快速升溫和升溫間歇期興安落葉松徑向生長與歸一化植被指數的關系

關鍵詞：興安落葉松；徑向生長；NDVI；氣候變暖；大興安嶺；快速升溫期；升溫間歇期 中圖分類號：S716.3 文獻標識碼：A DOI： 10.7525/j.issn.1006-8023.2025.04.003

Abstract：Theforestcanopyfixes carbon dioxidein theatmosphere through photosynthesis，andthetre trunk uses the organic matter generated by thecanopy forcambium spliting and thickening.Whether the assmilation of tree canopy andtheradial growthof tree trunk changedsynchronouslyintheprocessof climatechange iscontroversial，and whether the synchronous ordiferential changes arerelatedtotheresponsecharacteristics ofthese two processes to climate factors isalsoahottopicofattention.Inparticular，thesametreespeciesindiffrentclimaticbackgroundisstilltobestudied. Larix gmelini as themain coniferous forest species incold temperate zoneof China，issensitive toclimate change. Therefore，this paper selected Greater Hinggan Mountains from south to north in the Arshan （AES），Kudur（KDE）and Daebaeksan（DBS）as the research objects.Normalized diference vegetation index（NDVI）and ring width index （RWI）wereused to represent the growthof tree canopy and trunk，respectively.Segmentation function and correlation analysis were used.Therelationship between treecanopyand trunk growth and thediferences indriving factors under diferent climate backgrounds were investigated.The mainresultswereas folows：therapid warming period significantly promoted the growth of tree canopy，mainly reflected in the early growing season （EGS）and the late growing season （LGS）.However，organic mater produced by photosynthesis may be more used forcanopyrespiration，thus inhibiting theradial growth oftres，resulting inan insignificantrelationship between tre trunk andcanopy growth during this period.Withthe slowing downof the temperature riserate，the growthoftree canopy was mainlyreflected inthe midleof the growing season（MGS）and the endof the growing season（LGS），and the relationship between treetrunk and canopy growth showed significant correlation（ Plt;0. 05 ）.The global temperature rise rate leads to the diference in response of foresttrunk and canopygrowth toclimate factors，which may be the rootcauseof the inconsistent relationship between tree trunk and canopy growth.Theaccelerationof global temperature rise increases the diffrence between trunk and canopy growth in response to climate，and on the contrary，greatly reduces the diffrence between the two.

Keywords： Larix gmelinii；radial growth；NDVI；climate warming；Greater Hinggan Mountains；rapid warming period；intermittent warming period

0 引言

在全球氣候變暖的背景下，森林動態變化及其對氣候的響應均對全球碳循環產生了重要的影響1。近年來，全球平均低溫上升了約 1.5^°C^[2] ，世界迅速變暖，特別是在北半球高緯度地區，包括中國東北地區[3]，這種升溫自20世紀80年代以來尤其明顯[4-5]，于20世紀末期出現停滯[6-7]。全球變暖影響了森林生態系統的結構與功能，以及樹木的生長、開花和結果等[8]。樹木個體也可以通過改變其結構和功能來適應氣候變化，森林生長受到了氣候變暖和干旱的脅迫[10-11]，北方針葉林已經出現了生長下降[12]，加劇了水分脅迫對樹木造成的危害。但是，也有相關研究表明氣候變暖促進了森林的生長，主要表現為二氧化碳含量升高、光合速率提高和生長季延長等[13-14]。因此，了解樹木生長對氣候變暖的響應對評估全球森林生態系統具有重要意義。

樹木年輪寬度指數（ringwidthindex，RWI）和歸一化植被指數（normalized differencevegetation，NDVI）都是研究森林生態系統及其對氣候變化響應常用的有效指標。樹木年輪記錄了大量關于樹木生長、物種行為等信息[15-16]，并且對研究森林生長及其與氣候的關系具有重要價值[17]。NDVI與植被生長狀況、光合作用、覆蓋率以及葉面積指數有著密切的關系[18-19]，該指標能夠有效地估算植被凈初級生產力[20]。然而，樹木年輪寬度指數只能代表局部地區森林植被生長狀況，要想研究更大區域內森林植被的生長狀況費時費力[21]，而NDVI時間序列較短，不適合做長期氣候背景下森林生態系統的變化研究[17]。因此，研究樹木年輪和NDVI之間的關系將有助于利用2個指標更加全面地研究森林生長及其對氣候變暖的響應。

