長(zhǎng)白山東坡落葉松樹(shù)輪寬度對(duì)氣候響應(yīng)的分離效應(yīng)

于 健 ，徐倩倩,2，何 秀 ，羅春旺 ，劉文慧，李俊清，劉琪璟

（1.北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 鄭州果樹(shù)研究所，河南 鄭州 450009; 3.中國(guó)科學(xué)院 沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所,遼寧 沈陽(yáng) 110016）

長(zhǎng)白山東坡落葉松樹(shù)輪寬度對(duì)氣候響應(yīng)的分離效應(yīng)

于 健1，徐倩倩1,2，何 秀3，羅春旺1，劉文慧1，李俊清1，劉琪璟1

（1.北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 鄭州果樹(shù)研究所，河南 鄭州 450009; 3.中國(guó)科學(xué)院 沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所,遼寧 沈陽(yáng) 110016）

為探討近52年 (1958～2009年) 長(zhǎng)白山地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候因子響應(yīng)的異質(zhì)性特征，以1989/1990年為分界點(diǎn)，利用響應(yīng)函數(shù)及向前滑動(dòng)相關(guān)分析等樹(shù)輪氣候?qū)W方法，研究了兩個(gè)時(shí)間段 (1958～1989年和1990～2009年) 長(zhǎng)白山東坡長(zhǎng)白落葉松Larix olgensis 與氣候因子之間的響應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明：（1）1958～1989年與1990～2009年溫度指標(biāo)差異呈極顯著性水平。（2）1958～1989年時(shí)段樹(shù)木生長(zhǎng)分別與當(dāng)年2月平均溫度及上年12月最高溫度呈顯著負(fù)相關(guān)；1990～2009年時(shí)段落葉松生長(zhǎng)與上年12月平均溫度及降水量呈顯著負(fù)相關(guān)，并與當(dāng)年9月降水量呈顯著負(fù)相關(guān)；1989年以后當(dāng)年2月溫度及9月降水量的增加對(duì)樹(shù)木徑向生長(zhǎng)具有顯著抑制作用。據(jù)此推斷伴隨著全球氣候變暖，長(zhǎng)白山地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候因子在兩個(gè)時(shí)段上表現(xiàn)出了不同的響應(yīng)特征，發(fā)生了響應(yīng)模式的改變。

氣候變化；落葉松；響應(yīng)分離；樹(shù)輪寬度

工業(yè)化革命以來(lái)，二氧化碳等溫室氣體的大量排放，致使全球氣候不斷變暖。自從19世紀(jì)中葉，全球年平均氣溫以每20年大概0.32℃增加[1]。為了評(píng)估全球變暖和20世紀(jì)溫度變化趨勢(shì)，量化人為影響對(duì)氣候變化的貢獻(xiàn)是極其重要的。由于依據(jù)傳統(tǒng)器測(cè)工具測(cè)量的氣象數(shù)據(jù)時(shí)間較短，并且主要集中在人類(lèi)對(duì)氣候具有強(qiáng)烈影響時(shí)期，因此，尋找氣候記錄代用資料，對(duì)于理解過(guò)去氣候變異是至關(guān)重要的。

樹(shù)木年輪具有定年準(zhǔn)確、連續(xù)性強(qiáng)、分辨率高和易于獲得復(fù)本等特點(diǎn)，成為獲取過(guò)去氣候信息的重要手段之一[2]。因此，在重建過(guò)去千年高分辨率及區(qū)域甚至全球尺度氣候變化中，樹(shù)木年輪已成為極為重要的代用資料[3-4]。然而，樹(shù)木生長(zhǎng)分離效應(yīng)（Divergence problem) 將會(huì)模糊樹(shù)木對(duì)氣候的響應(yīng)，這種效應(yīng)是在全球氣候變暖趨勢(shì)下，北半球高緯度地區(qū)原本對(duì)于溫度響應(yīng)敏感的樹(shù)輪資料，在最近幾十年樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)于平均溫度的響應(yīng)敏感性降低，即樹(shù)木生長(zhǎng)與20世紀(jì)全球氣候變暖趨勢(shì)出現(xiàn)了分離，在區(qū)域尺度上難以擬合20世紀(jì)的全球變暖趨勢(shì)[5-6]。然而，自Jacoby and D'Arrigo[6]首次發(fā)現(xiàn)樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)于氣候變化出現(xiàn)響應(yīng)分離以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在很多地方開(kāi)展了大量有關(guān)樹(shù)木－氣候響應(yīng)分離的研究。Yonenobu等[7]對(duì)日本扁柏 Hinoki cypress 樹(shù)輪寬度研究發(fā)現(xiàn)，原本對(duì)溫度變化響應(yīng)敏感的樹(shù)輪寬度，在1962年出現(xiàn)敏感度下降。Shi等[8]在青藏高原的研究也發(fā)現(xiàn)樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候響應(yīng)的不穩(wěn)定性，并在1977年出現(xiàn)分異?？梢?jiàn)響應(yīng)分離現(xiàn)象在國(guó)際上越來(lái)越受到樹(shù)輪氣候?qū)W家的重視。伴隨著全球氣候變暖，低緯度地區(qū)增溫幅度遠(yuǎn)沒(méi)有高緯度地區(qū)的增溫幅度大，北方森林生態(tài)系統(tǒng)較易受外界氣候變化的影響[9-10]。目前關(guān)于樹(shù)木生長(zhǎng)分離效應(yīng)的研究還主要集中于北半球高緯度地區(qū)，在中低緯度地區(qū)涉及較少[3]。

