《Agricultural and Forest Meteorology》:Climatic response of conifer species in Baja California, Mexico
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下加利福尼亞山地針葉林年輪研究表明冬季降水是主導生長驅動因素,同步不同物種響應;溫度和長期干旱作為調節因素,其中四葉松和 Coulter松對干旱最敏感。年際和十年尺度生長波動與ENSO和PDO相關,顯示大尺度海洋氣候現象對區域森林動態的影響。這些發現強調該生態系統的脆弱性及制定針對性保護策略的必要性。
José Villanueva–Díaz | Hiram Rivera–Huerta | José Manuel Zú?iga–Vásquez | Citlalli Cabral–Alemán | Stephen H. Bullock
國家水-土壤-植物-大氣關系學科研究中心(CENID-RASPA),墨西哥國家林業、農業和畜牧業研究所(INIFAP),薩克拉門托運河右岸6.5公里處,Gómez Palacio 35140,杜蘭戈州,墨西哥
摘要
下加利福尼亞的山地針葉林在其他干旱環境中作為孤立的避難所得以生存,使它們成為檢測氣候變化影響的哨兵生態系統。了解這些物種如何應對區域性和大尺度的氣候變化對于預測日益嚴重的干旱和變暖趨勢下的森林動態至關重要。本研究調查了墨西哥北部三個山脈中四種主要針葉樹種(Pinus jeffreyi Grev. & Balf.、Abies concolor (Gordon & Glend.) Lindl. ex Hildebr.、Pinus quadrifolia Parl. ex Sudw. 和 Pinus coulteri Lamb. ex D. Don)的徑向生長受到的氣候因素影響。我們利用主成分分析分析了長期樹輪年表(119–558年),以識別共同的生長信號,并應用滑動窗口模型來量化物種和地點對降水量、最高和最低溫度以及干旱(標準化蒸散量-降水量指數,SPEI)的具體響應。通過相關性分析、頻譜分析和小波分析,評估了與大尺度海洋-大氣指數(包括厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)和太平洋十年濤動(PDO)的關聯。結果表明,冷季降水量是年度徑向生長的主要驅動因素,這種因素在不同物種間具有同步性,而最高溫度和長期水分不足則調節了物種的特異性敏感性。Pinus quadrifolia 和 Pinus coulteri 對多個月干旱條件的響應最為顯著。年際(約2–8年)和十年(約13–26年)的生長波動部分與ENSO和PDO周期同步,表明了海洋-大氣遙相關對區域森林動態的影響。這些發現突顯了這些孤立且對氣候敏感的森林在面臨加劇的干旱和極端氣候事件時的脆弱性,并強調了在制定保護策略時需要考慮物種間的共同和特異性氣候敏感性。
引言
盡管下加利福尼亞大部分地區為干旱的沙漠環境,但其山區仍存在針葉林,因為高海拔地區的氣溫較低且降水量較多(墨西哥國家自然保護區委員會[CONANP],2006年)。這種條件加上崎嶇的地形形成了微氣候,使得針葉樹能夠在沙漠景觀中形成孤立的斑塊(Riemann和Ezcurra,2007年)。因此,雖然半島北部具有地中海型干旱氣候,以灌木叢和松櫟林為主,但這些森林向南延伸,與沙漠氣候帶的北部邊緣重疊(Rzedowski,1988年;Bullock,1999年)。
位于地中海氣候區東南邊緣的Sierra Juárez和Sierra San Pedro Mártir的松櫟林特別容易受到氣候變化的影響。這些森林,尤其是那些包含分布范圍有限的物種的森林,正受到干旱頻率增加、野火和害蟲爆發的威脅,這些因素可能導致物種分布變化、種群數量下降和死亡率上升(Riemann和Ezcurra,2007年)。
