树木年轮轮宽年表建立方法研究进展

树木年轮以其高分辨率、准确定年、样本广泛分布且可定量等优点,在全球变化特别是气候变化研究中广泛运用。去除以生长趋势为主的噪音,建立包含所需气候信息的轮宽年表是开展树木年轮气候学研究的关键。基于轮宽年表建立理论和树木径向生长概念模型,本文综述了轮宽年表建立过程中生长趋势拟合、指数化和均值化3个阶段的主要理论方法的研究进展;并详细介绍了最为关键的生长趋势拟合方法中,目前较为传统的曲线拟合类方法,和近20年来为克服曲线拟合类方法低频信息保留问题而受到关注和发展的区域曲线类方法;认为如何准确提取轮宽低频气候信息,将是树木年轮轮宽年表建立的主要发展趋势。     

电阻法在沙地水分动态测定中的应用

沙地水分定位动态监测是沙区农业、林业生产中的一项重要措施。一般测定沙地含水量多采用烘干法,由于沙地干燥,取样十分困难,加之测点变动,沙地水分空间变异性带来的测定误差,不能满足野外连续测定沙地水分动态变化的要求。在土壤水分测定中利用电阻法测定土壤含水量,是目前国内外应用比较多的方法之一,而应用在沙漠研究中却不多见。在塔克拉玛干沙漠腹地应用电阻法测定沙地水分动态,可以对沙地水分连续测定,特别是长期水分动态监测,电阻法测定仍是一种简便易行的新方法。     

黄柏山树轮生长对气候因子的响应及模拟

利用大别山西部的3个黄山松（Pinus taiwanensis Hayata）树木年轮采样点的样本,建立3个标准年表,其特征值都表明黄山松树木年轮宽度中含有较高的环境信息;年表间相关密切,区域主要受气候因子影响、南北差异显著;年表与气候因素的相关也显示不同环境生长的黄山松差异性要大于共性;同样多元线性回归也确定该研究区影响树木生长的主导因子为前一年10月的均温,而前一年8月的降水同样起着非常重要的作用。不同要素的模拟结果有较好的一致性,但极端气候条件下树木的生长差异显著。     

长白山北坡林线长白落叶松与岳桦对环境适应的对比分析

以长白山北坡林线长白落叶松（Larix olgensis）和岳桦（Betula ermanii）为研究对象,通过野外样方调查、树轮技术分析,采用趋势线模型拟和、单因素方差等统计方法从各种参数分析长白落叶松和岳桦径向树高生长的对比关系并揭示2个种群动态对环境适应性的对比差异。结果显示：垫状生长形的长白落叶松海拔最高（均值：2 017 m）,其次为旗形树（2 005 m）,正常形态的海拔最低（1 992 m）,所在生境差异显著（p < 0.05）。正常形态的长白落叶松生长速度大于岳桦（树高方程斜率：长白落叶松0.750 9>岳桦0.253 6）,随着旗形树的出现,速度相似（斜率：长白落叶松0.375 4>岳桦0.253 6）,变成垫状后,岳桦占优。长白落叶松受到压制种群扩张速度不如岳桦,长白山林线上侵表现为以岳桦种群为主力,长白落叶松仍是岳桦主要的伴生树种。     

Response of tree-ring growth to climate at treeline ecotones in the Qilian Mountains, northwestern China

Climate constitutes the main limiting factor for tree-ring growth in high-elevation forests, and the relationship between tree-ring growth and climate is complex. Based on tree-ring chronology and meteorological data, the influence of precipitation, mean temperature and mean minimum temperature at yearly, seasonal and monthly scales on the tree-ring growth of Picea crossifolia was studied at treeline ecotones in the Qilian Mountains, northwestern China. The results show that growing season temperatures of previous and current years are important limiting factors on tree-ring growth, particularly June mean temperature and mean minimum temperature of current year. The precipitations in the previous winter and current spring have a positive correlation, and in the current fall has a negative correlation with tree-ring growth, but these correlations are not significant. Our results suggest that temperature controls tree-ring growth more strongly than precipitation at treeline ecotones in the Qilian Mountains.     

