桂林三月嶺馬尾松樹輪寬度對氣候變化的響應(yīng)

段丙闖，蔡秋芳

桂林三月嶺馬尾松樹輪寬度對氣候變化的響應(yīng)

段丙闖1,2，蔡秋芳1

1.中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點實驗室，西安 710061
2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

利用采自廣西桂林三月嶺湘桂古道的馬尾松樹輪樣本，建立研究區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)樹輪寬度年表。樹輪氣候響應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)：馬尾松徑向生長與當(dāng)年6 — 9月平均溫度（r = ?0.51，p<0.01）和上年2 — 11月平均溫度（r = ? 0.53，p<0.01）顯著負(fù)相關(guān)，與上年10月降水量顯著正相關(guān)，與當(dāng)年6月、7月、8月的平均相對濕度和帕爾默干旱指數(shù)（PDSI）顯著正相關(guān)。說明生長季當(dāng)年6 — 9月伴隨高溫產(chǎn)生的干旱脅迫抑制了馬尾松的生長，上年氣候?qū)Ξ?dāng)年樹木生長存在滯后影響?？臻g分析顯示，研究區(qū)樹輪年表與我國大范圍季風(fēng)區(qū)、西北干旱半干旱地區(qū)上年2 — 11月平均溫度變化相關(guān)關(guān)系顯著，與中南半島北部地區(qū)當(dāng)年6 — 9月平均溫度顯著負(fù)相關(guān)。1976 — 1977年前后樹輪年表與海表溫度空間相關(guān)型的變化，表明研究區(qū)夏季的溫度氣候要素與大尺度的氣候驅(qū)動太平洋年代際震蕩（PDO）有一定聯(lián)系。

桂林；馬尾松（Pinus massoniana）；中國東部亞熱帶；樹輪寬度；氣候響應(yīng)；溫度

樹木年輪以其定年準(zhǔn)確、連續(xù)性強(qiáng)、分辨率高且樣本地域分布廣等特點成為全球氣候變化研究的主要代用指標(biāo)之一，在國際地圈生物圈計劃（IGBP）和過去全球變化（PAGES）研究中扮演著重要角色。近幾十年來，我國學(xué)者開展了大量的樹木年輪氣候?qū)W研究，其工作主要集中在北方及西北的干旱半干旱氣候敏感區(qū)（邵雪梅等，2004；劉禹等，2006，2009，2011，2013；蔡秋芳等，2012；蔡秋芳和劉禹，2013a，2015；Cai et al，2015；Li et al，2015），樹輪寬度響應(yīng)模式的相關(guān)研究也已十分成熟與深入，并借此進(jìn)行了大量氣候重建工作（勾曉華等，2001；方克艷等，2008；朱海峰等，2008）。然而在深受亞洲夏季風(fēng)影響的熱帶、亞熱帶地區(qū)，由于氣候濕潤、樹木與氣候的響應(yīng)關(guān)系相對復(fù)雜等因素，樹木生長的限制因子具有更多的不確定性，使得樹輪定年工作較為困難，相關(guān)的樹輪氣候研究在這一區(qū)域發(fā)展較為緩慢（Cai and Liu，2016；Zheng et al，2016）。

近十多年來，陸續(xù)有學(xué)者在中國東部亞熱帶地區(qū)進(jìn)行了數(shù)百年來溫度指標(biāo)的重建并取得了很多有價值的歷史氣候信息（Shi et al，2010；Chen et al，2012；Duan et al，2013；Chen et al，2015）。但想要深入探尋中國南方廣大地區(qū)歷史氣候變化規(guī)律，仍需要開展大量的樹輪氣候?qū)W基礎(chǔ)性研究。本文選取廣西桂林地區(qū)的馬尾松（Pinus massoniana）作為研究對象，運(yùn)用樹木年輪學(xué)研究方法，建立馬尾松樹輪寬度年表，探討該地區(qū)馬尾松樹木年輪寬度變化與氣候因子的關(guān)系，為深入開展中國亞熱帶地區(qū)相關(guān)樹輪重建工作提供基礎(chǔ)性研究支持。

