语种】中文【中图分类】Q945;Q948;S718.5植物热值是植物能量代谢水平的一种度量，反映了绿色植物在光合作用中转化日光能的能力，是评价和反映生态系统中物质循环和能量转化规律的重要指标之一[1]。
森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响
第５２卷第３期东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报Ｖｏｌ．５２Ｎｏ．３２０２４年３月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＯＲＴＨＥＡＳＴＦＯＲＥＳＴＲＹＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＭａｒ．２０２４１）国家自然科学基金项目（４１９０１０１８）；黑龙江省自然科学基金项目（ＬＨ２０２０Ｄ００３）；黑龙江省博士后基金项目（ＬＢＨ－Ｚ２０１０６）㊂第一作者简介：崔杨，女，１９９８年３月生，东北林业大学林学院㊁森林生态系统可持续经营教育部重点实验室（东北林业大学），硕士研究生㊂Ｅ－ｍａｉｌ：５２８３９８３３９＠ｑｑ．ｃｏｍ㊂通信作者：段亮亮，东北林业大学林学院㊁森林生态系统可持续经营教育部重点实验室（东北林业大学），副教授㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｌｉ⁃ａｎｇ．ｄｕａｎ＠ｎｅｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ㊂收稿日期：２０２３年８月３０日㊂责任编辑：韩有奇㊂森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响１）崔杨㊀蔡玉山㊀刘欢㊀杨晓晨㊀段亮亮（森林生态系统可持续经营教育部重点实验室（东北林业大学），哈尔滨，１５００４０）㊀㊀摘㊀要㊀径流情势和流域退水是反映水文过程至关重要的指标，除气候因素外，主要受到下垫面和流域水文地质特征的影响㊂利用准配对流域法，对比大兴安岭地区森林结构不同的２个小流域（老爷岭流域㊁圣诞村流域），排除气候和地形地貌的干扰，探究森林结构变化对流域径流情势及退水过程的影响㊂结果表明：老爷岭流域的全年洪峰历时比圣诞村流域延长５ｈ㊁平均洪峰滞时推迟２ｈ，洪峰径流量㊁变异系数均无显著差异㊂随着森林平均蓄积量㊁树种组成㊁郁闭度等森林结构指标的提高，老爷岭流域（森林结构综合指数较高）较圣诞村流域（森林结构综合指数低）的枯水径流时间低４ｈ，平均枯水径流深提高０．６５ｍｍ（是圣诞村流域３倍），平均枯水径流变异系数低３３％，且流域间差异均达到了极显著水平（Ｐ＜０．０１）㊂通过退水分析，结果表明：老爷岭流域和圣诞村流域退水系数（ｋ）的均值分别为１６．９㊁８．５ｄ，退水常数（α）均值分别为０．９０９４㊁０．８６２６，老爷岭流域的平均退水时间比圣诞村流域延缓了８．４ｄ㊂该地区流域水文特征受森林植被变化的影响明显，森林结构复杂㊁森林质量高的老爷岭流域枯水径流量高并且稳定，退水过程更慢，水源涵养功能更好㊂关键词㊀森林结构；水文情势；退水特征；洪峰径流；枯水径流分类号㊀Ｓ７１５．３ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＦｏｒｅｓｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｎｔｈｅＦｌｏｗＲｅｇｉｍｅｓａｎｄＤｒａｉｎａｇｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＦｏｒｅｓｔｅｄＳｍａｌｌＷａ⁃ｔｅｒｓｈｅｄｓｉｎｔｈｅＧｒｅａｔｅｒＫｈｉｎｇａｎＭｏｕｎｔａｉｎｓ／／ＣｕｉＹａｎｇ，ＣａｉＹｕｓｈａｎ，ＬｉｕＨｕａｎ，ＹａｎｇＸｉａｏｃｈｅｎ，ＤｕａｎＬｉａｎｇｌｉａｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＦｏｒｅｓｔＥｃｏｓｙｓｔｅｍＭａｎａｇｅｍｅｎｔ（ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｈａｒｂｉｎ１５００４０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）／／ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２４，５２（３）：１０３－１１１．Ｆｌｏｗｒｅｇｉｍｅｓａｎｄｂａｓｉｎｒｅｃｅｓｓｉｏｎａｒｅｃｒｕｃｉａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｍａｉｎｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｒｉｖｅｒｂａｓｉｎｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｃｌｉｍａｔｉｃｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｗｏｓｍａｌｌｂａｓｉｎｓ（ＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎａｎｄＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ）ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｔｈｅＧｒｅａｔｅｒＫｈｉｎｇａｎＭｏｕｎｔａｉｎｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｎｆｌｏｗｒｅｇｉｍｅｓａｎｄｄｒａｉｎａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｓｉｎｇｔｈｅｑｕａｓｉ⁃ｐａｉｒｅｄｗａｔｅｒ⁃ｓｈｅｄｍｅｔｈｏｄｔｏｅｘｃｌｕｄｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｆｃｌｉｍａｔｅａｎｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｎｎｕａｌｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｆｌｏｏｄｐｅａｋｉｎｔｈｅＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎｗａｓｅｘｔｅｎｄｅｄｂｙ５ｈｏｕｒｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｌａｇｔｉｍｉｎｇｏｆｆｌｏｏｄｐｅａｋｗａｓｄｅｌａｙｅｄｂｙ２ｈｏｕｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｐｅａｋｒｕｎｏｆｆａｎｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｖａｒｉａ⁃ｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｓｕｃｈａｓａｖｅｒａｇｅｆｏｒｅｓｔｓｔｏｃｋ，ｔｒｅｅｓｐｅｃｉｅｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄｃａｎｏｐｙｄｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆｉｎＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎ（ｗｉｔｈａｈｉｇｈｅｒｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｅｘ）ｗａｓ４ｈｏｕｒｓｓｈｏｒｔｅｒｔｈａｎＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ（ｗｉｔｈａｌｏｗｅｒｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｅｘ），ａｎａｖｅｒａｇｅｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆｄｅｐｔｈｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ０．６５ｍｍ（３ｔｉｍｅｓｔｈａｔｏｆｔｈｅＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ），ａｎｄａ３３％ｄｅｃｒｅａｓｅｉｎｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｒｉａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂａｓｉｎｓｒｅａｃｈｅｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｅｖｅｌ（Ｐ＜０．０１）．Ｔｈｒｏｕｇｈｒｅｃｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｅａｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｒｅｃｅｓｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（ｋ）ｆｏｒｔｈｅＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎａｎｄＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎｗｅｒｅ１６．９ｄａｙｓａｎｄ８．５ｄａｙｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅｍｅａｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｒｅｃｅｓｓｉｏｎｃｏｎｓｔａｎｔ（α）ｗａｓ０．９０９４ａｎｄ０．８６２６，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅａｖｅｒａｇｅｒｅｃｅｓｓｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｈｅＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎｗａｓｄｅｌａｙｅｄｂｙ８．４ｄａｙｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ．Ｔｈｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃ⁃ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｂａｓｉｎｉｎｔｈｉｓａｒｅａｗｅｒｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｆｏｒｅｓｔｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅ，ｗｉｔｈｔｈｅＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｃｏｍｐｌｅｘｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｆｏｒｅｓｔｑｕａｌｉｔｙ，ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｈｉｇｈｅｒａｎｄｍｏｒｅｓｔａｂｌｅｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆ，ａｓｌｏｗｅｒｒｅｃｅｓｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄａｂｅｔｔｅｒｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｆｌｏｗｒｅｇｉｍｅｓ；Ｄｒａｉｎａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；Ｐｅａｋｒｕｎｏｆｆ；Ｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆ㊀㊀水是地球生命赖以生存的物质基础，其循环过程㊁形成特点以及与森林的关系始终是森林水文研究中备受关注的问题［１－２］㊂河流水文情势指河川径流表现出多年的㊁稳定的特征规律，包括流量㊁时机㊁历时㊁频率以及变异性［３］㊂退水是指降水少或无降水时，河川径流逐渐消退的过程［４］㊂在森林生态系统中，流域水情及退水变化不仅对维持水生生物多样性至关重要，还直接影响农业和城市供水，由此可见，稳定的水文过程在流域中发挥着极其重要的作用［３，５］㊂气候变化和森林植被是影响流域产汇流的主要驱动因子［６－７］㊂例如，Ｙａｎｇｅｔａｌ．