采点和去趋势方法对天山西部云杉上树线树轮宽度年表相关性及其气候信号的影响

针对新疆天山西部伊犁、博州三大山体北坡云杉上树线树木年轮资料,采用区域曲线、负指数曲线、样条函数三种不同生长去趋势方法,研制树轮宽度年表,分析不同采点和树轮去趋势方法对树轮宽度年表在不同频域的相关性及气候信号的影响发现：①采点间的距离和是否位于同一气候区是影响云杉上树线树轮宽度年表间相关性的首要因子。三个采点间的树轮宽度变化,在高频变化方面最为相似,低频变化存在着较大差异,表明它们在揭示和重建大范围的高频气候变化方面可能具有较大的应用潜力。②三种不同去趋势方法对天山西部山脉北坡上树线的云杉树轮宽度年表的研制具有一定影响,负指数和样条函数去趋势方法研制的树轮年表较为相似,而区域曲线去趋势方法研制的树轮宽度年表中则可保留较多的轮宽低频变化信息。③降水是天山西部云杉上树线的树轮宽度生长的主要限制因子,且树轮宽度生长对降水的响应具有显著的滞后性。④在天山西部的云杉上树线采点,使用区域曲线去趋势方法有利于在树轮宽度年表中保留较多的与水分有关的气候信息。     

利用树轮宽度资料重建天山中段南坡巴仑台地区过去645年来的降水变化

在分析树木生长对气候要素响应的基础上,利用采自天山中段南坡夫斯坦沟的雪岭云杉树轮宽度年表,重建了巴仑台地区1360~2004A.D.当年7月至次年6月的降水量序列,方差解释量达53%(调整自由度后为52%)。交叉检验结果表明重建方程稳定可信。过去645a以来,巴仑台地区的降水量变化存在12个偏少阶段和12个偏多阶段。巴仑台地区降水量重建序列存在10.7~11、6.7和2.1a的显著准周期及16.5~17.2和2.4~6.6a的较显著准周期,并且在1496A.D.前后发生了降水量由少向多的突变。     

牛背梁自然保护区林线不同海拔巴山冷杉径向生长对气候变化的响应

近年来气候变化对秦岭植被的影响已得到众多研究的证实,牛背梁作为秦岭东部主脊和国家级自然保护区,该地区亚高山林线植被对气候变化的生态响应现状尚未得到广泛关注。依照树木年代学原理,进行响应分析并建立回归模型,探讨了牛背梁林线关键树种巴山冷杉（Abies fargesii）年表特征及对气候响应的海拔分异特征。结果表明：（1）随海拔升高,树木生长对气候的敏感性逐渐上升,但轮宽年表的同步性和信号强度呈先下降后上升的特点。（2）不同海拔树轮宽度年表的气候响应结果基本一致,对气温的敏感性均较降水强,敏感时段为当年2～8月,差异主要体现在,高海拔树木受生长季末期8月气温的影响较重,中海拔树木受生长季前期3～4月降水和上年冬季10～11月气温的促进,而低海拔树木受初春1～2月降水的限制作用明显。（3）对比分析低、中、高海拔3个回归模型中显著因子的变化趋势,发现气候变化可以促进巴山冷杉生长季的提前,但不同海拔树木的生长动态各异,说明研究区林线不同海拔巴山冷杉生长对全球变化可能具有不同的响应机制。     

新疆伊犁地区近250年冷暖变化特征分析

用树木年轮年表可重建过去的气候，扩展对气候变化的全面估计，本文利用伊犁地区２２个树轮年表，重建了该地区２５０年平均温度序列，并对周期冷暖变化特征进行了分析，对未来趋作了预测。     