1 研究區(qū)概況

本組樹芯于2015年9月采自廣西省桂林市的三月嶺湘桂古道，編號為XGGD。采樣點位于25°22′ — 25°23′N，110°31′ — 110°32′E（圖1），海拔約480 m。研究區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，光照充足，熱量豐富，雨量充沛，無霜期長，具有夏長冬短，四季分明且雨熱基本同季的特點。年平均氣溫19.3℃。7月最熱，月平均氣溫為28℃；1月最冷，月平均氣溫7.9℃（圖2）。年平均無霜期309 d，年平均降雨量1949.5 mm。平均蒸發(fā)量1490 — 1905 mm。年平均相對濕度為73% — 79%，年平均日照時數(shù)為1670 h（況雪源等，2007）。

圖1 樹輪采樣點與氣象站分布圖Fig.1 Map showing the tree-ring sampling sites and the meteorological station

圖2 桂林、融安、道縣氣象站平均月均氣溫和月降水量年內(nèi)分配（1959 — 2014年）Fig.2 Mean monthly temperature and total precipitation at the Guilin station, Rong’an station, Daoxian station for the period 1959 to 2014

采樣點植被種類豐富，馬尾松為主要優(yōu)勢喬木，林相整齊，林下灌木茂盛，部分馬尾松被采過松脂，樹干挺拔，高~30 m，胸徑50 — 110 cm。馬尾松樹群呈條帶狀分布在三月嶺湘桂古道兩側(cè)。研究區(qū)屬紅壤土帶，土壤類型為風(fēng)化程度較高的紅壤土。

馬尾松廣泛分布于中國的亞熱帶地區(qū)。它能夠在貧瘠、惡劣的自然條件下良好生長，因而成為中國亞熱帶地區(qū)綠化造林和利用荒山廢地恢復(fù)植被的主要先鋒樹種。馬尾松也是南方開展區(qū)域氣候重建的重要樹種，但仍需進(jìn)一步探討該樹種在本研究區(qū)進(jìn)行氣候重建的潛力與前景。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 樣本采集與年表建立

按照樹木年輪氣候?qū)W的采樣方法選取生長狀況良好的樹體，使用口徑為5.15 mm的生長錐在呈對角或90o角的兩個方向上在胸高部位鉆取樹輪樣芯，依次編號并放置在紙樣管內(nèi)。在采集馬尾松樹芯樣本過程中，盡量鉆取目測樹齡比較大的樹木。一般每棵樹鉆取兩根樣芯，個別樹鉆取第三芯用于穩(wěn)定同位素分析。最終在采樣點鉆取42棵樹90根樣芯。

將樣芯放置于干燥處自然風(fēng)干，然后將其粘貼在特制的木槽內(nèi)固定，進(jìn)行磨光處理（Cook and Kairiukstis，1990）后，進(jìn)行目測定年，然后在精度為0.01 mm的LINTAB樹輪寬度測量儀上逐年測量樹輪寬度。采用COFECHA程序進(jìn)行交叉定年的質(zhì)量控制（Fritts，1976；Holmes，1983），去掉同大多數(shù)序列變化趨勢相異的序列。采用負(fù)指數(shù)函數(shù)或直線擬合去除馬尾松序列中由于樹齡導(dǎo)致的幼齡效應(yīng)（Fritts，1976）。用原始測量序列除以擬合序列即得到標(biāo)準(zhǔn)化樹輪寬度指數(shù)序列。

利用ARSTAN程序進(jìn)行樹輪寬度年表的制作（Cook，1985），最終得到了馬尾松樹輪寬度標(biāo)準(zhǔn)化年表（STD）（圖3）?？紤]到樣本年代長短不一，采用子樣本信號強(qiáng)度（sub-sample signal strength，SSS）（Wigley et al，1984）來確定可靠年表的起始時間。本文采用SSS>0.85的標(biāo)準(zhǔn)，并對此時段年表的統(tǒng)計特征進(jìn)行分析。所分析的統(tǒng)計特征有：標(biāo)準(zhǔn)差（SD）、所有序列間相關(guān)系數(shù)（r1）、樹間相關(guān)系數(shù)（r2）、樹內(nèi)相關(guān)系數(shù)（r3）、信噪比（SNR）、第一主成分所解釋方差量（PC1）、平均敏感度（MS）、一階自相關(guān)系數(shù)（AR1）、樣本總體代表性（EPS）（表1）。