［８］在海流图河流域的研究中发现，６４％的径流量改变取决于温度㊁降水㊁耕地面积的综合变化㊂然而，排除了气候的干扰，探究森林对径流的调节主要依赖于森林覆盖率㊁森林植被类型等诸多因素的影响［９］㊂段亮亮［１０］通过近配对流域法，探讨老沟河流域与未受干扰的小北沟流域之间的径流变化特征，结果发现森林干扰显著影响枯水径流情势，而对洪峰径流情势影响不显著；罗韦慧［１１］在大兴安岭３个典型森林流域中发现，流域径流深与落叶松所占比例密切相关；Ｌｉｕｅｔａｌ．［１２］在梅江流域的研究中发现，森林采伐能显著影响洪峰径流㊁枯水径流的水文情势；Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．［１３］在加拿大ＢａｋｅｒＣｒｅｅｋ流域的研究中得到这样的结论，森林干扰显著增加了洪峰径流㊁枯水径流的流量，提高了变异性，并提前了洪峰径流发生时机㊂另一方面，针对流域退水过程，目前有很多成果在基流分割的基础上，研究地下径流退水时间变化特征，通常表现为基流补给多的时期，退水过程稳定，而降雨过后的洪峰径流退水比较剧烈［１４－１５］㊂可见，前人关于森林干扰对径流情势影响的结论因流域条件不同而有所差异，并且径流退水空间变化特征的研究较为匮乏㊂探讨径流情势的改变和退水过程需要考虑流域内多方面的因素，如土壤㊁植被类型㊁森林覆盖率㊁气候因素㊂为了分析森林植被变化对径流情势和退水特征的影响，需要排除其他影响因子㊂准配对流域法，即选择了自然条件相似（地形㊁地质㊁地貌㊁土壤等）㊁地理位置相近而森林植被不同的流域，将其作为 对照 及 处理 流域，进而分析同一时期内植被变化对流域水文过程的影响，可以有效地剔除气候㊁地形地貌对径流的干扰，为探究森林植被变化对水文情势和退水的影响提供了可靠依据［１６］㊂大兴安岭林区是我国唯一的寒温带明亮针叶林区，该区域内水系发达，主要源于森林重要的水源涵养功能㊂然而，冠层截留量㊁枯落物层持水量㊁土壤渗透能力以及林木耗水，因林木生长状况㊁生物学及生态学特性而有所不同［１７－１８］，所以，森林植被可以显著影响流域水文过程㊂前人针对森林覆盖率与流域径流关系进行了多项研究［１９－２０］，但针对流域内森林结构改变，如树种组成㊁蓄积量㊁郁闭度㊁龄级等综合指标差异对河川径流特征影响的研究相对较少㊂认识和理解森林结构对流域水文过程的影响将为该地区森林水资源的管理和可持续利用提供理论支撑㊂本研究利用准配对流域法，以大兴安岭北部漠河市北极村的２个典型森林小流域（老爷岭流域（面积为２１．９ｋｍ２）㊁圣诞村流域（面积为２３．９ｋｍ２））为研究对象，探讨森林结构（森林平均蓄积量㊁树种组成㊁郁闭度㊁龄级）变化对径流情势和退水特征的影响，以此揭示大兴安岭小流域森林结构与水文过程的关系㊂１㊀研究区概况研究区位于黑龙江省大兴安岭北部地区，地形主要以低山丘陵为主，坡度较缓，海拔２７７ ６８８ｍ，全区地势主要呈东北－西南方向㊂其气候较为独特，属于寒温带大陆性季风气候，冬季寒冷㊁低温时间长；夏季温暖湿润，但历经时间较短；年平均降水量约为４６０ｍｍ，降雨主要集中在６ ８月份㊂该区域虽然降雨量不大，但水系发达㊂土壤类型主要为棕色针叶林土，土层厚度在１５ ４０ｃｍ之间，并有永久冻土的存在，其主要呈岛状分布，季节性冻土在全区域内普遍存在㊂地带性植被主要以兴安落叶松（Ｌａｒｉｘｇｍｅｌｉｎｉｉ）为主，同时，还分布一定面积的樟子松（Ｐｉｎｕｓｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａ）㊁白桦（Ｂｅｔｕｌａｐｌａｔｙｐｈｙｌｌａ）㊁山杨（Ｐｏｐｕｌｕｓｄａｖｉｄｉａｎａ）等乔木林㊂２㊀研究方法２．１㊀研究流域的选择为了揭示森林结构差异对流域径流情势及退水过程的影响，在黑龙江漠河森林生态系统国家定位观测研究站研究区范围内，通过现场勘察和林场林业二类调查数据，选择了位置相近，地形地貌相似，森林覆盖率均在９０％以上，森林结构存在显著差异的老爷岭㊁圣诞村河小流域（图１）㊂林学中对森林结构的研究主要集中在群落的树种组成㊁年龄结构㊁生物量等方面㊂因此，利用Ａｒｃｇｉｓ１０．５软件对流域内树种组成㊁蓄积量等林分结构现状进行数据统计㊁分析，对其森林地形参数㊁森林结构参数进行整理（表１），发现树种组成㊁平均单位蓄积量㊁郁闭度㊁龄级等森林结构指标差异明显，地形参数基本相似㊂为了更加清晰的体现流域内森林结构差异，将森林结构各指标进行归一化统计（表２），即各指标值在准配对流域内的占比，并将归一化后的森林结构指标总和作为本研究的森林结构综合指数（Ｆ，Ｆ１代表老爷岭流域，Ｆ２代表圣诞村流域）㊂森林结构综合指数可以体现森林结构整体差异及森林质量，Ｆ值越大代表森林结构越好㊁越稳定㊁森林质量更高㊂森林结构各指标及森林结构综合指数从大到小依次为老爷岭流域（２．４５）㊁圣诞村流域（１．５５），即Ｆ１＞Ｆ２，依据准配对流域的森林结构差异，揭示其对流域径流情势及退水过程的影响㊂２．２㊀数据获取及双累积曲线法本研究时段为２０２１年４月２６日 ２０２１年９月３０日，分别在各流域下游，选择河道窄㊁河岸规整的断面布设水位自记仪（ＯｎｓｅｔＨＯＢＯＵ２０－００１－０４型）（简称Ｒ１㊁Ｒ２，图１）监测水位，记录时间为３０４０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷ｍｉｎ／次㊂由于准配对流域地形相似，且位于同一气候区，空间异质性小，因此，在各流域林外布设翻斗式雨量计（ＯｎｓｅｔＨＯＢＯＲＧ３－Ｍ）（简称Ｐ１㊁Ｐ２㊁Ｐ３，图１）记录降雨㊂根据降雨事件和径流变化，用旋杯式流速仪在流域预先选好的断面上实测不同水位及流速，计算通过断面的瞬时流量（ｍ３／ｓ），并利用水位自记仪记录的连续水位与拟合的各流域水位 流量曲线计算观测时段内连续日径流量（ｍ３／ｄ），依据流域面积，将逐日径流量转换为逐日径流深（ｍｍ）㊂双累积曲线是水文学研究中常用的一种简单㊁直观的检验方法［２１］㊂为了排除流域降雨误差，根据流域间的累积降雨量做双累积曲线，若曲线出现拐点而不符合连续的正比关系，可能准配对流域在观测时段的降雨存在明显差异，从而说明配对流域的选择不合理㊂在本研究中依靠该方法，检验准配对流域选择的可靠性㊂图１㊀研究流域概况及仪器布设图表１㊀研究流域基本特征流域面积／ｋｍ２平均海拔／ｍ单位蓄积量／ｍ３㊃ｈｍ－２树种组成郁闭度龄级（１ ５）老爷岭２１．９３０２．６９６１１５．７３３落＋３白＋２樟＋２山０．５７２．６１圣诞村２３．９３１１．６５３８１．４９７落＋３白０．３７１．９２表２㊀研究流域森林结构指标归一化处理结果流域单位蓄积量／ｍ３㊃ｈｍ－２树种组成郁闭度龄级森林结构综合指数（Ｆ）老爷岭０．５９０．６７０．６１０．５８２．４５圣诞村０．４１０．３３０．３９０．４２１．５５㊀㊀注：数值归一化即为各森林结构指标值占总数值的比例㊂２．３㊀研究指标的确定洪峰径流㊁枯水径流是森林水文研究中的两个主要水文变量［２２］，影响着河流生态系统完整性，对维持河流生态系统稳定性具有重要意义㊂本研究利用流量历时曲线（ＦＤＣ）定义洪峰径流和枯水径流㊂流量历时曲线是用来反映流域内某一研究时段流量与流量发生频率之间的关系曲线，在流量历时曲线中，洪峰径流被定义为大于或等于流量历时曲线５％频率的径流值，而枯水径流被定义为小于或等于流量历时曲线９５％频率的径流值［１３］㊂径流情势主要包括径流量㊁时机㊁历时㊁频率㊁变异性［３，１３］，这些水文要素对维持水体生物多样性和生态系统完整性至关重要［３］㊂本研究以流量㊁时机㊁历时㊁变异性这４个指标来研究准配对流域洪峰㊁枯水径流情势㊂同时利用退水分析获得不同降雨－径流事件的退水常数（α）㊁退水系数（ｋ），探讨森林结构差异对流域退水特征的影响，进而揭示其对流域水源涵养功能的影响，具体径流情势指标定义如下：５０１第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀崔杨，等：森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响（１）流量：指通过某一断面的径流大小，本研究主要是用发生洪峰径流和枯水径流时的逐日径流深（ｍｍ）来表示㊂（２）时机：发生特定水文事件的时间，本研究中特指流域滞时，洪水事件的降雨形心（ｔｗｃ，ｈ）至水文过程线形心的时间（ｔｑｃ，ｈ）㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｔｗｃ＝ðｎｉ＝１ｗｉｔｉðｎｉ＝１ｗｉ；（１）式中：ｗｉ为时段ｉ的降雨量（ｍｍ）；ｔｉ为时段ｉ的时间（ｈ）；ｎ为总时段数㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｔｑｃ＝ðｎｉ＝１Ｑｉｔｉðｎｉ＝１Ｑｉ㊂（２）式中：Ｑｉ为时段ｉ的径流深（ｍｍ）㊂同时，根据Ｂａｒｎｅｓ［４］对密西西比上游的研究发现，地表径流㊁基流等退水过程可用公式（３）和（４）表示㊂α的大小用来反映退水过程的快慢，α越大，表明退水时间越长，退水过程越稳定，反知，退水过程越剧烈㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｑｔ＝Ｑ０（ｅ－ｔ／ｋ）；（３）式中：Ｑｔ㊁Ｑ０分别为ｔ时刻和退水开始时刻的流量；ｋ为指定时段内的退水系数（ｄ）；ｔ为退水时间（ｄ）㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｑｔ＝Ｑ０（αｔ）；（４）式中：α为退水常数，０ɤαɤ１㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀α＝ｅ－１／ｋ㊂（５）（３）历时：指研究时段内发生洪峰径流或枯水径流的总时间（洪峰径流历时：大于或等于洪峰径流阈值的总天数；枯水径流历时：小于或等于枯水径流阈值的总天数；各流域洪峰径流和枯水径流阈值：根据发生洪峰径流和枯水径流流量的平均值或中位数确定）㊂（４）变异性：引入变异系数，是指洪峰径流㊁枯水径流深分别与年平均径流深差值的绝对值（ｍｍ），与年平均径流深（ｍｍ）的比值，以此反映各流域洪峰径流和枯水径流偏离年径流的程度㊂采用Ｏｒｉｇｉｎ２０２２和ＳＰＳＳ２６．０软件进行绘图㊁数据处理与分析，根据曼－惠特尼Ｕ非参数检验方法进行各指标间的差异显著性分析㊂３㊀结果与分析３．１㊀准配对流域试验可靠性检验及降雨量与径流特征流域间逐日降雨量双累积曲线的Ｒ２为０．９９８，且Ｐ＜０．０１（图２），说明准配对流域的累积降雨量具有极显著的线性关系，排除了研究时期流域间降雨观测误差，准配对流域的选择较为合理㊂图２㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）日降雨量双累积曲线从图３可以看出，研究时段内各流域的径流深变化趋势一致，均属于降雨主导型流域㊂其洪峰期主要集中在５ ６月份㊂老爷岭㊁圣诞村流域于６月１７日降雨（分别为５２．５㊁５４．０ｍｍ）过后，准配对流域出现了全年最大的峰值径流（分别为９．７４㊁８．８０ｍｍ）；在此期间，各流域径流深波动明显，除了降雨量的影响外，还有前期冻结的冰与积雪在温度大于０ħ后融化而补给给河流㊂进入７月份，虽然降雨频繁㊁降雨量增加，但随着林木生长旺盛以及冠层郁闭度提高，老爷岭流域日径流深逐渐趋于平缓，圣诞村流域日径流深波动相对剧烈㊂选取各流域５ ９月份５次降雨过程相似的降雨事件（表３），探讨径流深与降雨量㊁降雨强度的关系㊂５㊁６月份，随着降雨量的增加，流域产流量明显提高；７月份进入林木生长旺盛时期，即便单次降雨与５月份的降雨量相似，但老爷岭㊁圣诞村流域径流深（１．８１㊁３．３５ｍｍ）与５月１２日相比均出现显著的下降㊂径流深与降雨强度具有相同的变化趋势，降雨强度增加，流域的峰值流量提高，而后随着降雨强度的减弱而降低㊂各流域均在９月份出现径流最小值，此时已经进入了北方秋季枯水期㊂在老爷岭流域，虽然９月１０日单次降雨强度有所提高，但径流深并没有随着降雨强度的增加而增加㊂３．