喀斯特地貌地區樹木徑向生長對氣候的影響

雲貴地區森林由於其特殊的氣候和自然環境，可能會對溫度升高和乾旱特別敏感。這一地區存在大面積的喀斯特地貌，並且石漠化嚴重，使得這一地區森林在暖幹化背景下可能更容易受到乾旱的影響。

特別是近些年來這一區域極端乾旱頻繁發生，已經對森林產生了嚴重的影響，包括大面積的森林樹木死亡現象。另外，雖然這一地區降水充足，但乾溼季分明的氣候特點使得這一區域森林在乾季會不同程度地受到乾旱的影響，乾旱所引發的滯後效應使得雨季充足的降水可能難以彌補前期乾旱對生長的抑制作用。

從整體上來看，變暖所引起的乾季乾旱面積擴大可能會使得越來越多的森林受到乾旱的影響從而引發系統性的森林結構和生產力的變化；從空間來看，極端乾旱事件頻率和程度增加（Dai，2013）會對那些本來不耐旱的物種產生嚴重的影響進而嚴重威脅許多物種生存。

因此，定量計算森林對乾旱敏感性的空間格局以及森林如何響應氣候變化對於指示不同物種不同區域森林如何適應未來氣候變化具有潛在的指示意義。透過研究雲貴地區樹輪-乾旱響應與水分梯度的關係，發現乾季空間氣候模式主導區域森林對乾旱的敏感性。

徑向生長對乾旱敏感性（由乾季降水量、乾旱指數、溼潤日數、雲量等各表徵乾旱程度的氣候要素於徑向生長與的相關係數表示）與氣候要素的線性迴歸分析結果顯示：乾季氣候越幹，樹木對乾旱越敏感，乾旱變化能夠解釋乾旱敏感性47%-72%的變化，指示雲貴地區空間上的水分梯度變化主導了森林對乾旱的敏感性變化。

從區域來看，雲貴中西部地區森林對乾旱較為敏感，而東部地區森林對乾旱較不敏感。研究結果指示雲貴地區是亞熱帶森林受溫度限制向受水分限制轉變的過渡地區。在雲貴高原西部區域，冬春溫度升高對樹木生長產生負面影響，而在東部區域，樹木生長主要受益於冬春季較高的溫度。這種差異可能與大尺度的氣候模式相關。

我國南方地區存在巨大的氣候梯度，東部沿海地區幾乎全年都有充足的降水，降水季節差異較小，而西部地區則乾溼季分明，旱季乾旱程度自東向西增強。

因此，在乾旱脅迫較弱的中國南方東部地區，降水充足但冬春季由於受冬季風影響而溫度較低，低溫對樹木生長產生了限制作用，而自東向西，隨著氣候變幹，溫度增加，乾旱限制逐漸取代溫度限制。

透過量化這一梯度，我們發現，當溫度不變時，降水每減少100mm，徑向生長對乾旱敏感性係數增加0。08，對應當降水不變時，溫度則需要增加6。25℃之多。這意味著空間上森林對乾旱敏感性的變化主要受到水分變化的影響而對溫度變化敏感性較弱。然而，這一大規模的樹木生長-氣候響應模式可能會隨著全球氣候變化而改變。

對於亞熱帶地區東部受冬春季溫度限制的森林來說，若氣溫升高超過一定閾值，則進一步增溫的負面影響可能會抵消冬、春季增溫對東部和東南部樹木生長的正面影響。另外，溫度的升高可能會透過延長旱季長度和強度從而使得亞熱帶地區西部對乾旱敏感的森林產生更嚴重的負面影響。

喀斯特森林由於其特殊的立地條件，往往對氣候變化更敏感。雲貴地區擁有我國乃至世界上最大的喀斯特森林植被，這裡我們透過對比相似氣候條件下喀斯特地貌和非喀斯特地貌地區樹木徑向生長對氣候響應的異同，探討氣候變化對喀斯特地貌森林植被可能產生的影響及其所指示的生態環境變化資訊。

為區域生態環境保護與森林經營發展提供科學指導與理論支援。喀斯特地區樹木與非喀斯特地區樹木寬度統計引數存在顯著差異，喀斯特地區樹木缺輪率、平均敏感度、序列間相關係數均顯著高於非喀斯特地區，而樹木平均輪寬和標準差則要顯著低於非喀斯特地區。