圖3 樹輪寬度STD年表及相應(yīng)時段樣本量Fig.3 Standardized tree-ring width chronology and sample depth

表1 桂林三月嶺馬尾松年輪標(biāo)準(zhǔn)年表統(tǒng)計（1942 — 2014）Tab.1 Statistics of the STD chronologies for Pinus massoniana (1942 — 2014)

2.2 氣候資料

本文選取距采樣點較近的廣西省桂林市、廣西融安以及湖南道縣三個氣象站點的數(shù)據(jù)。其記錄時段分別為1951 — 2014年、1957 — 2014年和1959 — 2014年。由于廣西北部地處南嶺山地，地理環(huán)境復(fù)雜，為了盡量減小局地氣候?qū)?shù)據(jù)分析的影響，故選取三地觀測記錄的等權(quán)重平均值與樹輪寬度進(jìn)行相關(guān)分析（1959 — 2014年，其中1959年數(shù)據(jù)只有8月及之后數(shù)據(jù)，故舍去不用）。所選用的氣候要素包括月平均溫度、月平均最高（低）溫度、月降水量和月相對濕度數(shù)據(jù)。此外，美國國家大氣研究中心（NCAR）Dr. Aiguo Dai的帕爾默干旱指數(shù)（Palmer Drought Severity Index，PDSI）（108.75° — 111.25°E，23.75° — 26.25°N，1942 — 2005）也被用來進(jìn)行分析（http://climexp. knmi.nl）。

3 結(jié)果與討論

3.1 樹輪年表

共有40棵樹的63根樹芯通過COFECHA程序的質(zhì)量檢驗。利用這63個序列建立了樹輪寬度STD年表，時段為1939 — 2014年，可靠年表區(qū)間為1942 — 2014年。年表的各個統(tǒng)計值如表1所示。樣本原始序列的序列間相關(guān)系數(shù)為0.59，標(biāo)準(zhǔn)化年表的r1、r2和r3也均較高，表明各序列年輪寬窄變化比較同步，可能受一致的外界氣候環(huán)境變化的影響。MS是度量相鄰年輪寬度變化情況的一個指標(biāo)，平均敏感度越大，表明對氣候變化越敏感，樣本中保留的氣候信息相對就越多（蔡秋芳和劉禹，2013b）。本研究中MS值為0.22，符合亞熱帶地區(qū)樹輪氣候?qū)W研究的標(biāo)準(zhǔn)（Speer，2010）。馬尾松標(biāo)準(zhǔn)年表AR1為0.43，說明上年氣候?qū)ο履陿淠旧L滯后效應(yīng)明顯，氣候響應(yīng)分析時需將上年的氣候因子考慮進(jìn)去。

3.2 氣候響應(yīng)分析

選取上一年和當(dāng)年共24個月的氣候因子與建立的樹輪年表進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，確定影響研究區(qū)樹木徑向生長的主要氣候因子?？紤]到本區(qū)氣候特點和馬尾松生長習(xí)性，又將氣候要素進(jìn)行了不同月份的組合，進(jìn)一步分析馬尾松徑向生長與氣候要素不同月份組合之間的關(guān)系。馬尾松樹輪寬度年表與氣候要素的相關(guān)分析結(jié)果見圖4。