２㊀准配对流域洪峰径流㊁枯水径流流量特征根据图４绘制的流量过程线，老爷岭流域洪峰径流量稍高于圣诞村流域；在１５％ ３０％的频率时，准配对流域日径流量十分接近；超过３０％频率后，圣诞村流域径流量明显低于老爷岭流域径流量；枯水时期，老爷岭的流量始终明显高于圣诞村流域，说明了森林结构变化能显著改变枯水径流，而对洪峰径流影响较为微弱㊂进一步比较配对流域洪峰径流和枯水径流，根据洪峰径流深㊁枯水径流深（表４）可知，老爷岭流域６０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷平均洪峰径流深（７．０９ｍｍ）高于圣诞村流域（６．５３ｍｍ），但流域间的洪峰径流差异没有达到显著水平；然而，枯水径流差异明显，老爷岭流域（０．９８ｍｍ）比圣诞村流域的平均枯水径流深（０．３３ｍｍ）提高了０．６５ｍｍ，约为圣诞村流域的３倍，并且枯水径流深的最大值和最小值均表现相同的变化趋势㊂根据曼－惠特尼Ｕ非参数检验的结果可知，流域间达到极显著差异（Ｐ＜０．０１）㊂图３㊀研究时期准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）降雨量与径流深关系曲线表３㊀准配对流域单次降雨特征及日径流量流域降雨日期降雨量／ｍｍ降雨历时／ｈ降雨强度／ｍｍ㊃ｈ－１峰值流量日期峰值流量／ｍｍ老爷岭５月１２日２４．５２４１．０２５月１３日７．４８６月１７日５２．５１３４．０４６月１８日９．７４７月１４日２５．０８３．１３７月１５日１．８１８月１日２３．７１２１．９８８月２日２．１７９月１０日２７．２１０２．７２９月１１日１．５９圣诞村５月１２日２２．４２４０．９３５月１３日４．３０６月１７日５４．０１２４．５０６月１８日８．８０７月１４日２９．２７４．１７７月１５日３．３５８月１日２５．２９２．８０８月２日３．５７９月１０日２５．４１３１．９５９月１１日１．６６７０１第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀崔杨，等：森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响图４㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）日径流量过程曲线表４㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）的洪峰㊁枯水径流深流域洪峰径流深／ｍｍ枯水径流深／ｍｍ流域洪峰径流深／ｍｍ枯水径流深／ｍｍ老爷岭９．７４１．０２圣诞村８．８００．４０８．５４１．００８．３３０．３８７．４８０．９９７．１６０．３６７．０１０．９９６．２４０．３３６．２９０．９８５．７７０．３２５．９８０．９８５．４６０．３０５．９７０．９７５．２４０．３０５．７２０．９１５．２１０．２８均值７．０９０．９８均值６．５３０．３３３．３㊀准配对流域洪峰径流㊁枯水径流历时特征以０．５ｈ为步长计算各流域的径流量，根据洪峰径流㊁枯水径流阈值，统计准配对流域洪峰径流㊁枯水径流的全年历经总时间（表５）㊂结果表明，森林质量提高（Ｆ１＞Ｆ２），洪峰径流历时增加，老爷岭流域洪峰历时（７０．５ｈ）比圣诞村流域（６５．５ｈ）高出５ｈ；然而，枯水径流历时却减少，表现为老爷岭流域枯水历时（７８ｈ）比圣诞村流域枯水历时（８２ｈ）减少４ｈ㊂表５㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）洪峰㊁枯水径流历时特征流域洪峰径流阈值／ｍｍ洪峰历时／ｈ枯水径流阈值／ｍｍ枯水历时／ｈ老爷岭０．１５５０７０．５０．０１５０７８圣诞村０．１４６８６５．５０．００６６８２３．４㊀准配对流域洪峰径流㊁枯水径流的变异性由表６可知，随着森林质量的提高，洪峰径流变异系数均值分别为２．２２㊁２．５１，老爷岭流域洪峰径流变异系数小于圣诞村流域，但流域间的差异没有达到显著水平㊂然而，老爷岭流域枯水径流变异系数降低（０．５５），比圣诞村流域平均枯水径流变异系数（０．８２）低３３％，并且极显著低于圣诞村流域（Ｐ＜０．０１）㊂以上结果说明，枯水径流变异系数对森林结构的变化更加敏感，老爷岭流域枯水径流相比于全年径流变化较为稳定，而圣诞村流域枯水径流明显偏离年均径流量㊂表６㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）的洪峰㊁枯水径流变异系数流域洪峰径流变异系数枯水径流变异系数流域洪峰径流变异系数枯水径流变异系数老爷岭３．４３０．５４圣诞村３．７４０．７９２．８９０．５４３．４９０．７９２．４００．５５２．８５０．８１２．１９０．５５２．３６０．８２１．８６０．５５２．１１０．８３１．７２０．５６１．９４０．８４１．７２０．５６１．８２０．８４１．６００．５９１．８００．８５均值２．２２０．５５均值２．５１０．８２３．５㊀准配对流域洪峰事件滞时特征根据研究时段的峰值流量，选取５ ７月份主要洪峰过程，进行准配对流域间不同洪峰滞时的对比（表７）㊂其中，老爷岭流域的４次洪峰滞时均高于圣诞村流域，在５月１３日㊁５月２４日㊁６月１８日时，老爷岭流域０．５ｈ累积降雨量均高于圣诞村流域，但是其洪峰滞时分别比圣诞村流域延缓了２．５㊁１．５㊁３．５ｈ；７月２８日的０．５ｈ累积降雨量比圣诞村流域低，其洪峰滞时比圣诞村流域高０．５ｈ，流域间的平均滞时从大到小依次为老爷岭流域㊁圣诞村流域，平均滞时延缓了２．０ｈ㊂为了清晰地体现降雨和洪峰间的滞时效应，以表７中准配对流域最大降雨过程（８０．２㊁７５．０ｍｍ）为例，利用０．５ｈ的降雨－洪峰过程计算降雨形心至洪峰形心的时间（图５），老爷岭流域降雨形心和洪峰径流形心分别在６月１７日０６时㊁６月１８日１７时３０分，历经总时间为３５．５ｈ；而圣诞村流域降雨形心和洪峰径流形心分别为６月１７日０５时３０分㊁６月１８日１３时３０分，历经总时间为３２．０ｈ㊂由此可见，森林质量越高的流域，其降雨后的洪峰延滞时间越长㊂３．６㊀森林结构差异对流域退水特征的影响为了进一步说明配对流域径流退水快慢，根据准配对流域径流过程线（图６），选取７次主要洪水衰退过程，利用退水曲线方程计算退水系数（ｋ）㊁退８０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷水常数（α），以退水系数和退水常数反映流域退水特征，随着退水系数增加，退水常数变大，退水时间延长，退水过程越稳定，否则，退水过程越快㊂由表８可知，老爷岭的退水系数通常大于圣诞村流域，二者均值分别为１６．９㊁８．５ｄ；准配对流域的退水常数变化范围分别为０．８４１５ ０．９７５７㊁０．７３０６ ０．９３８６，均值分别为０．９０９４㊁０．８６２６㊂老爷岭流域相比圣诞村流域平均退水时间延缓了８．４ｄ㊂以上结果表明，老爷岭流域退水过程比圣诞村流域稳定，进一步证明了森林结构好㊁森林质量高的流域，森林对径流调节能力提高，促使退水过程表现的相对平缓㊂从季节性动态上看，退水系数㊁退水常数随时间增加呈现增长趋势，５月初，流域径流退水过程较快；９月的径流退水过程更加平缓，退水系数㊁退水常数均达到最大值，说明以基流为主要来源的时期（秋季）径流补给更为稳定，退水过程缓慢㊂表７㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）间不同洪峰滞时流域名称峰值流量日期日峰值流量／ｍｍ累积降雨量／ｍｍ滞时／ｈ平均滞时／ｈ老爷岭５月１３日７．４８２７．２３４．５３８．６５月２４日５．９８３９．８５６．０６月１８日９．７４８０．２３５．５７月２８日２．０６１８．４２８．５圣诞村５月１３日４．３０２１．２３２．０３６．６５月２４日８．６７２９．６５４．５６月１８日８．８０７５．０３２．０７月２８日５．４６２５．６２８．０图５㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）洪峰滞时特征４ 讨论本研究通过准配对流域的对比发现，森林结构差异导致了枯水径流情势显著变化，老爷岭流域比圣诞村流域的平均枯水径流深提高０．６５ｍｍ㊁枯水变异系数降低３３％㊁枯水历时减少４ｈ，然而洪峰径流情势差异却不显著㊂由于森林结构变化导致枯水径流的显著改变，也在海流图河流域的研究中被发９０１第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀崔杨，等：森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响现［８］，由于耐旱树种增加，海流图河流域枯水流量显著增加㊂同时有研究表明，森林覆盖率提高，枯水期径流量增加［２３］㊂段亮亮等［１０］对大兴安岭地区研究发现，森林扰动后，配对流域洪峰径流情势差异不显著㊂在欧洲地区２８个流域的水文调查中发现，阔叶混交林覆盖率降低没有导致峰值流量显著改变［２４］㊂一方面，森林结构综合指数小的流域，经历植被生长季耗水最旺盛的阶段，林木耗水量可能较大［２５］，从而导致枯水径流量的降低以及枯水持续时间的延长；同时，进入枯水期，主要依靠基流补给，由于森林更新演替后树种组成丰富度不同，导致各流域土壤性质及下渗能力改变［２６］，老爷岭流域的树种组成最为丰富，而圣诞村流域树种组成较为单一，使其土壤的水源涵养能力较树种组成丰富的流域差，致使土壤下渗和持水能力减弱，造成枯水径流减少㊂另一方面，２０２１年为丰水年（年降雨量均在６６０ｍｍ以上），期间发生了多场次强度大的降雨，造成森林对降雨的可调控作用减弱［２７］，枯落物层㊁土壤层可能处于近饱和状态，导致穿透雨多以地表径流的方式汇集到流域出口，从而降低森林对降雨的再分配，而且２个流域洪峰径流多发生于５月份，此时冻土活动层可能未完全融化，土壤垂直入渗能力较差，导致降雨后主要以地表径流的方式产流［２８］，所以在降雨量基本接近（空间异质性较小）的前提下，流域间洪峰径流情势差异较小㊂图６㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）洪峰退水过程表８㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）不同洪峰退水过程的退水系数㊁退水常数退水开始日期退水系数／ｄ老爷岭流域圣诞村流域退水常数老爷岭流域圣诞村流域５月１３日５．８６．６０．８４１５０．８５９９５月２４日９．３５．３０．８９７７０．８２９４６月４日８．６３．２０．８９０８０．７３０６６月１８日１０．３７．４０．９０７９０．８７３３７月１５日７．８７．５０．８７９７０．８７５９８月２日３６．２１３．９０．９７２７０．９３０７９月１１日４０．６１５．８０．９７５７０．９３８６平均值１６．９８．５０．９０９４０．８６２６㊀㊀然而，在加拿大ＢａｋｅｒＣｒｅｅｋ流域的研究中发现，森林覆盖率降低也会导致枯水径流量显著增加㊁变异系数减小［１３］，这主要是因为森林变动后土壤扰动较小，并且森林覆盖率降低导致耗水量减少，所以枯水径流明显升高㊂周勇等［２９］在遂川县域的研究发现，随着森林质量指数的提升，森林也可起到显著的滞洪作用㊂在俄勒冈州西部大小流域研究中发现，森林采伐，即森林质量降低，致使小流域㊁大流域的洪峰径流分别增加５０％㊁１００％［３０］㊂由此可知，森林覆盖率的增加或减少都可能促使枯水径流和洪峰径流的改变，这主要取决于森林变动后的土壤下渗能力㊁林木蒸腾耗水量的变化［２２］以及降水的影响和下垫面的调节能力［３１－３２］㊂虽然近配对流域排除了气候差异对径流情势的影响，但仍然有其他因素的干扰，比如地形地貌差异对产流的影响㊂一般认为，坡度越大，径流变化越剧烈［３３］㊂本研究中，老爷岭流域坡度稍大，但是该流域的枯水径流情势比坡度小的圣诞村流域更稳定，说明，在该流域中森林植被比地形对径流的调节作用更强㊂在一段时期内无降水或降水较小时，河川径流逐渐的消退被称为流域退水过程，对反映流域内水文过程至关重要［４］㊂不同场次降雨经由流域下垫面的调蓄作用而形成大小洪峰，洪峰的消退影响着蓄水量的多少㊂本研究选取准配对流域７场降雨，探讨洪峰－退水过程，经分析发现，降雨后快速形成洪峰，并且降雨停止后洪峰径流迅速消退，以退水常数体现流域间径流退水快慢，结果发现森林结构综合指数较高的老爷岭流域退水过程比圣诞村流域稳定㊂前人关于退水过程的研究，发现流域退水特征主要取决于多方面因素，如降雨量［３４－３５］㊁洪峰大小［３６］㊁下垫面特征［３７］㊂黄欣祺等［３８］在韩江流域的研究中发现，土壤地形指数均值与流域退水系数呈正相关，即土壤地形指数均值越大，退水过程越稳定；张清杰［３９］在小理河流域次洪退水分析中发现，退耕还林实施以来，下垫面条件改变，次洪退水参数增大，退水过程更加稳定㊂森林蓄积量㊁树种组成㊁郁闭度㊁龄级等森林结构指标提升的前提下，森林质量更高，流域退水过程逐步趋向相对稳定的状态㊂一方面，由于森林质量高的流域，土壤下渗作用更强，降雨过后，产生的快速流减少，而以稳定的壤中流等缓慢的补给河流为主［１４］，所以，致使流域退水历经时间延长，退水过程稳定；５月初，准配对流域间退水常数十分接近，在后续退水中，退水常数差值逐渐增加，这是因为５月初，冻土活动层未完全融化，土壤接受降雨的入渗能力较差，流域间产流后退水过程基本表现相同的趋势，同样证实了上述推测原因；另一方面，根据退水曲线方程可知，径流量０１１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷。
