热带季节性湿润林苦楝径向生长季节动态及其对(2) - 热带地理杂志社投稿

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热带季节性湿润林苦楝径向生长季节动态及其对(2)

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式中,Ta为空气温度,RH为相对湿度。a,b,c是常数,分别为0.611 kPa,17.052 (无单位) 和240.97 ℃。

1.4 数据分析

使用Gompertz函数来拟合树木的径向生长变化,确定两个研究树种的生长季[23]。Gompertz函数公式如下：

式中,Y表示日径向累积增长量;Y0是下渐近线;A为上渐近线;β为x轴的截距参数;κ为变化速率参数,其大小会影响生长季的长短;t为时间,以儒略日(DOY)表示,儒略日(Day of year, DOY)为一年中的一天。因此,(A-Y0)表示季节性生长总量,而(Yt-Yt-1)对应于增长速率(mm/d),当达到总生长量的10%和90%时,确定为生长开始和生长停止的时间[24]。

高精度树木生长仪记录的数据不仅包括了由生长引起的树干的不可逆膨胀,还包括了由于水分变化引起的树木的可逆收缩。根据Downes等的树干日循环法[25]可将树木的径向生长划分为3个不同的阶段：(1)收缩阶段,即当日最大值到当日最小值之间的时间段,(2)恢复阶段,树干直径从当日最小值到次日最大值之间的时间段,(3)增长阶段,树干直径超过早晨的最大值到随后的最大值之间的部分扩张阶段。从中提取树干的最大日收缩和日净增长量,树干日净增长量(Daily radius increment,DR)为连续两日的最大值之差,而树干最大日收缩(Maximum daily shrinkage,MDS)为当日树干直径最大值和最小值之差。

将2018—2019年生长季 (3—10月)的树干径向增长量与气候因子做相关分析,利用R软件的nlme软件包建立线性混合效应模型 (Linear mixed-effects modeling,LMM),将不同样木个体作为随机因子,树木径向日生长量为因变量,气候因子(降水、空气温湿度、土壤温度、20cm深度土壤含水量、光合有效辐射)作为自变量,通过标准化回归系数评估分析不同气候因子对树木径向生长的影响,以确定主要限制因子。统计分析利用R统计软件完成[26]。

2 结果与分析

2.1 环境因子的变化

研究地点的气候具有明显的季节性特征,旱季和雨季气候变化差异明显。图1展示了2018—2019年两年的气候因子季节动态。2018年的日平均气温为 22.3 ℃,极端最高温为36 ℃,2018年年降水总量为1899.4 mm,略高于该地区的多年平均降水量。2019年年降水总量为832.6 mm,2019年年均气温为23 ℃略高于2018年,2019年极端最高温达42.4 ℃(5月20日),而极端最低气温为5.1 ℃(12月10日)。2019年5月温度为1959年以来最高,大于0.1 mm降水量为历史以来最低。由于2019年高温少雨,导致相对湿度和水汽压亏缺的波动幅度远远大于2018年,并在2019年5月20日出现极值(相对湿度：56%,水汽压亏缺：1.75 kPa)。

图1 西双版纳勐仑地区2018—2019年温度、降水、相对湿度、水汽压亏缺和光合有效辐射因子变化(数据由西双版纳生态站提供)Fig.1 Seasonal variations of temperature, rainfall, relative humidity, vapour pressure deficit, photoactive radiation over the 2018—2019 in Menglun, Xishuangbanna (The data provided by Xishuangbanna Ecological Station)

2.2 树干径向季节变化

利用Gompertz函数对苦楝的径向生长进行拟合(图2),结果表明：2018年苦楝的最大生长速率集中在5月中下旬(DOY134-144),而2019年苦楝的最大生长速率集中在6月初到7月中旬(DOY158-200)。,苦楝在2019年的年总生长量 (0.90 mm)略低于2018年的年总生长量(0.95 mm),但2019年苦楝的最大生长速率要高于2018年(图2和图3)。由于两个生长季气候差异,苦楝开始生长和结束生长的时间也存在不同,2018年苦楝径向生长开始的时间为3月初(DOY64),2019年开始生长的时间为6月中旬(DOY163),2019年苦楝开始生长的时间要比2018年晚,可能与2019年4—5月的高温干旱有关。2018年苦楝结束生长的时间为DOY155要早于2019年结束生长的时间(DOY242)。

图2 苦楝(Meliaazedarach)2018和2019年树干径向变化和Gompertz函数模拟的日生长速率Fig.2 Stem radius variation and daily growth rates modeled by Gompertz function ofMeliaazedarachfor year 2018 and 2019LS-M6, LS-M7, LS-M8, LS-M9为研究样树树号

图3 苦楝(Meliaazedarach)2018和2019年径向生长物候参数箱型图Fig.3 Boxplots of growth phenology parameters ofMeliaazedarachfor year 2018 and 2019

2.3 树干径向季节对气候因子的响应

图4 苦楝(Meliaazedarach)2018年和2019年树干径向日净增长量与气候因子的Spearman相关分析Fig.4 Spearman correlation coefficients between daily growth rates ofMeliaazedarachand climatic factors for year 2018 and 2019图中灰色短虚线为P<0.05显著水平线;Prec：降水量PreciPitation;RH：相对湿度Relative humidity;SWC20：20cm土壤含水量Soil water content at 20cm;Ta_max：日最高气温 Daily maximum air temPerature;Ta_mean：日平均气温Daily mean air temPerature;Ta_min：日最低气温Daily minimum air temPerature;Ts20：20cm土壤温度Soil temPerature at 20cm;PAR：光合有效辐射Photosynthetic active radiation;VPD：水汽压亏缺VaPor Pressure deficit;WS：风速Wind SPeed

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