植被生理過程以及木材的形成都與冠層光合作用之間存在較強的關系[22]，這也成為研究樹木主干和冠層生長關系的理論基礎。然而，以往關于樹木徑向和冠層生長之間關系的研究結果不盡相同。一些研究表明，樹木年輪寬度和NDVI之間存在顯著的正相關關系[23-27]，且主要和當年生長季內6—8月NDVI呈顯著正相關，這表明夏季氣候對植被冠層的影響可能是間接控制年輪寬度的主要因素。另外一些研究表明，樹木年輪和NDVI之間不存在關系[28-30]。樹輪的全材和早材與NDVI呈顯著正相關，而晚材與NDVI呈顯著負相關[31]。還有研究表明，森林類型、區域氣候[21.32]、NDVI分辨率[17]、地形和海拔[33-35]的差異，都會影響樹木年輪和NDVI之間的關系。目前，樹木年輪和NDVI之間的關系尚需進一步研究。

大興安嶺位于我國高緯度地區，屬于北半球中高緯度地區，對氣候變化特別是全球變暖具有高度敏感性[36]。興安落葉松（Larix gmelinii）是該地區優勢樹種，壽命長，適應性強，樹木年輪清晰，是樹木年代學分析的理想樹種。然而，該地區樹木年輪寬度與NDVI的相關研究相對較少，僅僅局限于大興安嶺北部地區。同時，相關研究僅分析了RWI、NDVI對月份氣候因子的響應差異，尚未對生長季不同時期NDVI對氣候響應的差異進行研究，以及20世紀末期全球氣溫的快速變暖和后期的變暖停滯對RWI和NDVI關系的差異性更未見到。因此，在大興安嶺開展不同氣候背景下興安落葉松樹木徑向生長和不同季節NDVI應對氣候響應差異研究具有重要意義。

20世紀末期大興安嶺氣候變暖是否存在階段性特征，氣候的階段性變化是否會導致該地區不同緯度興安落葉松主干和冠層NDVI生長對氣候響應差異發生變化。為此，本研究以大興安嶺不同緯度興安落葉松為研究對象，以樹木年輪寬度指數（RWI）和植被指數（NDVI）分別代表樹木主干和冠層生長狀況，探究以下科學問題：1）大興安嶺地區氣溫年際變化是否存在階段性特征。2）大興安嶺興安落葉松主干、冠層（NDVI）生長時空變化趨勢特征。3）不同氣候變化階段內興安落葉松主干與冠層（NDVI）生長的關系。4）不同氣候變化階段內興安落葉松主干和冠層（NDVI）對氣候響應的差異特征。

1 數據與方法

1. 1 研究區概況

研究地點位于中國高緯度地區大興安嶺（ 43^°00^′ 53^°30^′N，117^°20^′～126^°00^′E） 。大興安嶺位于中國東北部，全長 1200km ，平均寬度 200km ，平均海拔573m 。大興安嶺作為中國東北重要的森林生態保護區和生態綠色屏障，對全球氣候變暖具有高度敏感性[36]。本研究的采樣點分別位于大興安嶺南部阿爾山地區（AES） （47^°17^′N，120^°28^′E） 、中部庫都爾地區（KDE）（ 50^°70^′N ， 121^°32^′E 和北部的大白山地區（DBS） 51^°10^′N ， 123^°70^′E ），氣象數據采用就近阿爾山（AES） （47^°17^′N ， 119^°93^′E ）、圖里河（TLH）（ 50^° 48^′N，121^°68^′E） 、漠河（MH） （52^°97^′N，122^°52^′E）3 個氣象站數據。研究區屬于典型寒溫帶大陸季風氣候，冬季長而冷，夏季短而暖[3]，年降水量為 400～ 500mm，7 月氣溫達到最高值。研究區屬于北方針葉林的南緣。主要森林類型為興安落葉松林，伴生樹種為白樺、樟子松和山楊等。

1. 2 采樣點和樹木年輪數據

在阿爾山（AES）庫都爾（KDE）和大白山（DBS）地區分別建立1個 50m×50m 遠離人為干擾的樣地，按照樹木年代學方法，在每個樣地內選取生長良好的興安落葉松，用生長錐在每株樹木胸徑處（樹高 1.3m 處）沿平行于坡面的2個不同方向各鉆取一個樣芯。3個樣地分別選取20株樹，共取樣芯120個。