長(zhǎng)白落葉松Larix olgensis為松科落葉喬木，是我國(guó)東北高山針葉林的主要森林組成樹(shù)種，其樹(shù)輪界限清晰，易于定年，近年來(lái)在樹(shù)輪氣候?qū)W研究中被廣泛應(yīng)用。前人開(kāi)展了諸多有關(guān)落葉松對(duì)氣候因子響應(yīng)分離的研究，Jacoby等[11]對(duì)西伯利亞落葉松樹(shù)輪寬度的研究發(fā)現(xiàn)，樹(shù)輪寬度對(duì)溫度響應(yīng)在1970年之后出現(xiàn)分異。Carrer等[12]對(duì)意大利北部林線處歐洲落葉松樹(shù)輪寬度進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)樹(shù)輪在19～20世紀(jì)對(duì)氣候變化的敏感性發(fā)生了轉(zhuǎn)變。李廣起等[13]研究了長(zhǎng)白山紅松和魚(yú)鱗云杉在分布上限徑向生長(zhǎng)對(duì)氣候變暖的不同響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)白山氣度溫度可以以1978年為分界點(diǎn)，劃分為平穩(wěn)期和升溫期，發(fā)現(xiàn)魚(yú)鱗云杉樹(shù)輪寬度出現(xiàn)隨溫度升高而下降的“分離現(xiàn)象”。由于目前在中低緯度地區(qū)有關(guān)分異問(wèn)題的研究還比較少，要想了解半球尺度甚至更大范圍樹(shù)輪氣候?qū)W中的分異現(xiàn)象，在更加廣泛的地區(qū)，特別是中低緯度地區(qū)開(kāi)展類(lèi)似的研究是必要的[3]。

本研究基于長(zhǎng)白山東坡長(zhǎng)白落葉松的樹(shù)輪寬度資料，以1989/1990年為分界點(diǎn)，在1958～1989年和1990～2009年兩個(gè)時(shí)間段上探討樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候是否在中緯度長(zhǎng)白山地區(qū)出現(xiàn)響應(yīng)分離效應(yīng)？如果出現(xiàn)，其生長(zhǎng)分離效應(yīng)的具體表現(xiàn)特征如何？這為研究全球變暖趨勢(shì)下該地區(qū)落葉松對(duì)氣候的響應(yīng)特征及評(píng)估該地區(qū)氣候重建可靠性具有一定意義。

1 研究區(qū)概況

采樣區(qū)位于長(zhǎng)白山東坡自然保護(hù)區(qū)內(nèi)長(zhǎng)白落葉松林 (128°15′E，42°03′N(xiāo)，海拔 1 451 m)。該區(qū)域氣候?qū)儆谑芗撅L(fēng)影響的溫帶大陸性山地氣候，春季多大風(fēng)，夏季潮濕多雨，秋季涼爽多霧，冬季寒冷漫長(zhǎng)，溫度與降水四季變化明顯，雨季主要分布在6～8月。年平均溫度為3.68℃，年平均降水量為815 mm。長(zhǎng)白山地處中緯度，高空為西信風(fēng)，山頂各季偏西風(fēng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。山體中下部由于地形復(fù)雜，氣旋和反氣旋活動(dòng)頻繁，導(dǎo)致風(fēng)向多變，季風(fēng)現(xiàn)象不明顯，只是部分受季風(fēng)影響。長(zhǎng)白山東坡植被垂直分布規(guī)律不如北坡完整和明顯。受火山噴發(fā)的影響，東坡自山底到山上林線處（海拔約2 000 m）均為長(zhǎng)白落葉松林[14]。