如圖4a所示，樹輪寬度與上年及當(dāng)年大部分月份的溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且與上年2月、3月、7 — 10月及當(dāng)年7 — 9月的單月溫度呈不同程度的顯著負(fù)相關(guān)。如果按照月平均溫度高于10 — 10.5℃馬尾松進(jìn)入生長期（封曉輝，2011），則研究區(qū)2 — 11月馬尾松均處于生長期。然而，當(dāng)年2 — 5月平均溫度與樹輪寬度指數(shù)均無顯著相關(guān)，是因為馬尾松自2月進(jìn)入抽芽期至4月的徑向生長期，溫度適宜，水分充足，對氣候變化的響應(yīng)較差；而5月該地區(qū)平均溫度雖然較高，但此時出現(xiàn)的降水高峰期（圖2）避免了高溫可能帶來的干旱脅迫。樹輪寬度年表與當(dāng)年7月、8月、9月的平均溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，與當(dāng)年6 — 9月4個月份組合的平均溫度相關(guān)系數(shù)為?0.51（p< 0.01），考慮到是因為該時段持續(xù)的高溫造成了土壤水分蒸發(fā)減少，土壤和馬尾松自身的蒸騰作用也加強(qiáng)，每月逐漸減少的降水已無法緩解高溫帶來的生理干旱，從而限制了馬尾松的生長（Alley，1984；衛(wèi)捷等，2003）。此外，樹輪寬度年表與上年2 — 11月組合的月平均溫度相關(guān)系數(shù)最高，相關(guān)系數(shù)為?0.53（p< 0.01）。指示上年生長季的氣溫對馬尾松的生長有顯著的滯后效應(yīng)。Cai and Liu（2016）在江西三清山黃山松的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的滯后效應(yīng)，即黃山松樹輪寬度對上年3 — 10月氣候要素變化的響應(yīng)十分顯著（r= 0.75，p < 0.01），高出了對當(dāng)年氣候要素的響應(yīng)。可見，此處樹輪寬度與氣候要素的響應(yīng)分析結(jié)果是合理的。

桂林三月嶺馬尾松樹輪寬度除與上年10月降水量顯著正相關(guān)外（r = 0.32，n= 64，p< 0.01），與其他月降水量均呈較低相關(guān)（圖4b），表明降水量對研究區(qū)馬尾松生長的影響表現(xiàn)在季風(fēng)區(qū)的干旱季節(jié)。10月份屬于馬尾松的生長季晚期，上年10月份較多的降水有利于樹體存儲較多的營養(yǎng)物質(zhì)或改良土壤水熱狀況，使其在下一年生長季到來時更好地生長。

此外，將樹輪年表與相對濕度以及PDSI也進(jìn)行了相關(guān)分析。相對濕度指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比（ 段若溪和姜會飛，2002）。對于植物-土壤-大氣統(tǒng)一體而言，相對濕度和土壤濕度直接相關(guān)。溫度較高的夏季，強(qiáng)烈的蒸騰作用使得馬尾松的生長受到干旱脅迫的影響。相對濕度較高的環(huán)境能有效地降低葉片內(nèi)外的蒸汽壓差，有效地減弱其蒸騰作用，利于植物體水分的保持。樹輪年表與當(dāng)年6月、7月、8月份平均相對濕度顯著正相關(guān)，與6 — 7月份相關(guān)系數(shù)最高（r = 0.55，p < 0.01），表明此時段較高的相對濕度，能夠有效促進(jìn)植物的生長，緩解高溫帶來的生理干旱。

帕爾默干旱指數(shù)是一個綜合考慮了當(dāng)時的水分條件、前期水分狀況及持續(xù)時間的干旱指標(biāo)，可作為水分供需累積效應(yīng)的一個近似度量。相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，樹輪寬度指數(shù)與當(dāng)年6 — 11月的單月PDSI指數(shù)正相關(guān)顯著，當(dāng)年7月份單月最高（r= 0.44，n= 64，p< 0.01）（圖4d），說明了水熱供需對馬尾松生長的限制作用主要發(fā)生在夏季及夏季后的干旱季節(jié)；與上年7月至當(dāng)年1月的單月PDSI指數(shù)均呈顯著正相關(guān)，這與陳峰等（2015）在閩中北柳杉樹輪寬度序列的研究結(jié)果大體一致。陳峰等（2015）在其文中指出該寬度年表和上年7月至當(dāng)年2月的PDSI有顯著的正相關(guān)關(guān)系。