將野外取回的樣芯用乳白膠固定在帶有凹槽的木條上，待風干后，利用砂紙拋光，用于交叉定年和年輪寬度測量。使用骨架圖法[37]進行初步交叉定年[9]，消除偽年輪和缺失年輪。使用LINTAB-6測量系統以0.001mm 的精度測量樹木年輪寬度，利用COFFCHA程序[38對交叉定年和測量的結果進行檢驗，剔除不符合主序列的樣本數據，將合格的樹輪寬度數據通過ARSTAN程序擬合負指數曲線或線性曲線，進行去趨勢和標準化處理，以去掉隨年齡增長的生長趨勢和其他非一致性擾動導致的非氣候信號[39]。然后將每個環寬除以每個環寬的擬合值，最終得到3個取樣點的標準林分年表（standard foreststandchronology，STD）。為更好地評估年表質量，計算了標準年表的平均敏感度（meansensitivity，MS）、樣本總體代表性（expresspopulation signal，EPS）、信噪比（signal to nosise ratio，SNR）、標準差（standarddeviation，STD）、一階自相關（autocorrelationorder1，AC1）等參數。

1. 3 NDVI數據

本研究使用全球庫存建模和繪圖研究的NDVI數據集（GIMMS 。第三代全球庫存建模和繪圖研究GIMMS 3g ，以先進的高分辨率輻射計（AVHRR）為基礎，空間分辨率為 8km ，時間分辨率為 15d GIMMS 3gNDVI 數據集從1981年7月開始記錄，為了使NDVI數據集與RWI重合時間段更長，本研究使用從1982年（NDVI數據集的第一個完整年份）到2015年底的數據。相比于GIMMS 3g 數據，雖然MODIS和SPOT植被數據集具有更高的空間分辨率，但時間跨度較短，數據僅在2000年之后才可用，這2個數據集無法對快速升溫期（1982—1997）開展研究。

本研究基于NDVI數據反演獲得的植被冠層物候數據集[40]及觀測數據[41]得到大興安嶺興安落葉松冠層生長開始期均處于4月末至5月，結束期處于9月末至10月初，因此將4一10月定義為生長季。首先對數據進行預處理，原始數據為nc4格式，一年包含2個nc4文件，每個文件包含12期NDVI數據，利用R語言將nc4文件轉換成TIFF格式文件并定義數據坐標系為WGS-1984，然后利用輻射校正、幾何校正和大氣校正等方法降低數據集的誤差。利用ArcGIS10.2軟件基于最大合成法將逐旬數據合成逐月數據，消除云、大氣和太陽高度角等不確定因素的影響，從而獲取每月NDVI，再利用逐月數據計算得到生長季（4一10月）平均NDVI，剔除生長季NDVI小于等于0的格點，對于缺失數據利用周圍格點數據擬合，以表征生長季內植被的平均生長狀況。將各采樣點經緯度插人選取采樣點格點數據，再利用R語言程序分別提取各個采樣點1982—2015年的月NDVI序列，以及生長季（4—10月）NDVI序列。

1. 4 氣象數據

阿爾山采樣點選取阿爾山（AES）氣象站，庫都爾采樣點選取圖里河（TLH）氣象站，大白山采樣點選取漠河（MH）氣象站。氣象數據包括1981—2015年的日平均氣溫 、日最高氣溫 （t_max） 、日最低氣溫 （t_min） 和日降水量 （P） 。氣象數據下載自中國氣象局科學數據共享網（http：//data.cma.cn）。

1.5 研究方法

本研究主要評估了20世紀末期不同升溫階段大興安嶺興安落葉松徑向生長和植被冠層NDVI變化特征、氣候敏感性響應差異2個方面。首先采用分段線性回歸對1982一2015年各研究區氣象數據進行趨勢分析，獲得各地區氣溫突變點，再對各研究區興安落葉松RWI和NDVI進行分段線性擬合。基于皮爾遜相關性分析研究不同時段RWI、NDVI和氣候變量之間的關系。

分段線性回歸模型[42]在氣候變化[43]，以及植被物候轉折[44]等方面有較為廣泛的應用。本研究采用分段回歸分析各研究區氣候要素指標突變轉折點。

式中：代表年份； y 代表整個研究區域的氣候變量時間序列值； α 為突變點年份 是回歸系數； β₁ 和 β₂ 是突變點前后的趨勢； ε 為誤差項。 χ_t 檢驗用來檢驗突變前后趨勢是否顯著，若顯著水平達到 0.1，α 就稱為突變點。