林分為落葉松純林，有少量的白樺 Betula platyphylla。林分株數(shù)密度為1 057株/hm2，林分平均年齡170 a，平均胸徑29.0 cm，平均樹(shù)高24.0 m。林下灌木主要有長(zhǎng)白薔薇Rosa koreana、寬葉杜香Ledum palustre var. dilatatum、藍(lán)靛果忍冬Lonicera edulis、毛脈忍冬Lonicera nigra var. barbinervis、 越 桔 Vaccinium vitis-idaea等。林下草本主要有藍(lán)果七筋菇Clintonia udensis、林奈草Linnaea borealis、毛蕊老鸛草Geranium eriostemon、 毛 緣 苔 草 Carex pilosa var. pilosa、細(xì)葉苔草Carex duriuscula、全葉山芹Ostericum maximowiczii等，苔蘚層發(fā)達(dá)。

2 材料與方法

2.1 樣本的采集及處理

野外采樣時(shí)間為2010年7、8月，隨機(jī)選取90株位于上層林冠、生長(zhǎng)健康的長(zhǎng)白落葉松。每株樹(shù)在胸高處 (1.3 m) 鉆取一根樹(shù)輪樣芯。將取樣后的樹(shù)輪樣芯裝入紙筒內(nèi)，記錄樹(shù)木的胸徑、皮厚和開(kāi)裂深度等信息。樹(shù)輪樣芯按照國(guó)際通用的方法固定、晾干、打磨拋光[15]，直至在顯微鏡下能夠清晰分辨樹(shù)輪界限為止。

2.2 年輪測(cè)量與年表的建立

利用Lintab 6樹(shù)輪寬度測(cè)量?jī)x (精度為0.01 mm) 量測(cè)樹(shù)輪樣芯寬度, 并結(jié)合COFECHA程序[16]實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本序列測(cè)量結(jié)果的交叉定年的檢驗(yàn)，剔除異常和難以交叉定年的序列。本研究共測(cè)量82根樣芯的樹(shù)輪寬度，經(jīng)交叉定年檢驗(yàn)，最終保留51根樹(shù)輪樣本。年表的建立是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序ARSTAN (Auto Regressive Standardization)[17]完成的。建立年表的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是樹(shù)木樹(shù)輪序列的去趨勢(shì)和標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程。以步長(zhǎng)為32的樣條函數(shù)去除樹(shù)木本身的遺傳因子和干擾競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生的生長(zhǎng)趨勢(shì)，最終得到長(zhǎng)白落葉松三類(lèi)年表，分別為標(biāo)準(zhǔn)化年表（STD）（見(jiàn)圖1）、差值年表（RES）和自回歸年表 (ARS)。

圖1 長(zhǎng)白山落葉松標(biāo)準(zhǔn)化年表（STD）Fig. 1 Standard chronologies of L. olgensis of Changbai Mountain

2.3 氣象資料

選取距離采樣點(diǎn)最近的東崗氣象站(127°34′E，42°06′N(xiāo)，海拔 774.2 m) 的氣候資料，進(jìn)行樹(shù)輪氣候響應(yīng)分析，氣象站距離采樣點(diǎn)的垂直海拔高度差大約為684.8 m，包括1958～2009年完整年的月平均溫度 (Tm)、月最高溫度 (Tmax)、月最低溫度 (Tmin)、月降水量 (Pm) 等。為了更好地了解溫度和降水對(duì)樹(shù)木樹(shù)輪徑向生長(zhǎng)的綜合影響，本文中采用降水量 (Pm) 和平均溫度 (Tm) 的比值 (稱為濕潤(rùn)指數(shù)H) 來(lái)分析其與樹(shù)輪徑向生長(zhǎng)的關(guān)系。由于氣象站和采樣點(diǎn)的海拔高度相差較大，本研究又選取Dai[18]發(fā)表的帕爾默干旱指數(shù)(PDSI)數(shù)據(jù)集的一個(gè)格點(diǎn)資料作為研究因子(128.75° E，42.25°N，分辨率為 2.5°×2.5°，1957～ 2005年)。本研究依據(jù)長(zhǎng)白落葉松的年生長(zhǎng)規(guī)律，將月值氣候資料按照1、2、3月為當(dāng)年春季(CS)，4、5月為當(dāng)年生長(zhǎng)季前期 (BG)，6、7、8、9月為當(dāng)年生長(zhǎng)季 (CG)，10、11、12月為冬季(PW) 進(jìn)行季節(jié)劃分，并計(jì)算每一季節(jié)的平均溫度、最高溫度、最低溫度、降水量、帕爾默干旱指數(shù)和濕潤(rùn)指數(shù)。