树木年轮观察实验报告
树木年轮观察实验报告引言树木年轮观察实验是一种常见的生物学实验，通过观察树木的年轮来研究其生长过程、环境变化以及气候波动等因素对树木生长的影响。
年轮是树木干材的横断面，在这个截面上可以清晰地看到一层一层的环状结构，每一层即代表了树木在一年中不同季节的生长情况。
本实验旨在通过观察和分析树木年轮，了解树木生长规律以及其受环境因素的影响。
材料与方法材料1. 树木样本：选取不同种类、不同年龄的树木样本，如松树、柏树、橡树等；2. 锯子或锯条：用于锯开树干；3. 放大镜或显微镜：用于观察年轮；4. 树木年轮图示例：用于解读和比对观察结果。
方法1. 选择一棵树木样本，并确定观察的部位，如树干最粗的位置；2. 使用锯子或锯条将树干锯开，尽量使切口平整；3. 使用放大镜或显微镜观察切口的横截面，找到年轮的位置；4. 接下来，用放大镜或显微镜仔细观察每个年轮的特征，包括年轮的宽度、颜色、纹理和材质等；5. 根据观察结果，在年轮图示例上标注出每个年轮的特征，以便后续比对和分析；6. 重复以上步骤，观察不同树木样本的年轮特征并做记录；7. 分析观察结果，比较不同树木样本的年轮特征，以及树木生长环境和气候波动对年轮的影响。
结果与讨论通过观察和分析不同树木样本的年轮特征，我们得出了以下结论：1. 年轮宽度与树木生长速度相关：我们观察到，年轮越宽，说明树木在这个季节生长得越快，而年轮越窄，则说明树木在这个季节生长得越慢。
因此，通过测量年轮的宽度，我们可以估计树木每年的生长速度。
2. 年轮颜色与树木生长环境有关：我们发现，不同季节的年轮颜色可能存在差异。
例如，在春季和夏季，年轮颜色通常较浅，而在秋季和冬季，则常常较深。
这是因为春季和夏季的阳光充足，使树木充分光合作用，导致年轮较浅；而在秋季和冬季，光照较暗淡，生长速度减慢，从而形成较深的年轮。
3. 年轮纹理与树木生长环境有关：我们还观察到，不同季节的年轮纹理可能存在细微差别。
气候变化对大兴安岭地区不同海拔落叶松径向生长的影响
第５１卷第１１期东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报Ｖｏｌ．５１Ｎｏ．１１２０２３年１１月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＯＲＴＨＥＡＳＴＦＯＲＥＳＴＲＹＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＮｏｖ．２０２３１）国家自然科学基金项目（４１６７１０６４）；黑龙江省自然科学基金项目（ＬＨ２０２１Ｄ０１２）㊂第一作者简介：黄敬文，男，１９９８年３月生，寒区地理环境监测与空间信息服务黑龙江省重点实验室（哈尔滨师范大学），硕士研究生㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｊｉｎｇｗｅｎ９８＠１６３．ｃｏｍ㊂通信作者：张冬有，寒区地理环境监测与空间信息服务黑龙江省重点实验室（哈尔滨师范大学），教授㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄｙ＠１６３．ｃｏｍ㊂收稿日期：２０２２年１１月１日㊂责任编辑：段柯羽㊂气候变化对大兴安岭地区不同海拔落叶松径向生长的影响１）黄敬文㊀张冬有㊀王兆鹏㊀张楠（寒区地理环境监测与空间信息服务黑龙江省重点实验室（哈尔滨师范大学），哈尔滨，１５００２５）㊀㊀摘㊀要㊀为研究气候因子对不同海拔地区兴安落叶松（Ｌａｒｉｘｇｍｅｌｉｎｉｉ）径向生长的影响，根据大兴安岭地区平均海拔高度（５７３ｍ）和天然林线分布状况，依据树木年代学原理选取高海拔（８５０ｍ）㊁中海拔（４８５ｍ）㊁低海拔（２９０ｍ）３个海拔地区的树芯，建立落叶松树轮宽度标准化年表，使用Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验和小波分析方法将树轮宽度指数（ＲＷＩ）与气候因子进行相关分析㊁冗余分析㊁多元逐步回归分析㊂结果表明：兴安落叶松径向生长在３个海拔地区显示出不同的周期性变化，气候对不同海拔梯度落叶松径向生长的影响存在显著差异㊂其中，低海拔梯度落叶松径向生长与当年１０月份月最高气温呈显著负相关，与上一年９月份降水量及标准化降水蒸散指数㊁当年１０月份标准化降水蒸散指数呈显著正相关；中海拔梯度落叶松径向生长与上一年９月份月平均气温及月最高气温㊁当年６㊁７㊁９月份月最高气温呈显著负相关，与上一年８月份及９月份标准化降水蒸散指数㊁当年６月份降水量及标准化降水蒸散指数呈显著正相关；高海拔梯度落叶松径向生长与上一年８月份及当年５月份月平均气温㊁月最高气温呈显著正相关，与上一年６㊁８月份及当年５㊁６㊁８月份月最低气温呈显著正相关㊂温度和降水共同影响大兴安岭地区的树木生长，低温是高海拔地区落叶松径向生长的主要限制因子，降水是中㊁低海拔地区落叶松径向生长的主要限制因子㊂关键词㊀兴安落叶松；海拔梯度；径向生长；树木年轮；气候变化分类号㊀Ｓ７１６．３ＥｆｆｅｃｔｏｆＣｌｉｍａｔｅＣｈａｎｇｅｏｎＲａｄｉａｌＧｒｏｗｔｈｆｏｒＬａｒｉｘｇｍｅｌｉｎｉｉａｔＤｉｆｆｅｒｅｎｔＡｌｔｉｔｕｄｅｓｉｎＴｈｅＧｒｅａｔｅｒＫｈｉｎｇａｎＭｏｕｎｔａｉｎｓ／／ＨｕａｎｇＪｉｎｇｗｅｎ，ＺｈａｎｇＤｏｎｇｙｏｕ，ＷａｎｇＺｈａｏｐｅｎｇ，ＺｈａｎｇＮａｎ（ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅ⁃ｏｇｒａｐｈｉｃａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＳｐａｔｉａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｅｒｖｉｃｅｉｎＣｏｌｄＲｅｇｉｏｎｓ，ＨａｒｂｉｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００２５，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）／／ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２３，５１（１１）：１０－２０．ＴｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｒａｄｉａｌｇｒｏｗｔｈｏｆＬａｒｉｘｇｍｅｌｉｎｉｉａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｌｅｖａｔｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｖｅｒａｇｅａｌｔｉｔｕｄｅ（５７３ｍ）ａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｎａｔｕｒａｌｆｏｒｅｓｔｌｉｎｅｓｉｎｔｈｅＧｒｅａｔｅｒＫｈｉｎｇａｎＭｏｕｎｔａｉｔｎｓｒｅｇｉｏｎ，ｂｙｕｓｉｎｇｃｌｉｍａｔｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｎｄｒｏｃｈｒｏｎｏｌｏｇｙ，ｗｅｓａｍｐｌｅｄｔｒｅｅｃｏｒｅｓａｔｈｉｇｈａｌｔｉｔｕｄｅ（８５０ｍ），ｍｉｄｄｌｅａｌｔｉｔｕｄｅ（４８５ｍ）ａｎｄｌｏｗａｌｔｉｔｕｄｅ（２９０ｍ）ｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｃｈｒｏｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆＬ．ｇｍｅｌｉｎｉｉｒｉｎｇｗｉｄｔｈ．ＵｓｉｎｇＭａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌｔｅｓｔａｎｄｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎｄｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｂｅｔｗｅｅｎｔｒｅｅｒｉｎｇｗｉｄｔｈｉｎｄｅｘ（ＲＷＩ）ａｎｄｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｒｅｄｕｎ⁃ｄａｎｃｙａｎａｌｙｓｉｓ（ＲＤＡ）ａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅｓｔｅｐｗｉｓｅｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ．ＴｈｅｒａｄｉａｌｇｒｏｗｔｈｏｆＬ．ｇｍｅｌｉｎｉｉｓｈｏｗｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒ⁃ｅｎｔｐｅｒｉｏｄｉｃｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｌｔｉｔｕｄｅｓａｎｄｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｃｌｉｍａｔｅｗａｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．ＴｈｅｌｏｗａｌｔｉｔｕｄｅｈａｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｎｅｇａｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｍｏｎｔｈｌｙｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＯｃｔｏｂｅｒｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｙｅａｒ，ａｎｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓ⁃ｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎＳｅｐｔｅｍｂｅｒｏｆｔｈｅＰｒｅｖｉｏｕｓｙｅａｒ，ａｎｄＳＰＥＩｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔＯｃｔｏｂｅｒ．Ｔｈｅｍｉｄｄｌｅａｌｔｉ⁃ｔｕｄｅｗａｓｎｅｇａｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｏｎｔｈｌｙｍｅａｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｍｏｎｔｈｌｙｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＳｅｐｔｅｍｂｅｒｏｆＰｒｅｖｉｏｕｓｙｅａｒ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＪｕｎｅ，ＪｕｌｙａｎｄＳｅｐｔｅｍｂｅｒｏｆｔｈｅＣｕｒｒｅｎｔｙｅａｒ，ａｎｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈＳＰＥＩｉｎＡｕｇｕｓｔａｎｄＳｅｐｔｅｍｂｅｒｏｆｌａｓｔｙｅａｒ，ａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎＪｕｎｅｏｆＰｒｅｖｉｏｕｓｙｅａｒ．