氣候響應函數對于理解溫度和降水量變化如何影響下加利福尼亞的物種至關重要。這些函數為預測不同氣候情景下的物種分布、存活率和更新情況提供了基礎。通過量化共同的生長信號和物種對氣候變異的特異性響應,研究人員可以識別出最脆弱的物種,并設計有針對性的保護策略來保護生物多樣性(Neupane等人,2023年)。
盡管這些保存完好的森林群落具有重要的生態價值,但關于下加利福尼亞針葉樹種氣候響應的研究卻很少(Martijena,2003年;Meko等人,2013年;Gutiérrez–García等人,2020年)。這些森林在提供支持該地區人類福祉和生產活動所需的生態系統服務方面發揮著關鍵作用。有限的研究表明,需要進一步研究以評估氣候變化可能對這些物種的生理和恢復力產生的影響,從而制定更有效的保護策略。
本研究旨在揭示下加利福尼亞山地針葉樹徑向生長的氣候驅動因素。我們重點關注:(i)識別不同物種和地點之間的共同生長模式;(ii)量化物種對降水量、溫度和干旱的特異性響應;(iii)評估大尺度氣候變異(包括ENSO和PDO)的影響。我們假設冬季-春季降水量是所有物種生長的主要決定因素,而溫度和干旱的響應則取決于物種的特定生態特征。此外,我們預計年際和十年生長波動會反映ENSO和PDO周期,從而突出海洋-大氣遙相關在塑造區域森林動態中的作用。
研究區域
本研究在墨西哥下加利福尼亞北部的三個山脈中對主要針葉樹種進行了樹輪采樣:Sierra de San Pedro Mártir(SSPM)、Sierra de Juárez(SJU)和Sierra Blanca(SBA)(圖1)。
SSPM位于墨西哥中部的下加利福尼亞(30°44′42″ N, ?115°13′08″ W),是一個具有地中海氣候和高生物多樣性的山脈(Plauchu-Fryn等人,2020年)。海拔范圍從750米到3098米,年平均降水量...
年表描述
為研究區域的六個地點和四種代表性物種建立了殘差年表。最長的年表是來自SSPM的Pinus jeffreyi,長達558年,最短的是來自SBL的Pinus coulteri,為119年(圖2a–f)。所有年表在其共同時間段內顯示出相似的年際變化。
所有年表的序列互相關閾值(SI = 0.3281)均得到滿足。Abies concolor來自SSPM的年表顯示出最高的互相關值(0.82),而...
討論
了解下加利福尼亞針葉樹種如何應對氣候變異對于預測變化環境條件下的森林動態非常重要。在本研究中,我們首先利用樹輪序列識別了不同物種之間的共同生長模式,揭示了影響生長的主要氣候信號。然后我們應用滑動窗口分析來評估物種對關鍵氣候變量的特異性響應。這種方法有助于更細致地理解...
結論
下加利福尼亞山地森林的針葉樹生長與冷季降水量(11月至4月)密切相關,這種降水量使不同物種的生長響應保持同步,盡管它們在生態特性上存在差異。溫度和干旱作為次要調節因素,但不同物種對水分短缺的敏感性不同,其中Pinus quadrifolia和Pinus coulteri對中短期和長期水分不足的響應最為明顯。
年際和十年生長波動反映了ENSO和PDO周期的影響...
資助
本研究由CONACYT資助(項目編號:CB–2016–01–283134,項目名稱:“墨西哥樹輪年代學網絡:水文氣候和生態應用”)。
CRediT作者貢獻聲明
José Villanueva–Díaz:撰寫 – 審稿與編輯,撰寫 – 原稿撰寫,數據可視化,項目監督,方法論設計,研究實施,資金籌集,數據分析,概念構思。
Hiram Rivera–Huerta:撰寫 – 審稿與編輯,資源協調,方法論設計,資金籌集,概念構思。
José Manuel Zú?iga–Vásquez:撰寫 – 審稿與編輯,撰寫 – 原稿撰寫,數據可視化,軟件應用,方法論設計,研究實施,數據分析。
Citlalli Cabral–Alemán: