樹木年輪對生態(tài)環(huán)境變化的響應(yīng)及應(yīng)用研究

李羚菱 李明

摘要：樹木年輪的寬度、密度、亮度和同位素含量等都與氣候因子如光、溫度和濕度等的變化有復(fù)雜的相關(guān)性，目前對這種相關(guān)生理機理的研究也有較大的進展。綜述了這方面的研究進展及這些成果在生態(tài)環(huán)境變化領(lǐng)域的應(yīng)用。旨在強調(diào)開展樹輪研究的必要性。

關(guān)鍵詞：樹輪；樹輪氣候?qū)W；生態(tài)環(huán)境變化

由于樹輪相關(guān)研究技術(shù)如交叉定年技術(shù)的建立，樹木年輪學(xué)作為一種定量分析手段不斷發(fā)展成熟，不僅在學(xué)術(shù)研究上的價值突出，還可提供重要的環(huán)境信息要素，作為環(huán)境變化的指南針。樹木年輪生態(tài)學(xué)通過探討樹木年輪一環(huán)境作用關(guān)系.為樹木年輪氣候重建提供基礎(chǔ)，當(dāng)然，樹木年輪一環(huán)境關(guān)系本身也指示環(huán)境演變，樹木年輪氣候?qū)W可能是樹木年代學(xué)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，現(xiàn)在這種大空間范圍和長時間尺度的氣候重建正從美洲和歐洲逐步擴展到其他樹木年輪重建相對不足的地區(qū)。

1年輪生態(tài)學(xué)研究進展

1.1國外的研究

cafl von L inne曾研究了生長于瑞典最北界的橡樹，發(fā)現(xiàn)夏季的高低氣溫與年輪的寬窄有關(guān)。嘗試建立年輪寬窄變化與某種生態(tài)環(huán)境要素變化之間可能的聯(lián)系。他發(fā)明了樹木年輪研究領(lǐng)域中極為重要的、最基本的工作方法一交叉定年，延伸了資料序列，論證了樹木年輪與氣候之間的關(guān)系。

在過去全球氣候變化研究中，樹輪年代學(xué)愈來愈廣泛的受到重視，并在近期內(nèi)取得了長足的進展。采用改進的樹輪氣候?qū)W方法，建立青藏高原東北部自公元前2637年到公元2011年間的祁連圓柏樹輪寬度年表。研究表明，最近10年、25年和50年都是過去3500年以來青藏高原東北部最濕潤的時段，而該地區(qū)顯著的干旱階段主要發(fā)生在公元前4世紀(jì)和15世紀(jì)后半葉。研究還發(fā)現(xiàn)，該結(jié)果與北半球千年溫度序列在年代際至百年尺度上都存在著顯著相關(guān)。研究人員根據(jù)，如果未來北半球溫度繼續(xù)升高，該區(qū)域降水將更加豐沛。早在20世紀(jì)初，樹木年輪寬度變化與降水量之間的關(guān)系就已得到了論證，并在30年代創(chuàng)建了專門研究樹木年輪的實驗室。此后，年輪氣候?qū)W家對年輪、溫度、降水三者的關(guān)系作了相關(guān)研究，在樹種的選擇和年輪序列的統(tǒng)計分析技術(shù)方面取得進展，建立起年輪氣候?qū)W的基本原理和分析方法。

1.2國內(nèi)的研究

關(guān)于國內(nèi)在這氣候年輪學(xué)方面的研究，是從20世紀(jì)30年代開始的。通過研究我國華北和西北廣大地區(qū)的樹木年輪樣本，成功分析并了解了歷史時期的氣候變遷，尤其在用以反映降水量的變化方面。但由于樹輪學(xué)在我國的發(fā)展時間較短，各研究的領(lǐng)域發(fā)展緩慢，隨著新技術(shù)和新方法的普遍應(yīng)用，我國對樹輪生態(tài)學(xué)的發(fā)展正向綜合研究方向發(fā)展。