相關分析模型分別分析興安落葉松RWI和NDVI與氣溫（最高溫、平均溫和最低溫）、降水量之間的相關系數。

式中： R_xy 表示相關系數； n 表示研究時間段年份長度，本研究為 34a;x_i 表示月份氣候因子數值； 為研究時間段內某氣候因子的平均值； y_i 為某年樹木RWI或NDVI; 為研究時間段內RWI或者NDVI平均值。R_xygt;0 表示正相關； R_xylt;0 表示負相關，系數絕對值越大，說明兩要素之間相關性越顯著。

2 結果與分析

2.1興安落葉松樹輪年表統計特征

樹木年表統計特征反映了年表的信息量和可用性，見表1，3個地點樣本總體代表性（EPS）介于0.959＼～0.981，均高于樹木年輪總體代表性閾值0.85，樣本所含信息能夠代表總體特征。標準差（SD）和信噪比（SNR）均較高，表示樣本中包含了較多的氣候和環境信息。一階自相關（AC1）介于0.515＼～0.866，說明樹木前一年的生長對當年存在明顯的影響。樣芯間平均相關系數（AC）介于0.394＼～0.589，說明樣芯間樹木年輪寬度變化一致。總體而言，3個地區年表統計特征值表明年表質量較高，符合樹木年輪學研究要求。圖1為研究區興安落葉松標準年表。

2. 2 氣候變化階段劃分

本研究主要分析了大興安嶺各研究區氣候數據，對其進行了分段線性擬合，以確定20世紀末期全球變暖加速對各研究區氣候的影響。經分析可知，阿爾山和庫都爾地區最高溫均在1998年前，其增加速度明顯加快（ （Plt;0.05） ，經 Φ_t 檢驗表明，兩地區最高溫在1998年前后趨勢差異顯著 （P=0.042;P=0.098） ，并且年降水量在1982—1997年期間均未發生顯著變化，在1998年后均出現顯著增加 （Plt;0.01） 。天白山地區最高溫在2002年前增加速率明顯加快 （Plt;0.05） ，經 Φ_t 檢驗表明，該地區最高溫在2002年前后趨勢差異顯著，研究時間段內降水量并未發生顯著變化。20世紀末期以前各研究區最高溫表現出明顯的上升趨勢，如圖2所示，說明大興安嶺地區氣溫的變化受到了20世紀末期全球氣溫快速變暖[6-7]的影響。根據研究區氣候變化的總體趨勢，將1982一2015年劃分為

2個時段，1982—1997年為快速升溫期，1998—2015年為升溫間歇期。大白山研究區分別為1982一2002年和2003—2015年。

本研究將快速升溫期和升溫間歇期內各個月份平均溫、最高溫、最低溫和降水量進行了趨勢分析。分析結果發現，快速升溫期是2月（冬季）和7月（夏季）的最高溫顯著上升導致的，2月最高溫起主要作用，升溫間歇期主要是生長季內最低溫呈顯著上升趨勢，如圖3所示。

各月份降水量變化趨勢在快速升溫期變化不顯著，僅庫都爾和大白山的7月和8月降水量出現明顯的下降趨勢；然而升溫間歇期，各研究點降水量均出現了顯著增加的趨勢，主要分布在生長季內，如圖4所示。

2.3 不同升溫階段大興安嶺樹木RWI和NDVI變化特征

阿爾山、庫都爾和大白山興安落葉松RWI和生長季NDVI在1982一2015年呈現非線性變化趨勢，如圖5所示。由圖5可知，二者變化趨勢在快速升溫期表現出很強的不一致性，在升溫間歇期二者的變化趨勢一致性逐漸增強。在快速升溫期，阿爾山、庫都爾和大白山地區RWI呈極顯著下降趨勢，變化幅度分別為0.047/a，0.046/a，0.042/a ，NDVI呈顯著上升趨勢，變化幅度分別為 0.002/a.0.003/a.0.03/a 。在升溫間歇期，阿爾山、庫都爾和大白山生長季NDVI變化趨勢仍然呈現顯著上升趨勢，而RWI變化趨勢卻發生了很大的改變。阿爾山、庫都爾和大白山地區NDVI變化幅

*表示相關性在0.05水平上顯著；**表示相關性在0.01水平上顯著。

*indicatesasignificant correlation at the 0.05level . ** indicatesa significantcorrelationattheO.O1 level.