Ｔｈｅｈｉｇｈａｌｔｉｔｕｄｅｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉ⁃ｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｍｏｎｔｈｌｙｍｅａｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｍｏｎｔｈｌｙｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＡｕｇｕｓｔａｎｄＭａｙｏｆＰｒｅ⁃ｖｉｏｕｓｙｅａｒ，ａｎｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｍｏｎｔｈｌｙｍｉｎｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＪｕｎｅａｎｄＡｕ⁃ｇｕｓｔｏｆＰｒｅｖｉｏｕｓｙｅａｒａｎｄｉｎＭａｙ，ＪｕｎｅａｎｄＡｕｇｕｓｔｏｆｔｈｅＣｕｒｒｅｎｔｙｅａｒ．ＢｏｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｆｆｅｃｔｔｒｅｅｇｒｏｗｔｈｉｎｔｈｅＧｒｅａｔｅｒＫｈｉｎｇａｎＭｏｕｎｔａｉｔｎｓ，ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｔｈｅｌｉｍｉｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｆｏｒＬ．ｇｍｅｌｉｎｉｉｇｒｏｗｔｈｉｎｈｉｇｈａｌｔｉｔｕｄｅ，ａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍａｉｎｌｉｍｉｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｆｏｒＬ．ｇｍｅｌｉｎｉｉｇｒｏｗｔｈｉｎｍｉｄｄｌｅａｎｄｌｏｗａｌｔｉｔｕｄｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｌａｒｉｘｇｍｅｌｉｎｉｉ；Ａｌｔｉｔｕｄｅｇｒａｄｉｅｎｔ；Ｒａｄｉａｌｇｒｏｗｔｈ；Ｔｒｅｅｒｉｎｇ；Ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ㊀㊀树木年轮资料因其定年准确㊁连续性强㊁分辨率高㊁易于获取多个复本等优点，被广泛用于历史气候重建㊁分析树木径向生长与气候因子关系的研究［１］㊂森林生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分，为人类的生存和发展提供了资源及生态服务［２］㊂气候在森林生态系统的发展中起着关键作用，森林生态系统会受气候变化的影响㊂森林生态系统的发展和变化是全球气候变化的重要指标［３－４］，因此，研究森林生态系统与气候变化的关系具有重要意义㊂由于经纬度㊁海拔不同，森林生态系统对全球气候变化的反应也存在差异［５］㊂相关研究发现，树木径向生长的变化是针对气候变化而发生的，而气候对其的影响并不稳定［６］㊂海拔是影响山区栖息地树木生长的重要因素之一，也是判断气候变化对山地环境中树木径向生长影响程度的重要因子［７－８］㊂不同海拔梯度沿线的太阳辐射㊁温度㊁降水㊁地貌均存在差异㊂大量研究表明，气候因子对不同海拔同一树种径向生长的影响有显著差异，且树木的径向生长对气候因素具有依赖性㊂在高海拔地区，树木径向生长主要受温度影响，在低海拔地区主要与降水量有关［９］㊂低温是高海拔地区树木径向生长的主要限制因素，受温度和降水共同作用的干旱胁迫是中㊁低海拔地区树木径向生长的主要限制因素［１０］㊂例如，安徽牯牛降自然保护区㊁浙江九龙山高海拔地区黄山松的径向生长就是受温度和降水的共同影响［１１］㊂然而，由于不同地区环境与气候条件具有差异，这一规律并非适用于全部地区［１２－１３］，如阿根廷西北部及中亚干旱和半干旱地区高海拔区域树木的径向生长主要受降水的影响，而不是受低温的影响［１４－１５］㊂由于全球变暖，降水也成为部分干旱㊁半干旱山区高海拔区域树木生长的限制因素㊂因此，不同海拔地区的树木对气候的反应仍不确定，研究气候对不同海拔地区树木的影响具有重要意义㊂大兴安岭地区位于中国东北部，高纬度使其成为气候变化的典型区域，该区域气候对树木径向生长的影响表现出明显的区域特征［１６－１７］㊂落叶松（Ｌａｒｉｘｇｍｅｌｉｎｉｉ）作为大兴安岭地区的代表性树种，具备耐寒能力强㊁对气候变化敏感等特点㊂目前，关于气候变化对大兴安岭地区落叶松径向生长的影响㊁大兴安岭地区落叶松径向生长与气候因子关系方面已开展了部分研究，包括建立落叶松树轮宽度年表㊁分析落叶松径向生长与气候因子的关系㊁径向生长的主要限制因素等［１８］，但关于气候因子对不同海拔梯度落叶松径向生长影响的研究较少㊂本研究以大兴安岭地区落叶松为研究对象，构建高㊁中㊁低３个海拔梯度的树轮宽度标准化年表，分析３个不同海拔梯度落叶松径向生长与气候因子的关系，了解影响不同海拔梯度落叶松径向生长的主要限制因子㊂以期阐明落叶松在不同海拔梯度时径向生长的周期性模式，比较气候对不同海拔地区树木径向生长的影响，为大兴安岭地区森林可持续区域管理提供参考㊂１㊀研究区概况大兴安岭地区位于黑龙江省西北部，地理位置为５０ʎ１０ᶄ ５３ʎ３３ᶄＮ，１２１ʎ１２ᶄ １２７ʎＥ（图１），是典型的寒温带大陆性季风气候，冬季受内陆冷高压影响，气候严寒干燥，夏季受副热带高压的暖气团影响，温暖湿润㊂该区域降水充沛，年均降水量４６０ｍｍ，主要集中在雨季（６ ９月），占全年降水量的７４．８％㊂研究时段内（１９７３ ２０１８年）区域年均温－２．２ħ，积雪期长达５个月，全年无霜期仅８０ １１０ｄ㊂大兴安岭作为中国独特的地理单元及生态保护的重要屏障，区域内平均海拔５７３ｍ，最高海拔１５０９ｍ，植被类型以天然针叶林为主，区域主要树种为落叶松㊁樟子松（Ｐｉｎｕｓｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａ）㊁白桦（Ｂｅｔｕｌａｐｌａｔｙｐｈｙｌｌａ）㊂落叶松作为单优势树种，其对气候变化敏感，适合研究树木年轮气候学㊂图１㊀研究区示意图２㊀研究方法２．１㊀样本采集与年表建立依据树木年代学基本原理［１９］㊁研究区内海拔及地形特征㊁落叶松在区域内的分布，于２０１９年６月在呼中地区高海拔处（８５０ｍ）㊁塔河地区中海拔处（４８５ｍ）及２０１９年７月在呼玛地区低海拔处（２９０ｍ）设置采样点采集落叶松样本㊂采样地点为地形较为平坦，坡度较小的林区，采样点基本信息见表１㊂选取长势好㊁树龄较大㊁分布稀疏的树木作为样本，尽量减小微地形差异及人为干扰在树木生长过程中的影响㊂基于国际树木年轮库（ＩＴＲＤＢ）一树双芯的标准，将内壁孔径为５．１５ｍｍ的生长锥在树木胸高处（距离地面１．３ｍ）分别沿东西㊁南北方向钻入树干，获取树芯样品㊂将树芯样本置于塑料管内保存，并贴好记录树芯信息的标签㊂采样结束后将所有样品带回实验室，按照国际通用的方法固定㊁晾干㊁打磨抛光，直至年轮边界在显微镜下清晰可见㊂根据树轮样本处理流程［２０］，树芯经交叉定年后，利用ＬＩＮＴＡＢ６树轮宽度测量仪（精度为０．０１ｍｍ）测量树轮宽度［２１］，ＣＯＦＥＣＨＡ程序［２２］对年轮宽度测量结果进行检验，剔除与主序列相关性差及难以交叉定年的样芯，将剩余样芯用于年表建立㊂使用ＡＲＳＴＡＮ程序［２３］中的传统负指数函数方法对树轮宽度序列进行去趋势处理，得到大兴安岭地１１第１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黄敬文，等：气候变化对大兴安岭地区不同海拔落叶松径向生长的影响区不同海拔梯度落叶松的标准化年表（ＳＴＤ）㊁差值年表（ＲＥＳ）㊁自回归年表（ＡＲＳ）㊂由于标准化年表中包含更多的高频和低频气候信号，且保存的信息质量更好，因此选用标准化年表与气候因子进行分析（图２）㊂Ｉ．１９４９年子样本信号强度＞０．８５；ＩＩ．１９６６年子样本信号强度＞０．８５；ＩＩＩ．１８９９年子样本信号强度＞０．８５㊂图２㊀不同海拔梯度落叶松标准化年表和样本量表１㊀采样点基本信息采样点北纬度／（ʎ）东经度／（ʎ）海拔高度／ｍ平均树高／ｍ样树数量／棵样芯数／个低海拔５１．８７１２５．８３２９０１９．１３２０３７中海拔５２．７６１２４．７７４８５１０．９０２０３８高海拔５１．８５１２２．９３８５０２０．９８２０３８２．２㊀气候资料依据就近原则，分别选取距３个采样点最近的呼玛气象站（５１ʎ４４ᶄＮ，１２６ʎ３８ᶄＥ，海拔１７３．９ｍ）㊁塔河气象站（５２ʎ２１ᶄＮ，１２４ʎ４３ᶄＥ，海拔３６１．９ｍ）㊁呼中气象站（５２ʎ２ᶄＮ，１２３ʎ３４ᶄＥ，海拔５１４．５ｍ）１９７３２０１８年的气候资料㊂气候资料由中国气象数据网（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｃｍａ．ｃｎ）提供，数据包括月平均气温（Ｔ）㊁月平均最高气温（Ｔｍａｘ）㊁月平均最低气温（Ｔｍｉｎ）㊁月平均降水量（Ｐ）㊂根据气象站的经纬度坐标㊁温度㊁降水数据，通过ｓｐｅｉ．ｅｘｅ程序计算得到１９７３ ２０１８年的标准化降水蒸散指数（ＳＰＥＩ）㊂本研究使用月尺度的标准化降水蒸散指数进行分析，其更能反映短期干旱状况，并且与气候因素的规模一致［２４］㊂由于采样点之间距离较远㊁海拔高度差异大，根据高㊁中㊁低３个海拔梯度采样点位置和气象站之间的距离㊁采样点海拔高度及气象站海拔高度，统一选用距离３个采样点最近，海拔差异最小的呼玛㊁塔河㊁呼中气象站气象数据的算术平均值作为研究区气象数据进行分析（表２㊁表３）㊂㊀表２㊀１９７３ ２０１８年气象站监测的气温和降水量的月度变化月份月平均气温／ħ月平均最高气温／ħ月平均最低气温／ħ月平均降水量／ｍｍ１－２６．３３－１８．０８－３２．７６㊀４．９９２－２１．４２－１１．１６－３１．７０３．６６３－１０．７８－２．００－１９．６５６．７５４１．５４８．６５－５．６３２２．３１５１０．０５１７．８８１．８８４４．２８６１６．４９２４．２８８．９１８０．８４７１９．０８２５．９５１３．０８１２４．２０８１６．３８２３．５４１０．７３９７．５６９９．１６１７．１３２．８０５２．１５１０－０．９７６．３６－７．１７２０．０６１１－１５．１８－７．６８－２１．３１１０．３６１２－２４．７４－１７．６０－３０．４９６．９７㊀表３㊀１９７３ ２０１８年气象站监测的气温和降水量的年际变化年份年平均气温／ħ年平均最高气温／ħ年平均最低气温／ħ年平均降水量／ｍｍ１９７３－３．３２５．００－１０．５５３２．２２１９７４－３．８８４．０７－１１．０１３５．２８１９７５－１．６２６．４４－８．７３３７．３０１９７６－３．６２４．３９－１０．８１３３．１２１９７７－３．４４４．６１－１０．５６４２．０２１９７８－２．５５５．１８－９．４６３８．５３１９７９－３．０３４．７１－１０．２９３１．９２１９８０－３．１１４．２６－９．７９４０．８６１９８１－２．８１５．０７－９．７２３４．７２１９８２－２．３２５．２２－９．１１５５．９８１９８３－２．１７４．９５－８．３５４３．２３１９８４－３．２４４．１８－９．９２４２．２８１９８５－２．９８４．４３－９．７２４１．７７１９８６－２．０８５．９９－９．３７３３．４２１９８７－３．７７３．８０－１０．７３３６．６８１９８８－１．３９６．０６－８．１９３８．１３１９８９－１．２５６．５２－８．３４３７．０９１９９０－０．５９７．０６－７．３４４５．５５１９９１－２．２５５．１８－８．８６５０．０６１９９２－１．９３５．８０－８．８２３９．５１１９９３－１．５８５．９３－８．３４４４．３１１９９４－１．９３５．５２－８．５７３４．７６１９９５－１．３９６．２９－８．５９４１．１０１９９６－２．６９５．１３－１０．０８３９．９３１９９７－２．０４５．６７－９．０９３９．３４１９９８－１．９８５．７９－８．８５３９．６３１９９９－２．４７５．１９－９．５９３８．９１２０００－２．７９５．４２－１０．０４４０．３７２００１－２．０３５．８５－８．９５４０．０１２００２－１．１８６．９１－８．６７２５．７９２００３－２．２１５．８９－９．４３５３．６３２００４－１．５８６．１５－８．６７４０．０３２００５－１．４６６．４９－８．８６２５．６３２００６－２．７０５．２８－１０．２２３６．２３２００７－０．９５７．２９－８．５５３０．５０２００８－０．９４７．１７－８．３６３７．６４２００９－２．６３４．７５－９．３７４９．９６２０１０－２．１７５．５０－９．３４３８．９９２０１１－１．２９７．０１－８．４７３３．７８２０１２－２．５４５．３９－９．４１３９．１９２０１３－２．２４５．５５－９．０２５２．０１２０１４－１．９３６．９８－９．６１３３．５８２０１５－０．９１７．２８－８．０２４４．００２０１６－２．５３５．３９－９．６２４０．