祁连山中部树木年轮宽度与气候因子的响应关系及气候重建

研究了祁连山中部不同海拔高度青海云杉的树轮宽度对气候因子的响应,重建了祁连山中部 230 a以来春季3~5月的降水和 170 a以来夏季6~8月的气温序列。结果分析发现,不同高度的云杉树轮生长对春季降水极为敏感,呈现显著正相关;对夏季气温的响应程度,各海拔高度却不相同,夏季气温对上、下限云杉生长有显著影响,但对于森林中部云杉作用并不明显,总体表现为负相关,夏季高温对树木生长不利。气候重建结果发现,祁连山中部的春季230 a以来经历了大幅度长阶段的干湿变化,存在明显的 69 a和 21a周期;170 a以来夏季气温变化频繁,存在明显的2~4a周期。目前,祁连山中部正处于相对干旱和温暖时期,呈现出向暖干方向发展的趋势。     

青藏高原南部南木林地区树木径向生长对气候因子的响应

树木年轮定年准确、连续性强、分辨率高,并且易于获取复本,已经成为过去气候变化重建的主要手段之一。通过分析青藏高原南部南木林地区大果圆柏的树木年轮宽度变化及其对气候因子的响应,发现树木生长季前期的温度与树木径向生长变化呈正相关关系,而夏季温度与树木径向生长呈负相关关系;年总降水量（上年7月到当年6月）是当地树木径向生长的主要限制因子,相关系数为0.66（P<0.01）,表明南木林地区树轮宽度变化可以指示该地区年总降水量变化。南木林树轮年表（1560—2008年）的突变检验结果显示,该年表在年代际尺度上存在1627年和1829年左右的突变点,表明南木林地区降水量在过去499 a间经历了两次突变。对树木年轮标准化年表的功率谱分析表明,南木林树轮记录具有150 a、100 a、75 a、60 a、50 a以及3.7 a 和3.06 a的显著周期,其中3.7 a和3.06 a周期可能与ENSO有关。     

贡嘎山东坡不同海拔高度树轮宽度对气候变化的响应

树木生长对气候变化的响应机制是气候重建的基础,在不同的气候或环境背景下,树轮宽度对气候变化的响应不同,其响应随着地形或海拔等因素的变化而变化。利用采自贡嘎山东坡5个海拔高度的树轮样本建立了树轮宽度年表,并对年表特征、年轮宽度及其对气候要素的响应进行分析,探讨了该区树木径向生长对气候变化的响应关系。结果表明:年轮平均宽度具有随海拔高度的增加而减小的趋势,树轮宽度对气候要素的响应也具有海拔差异。在海拔3700m的森林上限树轮宽度与当年7月份平均温度显著正相关,在海拔3000m高度与3月份平均温度显著正相关,而在海拔2800m树轮宽度与气候因子之间没有显著的响应关系。通过与海螺沟冰川末端进退变化和文献记载的特殊气候年份对比发现,树轮宽度年表与海螺沟冰川进退变化及文献记录的特殊气候年份具有一定的一致性,宽度年表对气候变化具有一定的指示意义。     

柴达木盆地东缘祁连圆柏轮宽序列标准化的方法研究

利用在青海柴达木盆地东缘山地获取的大量祁连圆柏树轮资料,对拟合并去除树木生长趋势即标准化方法进行探讨,提出了一种总体曲线方法。该方法用包含完整树木髓心、并且在40~60年间达到生长顶峰的树轮资料拟合柴达木盆地东缘祁连圆柏的总体生长趋势曲线,并用广义的负指数函数来描述树木自茎的次生生长开始以来的径向生长过程。用相同的树轮资料建立估算缺失轮数的最初径向生长模型,其方差解释量高达90.9%。建立年表时包含髓心的样芯认定生理年龄为1年,不包含髓心的样芯用最初径向生长模型估算缺失轮数,然后全部样芯用生长趋势曲线对应部分进行去趋势标准化。该方法对建立可靠、准确的长年表有重要意义,所建年表比用传统负指数函数方法建立的年表保留了更多的低频变化信息。     