度分別為 0.002/a?0.003/a?0.01/a ；阿爾山和天白山地區RWI由之前的下降趨勢轉變為上升趨勢，其變化幅度分別為 0.018/a（P=0.118）?0.028/a（P=0.410） ，而庫都爾地區RWI變化仍處下降趨勢，但變化幅度呈不顯著下降，為 0.018/a（P=0.143） 。

結果表明，1998年前后氣溫上升速率的差異對樹木RWI和冠層產生了不同的影響。快速升溫期，冬季氣溫（2月）的快速上升可能顯著抑制了落葉松的徑向生長，顯著促進冠層的生長。生長季NDVI在不同地區均呈顯著上升趨勢（圖5），驗證了20世紀末期相比20世紀80年代初，中國東北地區的NDVI值明顯增加[48]。后期冬季氣溫上升不顯著以及生長季內最低溫的顯著上升可能逐漸減弱樹木RWI和冠層NDVI之間的不一致性。

2.4生長季不同時期平均NDVI變化

本研究對生長季內不同時期進行了劃分：4一5月定義為生長季前期（EGS），6一8月定義為生長季中期（MGS），9一10月定義為生長季末期（LGS）。并且對快速升溫期和升溫間歇期內各個不同生長季時期平均NDVI進行趨勢分析。分析表明，快速升溫期生長季平均NDVI顯著上升是生長季前期（EGS）和生長季后期（LGS）的快速上升導致的，如圖6所示。然而生長季前期和末期NDVI的顯著上升主要體現在樹木冠層生長季的延長[45]。眾多基于遙感影像反演植被物候研究結果也表明1998年之前植被冠層物候開始期呈顯著提前[45]結束期呈顯著推遲、生長季延長[45-46]。然而1998年之后，生長季NDVI依舊顯著上升的原因主要是生長季中期和末期NDVI呈顯著上升趨勢，庫都爾和大白山最為明顯。

2.5 不同升溫階段RWI與NDVI的關系

研究結果表明，大興安嶺興安落葉松RWI和NDVI之間的關系在快速升溫期和升溫間歇期存在明顯的差異，如圖7所示。快速升溫期RWI與各個月份NDVI以及生長季平均NDVI的關系大多呈負相關（圖7（a））。升溫間歇期RWI和各月份NDVI的關系大多數呈正相關，該期間阿爾山地區RWI與7月NDVI呈顯著正相關0 （Plt;0.1） ，大白山地區RWI與8月NDVI呈顯著正相關

L （Plt;0.05） ，而庫都爾地區RWI更多的是和各月份NDVI呈負相關，和5月NDVI呈顯著正相關 （Plt;0.05） ，與6月NDVI均呈極顯著負相關 （Plt;0.01） ，并且隨著時間的推移，這種負相關性逐漸減弱（圖7（b））。結果表明，落葉松RWI僅僅和某個月份NDVI的關系比較密切，而生長季樹木冠層的平均生長狀態與落葉松徑向生長之間關系不密切。樹木RWI和NDVI雖然受共同的氣候要素影響，但二者之間存在很復雜的關系。

2.6快速升溫期RWI和NDVI與氣候因子的關系

快速升溫期間，生長季前期（EGS）和生長季末期（LGS）NDVI的顯著上升是整個生長季NDVI呈顯著上升的主要原因（圖6）。因此，本研究分別分析了興安落葉松RWI、樹木冠層生長季前期（EGS）和生長季末期（LGS）NDVI與氣候響應的關系，目的是更好地了解快速升溫期間樹木RWI和NDVI關系不一致的原因，阿爾山地區生長季中期（MGS）NDVI變化顯著，因此分析生長季中期NDVI對氣候的響應。快速升溫期興安落葉松RWI和NDVI對氣候的響應隨緯度變化存在一定的差異，同時也存在共同的驅動因素，如圖8所示。雖然阿爾山、庫都爾和大白山地區RWI與NDVI對眾

**表示相關性在0.05水平上顯著；***表示相關性在0.01水平上顯著； ΔNDVI_EGS 表示生長季前期平均NDVI; NDVI_LGS 表示生長季中期平均NDVI; NDVI_LGS 表示生長季末期平均NDVI。p表示上一年;c表示當年。

?=? indicates a significant correlation at the O.O5 level; *** indicates a significant correlation atthe O.O1 level; ΔNDVI_EGS is mean NDVI in the early growing season; NDVI_LGS is mean NDVI in the middle of growing season; NDVI_LGS is mean NDVIat the end of the growing season，the same as below. p denotes year; c denotes the current year.