９２２０１７－１．１８６．５８－７．９７４２．５７２０１８－１．８５６．５７－９．２９３８．８５２１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５１卷２．３㊀数据处理使用Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ［２５］及小波分析的方法分别结合ＭＡＴＬＡＢ软件，探究了落叶松径向生长趋势和相位突变及落叶松径向生长在４０㊁５０㊁８０ａ３个时间尺度上的周期性变化模式㊂利用ＳＰＳＳ２２软件计算不同海拔梯度年表间的Ｐｅａｅｓｏｎ相关系数（α＝０．０５）㊂利用树木年轮学专业软件ＤｅｎｄｒｏＣｌｉｍ２００２对年表与逐月气候因子进行相关性分析；采用ＣＡＮＯＣＯ５．０软件中的冗余分析（ＲＤＡ）对月平均气温㊁月平均最高气温㊁月平均最低气温㊁降水量㊁标准化降水蒸散指数条件下树木径向生长与气候因子间的关系作进一步检测；应用Ｒ４．０．３软件中的多元逐步回归方法建立各海拔梯度落叶松树轮宽度指数与月气候因子变量的最优回归模型；利用Ｏｒｉｇｉｎ２０１８软件作图㊂３㊀结果与分析３．１㊀年表统计特征大兴安岭地区不同海拔梯度落叶松树轮宽度标准化年表统计参数见表４㊂由于建立的树轮年表前期存在样本量不足的问题，为保证年表的可靠性，以子样本信号强度（Ｓ）＞０．８５所对应树轮样芯的样本量作为最低复本量，并以此为标准，确定树轮样本的可靠年表长度㊂高㊁中㊁低３个海拔梯度年表起始年份分别为１８９９㊁１９６６㊁１９４９年㊂由表４可知，高海拔梯度年表的平均敏感度㊁标准差㊁一阶自相关系数㊁第一主成分方差解释量的值均最大，且子样本信号强度＞０．８５的起始年份也最长；中海拔梯度年表信噪比的值最大；低海拔梯度年表样本总代表性的值最大㊂表４㊀年表的统计参数及公共区间采样区平均敏感度标准差信噪比样本总代表性一阶自相关系数第一主成分方差贡献率／％子样本信号强度大于０．８５时间段低海拔０．１７６０．２２６１０．０５００．９６７０．５０６４２．７２１９４９ ２０１８年中海拔０．２４３０．２７０１９．１４８０．９５００．４３１４６．４３１９６６ ２０１８年高海拔０．２７００．３５４１４．２０００．８６１０．８０８６０．１１１８９９ ２０１８年３．２㊀气候变化年际特征大兴安岭地区自１９７３年以来平均气温㊁平均最高气温㊁平均最低气温均呈显著上升趋势（Ｐ＜０．０５），其中平均最高气温上升幅度最大，达到平均最低气温的１．５倍，标准化降水蒸散指数范围为－０．６ ０．６，下降率为０．００３（Ｐ＞０．０５，图３）㊂降水量的波动范围较小，总体呈不显著微弱上升趋势（Ｙ＝０．０６８ｘ＋１３６．８８７，Ｒ２＝０．００１，Ｐ＞０．０５），上升率为０．０６８（Ｐ＞０．０５，表５），研究区气候变暖趋势较为明显㊂３．３㊀年轮宽度指数的周期性由图２可知，高㊁中㊁低３个不同海拔梯度落叶松年轮宽度指数在２００７ ２０１１年总体变化趋势相似，均为波动较大㊂２００９年在低海拔和中海拔梯度检测出树轮宽度指数的最大值，２０１０年在高海拔梯度检测出树轮宽度指数的最大值㊂１９９０ ２０００年虽然树轮宽度指数总体变化趋势不同，但在此区间内均检测出３个海拔梯度树轮宽度指数的最小值，其中，１９９４年在高海拔梯度检测出树轮宽度指数最小值，１９９９年在中海拔梯度检测出树轮宽度指数最小值，１９９１年在低海拔梯度检测出树轮宽度指数最小值㊂Ｔ为月平均气温；Ｔｍａｘ为月最高气温；Ｔｍｉｎ为月最低气温；ＳＰＥＩ为标准化降水蒸散指数㊂图３㊀１９７３ ２０１８年研究区气候年际变化趋势表５㊀１９７３ ２０１８年气象站监测的降水量的年际变化年份降水量／ｍｍ年份降水量／ｍｍ年份降水量／ｍｍ年份降水量／ｍｍ１９７３３２．２２１９８５４１．７７１９９７３９．３４２００９４９．９６１９７４３５．２８１９８６３３．４２１９９８３９．６３２０１０３８．９９１９７５３７．３０１９８７３６．６８１９９９３８．９１２０１１３３．７８１９７６３３．１２１９８８３８．１３２０００４０．３７２０１２３９．１９１９７７４２．０２１９８９３７．０９２００１４０．０１２０１３５２．０１１９７８３８．５３１９９０４５．５５２００２２５．７９２０１４３３．５８１９７９３１．９２１９９１５０．０６２００３５３．６３２０１５４４．００１９８０４０．８６１９９２３９．５１２００４４０．０３２０１６４０．９２１９８１３４．７２１９９３４４．３１２００５２５．６３２０１７４２．５７１９８２５５．９８１９９４３４．７６２００６３６．２３２０１８３８．８５１９８３４３．２３１９９５４１．１０２００７３０．５０１９８４４２．２８１９９６３９．９３２００８３７．６４３１第１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黄敬文，等：气候变化对大兴安岭地区不同海拔落叶松径向生长的影响㊀㊀对高㊁中㊁低３个不同海拔梯度树轮宽度指数进行Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ突变检验，结果表明，在树木生长早期及２０００年之后，尽管没有精确的突变年份，但可以观察到树木年轮宽度指数显著降低或增加（图４）㊂图４㊀Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ对不同海拔梯度树轮宽度指数的检验㊀㊀大兴安岭地区落叶松的树木年轮宽度指数在不同时期及海拔梯度上也表现出显著的周期性变化㊂由图５可知，高海拔梯度第一主周期在１９３２ ２０１６年表现出４２ａ的周期变化，第二主周期在１９３０ ２０１５年表现出２８ ３０ａ的周期变化，第三主周期在１９４８ ２０１４年表现出１５ ２０ａ的周期性变化㊂６４ａ波动第一主周期㊁４２ａ波动第二主周期㊁２６ａ波动第三主周期均较平稳且规律㊂中海拔梯度第一主周期在１９８２ ２００７年表现出２５ａ的周期变化，第二主周期在１９７９ ２０１０年表现出１４ １５ａ的周期性变化，第三主周期在１９８５ ２０１１年表现出４ ５ａ的周期性变化，３９ａ波动第一主周期㊁２３ａ波动第二主周期较平稳且规律，２３ａ波动第二主周期㊁６ａ波动第三主周期在１９９６年前均比较平稳且规律，１９９６年后呈现出２３ａ向６ａ逐渐过渡的趋势㊂低海拔梯度第一主周期在１９６８ ２０１２年表现出１５ａ的周期变化，第二主周期在１９８０ ２０１６年表现出６ ８ａ的周期性变化，２３ａ波动第一主周期㊁１０ａ波动第二主周期在１９９１年前均较平稳且规律，在１９９１年后呈现２３ａ向１０ａ逐渐过渡且重合的趋势㊂３．４㊀年轮宽度指数与气候因子的关系大兴安岭地区落叶松生长季为６月初 ８月中旬［２６］㊂由于树木生长不仅受到当年气候的影响，还受前一年气候的影响，所以根据落叶松在研究区域内的生长特性，选取上一年６月到当年１０月（共计１７个月）的气候数据，分析１９７３ ２０１８年落叶松径向生长与气候的关系［２７］㊂由于气候因子对树木生长的影响具有累积和长期效应，为进一步分析树木生长与生长季气候因子的关系，将生长季划分为上一年生长季（上一年６ ８月）㊁上一年生长季后秋冬季（上一年９月 当年２月）㊁当年生长季前（当年４ ５月）㊁当年生长季（当年６ ８月）㊁当年生长季后（当年９ １０月）㊂３．４．１㊀年轮宽度指数与单月气候因子的相关性不同海拔落叶松标准化年表与逐月气候因子相关性分析表明，落叶松径向生长受温度和降水的共同影响（表６）㊂低海拔梯度落叶松径向生长与当年１０月份月最高气温呈极显著负相关（Ｐ＜０．０１），与上一年９月份降水量及标准化降水蒸散指数㊁当年１０月份标准化降水蒸散指数呈显著正相关（Ｐ＜０．０５）㊂中海拔梯度落叶松径向生长与上一年９月份月均气温㊁月最高气温及当年６㊁７㊁９月份月最高气温呈显著负相关（Ｐ＜０．０５），与上一年８㊁９月份标准化降水蒸散指数㊁当年６月份降水量及标准化降水蒸散指数呈显著正相关（Ｐ＜０．０５）㊂高海拔梯度落叶松径向生长与上一年８月份㊁当年５月份月最高气温呈显著正相关（Ｐ＜０．０５），与当年５月份月均气温呈极显著正相关（Ｐ＜０．０１），与上一年６㊁８月份及当年５㊁６㊁８月份月最低气温呈显著正相关（Ｐ＜０．０５）㊂３．４．２㊀年轮宽度指数与季节气候因子的相关性分析不同海拔落叶松标准化年表与生长季气候因子相关分析表明，低海拔梯度落叶松径向生长与当年生长季后月平均气温呈显著负相关（Ｐ＜０．０５），与月最高气温呈极显著负相关（Ｐ＜０．０１），与上一年生长季后秋冬季降水量㊁当年生长季后降水量呈显著正相关（Ｐ＜０．０５），与当年生长季后标准化降水蒸散指数呈极显著正相关（Ｐ＜０．０１）㊂中海拔梯度落叶松径向生长与上一年生长季后秋冬季㊁当年生长季后月最高气温呈显著负相关（Ｐ＜０．０５），与当年生长季月最高气温呈极显著负相关（Ｐ＜０．０１），与上一年生长季后秋冬季㊁当年生长季降水量及标准化降水蒸散指数呈显著正相关（Ｐ＜０．０５）㊂高海拔梯度落叶松径向生长与上一年生长季月平均气温㊁月最高气温呈显著正相关（Ｐ＜０．０５），与当年生长季前月最高气温㊁当年生长季月平均气温呈显著正相关（Ｐ＜０．０５），与上一年生长季月最低气温㊁当年生长季月最低气温呈极显著正相关（Ｐ＜０．０１，表７）㊂３．５㊀年轮指数与气候因子的冗余分析在所选择的８５个气候变量中，有８个气候变量对落叶松径向生长的影响达到显著或极显著水平４１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５１卷（图６）㊂上一年６月份月最低气温对树木生长贡献率最大，与高海拔梯度落叶松标准化年表呈显著正相关，与中海拔㊁低海拔梯度的相关性不显著㊂当年６月份标准化降水蒸散指数对树木生长贡献率次之，与中海拔梯度标准化年表呈显著正相关（Ｐ＜０．０５），与高海拔㊁低海拔梯度的呈不显著负相关㊂上一年８月份标准化降水蒸散指数与中海拔梯度标准化年表呈显著正相关（Ｐ＜０．０５），与低海拔㊁高海拔梯度的相关性不显著㊂上一年９月份标准化降水蒸散指数与低海拔㊁中海拔梯度标准年表呈显著正相关（Ｐ＜０．０５），与高海拔梯度的相关性不显著㊂当年１０月份月最高气温与低海拔梯度落叶松标准化年表呈极显著负相关（Ｐ＜０．０１），与中海拔㊁高海拔梯度的相关性不显著㊂当年５月份月最高气温㊁当年６月份月最低气温与高海拔梯度落叶松标准化年表呈显著正相关（Ｐ＜０．０５），与中海拔㊁低海拔梯度的相关性不显著㊂当年６月份月最高气温与中海拔梯度落叶松标准化年表呈显著负相关（Ｐ＜０．０５），与低海拔㊁高海拔梯度的相关性不显著㊂冗余分析结果表明，大兴安岭地区不同海拔落叶松径向生长主要受温度㊁降水共同作用下标准化降水蒸散指数的影响㊂图５㊀不同海拔梯度树木年轮宽度指数的真实部分小波系数等高线图５１第１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黄敬文，等：气候变化对大兴安岭地区不同海拔落叶松径向生长的影响表６㊀标准化年表与单月气候因子的相关系数相关因素各相关因素间的相关系数上一年６月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数上一年７月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数上一年８月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数低海拔落叶松径向生长０．０９４０．０７６０．０５５－０．２２８－０．１９４０．１２８０．２２９－０．０２４－０．０７６－０．０９６－０．００３０．１４１－０．１９１－０．００８－０．０３９中海拔落叶松径向生长０．１０６０．０９８０．０４７－０．１０２－０．１１５－０．１７９－０．０９２－０．２０４０．０１１０．０４７－０．１１６－０．１４８－０．１２９０．２３３０．２７２∗高海拔落叶松径向生长０．２９００．２１００．３７３∗－０．１２３－０．１７９０．２４１０．２６００．１９１０．０８８０．０５６０．２８０∗０．２３８∗０．２８２∗０．０２４－０．０５３相关因素各相关因素间的相关系数上一年９月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数上一年１０月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数上一年１１月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数低海拔落叶松径向生长－０．００２－０．０８４－０．００５０．２８１∗０．２６５∗－０．１６２－０．１７５－０．１１３０．１２３０．０６２－０．０５１－０．００９－０．１１２０．０６６０．