1958年以來(lái)，長(zhǎng)白山地區(qū)溫度呈極顯著上升趨勢(shì)（R= 0.362，p＜0.01），氣候傾向率為0.26℃·10a-1（見(jiàn)圖2）。1957～ 2009年平均溫度為3.68℃，其中平均溫度最高出現(xiàn)在1998年，為5.57℃，1969年平均溫度最低，僅為2.08℃。20世紀(jì)90年代（1990～1999）平均氣溫為4.27℃，比近53年平均氣溫高出0.59℃。與平均溫度相比，該區(qū)域年降水量呈現(xiàn)出微弱的下降趨勢(shì)（R= 0.116，p＞0.05），氣象傾向率為-9.57 mm·10a-1（見(jiàn)圖2）。該地區(qū)近53年來(lái)平均降水量為815.12 mm，1986年降水量最大，為1 190.80 mm，降水量最小年份出現(xiàn)在1978年，為574.20 mm，并且1986年和1995尤為突出，年降水量均超過(guò)了1 100 mm，并且這兩年平均降水量超過(guò)近53年平均降水量的43.0%。

2.4 數(shù)據(jù)分析

圖2 長(zhǎng)白山地區(qū)東崗氣象站平均氣溫與降水量的變化情況 (1958～2009年)Fig. 2 Variations of annual mean temperature and precipitations measured by Dong-gang meteorological station in Changbai Mountain in 1958～2009

通過(guò)獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)檢查兩個(gè)時(shí)段（1958～1989年、1990～2009年）上的氣候因子和樹(shù)輪指數(shù)是否存在顯著性差異。對(duì)比樹(shù)輪指數(shù)和氣象因子在整個(gè)時(shí)間段 （1958～2009年）的變化趨勢(shì)，分析樹(shù)木生長(zhǎng)隨氣候因子的變化規(guī)律。通過(guò)樹(shù)輪年表與兩個(gè)時(shí)段（ 1958～1989年、1990～2009年）逐月及季節(jié)性氣候因子的響應(yīng)分析，闡述樹(shù)木生長(zhǎng)在兩時(shí)間段對(duì)于氣候的不同響應(yīng)特征。

由于樹(shù)木生長(zhǎng)受上年和當(dāng)年氣候因子的共同影響，通常也要把上年的氣候因子考慮進(jìn)去。因此本研究選取東崗氣象站自1958年起的時(shí)間跨度為上年10月到當(dāng)年9月 (共12個(gè)月) 的氣候因子與所得的樹(shù)輪年表進(jìn)行響應(yīng)函數(shù)分析，以期了解溫度和降水對(duì)樹(shù)木樹(shù)輪徑向生長(zhǎng)的綜合影響。然后，利用滑動(dòng)相關(guān)分析方法評(píng)估氣候?qū)ιL(zhǎng)的時(shí)間穩(wěn)定性，其允許分別以固定的開(kāi)始和結(jié)束年份向前或者向后滑動(dòng)[19]。本研究中采用基本長(zhǎng)度為25年的向前滑動(dòng)相關(guān)分析。所有響應(yīng)函數(shù)計(jì)算通過(guò)DENDROCLIM2002計(jì)算程序[20]，該程序用拔靴法 (Bootstrap) 1000次重采樣計(jì)算響應(yīng)和相關(guān)系數(shù)，并在0.05水平下對(duì)其進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。本文中所有作圖通過(guò)KaleidaGraph 3.6軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 年表特征分析