多月份氣候因素存在很強的敏感性，但結合本研究對各月氣候因子的趨勢分析（圖3，圖4）表明樹木RWI、NDVI對某些月份氣候因子敏感性很高并不代表該因子是導致RWI和NDVI發生顯著變化的主要因素，因為該因子在該時期并未發生顯著變化。

快速升溫期阿爾山地區樹木RWI主要受當年2月氣溫（平均溫、最高溫、最低溫）的抑制作用；庫都爾地區樹木RWI主要受當年2月氣溫（平均溫、最高溫、最低溫）的抑制作用，以及前年7月和當年7月降水量的促進作用；大白山地區樹木RWI主要受當年2月最高溫和當年1月降水量的抑制作用，以及前年9月最低溫和當年8月降水量的促進作用。然而，當年2月最高溫和平均溫均顯著促進了阿爾山、庫都爾、大白山 ΔNDVI_EGS 的變化（圖3，圖8），RWI和ND-VI_EGS 對2月氣溫響應的不同導致二者之間關系不一致。同時庫都爾地區 ΔNDVI_EGS 還受當年2月最低溫的促進作用，大白山地區 ΔNDVI_ECS 還主要受前年8月和9月最低溫以及當年1月降水量的促進作用。阿爾山地區 NDVI_MGS 仍然主要受當年2月氣溫（平均溫、最高溫、最低溫）的促進作用；庫都爾地區 ΔNDVI_LGS 除了主要受當年2月氣溫（平均溫和最高溫）的促進作用，還主要受當年7月最高溫的促進作用和當年7月降水量的抑制作用；大白山地區 NDVI_LGS 主要受當年生長季內氣溫（當年7月最高溫、8月、9月最低溫），以及當年1月降水量的影響較大。

該期間氣溫因子明顯抑制了興安落葉松的徑向生長，這與前人的研究結果[47]一致，尤其當年2月最高溫。3個研究區RWI對當年2月最高溫的敏感性隨著緯度的升高，逐漸降低（圖6），但 ΔNDVI_EGS 對2月最高溫的敏感性隨緯度恰恰相反。阿爾山研究區，RWI對降水量的敏感性較差，而處于中高緯度地區的庫都爾和大白山研究區，生長季內降水量對樹木徑向生長起促進作用，尤其庫都爾地區RWI對當年7月降水量最為敏感。

2.7升溫間歇期RWI和NDVI與氣候因子的關系

升溫間歇期，生長季中期（MGS）和生長季末期（LGS）NDVI的顯著上升是整個生長季NDVI呈顯著上升的主要原因（圖6）。因此，本研究分別分析了興安落葉松RWI、樹木冠層生長季中期（MGS）和生長季末期（LGS）與氣候響應的關系，目的為更好地了解升溫間歇期樹木RWI和NDVI關系一致性增強的原因。

升溫間歇期阿爾山地區樹木RWI、冠層NDVIMGS＼`ΔNDVI_LGS 的生長均受到了當年5月最低溫的顯著促進作用（圖3，如圖9所示），另外前年6月和11月最低溫也促進了樹木RWI的生長；前年5月和當年6月最低溫也顯著促進了 ΔNDVI_LGS 的生長。大白山地區樹木

RWI、冠層 NDVI_MGS?NDVI_LGS 的生長均受到當年5月平均溫的顯著促進作用（圖3，圖9），另外 NDVI_MGS 和ΔNDVI_LGS 還受前年6月最低溫、當年5月、6月、8月最低溫、前年7月降水量、當年6月、8月平均溫的促進作用。相反的是庫都爾地區樹木RWI仍然受氣候的抑制作用，這可能與地理環境因素有關，前年10月降水量抑制了該地區RWI的生長，但顯著促進了NDVI_MGS 和 ΔNDVI_LGS 的生長（圖4，圖9），這可能是庫都爾RWI與NDVI之間關系在升溫間歇期仍然處于負相關的主要原因（圖7）。除此之外，庫都爾地區RWI還受前年5月和當年5月降水量以及當年10月最高溫的影響； NDVI_MGS 還受前年10月最高溫、前年6月最低溫、當年6月最低溫的影響； ΔNDVI_LGS 還受前年10月最高溫、前年11月最低溫、當年6月最低溫和當年10月降水量的影響。