１３２中海拔落叶松径向生长－０．３０７∗－０．３５２∗－０．０７００．１５７０．２７８∗－０．０３２－０．０１１－０．００７０．１７９０．０６０－０．１０１－０．１８１－０．０９７０．１４４０．１４３高海拔落叶松径向生长０．１２９０．１３３０．１２００．０１９０．００３０．０１２－０．０３６０．１４００．０９６０．０３２－０．１０１－０．１８１－０．０９７０．１４４０．１４３相关因素各相关因素间的相关系数上一年１２月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数当年１１月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数当年２月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数低海拔落叶松径向生长－０．０３８－０．０３１－０．０５５－０．１１５－０．１１００．０３００．００１０．０１３０．０２８－０．１４６－０．２１１－０．１６２－０．２２０－０．０３５－０．０８９中海拔落叶松径向生长－０．０７１－０．１７４－０．０３１０．１９４０．１９８－０．０８５－０．１１９－０．０５５０．０１００．０３２－０．２０１－０．２７６－０．２４７０．１７６０．１５９高海拔落叶松径向生长０．０１６０．０２５０．０７７０．０３８－０．００８０．０９４０．２３６０．０９１－０．２０３－０．１９０－０．２１６－０．１２６－０．１０４０．０８６０．０２６相关因素各相关因素间的相关系数当年３月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数当年４月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数当年５月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数低海拔落叶松径向生长－０．１９１－０．１７９－０．１８７－０．０７９－０．０８１０．０９１０．１３０－０．０４０－０．０９１－０．１５００．１０００．０１４０．１２００．０９７０．０７０中海拔落叶松径向生长－０．２６５－０．２５３－０．２５６－０．００８０．００１０．１５４０．１５３０．１６７－０．１２７－０．１９３０．１７２０．１２４０．１７２０．０５６０．０３５高海拔落叶松径向生长－０．０２３０．００４－０．０９１－０．１９０－０．２０５０．１１１０．１５７－０．０８１－０．１４７－０．２４１０．３８２∗∗０．３６１∗０．３２２∗０．２３００．０３９相关因素各相关因素间的相关系数当年６月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数当年７月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数当年８月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数低海拔落叶松径向生长－０．０２３－０．０１４－０．０５５－０．１３７－０．１０１－０．１５９－０．０８６－０．１６９０．０５５０．０７９－０．０９５－０．１２２－０．０１５０．１６２０．１７７中海拔落叶松径向生长－０．２７９－０．３７４∗０．０２８０．３１７∗０．３４２∗－０．２３０－０．３２７∗－０．０１００．０３２０．０７３－０．００５－０．１３７０．１０５０．１７４０．１５３高海拔落叶松径向生长０．２７５０．１９５０．３４５∗－０．２０６－０．２３１０．１３９０．１１００．１５７０．１９８０．１６５０．２３２０．１３８０．３３９∗０．１２１０．０５２相关因素各相关因素间的相关系数当年９月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数当年１０月份月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数低海拔落叶松径向生长－０．１３１－０．２３３－０．１２７０．２１２０．２５２－０．２７９－０．４００∗∗－０．１４７０．２８６０．３１８∗中海拔落叶松径向生长－０．１８２－０．２９５∗０．０１９－０．０１７０．０３３－０．０５７－０．１３６－０．０３４－０．１０７－０．０２７高海拔落叶松径向生长０．１２８０．１８７０．０７０－０．０３７－０．０８４－０．１１６－０．１２４－０．０３６０．０２５０．０１４㊀㊀注：∗表示显著相关（Ｐ＜０．０５）；∗∗表示极显著相关（Ｐ＜０．０１）㊂３．６㊀落叶松年轮宽度指数与气候因子关系模拟落叶松径向生长与气候因子的相关分析及冗余分析结果表明，大兴安岭地区落叶松径向生长与气侯因子紧密相关㊂因此，本研究采用多元逐步回归方法建立大兴安岭地区不同海拔梯度落叶松年轮宽度指数与８５个气侯因子的最优多元回归模型来描述不同海拔梯度落叶松径向生长与气候因子的关系㊂由表８可知，不同海拔梯度落叶松年轮宽度指数与气侯因子最优回归模型的相关系数普遍较高，在高海拔㊁中海拔㊁低海拔３个海拔梯度的模型中，相关系数分别为０．７２３㊁０．３３９㊁０．３１３，这说明拟合效果较好且检验结果相关性高（图７）㊂在中海拔和低６１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５１卷海拔梯度，落叶松径向生长受月最高气温㊁标准化降水蒸散指数值２种气侯因子的影响；在高海拔梯度上，落叶松径向生长受月最高气温㊁月最低气温㊁标准化降水蒸散指数值３种气侯因子影响㊂其中，在低海拔梯度时，上一年９月份标准化降水蒸散指数值对模型拟合贡献最大，系数为０．４４０４１；在中海拔梯度，上一年８月份标准化降水蒸散指数值对模型拟合贡献最大，系数为０．１１２５５；在高海拔梯度，上一年６月份月最低气温对模型拟合贡献最大，系数为０．１９４２８㊂在不考虑气候因子的影响条件下，大兴安岭地区不同海拔梯度落叶松径向生长由快到慢依次为中海拔梯度㊁低海拔梯度㊁高海拔梯度，年轮宽度指数分别为２．２５㊁１．９４㊁－４．８３㊂表７㊀标准化年表与季节性气候因子的相关系数相关因素各相关因素间的相关系数上一年生长季月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数上一年生长季后月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数当年生长季前月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数低海拔落叶松径向生长０．０４８０．０６４－０．０１６－０．３２６∗－０．２９７∗０．０９５０．１８１－０．０９０－０．１６３－０．１８５－０．１３１－０．１２６－０．１３４０．２８３∗０．０４６中海拔落叶松径向生长－０．２２２－０．１９２－０．２４６－０．３５６∗－０．１４４－０．０６１－０．０４２－０．１３６０．０８６０．２１８－０．２０７－０．３０９∗－０．１５９０．２８８∗０．３０６∗高海拔落叶松径向生长０．２５６０．２６７０．１１００．０７７－０．１７００．３４６∗０．２９３∗０．３９２∗∗０．０２４－０．０８６０．００２０．０７８０．１０９０．００５－０．０８３相关因素各相关因素间的相关系数当年生长季月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数当年生长季后月平均气温月最高气温月最低气温降水量标准化降水蒸散指数低海拔落叶松径向生长－０．１０５－０．０９２㊀－０．１０２㊀０．０６４０．０９３－０．３０７∗－０．４３９∗∗－０．０７１０．３３２∗０．４１２∗∗中海拔落叶松径向生长－０．２４２－０．３８８∗∗０．０５８０．３００∗０．３４６∗－０．１５５－０．２８４∗－０．０１８－０．０６５０．００５高海拔落叶松径向生长０．３０８∗０．２１４０．４１４∗∗０．０９７－０．０１７０．０２５０．０１６０．１７１－０．０１７－０．０４１㊀㊀注：∗表示显著相关（Ｐ＜０．０５）；∗∗表示极显著相关（Ｐ＜０．０１）㊂ａ为当年５月份月最高气温；ｂ为当年６月份月最高气温；ｃ为当年１０月份月最高气温；ｄ为上一年６月份月最低气温；ｅ为当年６月份月最低气温；ｆ为当年６月标准化降水蒸散指数；ｇ为上一年８月标准化降水蒸散指数；ｈ为上一年９月标准化降水蒸散指数；Ｌ为低海拔地区；Ｍ为中海拔地区；Ｈ为高海拔地区㊂图６㊀１９７３—２０１８年不同海拔落叶松树轮宽度标准年表与气候因子的冗余分析４㊀讨论４．１㊀气候变化对年轮宽度指数周期的影响根据研究区气候年际变化趋势可以看出，大兴安岭地区气候变暖现象较为明显，与东北地区整体气候变化一致［２８］㊂随着该地区气候变暖趋势的增强及受影响区域的扩大，未来该地区面临遭受更广泛㊁严重的干旱影响，如出现树木死亡率升高㊁森林退化［２９－３０］等问题㊂近年来，中国北方防护林树木广泛减少及死亡［３１］㊂由于温度引起的干旱胁迫，导致美国北部大部分地区阿拉斯加白云杉（Ｗｈｉｔｅｓｐｒｕｃｅ）生长减少［３２］㊂目前，大兴安岭地区气候变暖和干旱胁迫增强会影响落叶松生长，威胁其优势树种的地位㊂图７㊀树轮宽度实测值与模拟值的比较７１第１１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黄敬文，等：气候变化对大兴安岭地区不同海拔落叶松径向生长的影响。
小兴安岭阔叶红松(Pinus koraiensis)林种子雨的时空动态
小兴安岭阔叶红松(Pinus koraiensis)林种子雨的时空动态刘双;金光泽【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2008(28)11【摘要】研究种子散布的时空动态对于揭示群落更新机制和植被斑块分布格局具有重要意义.于2005～2007年在凉水自然保护区的9hm2阔叶红松林永久样地的中心地带(150m×150m), 设置287～319个种子接收器(面积为0.5m2,网口位于离地面1m处),定期收集并鉴定其中的种子.结果表明: (1)乔木树种的种子雨强度在不同的年份间存在差异,由2005年到2007年逐年递减(分别为(864.2±1084.3)粒·m-2、(300.9±349.4)粒·m-2和(144.8±195.5)粒·m-2).11个树种均表现出了年际间的差异,一些树种如水曲柳、糠椴、白桦、红皮云杉、冷杉在某一年份结实量很小或几乎不结实,而红松受人为干扰较大.(2)种子散布存在明显的季节变化,从5月份到11月份均收集到了各树种的种子,且种子雨在10月达到高峰,11月中旬基本结束,但不同的树种的时间变化形式不同.高峰期,种子雨以完整种子为主;而在这之前的种子雨主要以未成熟种子为主.(3)种子雨的构成在各年份间保持稳定.(4)变异函数分析表明,在不同的年份种子雨空间异质性不同,而空间异质性与种子雨强度呈正相关.【总页数】10页(P5731-5740)【作者】刘双;金光泽【作者单位】东北林业大学,哈尔滨150040;东北林业大学,哈尔滨150040【正文语种】中文【中图分类】Q948【相关文献】1.小兴安岭丰林自然保护区阔叶红松林红松天然更新研究 [J], 李昕;徐振邦2.地形对小兴安岭阔叶红松(Pinus koraiensis)林粗木质残体分布的影响 [J], 刘妍妍;金光泽3.长白山阔叶红松(Pinus koraiensis)林种子雨组成及其季节动态 [J], 张健;郝占庆;李步杭;叶吉;王绪高;姚晓琳4.长白山原始阔叶红松(Pinus koraiensis)林及其次生林细根生物量与垂直分布特征 [J], 杨丽韫;罗天祥;吴松涛5.小兴安岭原始阔叶红松林与枫桦次生林土壤呼吸及其各组分特征的比较研究 [J], 耿兆鹏;毛子军;黄唯;韩营营因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
小兴安岭林区新能源树种竹柳的耐寒性测定
小兴安岭林区新能源树种竹柳的耐寒性测定
李妍;李金禹;张巍
【期刊名称】《森林工程》
【年(卷),期】2018(034)005
【摘要】相对电导率可作为一项重要指标评价植物的抗寒性.为评价引进的新兴能源树种竹柳"5号"品种在小兴安岭伊春林区的抗寒性和适应性,对竹柳的电导率、含水量及生物量指标进行测定.结果表明:竹柳枝条电导率数值随月平均温度发生变化,两指标高度相关;竹柳含水量没有随月平均温度发生明显变化.而干物质量表现出随月平均温度而降低的梯度变化.说明竹柳在小兴安岭林区具有一定抗寒性,但这一性状是否可以完全适应伊春林区的气候条件还应进一步观察确定.
【总页数】4页(P27-30)
【作者】李妍;李金禹;张巍
【作者单位】伊春林业科学院,黑龙江伊春 153000;伊春林业科学院,黑龙江伊春153000;伊春林业科学院,黑龙江伊春 153000
【正文语种】中文
【中图分类】S792.12
【相关文献】
1.小兴安岭主要乔木树种燃烧速度测定分析 [J], 李艳芹;孟昭虹;王忠良;乔权;王雪娇
2.小兴安岭林区红松不同家系子代生活力与出苗率测定 [J], 孙浩然;孟庆彬;张巍
3.武威12个外来优良园林树种耐寒性测定 [J], 于柱英;冯祥元;季立荣;任学花;张生伟
4.对国有林区停伐后扶持政策的研究--以小兴安岭伊春林区为例 [J], 马明芹;王明义;黄清
5.5份桉树种质耐寒性指标的测定及其评价 [J], 王珺;李晔;张晓勉;高智慧;郭亮;岳春雷;李贺鹏
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1961-2003年黑龙江省主要树种的生态地理分布变化
１６ － ０ ３ ９ １ ２ ０ 年黑龙江 省 主要树 种 的生态地理分布变化
刘 丹 ，那继海 。 ，杜春英 。 ，张剑侠 。
（ 东北 林 业 大 学 ，哈 尔滨 １ ０ ４ ； １ ００ ５
２ ． 江省 气 象科 学研 究所 ，哈 尔滨 １０ ５ ） 黑龙 ００ ５
摘 要 ：利用桑斯维特 （ｈ ｎｈ ａ ｅ Ｔ ｏｔｗ ｉ ）的气候分类法和半峰宽 （ＷＨ）计算法 ，采用 Ｋ ｉｉ ｔ Ｐ ｒｎ ｇ ｇ方法和地理信息 系统 （ Ｉ ） Ｇ Ｓ 等技术， 探讨了黑龙江省 １６— ０ ３ ９ １ ２ ０ 年间气候变化对生态地理区域界限及当地森林主要树种分布的影响 。 结果表明 ： 在气 温升高的背景下， 黑龙江省温带与暖温带的热量界限向北撤并东移 ， 寒温带与温带的热量界限贝 大幅度北撤 。 ０ 同时， 分布 于大兴安岭的兴安落叶松、 小兴安岭及东部 山地的云冷杉和红松等树种的可能分布范 围和最适分布范 围均发生 了北移。 其
变化 对该 省森林 植被地 理分 布的影 响 ，以 期为该 省
系和 蒙古植物 区系 …。近 些年来 ，随着 全球 气候变
化研究 的深 入 ， 国内外地 理学界开展 了新 一轮的有关
森林植被 的生态气候学研究 ，取得 了很 多成果 ［ 。 ２ ］ 目前 的研究一 致认 为 ，高 纬 度地 区的增温幅 度远 比 低纬 度地 区的增 温幅 度大 Ｉ，同时 ，气候变化 对北 ｓ ］
２ 结果与分析
２１ 气 温变 化趋势 分析 。 黑 龙江省 处在 由暖温 带 向寒 温带 、 由湿润 区 向 半 干旱 区过渡 的地带 ，该 区季风 气候特征 明显 ，大 陆性气 候特征 突 出 ，气候 时空差 异显著 。为 了更好 地 研究 黑龙江 省气温 变化趋 势 ，采用 多项 式拟 合方 法 （ ． ７ ） 全省 １６－ ０ ３ 气温 距平 的时 Ｒ ＝０６ ８ 对 ８ ９ １２０年 间序 列进 行分析 （ １。由 图 １ 见 ，４ 来 全省 图 ） 可 ３ ａ 平 均升温 ０８ ℃ ，但增 温趋 势不连续 ，而 是分 段变 ．８ 化 ，前 后有 明显 的差别 。从 ２ 世纪 ６ ０ ０年代 到 ８ 年 ０ 代后 期为 较长 的偏冷期 ，负距平 年 占 ７％ 以上 。此 ０ 时 段 内７ 年代初 气温 最低 ， ０ 之后冷 期振幅 逐年减 小 ， 并 逐渐 升温 。到 ９ ０年代 ，气温 距平 开始转 为正值 ， 至今 仍 为持续偏 暖时期 ， 时期全部 为正 距平年份 ， 该 相 对高温 的状态 已趋稳 定 。这样 的趋势变 化和其 他 学者 的研 究结果 基本 吻合 ，一些小 的差 别 （ 如趋 势 转变 的年份 不 同等 ）可能是 由于使 用的资料 长度 和 空 间范 围的差异 或数 据处 理方法 不 同造成 的 ［１ １。 ４
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第!!卷!第"#期!!!!!!!!!!!!光谱学与光谱分析$%&'!!!(%'"#!))!!/!,!!/-
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小兴安岭主要树种冠层光谱季相变化研究徐光彩庞!勇"李增元赵凯瑞刘鲁霞中国林业科学研究院资源信息研究所!北京!"///+"
摘!要!森林每年随季节变化而出现形态和生理机能的规律性变化!该变化在一定程度通过其光谱特征有规律地展现"准确地掌握森林冠层光谱特征随季节变化的规律不仅是遥感解译的关键!也为树种识别%动态监测和生化参数反演提供理论基础"利用地物光谱仪对研究区+个主要树种的冠层光谱数据进行长期观测!获取了春夏秋冬四个季节的反射光谱曲线并生成一阶导数曲线!同时还计算了常用的植被特征参数!进而分析不同树种在相同季相和不同季相的光谱特征!对比不同树种在可见光和近红外波段的季相变化特征和差异!探索遥感手段用于树种分类识别的最佳波段%最佳时相"结果表明&不同树种在各生长季光谱具有独特的特征!落叶树种光谱特征因季节的改变而呈现有规律的变化!而常绿树种光谱特征年变化不明显"光谱特征的变化有效地反应了物候的变化!应用多季相的数据进行分类可以取得最好的效果!常绿树种和落叶树种光谱特征在冬季差异明显!而夏季是采用单季相遥感数据进行树种识别的最佳时节"
关键词!森林冠层(光谱分析(多季相中图分类号BV-+!!文献标识码:!!!()*"/'!+*.M';558'"///,/C+!#/"!"#,!!/!,/C
!收稿日期#/"!,/!,/.修订日期#/"!,/*,"?
!基金项目国家高技术研究发展计划项目##/"#::"#:!/*$和国家自然科学基金项目#."/-"#-#$资助
!作者简介徐光彩!"+?#年生!中国林业科学研究院博士研究生!!1,=7;&&NOPO78P27;6O78!"#*'2%="通讯联系人!!1,=7;&&27T')78P!P=7;&'2%=
引!言!!高光谱遥感在森林类型精细分类%生化参数反演%森林变化检测等方面占有重要的地位)"*"树木的结构特征%色素含量%水分等控制着其特殊的光谱响应!树木在生长发育的不同阶段!从内部成分结构到外部形态特征均会发生一系列周期性的变化!称为森林季相节律)#*"森林季相节律从林木细胞的微观结构到宏观结构均会有所反映!从而表现为光学特性发生相应的周期变化)!*!因此可以利用长期的遥感数据获取森林及其变化的信息和进行森林理化参数反演!这也为植被物候观测提供了独特的视角).,**"充分认识森林的变化特性与地面光谱间的关系有利于选择有效时段的遥感数据!提高目标的识别能力和应用效果"基于实测冠层光谱特征的研究多见于高度相对较低草原%水稻%小麦等)-,+*!森林冠层反射光谱受到林木高度%设备自身因素的影响!获取较为困难!且数据获取多在夏季进行!很少进行长期观测!难以反映森林冠层光谱的季相变化特征"本工作选取凉水自然保护区的主要树种为研究对象!借助:0研究区为黑龙江省凉水自然保护区!主要保护对象为红松针阔叶混交林生态系统"区内森林类型多样!具有处于演替顶级状态的红松林%兴安落叶松和处于不同演替阶段的次生林!同时还有红松%落叶松%红皮云杉等树种的人工林!几乎囊括了小兴安岭的主要的森林类型"选取了研究区的+
个主要树种分别为&红松%兴安落叶松%榆树%杨树%白桦%毛赤杨%樟子松%红皮云杉%柳树!同时由于光谱仪光纤长度的限制!选择的树种高度最高为"/'C="+,&!
数据采集
光谱测量采用美国:0仪"使用"/=加长光纤!配合可伸缩的塔尺和三角架进行野外观测!光谱测量时间选择北京时间"/#"#点进行!垂直向下测量!同时对测量的位置进行了标记!以保证每次观测高度和角度的一致性"冠层测量每个点记录"/个采样光谱"#/"#年光谱测量分为三个阶段&第一阶段.月"C日,*月?日!为落叶树种萌芽到展叶期(第二阶段?月"+日,?月#*日!此时落叶树种展叶完全!结构特征稳定(第三阶段为+月#!日,+月#*日!落叶树叶片开始变黄凋落"光谱测量的三个阶段基本包含了整个物候期!第一阶段为冬季和春季!第二阶段为夏季!第三阶段为秋季"+,/!数据预处理将冠层每个点记录的"/个数据去掉异常曲线后将其平均值作为该树冠的光谱反射率值"采用了光谱数据处理中较为常用的07_;3QR6,F&%76滤波器)"/*对数据进行了平滑处理!既去除了噪声!还保存了光谱的总体趋势"大气中水汽对波谱曲线形状影响也十分严重!导致光谱变化异常!延长线的影响!使短波红外的噪声较大!在分析具体数据的基础上!选择了!C/#"!./8=波段用于分析"此外还计算了一阶微分曲线和常用的特征参数如蓝谷%绿峰%红谷%红边等"
#!
结果与讨论
&,+!
不同季相光谱特征分析
+个树种可以分为两类!常绿树种和落叶树种"图"显示了两个比较典型的树种)红皮云杉图"#7$!白桦图"#>$*在不同测量时间的反射光谱曲线及一阶导数曲线"
-12,+!)4121?96<9?5H=CH8<:496:D8714C:>841;9:1;8!!常绿树种不同季相获取的反射光谱曲线具有相似的特征"在可见光波段叶绿素的吸收作用占主导地位!.C/和*-/8=附近有两个明显的吸收谷!CC/8=附近有一个反射率"/U左右的反射峰!也就是蓝谷%红谷和绿峰现象"*?/#-C/8=波段反射率急剧增高!形成红边现象"-C/#"!./8=的近红外波段有一个近似三个波状起伏的高反射率区!可达./U以上"同一树种不同季节的反射率差别较小!一阶微分曲线也十分吻合)图"#7$*"常绿树种年周期变化不明显!新老叶片交替通常需要数年时间完成!冠层结构变化较小!不同季节光谱特征较为稳定"常绿树种间部分光谱特征差异也相对固定!如-C/#+-/8=波段反射率大小%红边位置%红边振幅%红边峰值面积!但在可见光波段的光谱差异随季相的变化而产生一定的波动"落叶松和阔叶树种的冠层光谱变化总体趋势一致!只是不同树种萌芽%展叶等物候期起始结束时间%生长速度等不同导致冠层光谱特征的变化在时间上的不一致"落叶树光谱随季节变化的一般特征如图"#>$所示"可见光波段主要受叶绿素含量的影响"CC/8=处的反射率不同季节变化较小!绿峰的出现与消失主要是由于.C/
和*-/8=的反射率升高与降低形成的"发芽前.C/#*-/8=
之间并没有出现明显的两谷一峰现象!发芽后叶绿素在这个波段范围的影响逐渐开始显现!两个吸收谷逐渐出现!CC/
8=处的反射峰也逐渐明显"+月叶片变黄!叶绿素含量下降!.C/和*-/8=附近波谷处的反射率开始升高!两谷一峰现象开始消失"在整个测量过程中红谷处的反射率变化较为明显!出现小叶片后红谷处的反射率都要低于绿峰波段处!二者比值可以用于落叶树种休眠期#大于"$%萌芽期#接近于"$%展叶期#小于"$的判定"红光波段*-/#-C/8=间!休眠期和展叶前期反射率并没有急剧增加!一阶微分曲线上的波峰也较小!无红边现象"随着叶片大小和数量的增加及叶绿素含量的变化!反射率差距逐渐增大!微分曲线上的波峰更加明显!出现红边现象!而到了秋季则出现相反的特征"整个观测季节!红边位置在生长期内向长波位置偏移!落叶期红边向短波位置回
./!!光谱学与光谱分析!!!!!!!!!!!!!!!!!!!第!!卷落近红外波段反射率都要高于可见光波段变化波动最大这主要是由于林木在近红外波段光谱特性受叶子内部构造X:G等因素的综合影响造成的而落叶树种的叶片往往在较短的时间内就可以发生剧烈的变化萌芽时整个波段的反射率略微下降小叶片出现后反射率开始逐渐增大随着叶片数量和大小变化多次的反射和透射产生了更高的反射率直至展叶完全形成一个相对稳定的高反射峰+*/和"#//8=等波长附近水或氧的窄吸收带作用具有波状起伏的特点而秋季的来临叶片的变黄凋落则会导致反射率相应的降低&,&!
同季相光谱特征分析
图#7为.月下旬的反射光谱及微分曲线进行光谱测量时落叶树种处于休眠期物候期上可认为是冬季光谱主要受枝干和部分背景反射率的影响无绿峰和红边效应近红外波段的反射率较低与常绿树种差异明显落叶松在可见光和近红外反射率均明显的高于阔叶树可能与落叶松枝干密集受背景影响较小有关而阔叶落叶树种光谱曲线和各波段反射率都较为接近不适合阔叶落叶树种的细分常绿树种的反射光谱整体趋势一致但在细节上存在差异如
-12,&!O5@H94:15?57:D8@I6:1"C89C5?96<9?5H=48768<:9?<89?>:D8714C:>841;9:1;8XFX74;NP=1&;8;;SVS13O&7)&736)J6&&7V:V;217R%47;185;5VaV;8O5R%47;185;5EVE&=O5)4%);8PhO7V<V%)O&O597_;9;787:W:&8O5J;45O31@G@;&&%^V0V;8O556&_1534;5
C/!!第"#期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!光谱学与光谱分析