圖4 桂林三月嶺馬尾松樹輪寬度標(biāo)準(zhǔn)化年表與（a）月平均、最高、最低溫度、（b）降水量、（c）相對濕度及（d）PDSI的相關(guān)系數(shù)（橫坐標(biāo)的P代表上年，C代表當(dāng)年）Fig.4 Correlation coeffi cients for tree-ring chronology with (a) monthly temperatures, (b) precipitation, (c) relative humidity, (d) PDSI (P and C represent previous and current year, respectively)

3.3 空間相關(guān)分析

研究區(qū)氣象站2 — 11月平均溫度（圖5a）及6 — 9月平均溫度（圖5b）與同期CRU溫度格點數(shù)據(jù)的空間相關(guān)分析結(jié)果如圖5，表明所使用氣象站2 — 11月及6 — 9月的平均溫度數(shù)據(jù)與大范圍地區(qū)的溫度變化同步性較好，具有廣泛的空間代表性。樹輪寬度指數(shù)與CRU格點數(shù)據(jù)空間相關(guān)分析表明，桂林三月嶺樹輪寬度指數(shù)與我國較大范圍地區(qū)上年2 — 11月平均氣溫存在顯著負(fù)相關(guān)（1960 — 2014）（圖5c），主要包括東南沿海地區(qū)、西北干旱區(qū)以及青藏高原南緣一帶；樹輪寬度指數(shù)與當(dāng)年6 — 9月平均氣溫的空間相關(guān)結(jié)果顯示，相關(guān)顯著的地區(qū)包括東南沿海、臺灣地區(qū)、中南半島北部等地區(qū)。綜上可知，研究區(qū)馬尾松對周邊亞熱帶地區(qū)的夏季溫度具有較強(qiáng)的指示意義，而對廣大東亞季風(fēng)區(qū)及西北干旱區(qū)的溫度變化也有良好的相關(guān)關(guān)系，其指示意義存在于上年生長季平均溫度對當(dāng)年樹木生長的滯后作用中。

陶詩言和張慶云（1998）指出，ENSO事件中，El Ni?o年印度夏季風(fēng)會相對減弱，La Ni?a年則使得印度夏季風(fēng)增強(qiáng)。為進(jìn)一步證實研究區(qū)馬尾松對夏季主要受西南季風(fēng)影響的亞熱帶地區(qū)的溫度確實存在較強(qiáng)的指示意義，本文進(jìn)一步將樹輪年表與南方濤動指數(shù)（SOI）（http://climexp. knmi.nl）及海溫進(jìn)行相關(guān)分析。南方濤動指數(shù)是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的方法將塔希提站與達(dá)爾文氣象觀測站的海平面氣壓差值進(jìn)行處理后得到的一個用于衡量南方濤動強(qiáng)弱的指數(shù)，很好地反映了El Ni?o現(xiàn)象的活躍程度（楊梅學(xué)和姚檀棟，1999）。