標(biāo)準(zhǔn)化年表和差值年表樣本總體代表性均高于0.85的可接受水平，表明樹(shù)輪樣本所含信號(hào)能代表整體特征，包含較多的環(huán)境信息；樹(shù)間相關(guān)系數(shù)分別為0.455和0.427，說(shuō)明每株樹(shù)受相似環(huán)境因子的影響，樹(shù)輪徑向生長(zhǎng)較為一致；平均敏感度在0.16～0.20之間，說(shuō)明落葉松對(duì)本地區(qū)氣候因子變化反應(yīng)敏感，可以被用來(lái)研究樹(shù)木徑向生長(zhǎng)與氣候因子間的關(guān)系 (見(jiàn)表1)。年表的信噪比較高，較好地記錄了落葉松生長(zhǎng)環(huán)境的變化。第一主分量的解釋量均超過(guò)40%，表明影響樹(shù)木生長(zhǎng)的因子相對(duì)集中或者主要受某些因子的限制。由此可見(jiàn)，所建立的落葉松年表完全滿足樹(shù)輪氣候?qū)W分析的要求。

標(biāo)準(zhǔn)化年表除平均敏感度低于差值年表外，標(biāo)準(zhǔn)差、信噪比、樣本總體代表性和第一主分量均高于差值年表 (見(jiàn)表1)。樹(shù)輪氣候?qū)W相關(guān)研究表明，具備信噪比高、平均敏感度大、樣本總體代表性好等特點(diǎn)為高質(zhì)量樹(shù)輪年表[16,21,22]。因此，本研究選用樣本總體代表性較大、信噪比較高的落葉松標(biāo)準(zhǔn)年表進(jìn)行氣候要素響應(yīng)分析。

表1 落葉松年表的統(tǒng)計(jì)特征及公共區(qū)間 (1882～2009) 分析Table 1 Statistics and common interval analysis of L. olgensis chronologies

3.2 樹(shù)輪指數(shù)與氣候因子的波動(dòng)特征比較

基于長(zhǎng)白山地區(qū)過(guò)去52年平均氣溫和降水量變化情況可知，以1989/1990年為分界點(diǎn)，氣候因子波動(dòng)趨勢(shì)分為1958～1989年和1990～2009年兩個(gè)階段。由樹(shù)輪指數(shù)和氣象站年溫度和降水量等氣候因子在兩個(gè)時(shí)段箱線圖特征(見(jiàn)圖3)可以看出，1990～2009年樹(shù)輪指數(shù)稍高于1958～1989年時(shí)段，但樹(shù)輪指數(shù)在兩時(shí)段差異沒(méi)有達(dá)到顯著性水平 (F=0.102, p＞0.05)，其在兩時(shí)段的差異性特征主要體現(xiàn)在樹(shù)輪指數(shù)的波動(dòng)幅度大小上。平均溫度、最高溫度和最低溫度在1990～2009年時(shí)段均極顯著高于1958～1989年時(shí)段 (F =0.008, F = 0.736, F = 3.667, p＜0.01)，并且在1958～1989年時(shí)段波動(dòng)較大。降水量在兩時(shí)段上的差異沒(méi)有達(dá)到顯著性水平 (F = 0.712, p＞0.05)，前一時(shí)段波動(dòng)幅度大于后一時(shí)段。PDSI在兩時(shí)段差異性達(dá)極顯著性水平 (F = 1.708, p＜0.01)，1990～2005年時(shí)段波動(dòng)幅度大于1958～1989年時(shí)段。

由此可見(jiàn)，樹(shù)輪指數(shù)和氣候因子在兩個(gè)時(shí)段都有明顯波動(dòng)，主要體現(xiàn)在1958～1989年時(shí)段樹(shù)輪指數(shù)偏低，波動(dòng)較大，溫度指標(biāo)較低，PDSI較高；然而在1990～2009年時(shí)段樹(shù)輪指數(shù)較高，波動(dòng)較小，氣候特征主要集中表現(xiàn)為溫度增加趨勢(shì)明顯，兩時(shí)段平均溫度、最高溫度和最低溫度差異均達(dá)到極顯著性水平，降水量差異不明顯。

3.3 樹(shù)輪指數(shù)與氣候因子變化趨勢(shì)比較

基于過(guò)去52年 (1958～2009年) 樹(shù)輪指數(shù)與氣候因子的波動(dòng)特征 (見(jiàn)圖4)可知，樹(shù)輪指數(shù)波動(dòng)在1990年呈現(xiàn)波動(dòng)低谷，1990年之前波動(dòng)較為平穩(wěn)，之后波動(dòng)出現(xiàn)較大起伏。溫度指標(biāo)波動(dòng)趨勢(shì)在1990年之前較為平穩(wěn)，之后出現(xiàn)明顯上升，這與箱線圖所顯示的特征一致，從圖4中可以清楚地看出樹(shù)輪指數(shù)與溫度指標(biāo)在1990年出現(xiàn)明顯分離。降水量和PDSI在1958～2009年整個(gè)時(shí)間段波動(dòng)趨勢(shì)變化不明顯，與樹(shù)輪指數(shù)均在2000年以后出現(xiàn)不同程度的分離，表現(xiàn)為樹(shù)輪指數(shù)數(shù)值高于降水量和PDSI數(shù)值。