該時期，5月平均溫和最低溫的顯著變化導致了阿爾山和大白山樹木徑向生長與冠層之間關系由負轉正。并且隨著緯度的升高，影響生長季中期和末期樹木冠層生長的主導因子趨于一致。然而，庫都爾地區樹木徑向生長更多受到降水量的限制，RWI和NDVI對氣候因子的相反表現可能是該地區RWI和NDVI仍然處于負相關的主要原因。

3 討論

3.1快速升溫期RWI和NDVI關系

快速升溫期結果表明，大多數RWI與月NDVI以及生長季NDVI呈不顯著負相關。眾多RWI和NDVI相關研究也存在兩者之間關系不顯著的情況[28-30]，尤其在山區RWI和NDVI表現出不一致[30]，這表明樹木年輪寬度與NDVI之間的關系在不同的氣候背景和地理環境下是不一致的。該時期2月最高氣溫快速上升的氣候條件導致森林生長及其對氣候因素的響應不一致，這可能是解釋該時期興安落葉松RWI與NDVI之間不一致的主要因素。

生長季前期（EGS）和末期（LGS）NDVI的顯著上升也可能是RWI和NDVI關系不一致的原因之一。氣溫的顯著上升[48-49]促進了植被生長開始期的提前[50]，NDVI最大增幅出現在生長季早期（春季）[50-51]。4、5月NDVI的升高，需要消耗較多前年積累的營養物質，用于木質部生長的有機物就會減少，所以RWI和NDVI之間呈負相關；9、10月樹木形成層生長處于停滯階段，NDVI的上升更多的是為下年積累有機物，與當年RWI關系并不密切。隨著7月最高溫的繼續升高，葉片的氣孔開度也會隨之增天，加劇了樹木的蒸騰作用，蒸發量也會隨之增大，進而加快了水分的散失和養分的消耗，影響樹木內部營養物質的積累，導致樹木年輪寬度變窄[31]，也是RWI和NDVI呈負相關的原因之一。 ΔNDVI_EGS 對不同氣候因素，特別是對2月最高溫的響應較為一致（圖9）。2月最高溫顯著促進了生長季前期NDVI，對NDVI_LGS 的促進作用隨著緯度的升高逐漸減弱，庫都爾和大白山地區 ΔNDVI_LGS 還主要受7月最高溫和降水量的影響。大興安嶺地區的RWI在不同緯度也存在相同的變化趨勢，各地區RWI對2月最高溫的響應也表現出一致性，隨著緯度的升高RWI對降水量的響應也逐漸增強。興安落葉松的相關研究也表明，樹木年輪寬度的生長受到了氣溫的限制作用[52]。這也驗證了大興安嶺地區興安落葉松樹木年輪寬度在不同地區表現出明顯受2月最高溫抑制的事實。根據Vicente-Serrano等2i的研究表明，氣候條件和森林類型可以導致樹木年輪寬度和NDVI之間關系的不同。因此，在快速升溫的氣候背景下，森林生長模式及其對氣候響應的差異，都可能導致大興安嶺地區興安落葉松年輪寬度和NDVI之間的不一致關系。

另外，本研究中利用的 8km 空間分辨率的NDVI數據集，即使基于森林分布范圍提取植被NDVI[52]，單個像素內仍有可能混有各種植被類型，都可能導致樹木年輪寬度和NDVI之間的不一致性[30]。此前研究表明，森林生態系統中，除了樹冠對森林NDVI的貢獻外，林冠下草、灌木等植被對森林NDVI也有貢獻[53]。因此，像素中混有的其他植被對森林NDVI的影響也可能導致RWI和NDVI之間關系的不一致。

