川西云杉徑向生長對氣候變化的響應(yīng)

馬榆杰

摘要：高海拔云杉在亞高山川西地區(qū)的環(huán)境信息較多，對氣候變化反應(yīng)較敏感。溫度對川西云杉生長趨勢的影響隨區(qū)域氣候變暖而變化。本文以川西云杉為研究對象，采用樹輪狀生態(tài)法，對亞高山地區(qū)不同海拔高度的川西云杉進(jìn)行年輪取樣、處理和分析，比較其徑向生長特性及其與氣候因子的關(guān)系。結(jié)果表明：亞高山川西云杉在高原上具有較強(qiáng)的環(huán)境信息性，對氣候變化的反應(yīng)更為敏感;水分嚴(yán)重限制了川西云杉在高原上徑向生長，徑向生長的川西云杉主要受氣溫的影響;而氣溫升高時，川西云杉的衰亡與氣候因素的變化有密切關(guān)系，高海拔地區(qū)的云杉還可能隨區(qū)域氣候變暖而進(jìn)一步衰減。本文研究亞高山地區(qū)不同海拔川西云杉生長動態(tài)及其對氣候變化的敏感性差異，為保護(hù)和管理川西云杉林在全球氣候變化環(huán)境中的生長規(guī)律提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：亞高山地區(qū)、川西云杉、氣候變化、溫度重建

1 引言

研究樹木對氣候變化的反應(yīng)和古氣候重建通常采用樹木年輪分析法[1]。目前，國內(nèi)外越來越多的學(xué)者致力于同一棲息地不同樹種徑向生長對氣候變化的響應(yīng)研究[2]。一般來講，同一棲息地不同樹種的徑向生長對氣候因子的響應(yīng)關(guān)系有差異，它還顯示了樹木生長與氣候因素之間的某些物種特異關(guān)系[3]。Miyamoto[4]等對研究了加拿大不列顛哥倫比亞省和育空地區(qū)3個共存樹種對氣候變化響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不同樹種對季節(jié)氣候變化響應(yīng)和敏感性不同。Yu[5]等對長白山主要樹種徑向生長對氣候響應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)樹種差異較海拔差異對影響特定地點(diǎn)物種徑向生長更加重要。Lloyd[6]等對西伯利亞3種針葉樹種樹木生長對氣候變暖的響應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)不同樹種和種群之間氣候響應(yīng)不同。高露雙[7]等對長白山闊葉紅松林共生樹種徑向生長對氣候變化的反應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)紅松和山楊對氣候因子響應(yīng)關(guān)系存在差異。

本研究以川西云杉為研究對象，在川西亞高山地區(qū)對川西云杉林內(nèi)主要樹種樹輪樣芯進(jìn)行取樣。首先，建立川西云杉林不同樹種樹輪寬度年表，旨在闡明氣候變化對不同樹種徑向生長影響的研究。其次，建立不同海拔梯度主要樹種標(biāo)準(zhǔn)年表，研究主要樹種不同海拔梯度氣候因子對徑向生長的影響，旨在對不同海拔梯度主要樹種徑向生長主要影響因子進(jìn)行明確，說明主要樹種在不同海拔梯度下徑向生長對氣候因素反應(yīng)差異的具體原因。此外，對過渡帶地區(qū)樹輪樣芯進(jìn)行采集，建立標(biāo)準(zhǔn)年表，以期揭示全球氣候變化背景下過渡帶地區(qū)主要樹種對氣候變化的響應(yīng)，并為未來該區(qū)域氣候重建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。最后，利用樹木年輪寬度資料重建了川西亞高山地區(qū)川西云杉林過去200多年來平均溫度變化歷史。

2 研究方法

2.1響應(yīng)函數(shù)和相關(guān)函數(shù)分析

此方法只考慮單一氣候因素與樹木徑向生長的關(guān)系，且用年輪數(shù)據(jù)與氣候因素的簡單相關(guān)系數(shù)來表示，計算簡單，解釋方便。利用數(shù)理統(tǒng)計的多元回歸分析方法，對樹輪寬度年表進(jìn)行多種氣候因子做主成分變換，與樹輪寬度年表進(jìn)行逐步回歸，將主成分的回歸系數(shù)轉(zhuǎn)化為與原始?xì)夂蛞蜃酉鄬?yīng)的回歸系數(shù)，并用大小和正負(fù)兩個方面來表征樹木生長對氣候因素的反應(yīng)。為了平衡上述兩種方法在研究中各自的不足，本研究在樹輪氣候?qū)W分析時，以上兩種方法均被采用。