圖3 樹(shù)輪指數(shù)與氣候因子在兩個(gè)時(shí)段 (1958～1989年和1990～2009年) 的箱線圖Fig. 3 Box plots of tree-ring index and climatic factors in two periods (1958～1989 and 1990～2009)

綜上所述，樹(shù)輪指數(shù)與溫度指標(biāo)在1990年表現(xiàn)出明顯的分離現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為溫度指標(biāo)值高于樹(shù)輪指數(shù)值。樹(shù)輪指數(shù)與降水量和PDSI吻合較好，但也在2000年以后出現(xiàn)不同程度的分離現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為樹(shù)輪指數(shù)數(shù)值高于降水量和PDSI數(shù)值。

3.4 樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候的響應(yīng)函數(shù)分析

為了揭示樹(shù)木生長(zhǎng)在不同時(shí)間段對(duì)于氣候的響應(yīng)特征，分別作了標(biāo)準(zhǔn)年表與兩個(gè)時(shí)段氣候因子的響應(yīng)分析。由圖5可以看到，在1958～1989年時(shí)段樹(shù)木生長(zhǎng)主要與當(dāng)年2月(r = -0.326 7, p＜0.05)平均溫度顯著負(fù)相關(guān)，與上年12月 (r =-0.373 5, p＜0.05)最高溫度顯著負(fù)相關(guān)。在1990～2009年期間，長(zhǎng)白山地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)與上年12月(r = -0.445 1, p＜0.05) 平均溫度顯著負(fù)相關(guān)，與上年12月和當(dāng)年9月 (r = -0.333 1, r = -0.481 8,p＜0.05) 降水量呈顯著負(fù)相關(guān)。兩時(shí)段均與上年12月(r = 0.342 9, r = 0.428 3，p＜0.05)濕潤(rùn)指數(shù)顯著正相關(guān)，與最低溫度相關(guān)性不顯著。綜合來(lái)看：長(zhǎng)白山地區(qū)落葉松生長(zhǎng)季主要集中于5～9月，11月進(jìn)入休眠期，12月份溫度過(guò)高可以增加樹(shù)木的呼吸作用，使樹(shù)木大量消耗上年生長(zhǎng)季積累的光合作用產(chǎn)物，對(duì)下一年樹(shù)木生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。2月長(zhǎng)白山地區(qū)仍處于十分寒冷的春季，此時(shí)溫度過(guò)高將加快樹(shù)木呼吸作用，過(guò)多的消耗樹(shù)體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成樹(shù)體內(nèi)樹(shù)液提前開(kāi)始流動(dòng)，若溫度驟降，則可能導(dǎo)致樹(shù)體受凍害，影響當(dāng)年樹(shù)木生長(zhǎng)。長(zhǎng)白山冬季積雪，上年12月份降水的增加將引起冬季溫度進(jìn)一步降低，產(chǎn)生低溫脅迫，導(dǎo)致上年光合作用積累產(chǎn)物的大量消耗，使下年形成窄輪。9月長(zhǎng)白山降水量相對(duì)充足，陰雨天頻繁出現(xiàn)導(dǎo)致降水的增加，將減弱樹(shù)木的光合作用，導(dǎo)致窄輪的形成。

落葉松樹(shù)木生長(zhǎng)與季節(jié)性氣候因子的響應(yīng)分析可知，樹(shù)輪寬度與上年冬季平均溫度顯著負(fù)相關(guān)，這與逐月氣候變量的分析結(jié)果一致。

3.5 樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候響應(yīng)的滑動(dòng)相關(guān)分析