將1942 — 2014年的樹輪年表與同年6 — 9月SOI進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)未能達(dá)到顯著水平。但有學(xué)者指出，1976 — 1977年氣候突變，太平洋年代際震蕩（PDO）由冷位相進(jìn)入暖位相年后，El Ni?o發(fā)生更加頻繁（Trenberth et al，2002；丁一匯和孫穎，2006；姜超等，2011）。因此將樹輪年表與SOI指數(shù)做分段相關(guān)，時段分別為1942 — 1976年和1977 — 2014年，發(fā)現(xiàn)在前一時段中兩者并無相關(guān)關(guān)系，后一時段年表與SOI相關(guān)系數(shù)顯著（r = 0.44，p < 0.01）。進(jìn)一步將樹輪年表與相關(guān)海域的海溫數(shù)據(jù)進(jìn)行分段空間相關(guān)，海溫數(shù)據(jù)選用HadlSST1格點數(shù)據(jù)（http://climexp. knmi.nl），結(jié)果如圖6。1942 — 1976年樹輪年表與印度洋及孟加拉灣海域及SST顯著相關(guān)，而在1977 — 2014時段中并無相關(guān)關(guān)系，后一時段中樹輪年表與Ni?o 3.4及臨近海域溫度顯示出正相關(guān)關(guān)系。產(chǎn)生該結(jié)果的原因可能如下：1942 — 1976年，西南季風(fēng)相對較強(qiáng)，研究區(qū)受西南季風(fēng)攜帶的水熱影響較大，因而樹木的生長與季風(fēng)水熱源區(qū)下墊面的海溫狀況相關(guān)顯著；1977 — 2014年，El Ni?o活躍期，印度季風(fēng)相對較弱的時期，西南季風(fēng)水熱源區(qū)對樹木的生長的影響有限，受東亞夏季風(fēng)水熱狀況影響較大，表現(xiàn)為與El Ni?o 3.4區(qū)的海溫呈正相關(guān)。

圖5 （a）氣象站2—11月平均溫度觀測記錄（1959 — 2013）與同期CRU TS3.23格點數(shù)據(jù)的空間相關(guān)分析，（b）氣象站6—9月平均溫度觀測記錄（1960 — 2014）與同期CRU TS3.23格點數(shù)據(jù)的空間相關(guān)分析，（c）樹輪寬度年表（1960 — 2014）與上年2 — 11月CRU TS3.23格點數(shù)據(jù)的空間相關(guān)分析，（d）樹輪寬度年表（1960 — 2014）與當(dāng)年6 — 9月CRU TS3.23格點數(shù)據(jù)的空間相關(guān)分析（圖中黑點為采樣點）Fig.5 Spatial Pearson correlation plots for February—November monthly mean temperature (a) and June—September monthly mean temperature (b) with CRU TS3.23 grid data of the corresponding period, Spatial Pearson correlation plots for chronology with (c) February—November monthly mean temperature, (d) June—September monthly mean temperature

值得一提的是，在XGGD的樹輪年表中，2007年的樹輪寬度屬正常偏高值，在2008年急劇下降為記錄時段的年輪寬度最低值，其后樹輪寬度也處于1939年以來最低值階段?？紤]到是受2008年的雪災(zāi)影響。2008年1月10日起發(fā)生在中國南方大范圍的雪災(zāi)凍害事件也波及到廣西地區(qū)（李曉靖等，2011）。取樣時據(jù)當(dāng)?shù)厝私榻B，2008年雪災(zāi)嚴(yán)重影響到了當(dāng)?shù)貥淠旧L，許多高大的馬尾松被雪壓垮，主要受害情況有斷梢斷桿等，且半數(shù)左右馬尾松因災(zāi)死亡。結(jié)合2008年之后樹木年輪寬度一直處于極低值這一結(jié)果，說明了極端氣候事件會記錄在樹輪中，且其滯后影響可能會持續(xù)很多年。李金建等（2014）在松潘的研究中，其年表及重建結(jié)果也與雪災(zāi)發(fā)生的年份很好地對應(yīng)了起來。由此可見，研究區(qū)馬尾松受當(dāng)年及上年生長季的水熱狀況的影響，但是生長季前期冬季的極端冷事件同樣在樹木年輪中留下了印記。以往的研究主要根據(jù)相關(guān)系數(shù)顯著的響應(yīng)時段季節(jié)時段進(jìn)行氣候重建，檢測不同年份重建季節(jié)的極端氣候事件。但是這些研究并未考慮響應(yīng)季節(jié)以外的突發(fā)極端氣候的影響，由此可能導(dǎo)致重建工作中存在對極端氣候事件的誤讀；考慮到突發(fā)氣候事件而忽略其滯后影響也會使得極端或異常年份之后時段的重建工作與歷史事實有所偏差。