2.2氣候因子的重建與檢驗

利用SPSS 18.0軟件對年表與氣象因子進(jìn)行Person相關(guān)分析，之后再選取不同月份組合的氣候因子分別計算均值，再與年表進(jìn)行相關(guān)分析，以尋找最適合月份的氣候因子進(jìn)行氣候重建。重建要素確定后，通過建立一元線性回歸方程來獲取氣候重建方程。采用逐個剔除法對重構(gòu)方程組進(jìn)行穩(wěn)定性、可靠性檢驗。逐次排除法利用回歸模式產(chǎn)生一組獨(dú)立的氣候數(shù)據(jù)，以評估模式的準(zhǔn)確性，統(tǒng)計參數(shù)包括相關(guān)系數(shù)（r）、縮小誤差（RE）和符號檢驗（ST）等。

3 研究過程

3.1年輪取樣

選取位于林冠上層，長勢健康、直徑較大以及干形通直的樹木進(jìn)行年輪樣芯采樣。為盡量避免山體坡度對年輪造成的擠壓所產(chǎn)生的影響，年輪樣芯采樣要盡量與山體等高線方向一致。采樣高度距地面1.3m。使用生長錐是應(yīng)盡量保持生長錐與樹干垂直，防止操作不當(dāng)造成生長維斷裂。鉆取樹輪樣芯時如果發(fā)現(xiàn)生長錐轉(zhuǎn)動非常輕松，此時應(yīng)馬上停止取樣，迅速將生長錐退出。取樣策略為每棵樹鉆取一根年輪樣芯，鉆取多棵樹。

3.2年輪樣芯的預(yù)處理

樣芯放在通風(fēng)干燥處自然風(fēng)干。將經(jīng)過風(fēng)吹干燥的樣芯用白色木工膠水固定在帶溝槽的木槽上，并可根據(jù)樣芯尺寸預(yù)先定制。在貼試樣芯膠時要特別注意，對于一些已經(jīng)破裂的芯膠，要小心地將接合面朝準(zhǔn)，然后再貼上白膠。經(jīng)過數(shù)天的風(fēng)芯磨光，再用不同粒度的干砂紙逐個打磨風(fēng)芯，直到顯微鏡下可以清晰地看出風(fēng)芯的年輪界限。磨削后的試件斷面要平整，不能出現(xiàn)斜面，顯微鏡下還看不清楚的，需要用砂紙進(jìn)一步磨削。

3.3年輪寬度的測量

在測得年輪寬度之前，先對年輪樣芯進(jìn)行磨削，在顯微鏡下初步定年。依據(jù)樣品核的采集時間，確定樣品核最外側(cè)年輪形成的年代，再由樹皮附近年輪逐漸向髓核方向標(biāo)記，確定每一個年輪形成的年代，并用鉛筆在整10年的年輪下方標(biāo)記“+”，整50年的標(biāo)記“++”，整100年的標(biāo)記“+++”。

3.4建立年表

采用 ARSTAN方法建立年輪寬度年表的過程，其實(shí)質(zhì)是樹木年輪序列的去勢和標(biāo)準(zhǔn)化。將2/3時間序列的樣條函數(shù)作為步長去趨勢化處理，并對去趨勢序列采用雙加權(quán)平均進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化排序。

4 研究結(jié)果

本文以川西亞高山地區(qū)為研究對象，該地區(qū)森林資源豐富，以冷杉、云杉林為主的原始森林為代表的亞高山暗針林，基于在川西亞高山地區(qū)采集的樹木年輪樣芯、環(huán)境因子基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料、氣候數(shù)據(jù)，對該地區(qū)開展樹木年代學(xué)進(jìn)行研究工作，揭示全球氣候變化對相同立地條件下不同樹種樹木徑向生長的影響，建立了標(biāo)準(zhǔn)年表，揭示了全球氣候變化背景下川西亞高山地區(qū)主要樹種樹木徑向生長對氣候變化的響應(yīng)，為未來該地區(qū)氣候重建提供理論基礎(chǔ)，重建了川西亞高山地區(qū)過去200多年來平均溫度變化歷史。結(jié)果表明，在高海拔地區(qū)川西云杉徑向生長受到水分的強(qiáng)烈限制，而在低海拔地區(qū)川西云杉徑向生長則主要受氣溫的影響;在高海拔地區(qū)，氣候因素的變化對其衰亡有顯著影響，而在低海拔地區(qū)衰亡則有進(jìn)一步減少的趨勢。亞高山地區(qū)不同海拔川西云杉的生長動態(tài)及其對氣候變化的敏感度存在著差異，為保護(hù)和管理川西云杉林，應(yīng)對全球氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于健， 徐倩倩， 劉文慧， 等. 長白山東坡不同海拔長白落葉松徑向生長對氣候變化的響應(yīng)[J].植物生態(tài)學(xué)報，2016.40（01）：24-35.

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[5] Lloyd A H， Burm A G， Bemer L.A latitudinal gradient in tree growth response tp climate warming in the Siberian taiga [J]. Global Change Biology， 2011， 17（5）：1935-1945.

[6]高露雙，土?xí)悦?，趙秀海.長白山闊葉紅松林共存樹種徑向生長對氣候變化的響應(yīng)[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013， 35（03）： 24-31.

成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 610059