為了進(jìn)一步了解落葉松徑向生長(zhǎng)對(duì)于氣候響應(yīng)的時(shí)間變化，分別作了樹(shù)木徑向生長(zhǎng)對(duì)平均溫度和降水量的向前滑動(dòng)相關(guān)分析，滑動(dòng)窗口為25年。由圖6可以看出，落葉松氣候信號(hào)在整個(gè)研究區(qū)間是相對(duì)穩(wěn)定的。在1990～2001年期間，2月的平均溫度對(duì)樹(shù)木的徑向生長(zhǎng)具有顯著的抑制作用，然而在響應(yīng)函數(shù)分析中對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)影響顯著的2月溫度，在滑動(dòng)分析中僅僅呈現(xiàn)出在2009年顯著負(fù)相關(guān) (r = -0.252, p＜0.05)。在1989年和1991～2009年期間，上年12月的降水量對(duì)樹(shù)木徑向生長(zhǎng)表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)，9月的降水量對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)的影響不顯著。

圖4 過(guò)去52年 (1958～2009年) 樹(shù)輪指數(shù)與氣候因子的變化趨勢(shì)比較Fig. 4 Variation tendency of tree ring index and climate factors during the past 52 years (1958～2009)

4 結(jié)論與討論

4.1 樹(shù)輪指數(shù)與氣候因子波動(dòng)特征及變化趨勢(shì)比較

本研究發(fā)現(xiàn)，1958～1989年時(shí)段溫度偏低，1990～2009年時(shí)間段溫度指標(biāo)明顯增加，兩個(gè)時(shí)間段平均溫度、最低溫度和最高溫度差異達(dá)極顯著性水平，降水變化趨勢(shì)不明顯。這與前人對(duì)川西臥龍地區(qū)岷江冷杉 Abies faxoniana 1976年前后氣候波動(dòng)特征的研究有所不同[23]，可能與研究地域不同的氣候類(lèi)型有關(guān)，長(zhǎng)白山地處東北地區(qū)，該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷而漫長(zhǎng)，夏季溫暖多雨而短暫，溫度對(duì)全球變暖反應(yīng)敏感。

溫度指標(biāo)在1990年以后呈上升趨勢(shì)，其值高于樹(shù)輪指數(shù)值，而降水量在整個(gè)時(shí)間段波動(dòng)趨勢(shì)較為一致，并沒(méi)有因溫度的升高而下降，這與樹(shù)輪指數(shù)和氣候因子波動(dòng)特征箱線圖分析結(jié)果一致。大量研究發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)90年代為氣溫普遍上升時(shí)期[24-25]。同時(shí)許多學(xué)者研究得出，樹(shù)木生長(zhǎng)與溫度在1990年以后出現(xiàn)了響應(yīng)分離[23,26]。本研究結(jié)果與上述前人研究結(jié)果一致，說(shuō)明長(zhǎng)白山地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)于溫度指標(biāo)的響應(yīng)在近代（尤其是1990年以后）出現(xiàn)了響應(yīng)分離效應(yīng)。

圖5 落葉松標(biāo)準(zhǔn)年表樹(shù)輪指數(shù)與各月值及季節(jié)性氣候因子的相關(guān)性Fig. 5 Correlations between standard chronology ring-width index of L. olgensis and monthly and seasonal climatic factors

圖6 年表序列與氣象因子的向前滑動(dòng)相關(guān)分析Fig. 6 Correlation analysis of forward evolutionary intervals between ring-width chronology and climatic factors

4.2 樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候因子的響應(yīng)

通過(guò)樹(shù)木生長(zhǎng)與氣候因子的響應(yīng)關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)樹(shù)木生長(zhǎng)在兩個(gè)時(shí)間段對(duì)氣候因子的響應(yīng)模式發(fā)生了改變，表現(xiàn)出了不同的響應(yīng)特征。具體表現(xiàn)為，1958～1989年受當(dāng)年2月平均溫度和上年12月最高溫度的影響顯著；而在1990～2009年期間，上年冬季溫度對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)限制作用明顯增強(qiáng)，上年12月平均溫度、降水量以及當(dāng)年9月降水量成為限制樹(shù)木生長(zhǎng)的重要?dú)夂蛞蜃印?990～2009年較1958～1989年時(shí)段溫度上升明顯，平均溫度、最高溫度和最低溫度差異均達(dá)到極顯著水平，并且有研究表明長(zhǎng)白山地區(qū)冬季溫度上升幅度最大[25]，進(jìn)而說(shuō)明1990～2009年冬季平均溫度已成為其主要限制因子，由此推測(cè)溫度上升造成的干旱脅迫可能是引起兩時(shí)間段響應(yīng)差異的原因，這與Jacoby and D'Arrigo[6]的研究結(jié)果一致。由滑動(dòng)相關(guān)分析可知，20世紀(jì)90年代2月平均溫度增加對(duì)落葉松樹(shù)木的徑向生長(zhǎng)具有顯著的抑制作用，說(shuō)明在低海拔地區(qū)平均溫度越高，呼吸作用越強(qiáng)，消耗過(guò)多的養(yǎng)分，徑向生長(zhǎng)減緩，這與于大炮等[27]的研究結(jié)果一致。與降水量的關(guān)系則表現(xiàn)為，樹(shù)木徑向生長(zhǎng)與1989年之后（除1990年）上年12月降水量的增加呈顯著負(fù)相關(guān)。從植物生理學(xué)角度看，上年12月為當(dāng)?shù)芈淙~松的休眠期，此期間降水量大，常常伴隨著低溫，極易造成落葉松受凍害，故使得落葉松的徑向生長(zhǎng)對(duì)上年12月的降水量具有顯著負(fù)相關(guān)，這與蘭濤等[28]和曹受金[29]的結(jié)果一致。