2.樹木年輪寬度與氣候因子的基本關(guān)系

在利用樹木年輪資料分析氣候與環(huán)境變化的研究中，最常用的研究因子就是年輪寬度，年輪寬度易獲取、較準(zhǔn)確，更重要的是它能夠直觀地反映氣候因子的變化情況。氣候變化對樹木年輪的影響是復(fù)雜的，受樹木種類、立地因子，如土壤、污染、蟲害、風(fēng)害、地震、火災(zāi)等因素的影響，必須通過較長時間的連續(xù)資料，對各個因子進行詳細的研究，才能找出其主導(dǎo)因子及規(guī)律。

2.1樹木年輪寬度與溫度的關(guān)系

年輪寬度對溫度的響應(yīng)較為復(fù)雜，相同的樹種，因其生長在不同的海拔地區(qū)，或者由于采樣季節(jié)的不同，會呈現(xiàn)出正相關(guān)、負相關(guān)、也可能不相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，初春溫度與年輪寬度呈正相關(guān)。但吳祥定等卻在研究中發(fā)現(xiàn)高海拔地區(qū)的樹木生長與初春溫度呈負相關(guān)，這種響應(yīng)關(guān)系是由于樹木生理過程所決定的。在高海拔地區(qū)，由于初春的低溫，樹木在生長季前幾乎沒有光合作用，可能發(fā)生的生理過程為呼吸作用和蒸騰作用。植物的蒸騰生理調(diào)控機制開始運作，氣候溫暖，光照強度高，氣溫高，相對濕度大，桉葉蒸騰效率與光合速率高，從而造成初春溫度與樹木生長呈負線性關(guān)系。而當(dāng)溫度升高到光合作用已占主導(dǎo)地位時，氣溫才與樹木生長呈正線性關(guān)系。在低海拔地區(qū)，這種機制就相反，所以初春溫度與年輪寬度呈正相關(guān)。

2.2樹木年輪寬度與降水的關(guān)系

降水對年輪寬度的影響較大。降水量越少，越不利于年輪生長，研究發(fā)現(xiàn)降水量與年輪寬度通常呈正相關(guān)。這是由于植物生長季節(jié)的光照、溫度、降水豐富，加快了光合作用效率，年輪就更寬：反之就窄。研究發(fā)現(xiàn)春季降水量與當(dāng)年樹輪寬度呈正相關(guān)，原因在于樹木在春材形成的關(guān)鍵時期需水量大，降水不足會嚴(yán)重影響樹木的生長，易形成窄輪：而且降水不足可能還會影響到樹木新枝葉的生長，進而影響到以后樹木的光合作用以及年輪的生長，形成偏窄輪。

從生理學(xué)角度講，生長季前長時間維持少雨，光合作用會降低或者呼吸作用速度會加快，造成生長季中樹木體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的減少。但是，值得注意的一點是，年輪寬度可能由于光合因素或水分因素影響植物后期的生長，從而形成窄輪。

2.3溫度和降水對樹木年輪寬度的綜合影響

溫度和降水存在著相關(guān)關(guān)系，它們之間相互影響、相互制約。隨著降水量的變化，溫度對輪寬的影響不同。當(dāng)降水量低于一定值時，溫度（通常5～8月）和樹木輪寬的生長呈明顯的負相關(guān)；當(dāng)降水量在一段時期內(nèi)均衡的情況下，對年輪寬度的影響則不明顯。這表明，由于溫度的增高導(dǎo)致土壤含水量降低，而樹木的生長對溫度的需求又較高，這種正負子相反的影響在某種情況下可相互抵消。

溫度和降水對年輪寬度的共同影響作用還表現(xiàn)在土壤濕度方面。土壤水分不足阻礙樹木根系對土壤養(yǎng)分的吸收，抑制對樹干養(yǎng)分的傳輸，從而影響樹木進一步的生長發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，在半干旱地區(qū)，云杉的生長明顯受生長期溫度和降水的影響。而這兩個氣候因子，在某種程度上可以認為是通過對土壤含水量的制約，而直接影響樹木的生長速度。因此，只分析單個氣候因子對年輪寬度的影響具有局限性，應(yīng)通過濕潤指數(shù)、干燥指數(shù)、干旱日數(shù)等復(fù)合指標(biāo)來度量氣候變化，以反映溫度和降水的綜合效應(yīng)。總之，影響年輪寬度的因素是多種多樣的，在研究年輪對氣候響應(yīng)時應(yīng)綜合多種因子進行分析。