圖6 樹輪年表與HadlSST1格點數(shù)據(jù)不同時段的空間相關(guān)：（a）1942 — 1976年；（b）1977 — 2014年Fig.6 Spatial Pearson correlation plots for grid data HadlSST1 with chronology in (a)1942 — 1976 and (b)1977 — 2014

4 結(jié)論

利用采自桂林三月嶺地區(qū)馬尾松樹輪樣本建立了1939 — 2014年的樹輪寬度年表，其可靠時段為1942 — 2014年。通過對樹輪寬度STD年表與氣候因子的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，桂林三月嶺馬尾松樹輪年表主要受當(dāng)年6 — 9月和上年2 — 11月平均氣溫的影響（負(fù)相關(guān)），樹輪寬度僅與上年10月的降水量顯著負(fù)相關(guān)。此外，樹輪寬度與6月、7月、8月相對濕度及PDSI均顯著正相關(guān)，與6 — 7月的相對濕度及7月PDSI相關(guān)最高，表明此時段內(nèi)溫度變化引起的水分虧缺是限制研究區(qū)馬尾松徑向生長的主要因素。空間分析發(fā)現(xiàn)該樹輪寬度年表對夏季主要受西南季風(fēng)控制的較大范圍地區(qū)的夏季溫度具有指示意義，而對東亞廣大季風(fēng)區(qū)溫度的指示意義體現(xiàn)在溫度變化對樹木生長的滯后效應(yīng)中。并對全年樹木生長狀況做出總結(jié)：（1）桂林三月嶺地區(qū)在相對偏暖的年份，極可能2月便已進(jìn)入水分充足、溫度適宜的生長期，并在5月及5月之前保持著良好的生長狀態(tài)；（2）6 — 9月，研究區(qū)馬尾松受到高溫帶來的干旱脅迫影響，溫度成為影響研究區(qū)馬尾松生長的主要氣候因子；（3）10 — 11月樹木依舊處于生長季，此時樹木的生長受水熱因子的綜合作用影響較大；（4）研究區(qū)上年氣候條件（2 — 11月平均溫度及10月降水）對次年馬尾松的徑向生長有明顯的滯后影響。

本文所建的樹輪年表對研究區(qū)及周邊較大范圍的6 — 9月平均溫度及上年2 — 11月平均溫度均有較高相關(guān)，但相關(guān)性尚未達(dá)到氣候重建的要求，且本文所建的樹輪寬度年表長度較短，未來有必要在周邊區(qū)域?qū)ふ腋嘈蛄懈L的樹木年輪資料，以獲取研究區(qū)較長尺度上的溫度信號。

致謝：感謝王艷超野外協(xié)助采樣；感謝沈?qū)氂≡跇悠诽幚磉^程中給予的幫助。

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Responses of tree-ring width of Pinus massoniana to climate change in Guilin, Guangxi Province