綜上可知，落葉松樹(shù)木生長(zhǎng)與氣候因子的響應(yīng)模式在1958～1989年和1990～2009年兩時(shí)間段發(fā)生了改變，沒(méi)有出現(xiàn)響應(yīng)分離現(xiàn)象，這對(duì)于今后長(zhǎng)白山地區(qū)氣候因子的重建提供了理論依據(jù)。因此，有必要從更長(zhǎng)時(shí)間尺度對(duì)長(zhǎng)白山地區(qū)氣候因子進(jìn)行觀測(cè)，這對(duì)于研究全球變暖趨勢(shì)下該地區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)的分離效應(yīng)研究是極其重要的，為進(jìn)一步評(píng)估該地區(qū)基于樹(shù)木生長(zhǎng)對(duì)氣候因子響應(yīng)建立的森林碳儲(chǔ)量模型和認(rèn)識(shí)全球碳循環(huán)格局提供依據(jù)。

致謝：張國(guó)春、徐瓊瑤等參加野外取樣工作，孫翀參加部分室內(nèi)分析，北京林業(yè)大學(xué)高露雙、姜慶彪，以及胡希優(yōu)、封曉輝在交叉定年和年表制作等數(shù)據(jù)處理過(guò)程中給予悉心指導(dǎo)，在此一并致謝。

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Response divergence of Larix olgensis tree-ring widths to climate variation in eastern slope of Changbai Mountain, northeast China

YU Jian1, XU Qian-qian1,2, HE Xiu3, LUO Chun-wang1, LIU Wen-hui1, LI Jun-qing1, LIU Qi-jing1
(1.The Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China;2. Zhengzhou Fruit Research Institute; Chinese Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450009, Henan, China; 3. Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, Liaoning, China)

The heterogeneity characteristics between tree-ring widths of Larix olgensis and climate variations during recent 52 years(1958～2009) in Changbai Mountain were investigated, with the years of 1989/1990 as a cutoff point in the period of 1958～2009, by using response function and forward evolutionary intervals analysis method. The results show that between 1958～1989 and 1990～2009,temperature indicator difference was extremely signif i cant; during the time period of 1958～1989, tree-ring widths of L. olgensis had a signif i cantly negative correlation with mean temperature in current year February and maximum temperature previous year December;during the time period of 1990～2009, tree-ring widths of L. olgensis had a signif i cantly negative correlation with mean temperature and precipitation in previous year December, and a signif i cantly negative correlation with precipitation in current year September; tree-ring widths of L. olgensis had a signif i cantly negative correlation with mean temperature in current year February and precipitation in current year September after 1989. In conclusion, tree ring widths in the studied region behaved a different response characteristics and showed response to the change of mode to environmental factors under changing climate.

climate change; Larix olgensis; response divergence; tree-ring width

S791.22

A

1673-923X(2013)03-0089-09

2012-10-16

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目 （200804001）

于 ?。?986-），男，黑龍江齊齊哈爾人，碩士研究生，研究方向：樹(shù)輪氣候?qū)W、樹(shù)輪生態(tài)學(xué)；E-mail：yujian1986829@sina.com

劉琪璟（1960-），男，遼寧大連人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：森林生態(tài)學(xué)、森林群落生態(tài)學(xué)、樹(shù)木種群生態(tài)學(xué)、植被遙感等；E-mail：liuqijing@gmail.com

[本文編校：謝榮秀]