中国利用树轮资料重建干湿变化研究进展

树木年轮资料定年准确、分辨率高、连续性强,已成为研究过去全球变化的重要信息来源之一。中国树轮与干湿变化研究,样点分布广泛,研究树种较多,重建尺度较长。基于树轮宽度、密度和同位素等各种代用指标,在分析树木径向生长对干湿变化响应、重建历史时期干湿变化等方面取得很大进展。一般来说,在干旱半干旱区的低海拔区域,水分条件,尤其是春季、秋季和年湿润状况,是树木径向生长的重要影响因素。森林上限、相对冷湿区域以及亚热带气候区,树木生长与降水的相关性偏弱。在时间尺度上,基于树轮重建的长于1000年甚至超过2000年的干湿变化序列已有多条,主要分布在青藏高原地区。目前最长年表已达4500年,最长降水序列为3500年。本文通过对部分树轮成果的简要概括,以期为树轮采样和干湿变化重建提供借鉴与帮助。     

树轮密度对气候的响应及重建研究进展

树轮密度是重建过去气候变化的重要代用指标。过去几十年,国内外学者针对树轮密度开展了大量的研究工作,取得了丰硕的成果。论文收集了国内外有关树轮密度的研究文献,从树轮密度对气候变化的响应和气候重建等方面进行了概述。尽管树轮密度对气候变化的响应可能受到样点的地理位置、地形(如海拔、坡向等)、树种等因素的影响,但湿冷地区树轮晚材最大密度能较好地反映生长季或生长季末期温度变化;而干旱地区的早材平均密度能揭示生长季早期的降水变化。因此,目前大多数研究以重建生长季或生长季末期温度为主,也有重建降水量、海平面气压变化的案例。此外,重建方程的方差解释量存在空间和树种间的差异,但这些差异需要更多的研究工作加以验证。最长的重建序列来自于欧洲,长达2018 a;国内基于树轮密度重建的最长温度序列来自于西南地区,长达449 a。另外,树轮密度序列在对温度响应的分异性问题以及评估强火山喷发的降温效应方面还存在争议。其争议源于树轮密度与温度关系还受到其他环境变量与人为因素的影响,因此今后研究还需关注树轮密度与降水、光照等其他气候变量的关系,同时也要注重树种、海拔、实验方法等非气候因子的影响。     

Microcoring and dendrometer-detected intra-annual wood formation of Populus euphratica in the Ejina Oasis,northwestern China

Seasonal stem radial growth and wood formation of trees have become research hotspots because of their significance for dendroclimatological and dendroecological studies. However, until recently, these studies concentrated on coniferous tree species in high-altitude and high-latitude regions, while detailed information on arid-zone riparian forests is scarce. The main focus of this study is to monitor the intra-annual dynamics of radial growth and tree ring formation in a deciduous species, Populus euphratica. In 2013, we combined the dendrometer and microcoring methods to study this species in the riparian forest of the Ejina Oasis, in arid northwestern China. Vessel enlargement began in early May, and the maximum rate of cell production occurred in early June. The cell division then ceased from early to mid-July. The dendrometer method failed to reliably detect the date of growth initiation and cessation, but succeeded to detect the time of maximum growth rate just like the microcoring method did. We found that weekly stem radial increment data described xylem growth more accurately than daily datasets. Based on correlation analysis among climatic and hydrologic variables, and weekly stem radial increment, weekly ring width increase dataset, the depth to groundwater was the main factor that limited tree ring growth. From a practical perspective, such studies of intra-annual wood formation can provide empirical guidance for seasonal water allocations within a river basin.     