DUAN Bingchuang1,2, CAI Qiufang1
1. State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710061, China
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Background, aim, and scope It is essential for researchers to know more about past climate variations from the study of climatic proxy data, such as ice core, loess, tree-ring and stalagmite. Tree-ring, due to its accurate dating, continuous, high resolution and sensitive to climate change, has been widely used to reconstruct the past climatic index. Many paleoclimate series has been rebuilt based on tree-ring width by researchers. In China, tree-ring studies in the subtropical regions are much rarer than extratropical regions, which are mainly caused by the complex relationship between environmental factors and the tree-ring growth in subtropical area and the diffi culty in cross dating. Our study aimed to reveal the responding mechanism of tree-rings to climatefactors. Materials and methods In our study, the standardized tree-ring width chronology was developed based on 90 tree-ring cores from 42 healthy Pinus massoniana, collected from Guilin, in subtropical south China (25°22′ — 25°23′N, 110°31′ — 110°32′E, 480 m a.s.l) during September, 2015. All the tree-ring cores were dealt with standard dendrochronological method. The cores were visually dated and measured using the LINTAB measurement machine with resolution of 0.01 mm and cross dated by the COFECHA program. Then we use the series that successfully passed the COFECHA program to develop the standardized tree-ring chronology via the ARSTAN program. Considering the complex environment of sampling site, we use the mean meteorological data of the nearest three weather stations (Guilin station, Rong’an station and Daoxian station, records from 1959 to 2014) to reduce the possible infl uence of micro-climate. To determine whether the climate had impact on the radial growth of Pinus massoniana and which climate factor limited tree growth most, we used Pearson correlation analyses to calculate the correlation coefficients between ring-width STD chronology and climate factors. Global Monthly Dai Palmer Drought Severity Index (PDSI) (108.75° — 111.25°E, 23.75° — 26.25°N, 1942 — 2005) were also analysed against the STD chronology. Spatial correlation patterns of the observed temperature and the STD chronology and the gridded data (land temperatures and SST) were calculated via the website http://climexp.knmi.nl. Results Growth-climate response analyses showed that the growth of Pinus massoniana negatively correlated with the monthly mean temperature variability of current June — September (r = ?0.51, p<0.01) and previous February — November (r = ?0.53, p<0.01), positively correlated with the previous October precipitation (r = 0.32, p<0.05). Tree rings also signifi cantly correlated with the monthly relative humidity and PDSI of current June, July and August. Result of spatial correlation showed that the XGGD tree-ring STD chronology significantly correlated with the temperatures in the monsoon fringe area and north Indochina Peninsula area. Spatial correlation pattern between tree-ring STD chronology and SST also showed a shift before and after 1977. Discussion In the study, no signifi cant correlation was found between the meteorological data and chronology in the early stage of tree growth. The meteorological data showed an abundant precipitation during the early stage of tree growth (April — June) and continuous high temperature from May to September. It is not possible that growth rate of trees are limited by precipitation. But when it comes to summer, higher temperature and less precipitation may lead to stronger evapotranspiration which can cause severe water stress for plants and thus limit the growth of trees. Negative correlations between tree-ring STD chronology and temperature indicate that in study area the growth of Pinus massoniana was greatly limited by severe water stress caused by high temperature in current June — September. And there exists a quite significant lag-effect of temperature on the growth of Pinus massoniana, which has been widely reported for different species and was particularly signifi cant in southeast China. Moreover, tree-ring STD chronology showed different spatial correlation pattern while correlating with the monthly mean temperature of current June — September and previous February — November. Tree growth in the study area has a well correlationship with current June — September’s temperature of north Indochina Peninsula area, which may mean June — September’s hydrothermal condition of study area were directly infl uenced by the southwest monsoon. Moreover, extreme climate events such as the snow disaster in 2008 also impacted on the growth of tree rings in and after 2008. The error caused by extreme climate events should be taken into account when dealing with climate reconstruction. Conclusions Result showed that the ringwidth STD chronology from the study area had the potential to obtain climate signal especially the summer’s temperature. In the study area, the tree-ring width is sensitive to the temperature of current June — September and previous February — November. Moreover, extreme climate events also have long-term effects on tree growth, which may give rise to some undesirable infl uence on climate reconstruction. Change of the spatial correlation patterns for SST with chronology before and after 1977 indicated that there was a certain link between PDO and the summer’s temperature in the research area. Recommendations and perspectives Tree-ring research in southChina is relatively rare. More tree-ring studies should be carried on in this subtropical regions, which will help us to know more about the climatic response of tree growth in subtropical regions and untie the shackles that limit our fully understanding of critical climate issues.

Guilin; Pinus massoniana; subtropical southeast China; tree-ring width; climate response; temperature

Date: 2016-12-15; Accepted Date: 2017-03-20

CAS “Light of West China” Program; National Natural Science Foundation of China (41671212, 41171170, 41371221); Project of State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences

CAI Qiufang, E-mail: caiqf@ieecas.cn

2016-12-15；錄用日期：2017-03-20

中國科學(xué)院“西部之光”項目；國家自然科學(xué)基金項目（41671212，41171170，41371221）；中國科學(xué)院黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點實驗室開放基金項目

蔡秋芳，E-mail: caiqf@ieecas.cn

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