3.2 升溫間歇期RWI和NDVI關系

升溫間歇期內，大多數RWI和生長季的一個或者多個月NDVI呈正相關，但顯著正相關的時間并不一致，和相關研究結果[5相同。該期間冬季氣溫不再顯著變化，生長季內最低溫呈顯著上升趨勢，生長季內NDVI顯著上升主要表現在生長季中期和末期。阿爾山和大白山RWI呈不顯著上升，庫都爾RWI呈不顯著下降。生長季前期NDVI的不顯著上升，意味著冠層物候開始期沒有顯著提前[54]，以及5月最低溫和平均溫的上升分別促進了阿爾山和大白山RWI、NDVIMGS和 ΔNDVI_LGS 的生長，這可能是解釋該期間兩地區落葉松林RWI和NDVI一致性增強的主要原因。樹木冠層物候開始期的不顯著提前，使得樹木形成層生長獲得更多前年積累的有機物，同時5月氣溫的上升促進了NDVI_MGS ，光合速率的增強也產生了很多有機物用于生長。因此，阿爾山和大白山地區RWI和各月NDVI之間呈正相關，兩地區RWI分別于7月和8月NDVI呈顯著正相關，也說明了7月和8月是植被生長的高峰時期，會產生更多的碳水化合物[31]。阿爾山和大白山ΔNDVI_LGS 還受其他月份氣溫和降水量的促進作用，但RWI和9、10月NDVI呈不顯著正相關性也驗證了生長季后期冠層生長更多為來年積累，與當年RWI相關性不密切。

升溫間歇期庫都爾地區樹木RWI與各月NDVI關系除與5月NDVI呈顯著正相關性外，與其他月NDVI仍呈負相關，尤其與6月NDVI呈顯著負相關性。可能是庫都爾地區樹木木質部生長先于發芽，Zhai等[55]、Alice等[56]研究發現多種北方針葉林木質部生長先于冠層。并且相關研究發現樹木木質部細胞增長速率峰值比NDVI上升最快的7月要早1個月左右[57]，在葉子成熟的時候生長速率達到最大[62]。在4、5月庫都爾地區樹木木質部生長可能已經開始，而4月末期樹木冠層才逐漸發芽，進入5月木質部生長速率可能與NDVI“變綠”的速度相一致，二者間呈現出顯著正相關性。6月木質部迅速生長，速率達到最高峰，冠層物候開始期提前不顯著，NDVI變化速率可能沒有增大，導致RWI和6月NDVI呈現出顯著負相關性，隨著后期NDVI變化速率的增大，二者之間的負相關性也在逐漸的減弱。另外，RWI和生長季中期、末期NDVI對氣候因素響應的不一致性也造成了二者之間的負相關性，主要表現出前年10月降水量的顯著下降導致了RWI的下降和 NDVI_MGS 和 NDVI_LGS 的上升。

4結論

樹木年輪寬度指數和NDVI被廣泛用于評估森林生長的時空變化和探究森林生長對氣候變化響應的2種有效的森林動態指標。本研究根據20世紀末期氣候變化特征將研究期分為快速升溫期和升溫間歇期，分別對RWI和NDVI之間的關系進行研究對比，對揭示北方針葉林初級生長和次級生長及其關系探討具有重要意義，并得出以下結論。

1）大興安嶺興安落葉松RWI在快速升溫期呈顯著下降趨勢，升溫間歇期呈不顯著上升趨勢；生長季NDVI在快速升溫期前后均呈顯著上升趨勢。2）快速升溫期，大興安嶺興安落葉松生長季前期（EGS）和末期（LGS）NDVI上升的貢獻率最大；升溫間歇期，興安落葉松生長季中期（MGS）和末期（LGS）NDVI上升貢獻率最大。3）快速升溫期，大興安嶺興安落葉松RWI和大多數月份NDVI呈不顯著負相關；升溫間歇期，興安落葉松RWI與大多數月份NDVI呈正相關。

4）快速升溫期，2月最高溫對興安落葉松RWI的抑制作用隨著緯度的升高逐漸變弱；2月最高溫的上升顯著促進了阿爾山、庫都爾、大白山生長季前期冠層生長，造成了樹木RWI和NDVI的不一致。

5）升溫間歇期，生長季內5月氣溫的上升明顯減弱了興安落葉松RWI和NDVI的不一致性。

總體表明：不同時期大興安嶺興安落葉主干和冠層生長一致性存在差別，二者對共同氣候驅動因子響應是否存在差別決定了樹木主干和冠層生長關系的一致性。如果樹木主干和冠層生長對共同氣候驅動因子響應存在差別，且該驅動因子屬于該期間氣候主要變化因子，則樹木年輪寬度指數與NDVI會呈較多負相關。如果樹木主干和冠層生長對共同氣候驅動因子響應無差別，且驅動因子屬于該期間氣候主要變化因子，則樹木年輪寬度指數與NDVI會呈較多正相關。此外，我們也認識到研究時段較短所帶來的局限性，未來將采用更長時間序列的遙感植被指數來彌補這一缺陷。

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