额济纳旗近100 a来胡杨年表的建立与响应分析

在野外采样、室内预处理、交叉定年的基础上,建立了近一百年来额济纳旗胡杨树木年轮年表,并将标准年表的树轮指数与采样点附近额济纳旗气象站的气温、降水及黑河中游正义峡水文站的径流量进行了相关分析。结果表明,年轮宽度指数与春季3~5月径流量和年径流量呈显著负相关,相关系数为-0.642和-0.525。由于该地区降水量为37.9mm,对树木生长的意义不大,径流量则成为胡杨生长的限制因子。正义峡径流量冷季大,暖季小,与该区胡杨的生长季不相吻合。春季树木生长开始,需要一定的水分供给,虽然该区春季径流量仅占全年径流量的16.42%,但是,采样点距离河床较近,地下水位较高,可以满足根系对水分的需要,有利于胡杨生长,因而该相关具有明确的生物学意义。进一步进行响应函数分析的结果表明,重建序列与实测序列较为相近,采用的回归方程比较稳定可信。     

青藏高原东北部与南部地区树木径向生长对气候要素的响应——以祁丰和林周树轮为例

了解树木径向生长对气候响应的区域特征是模拟或预测未来全球变化如何对森林生态系统产生影响的基础。对青藏高原东北部(祁丰)干旱气候条件下与南部(林周)高寒半干旱气候条件下的两条标准化年表分析发现,两年表敏感度均较高,样芯间一致性均较强,为分析树木径向生长对气候要素的响应关系提供了保障。对祁丰和林周树轮宽度序列与其附近酒泉(1951-2009年)和当雄(1963-2009年)气象站上年5月到当年9月的气候因子(月平均气温、月最高气温、月平均最低温和月降水量)进行相关和响应分析发现,祁丰和林周树木的径向生长与当年5-6月平均气温存在负相关关系,相关系数分别为-0.360和-0.466;而与当年5-6月降水量显著正相关,相关系数分别为0.499和0.623。祁丰和林周树轮宽度序列与帕尔默干旱指数(PDSI,1951-2005年)的格网数据在每个月份均呈正相关关系,与5-6月的相关值分别为0.581和0.719。上年7月到当年6月的降水量与祁丰(r=0.529)和林周(r=0.667)树轮宽度序列的相关值也较高,推断干旱状况是限制高原东北部与南部树木径向生长的主要因素。     

Climate Response Analysis of Pinus massoniana Tree-Ring Chronology in Shuangpai County,China

The formation of tree-rings is closely related to climate variation. This paper establishes the tree-ring chronology of Pinus massoniana for a period of 36 years and examines the relationship between the tree-ring chronology and climatic conditions based on tree-ring width samples from three sites on the northeast slopes of Yangming Mountain. This data is used to study the relationship between the tree-ring width of a young tree and climatic conditions in a moist hilly region of southern China and to understand the general pattern of climate variation and its effects on tree growth in the past in this region. The results indicate that changes in tree-ring widths in these sites are closely related to local climatic conditions. There is a significant positive correlation between the radial growth of Pinus massoniana and the mean temperature of the current year from January to May (coefficient of correlation, R, is 0.596, P<0.01) and the mean temperature of the previous year from June to July (R is 0.639, P<0.01). The radial growth of Pinus massoniana is negatively correlated with the total precipitation of the previous year from January to March and November to December (R is -0.46, P<0.05) and negatively correlated with the total precipitation of the previous year from June to July (R is -0.582, P<0.05). The effect of precipitation on the radial growth of Pinus massoniana is known as the “hysteresis effect”.     

Climatic response of thick leaf spruce (Picea crassifolia) tree-ring width at different elevations over Qilian Mountains, northwestern China

Tree-ring cores of thick leaf spruce (Picea crassifolia) taken from four sites at different elevations, in the middle of the Qilian Mountains, in the arid and semi-arid region of northwestern China, were used to develop four tree-ring width chronologies using standard dendrochronological methods. Results indicate that with increasing altitude the chronologies’ year-to-year variations decreased. Hence, the sensitivity of the tree-ring chronologies to climate decreases with altitude. Further analysis showed that the significant limiting factor on tree growth is spring precipitation. Measurements of stomata density and leaf dry weight suggest the species’ ecological adaptation strategy changes with elevation. At high elevation the metabolic rate of thick leaf spruce decreases, thus showing the effect of the climate.