近几十年以来,东北地区也是我国增温最显著的地区之一,东北林区也是我国面积最大的林区。全球变化影响植被的空间分布,高山林线作为生物地理过渡区对于指示环境变化是一个重要指标。林线几米高度内有许多关键的因子和生态进程突变,因其对气候变化的敏感性和自身结构的不稳定性而被视为全球变化理想的“监测器”。本文利用东北地区大兴安岭、小兴安岭和张广才岭的9个采样点的1种灌木偃松(Pinus pumila)、2种乔木兴安落叶松(Larix gmelinii)和樟子松(Pinus sylvestris var.Mongolica),运用树木年轮学方法分析其对气候变暖的响应差异。研究东北高山林线植被在暖干化气候变化趋势下的响应,对于理解林线植被动态变化具有重要的意义,同时也为北方森林的经营管理以及可持续利用提供理论支持和科学依据。(1)偃松是大兴安岭亚高山林线过渡区的重要灌木,但是这种偏心灌木茎干的不同方向上生长与气候关系是否一致尚不清楚。在黑龙江大兴安岭呼中区小白山林线上采集了 15个偃松圆盘。分析了偃松4个方向半径(A、B:左右垂直半径;C:反向木半径;D:应压木半径)生长-气候的关系。结果表明,D方向的灌木年轮宽度为4个方向最宽(0.70±0.14 mm/a),反向木(C)最窄(0.43±0.07 mm/a)。6月的降水量是A和B方向径向生长主要限制因素。然而,C方向的径向生长主要受6月的平均温度和最高温度的影响。D方向的径向生长与当年2月、前一年10月的平均温度和前一年11月最低温度呈正相关。此外,4个方向的径向生长均与当年6月的日照时间呈负相关,这可能与高温导致的干旱胁迫加剧有关。A、B和C方向的径向生长与5月冻融强度和频率呈负相关,春季冻融可能会导致植物叶片和根的损伤。灌木垂直应压木方向半径的生长可能并不包含最多的气候信号,而应压木方向的径向生长似乎可以正常应用于年轮气候学。(2)不同海拔温度、降水对树木生长的影响会发生变化,但是不同海拔限制灌木生长的气候因子是否会改变呢?在内蒙古自治区大兴安岭阿龙山林业局奥克里堆山,分析了不同海拔偃松生长与气候的关系。结果表明:低海拔偃松的径向生长受春季(3-5月)均温的限制,生长季降水对中海拔偃松生长有促进作用。冬季气温促进低海拔和中海拔的偃松的径向生长,但对高海拔偃松有不利影响。随着近年来气候变化,21年滑动相关分析结果表明,生长季气温与中海拔偃松年表的相关关系由不显著负相关转为显著负相关,而与生长季降水的相关关系由正相关转为负相关。自20世纪80年代以来,中海拔偃松生长对标准化降水蒸散指数(SPEI)表现出强烈的敏感性。因此,近几十年来,水分对中海拔偃松的径向生长越来越重要,而变暖则有利于低海拔和高海拔偃松的生长。由于灌木高度较矮,更容易受到微环境的影响,因此需要对不同地点的灌木生长进行更多的研究,来解释偃松在亚高山地区扩张。(3)不同纬度梯度下,环境条件也会发生较大改变,不同纬度的林线灌木生长的限制因素是否一致呢?在我国偃松分布区从北到南(44-52.5°N)的7个高山林线采集偃松径向生长数据,分析其生长与气候的关系。结果表明:南部采样点的年轮宽度和北部采样点有明显的差异,其中黑龙江省大兴安岭地区呼中区大白山(DBS)和内蒙古自治区大兴安岭阿龙山林业局奥克里堆山(AK)之间的差异最大,内蒙古自治区大兴安岭阿尔山国家森林公园(AES)和内蒙古自治区大兴安岭汗马国家级自然保护区(HM)两个样点之间年轮宽度没有显著差异,但是年轮宽度沿纬度梯度的变化没有明显的变化规律。纬度较高的采样点HM、AK和黑龙江塔河县札林库尔国家森林公园(ZL)多数偃松生长与温度呈正相关,而纬度较低AES和黑龙江桃山国家森林公园平顶山(TS)偃松生长与温度呈负相关。滑动相关的结果显示高纬度的偃松(ZL,AK,HM)和高海拔吉林敦化黄泥河自然保护区老白山(LBS)偃松生长与冬季的气温呈正相关,特别是在1990年之后。而南部的AES偃松与冬季温度由负相关转为不相关。最北部的ZL偃松与夏季温度由负相关转为不相关。如果气温持续升高,我国偃松分布南端可能发生北移。(4)偃松在低海拔地区生长在高大乔木的冠层下方,乔木和灌木是森林生态系统中不同的两种植物生活型,偃松与其上层乔木的生长-气候关系是否一致?在黑龙江莫尔道嘎国家森林公园(ME)、汗马国家级自然保护区(HM)、伊克萨玛国家森林公园(YK)和大兴安岭北部原始林区永安林场(YA)进行采样,比较了偃松和其上层乔木(兴安落叶松和樟子松)生长与气候的关系,结果表明:与同一地点的偃松和上层乔木年表相比,同一树种的年表具有更高的一致性。春季和夏季的温暖条件对乔木径向生长不利,且乔木与温度相关性高于偃松。相比乔木,3-5月较高的帕默尔干旱指数(Palmer Drought Severity Index,PDSI)更有利于偃松的径向生长。偃松的径向生长受冬-春季降水的影响,这可能是由于其根系较浅所致。随着时间变化,3月温度对偃松和上层乔木生长的影响从非显著相关变为显著负相关。由于木质部特征和木材形成时间的不同,偃松生长季开始和结束时的温度阈值均高于上层乔木。上层乔木对干旱事件的抵抗力高于偃松,但是恢复力低于偃松。因此,乔木比寒冷地区的灌木更容易受到全球变暖的影响。这不仅解释了灌木在树木无法生存的环境中存在的原因,而且也支持了在高纬度或高海拔地区灌木生长和“全球绿化”的观点。偃松可作为大兴安岭地区潜在气候变化的可靠指标。灌木在树木年轮生态学和树木年轮气候学研究中发挥着越来越重要的作用。