喀斯特地區樹木平均缺輪率為0。72%，是非喀斯特地區樹木（0。33%）的2倍以上，說明喀斯特地區樹木可能更脆弱；喀斯特地區樹木平均敏感度為0。4，顯著高於非喀斯特地區（0。34），指示喀斯特地區樹木可能對環境要素的變化更為敏感；喀斯特地區樹木序列間相關係數為0。57，顯著高於非喀斯特地區（0。48）。

喀斯特地區樹木輪寬標準差為0。67，顯著低於非喀斯特地區（1。03），說明前者樹木間生長較為一致；喀斯特樹木平均輪寬為1。05毫米，顯著低於非喀斯特地區（1。8毫米），說明喀斯特地區樹木生長較為緩慢，這可能與其較為缺水的環境特徵有關。

總的來說，喀斯特樹木生長速率顯著低於非喀斯特地區，而更高的缺輪率，平均敏感度以及序列間相關係數則指示著喀斯特森林樹木可能對環境變化更敏感，更脆弱。雖然喀斯特森林與非喀斯特森林地理分佈存在一定差異，即喀斯特森林多集中於南部地區而非喀斯特森林多分佈於中部、北部地區。

但喀斯特地區與非喀斯特地區有著相似的氣候條件，說明氣候差異顯然不是造成喀斯特森林對乾旱更敏感的主要因素。同時，喀斯特森林與非喀斯特森林存在一定海拔差異，喀斯特森林樣點平均海拔較非喀斯特森林低200米左右。

低海拔樹木由於溫度更高生長環境更為乾旱因而可能會對乾旱更敏感，以雲貴地區東部和中部基於海拔梯度的響應分析結果為參考，海拔每降低100米，徑向生長對乾旱敏感性增加0。04-0。07，然而喀斯特森林對乾旱平均敏感性係數為0。4，非喀斯特則為0。2，二者對乾旱敏感性係數差距達到0。2，說明海拔並非是造成這種差異的主要原因。

除此之外，喀斯特森林與非喀斯特森林存在一定樹種差異，喀斯特地區樹種相對單一，以華南五針松、短葉黃杉為主，而非喀斯特地區物種相對豐富，常見的針葉樹種有馬尾松、福建柏、臺灣杉等。

但透過研究喀斯特地區與非喀斯特地區華南五針松徑向生長對乾旱響應異同發現，生長於喀斯特地區的華南五針松徑向生長對乾旱敏感性顯著高於非喀斯特地區，喀斯特地區為0。3-0。6，而非喀斯特為-0。05。

說明生長於喀斯特環境的華南五針松徑向生長對乾旱非常敏感，而生長於非喀斯特森林的華南五針松對乾旱不敏感，甚至幾乎不受乾旱的限制。雖然生長於不同環境的華南五針存在空間上的氣候差異，即非喀斯特相對更溼潤，海拔更高，難以區分氣候和地貌因素的影響。

但這種差異較小，考慮到生長於喀斯特與非喀斯特地區華南五針松樣點空間上距離僅300公里，旱季降水量差異為350mm左右，因而空間上的氣候差異可能不能解釋這一強烈的響應差異。因而，樹種差異可能並不是造成喀斯特與非喀斯特森林顯著差異的主要因素。

喀斯特森林樹木生長更容易受到乾旱的影響與其特殊的地形地貌特徵和氣候有關。一方面，由於基岩為石灰岩，其所特有的高透水性使得喀斯特地區地表水極易流失，雖然雲貴喀斯特地區年降水量高達1000mm以上，但是由於滲透係數大，雨水往往透過岩石裂隙、豎井、天坑和溝渠迅速滲入地下岩層裂隙或地下河流，從而造成地表植被缺水。

另一方面，石灰岩所特有的高溶水性使得喀斯特地表往往“支離破碎”，使得地表營養物質極易被雨水和流水沖蝕，因而喀斯特地區土壤發生發育差且極易流失。

此外，貴州高原喀斯特山峰或喀斯特峰叢窪地等地貌型別廣佈，地勢起伏大，陡峭的地形進一步加劇了山峰地帶的缺水，長期缺水的環境一方面使得喀斯特山峰地帶植被生產力和多樣性顯著低於其他地區，較低的植被覆蓋度反過來又促進了地表蒸騰，從而加劇了地表缺水。

另一方面，物種在長期的適應與淘汰機制作用下，形成了喀斯特森林物種顯著不同於非卡斯特地區、岩溶特徵種和專有種佔較大比例的特徵。這一定程度契合了喀斯特物種更強的乾旱敏感性更可能與其乾旱適應能力有關的推論。