川西云杉徑向生長對氣候變化的響應

馬榆杰

摘要：高海拔云杉在亞高山川西地區的環境信息較多，對氣候變化反應較敏感。溫度對川西云杉生長趨勢的影響隨區域氣候變暖而變化。本文以川西云杉為研究對象，采用樹輪狀生態法，對亞高山地區不同海拔高度的川西云杉進行年輪取樣、處理和分析，比較其徑向生長特性及其與氣候因子的關系。結果表明：亞高山川西云杉在高原上具有較強的環境信息性，對氣候變化的反應更為敏感;水分嚴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系，高海拔地區的云杉還可能隨區域氣候變暖而進一步衰減。本文研究亞高山地區不同海拔川西云杉生長動態及其對氣候變化的敏感性差異，為保護和管理川西云杉林在全球氣候變化環境中的生長規律提供科學依據。

關鍵詞：亞高山地區、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和古氣候重建通常采用樹木年輪分析法[1]。目前，國內外越來越多的學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關系有差異，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3個共存樹種對氣候變化響應，發現不同樹種對季節氣候變化響應和敏感性不同。Yu[5]等對長白山主要樹種徑向生長對氣候響應進行研究，發現樹種差異較海拔差異對影響特定地點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進行研究，發現不同樹種和種群之間氣候響應不同。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進行了研究，發現紅松和山楊對氣候因子響應關系存在差異。

本研究以川西云杉為研究對象，在川西亞高山地區對川西云杉林內主要樹種樹輪樣芯進行取樣。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準年表，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差異的具體原因。此外，對過渡帶地區樹輪樣芯進行采集，建立標準年表，以期揭示全球氣候變化背景下過渡帶地區主要樹種對氣候變化的響應，并為未來該區域氣候重建提供基礎數據。最后，利用樹木年輪寬度資料重建了川西亞高山地區川西云杉林過去200多年來平均溫度變化歷史。

2 研究方法

2.1響應函數和相關函數分析

此方法只考慮單一氣候因素與樹木徑向生長的關系，且用年輪數據與氣候因素的簡單相關系數來表示，計算簡單，解釋方便。利用數理統計的多元回歸分析方法，對樹輪寬度年表進行多種氣候因子做主成分變換，與樹輪寬度年表進行逐步回歸，將主成分的回歸系數轉化為與原始氣候因子相對應的回歸系數，并用大小和正負兩個方面來表征樹木生長對氣候因素的反應。為了平衡上述兩種方法在研究中各自的不足，本研究在樹輪氣候學分析時，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行Person相關分析，之后再選取不同月份組合的氣候因子分別計算均值，再與年表進行相關分析，以尋找最適合月份的氣候因子進行氣候重建。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方程組進行穩定性、可靠性檢驗。逐次排除法利用回歸模式產生一組獨立的氣候數據，以評估模式的準確性，統計參數包括相關系數（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。使用生長錐是應盡量保持生長錐與樹干垂直，防止操作不當造成生長維斷裂。鉆取樹輪樣芯時如果發現生長錐轉動非常輕松，此時應馬上停止取樣，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年輪樣芯的預處理

樣芯放在通風干燥處自然風干。將經過風吹干燥的樣芯用白色木工膠水固定在帶溝槽的木槽上，并可根據樣芯尺寸預先定制。在貼試樣芯膠時要特別注意，對于一些已經破裂的芯膠，要小心地將接合面朝準，然后再貼上白膠。經過數天的風芯磨光，再用不同粒度的干砂紙逐個打磨風芯，直到顯微鏡下可以清晰地看出風芯的年輪界限。磨削后的試件斷面要平整，不能出現斜面，顯微鏡下還看不清楚的，需要用砂紙進一步磨削。

3.3年輪寬度的測量

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

3.4建立年表

采用 ARSTAN方法建立年輪寬度年表的過程，其實質是樹木年輪序列的去勢和標準化。將2/3時間序列的樣條函數作為步長去趨勢化處理，并對去趨勢序列采用雙加權平均進行標準化排序。

4 研究結果

本文以川西亞高山地區為研究對象，該地區森林資源豐富，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采集的樹木年輪樣芯、環境因子基礎數據資料、氣候數據，對該地區開展樹木年代學進行研究工作，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，建立了標準年表，揭示了全球氣候變化背景下川西亞高山地區主要樹種樹木徑向生長對氣候變化的響應，為未來該地區氣候重建提供理論基礎，重建了川西亞高山地區過去200多年來平均溫度變化歷史。結果表明，在高海拔地區川西云杉徑向生長受到水分的強烈限制，而在低海拔地區川西云杉徑向生長則主要受氣溫的影響;在高海拔地區，氣候因素的變化對其衰亡有顯著影響，而在低海拔地區衰亡則有進一步減少的趨勢。亞高山地區不同海拔川西云杉的生長動態及其對氣候變化的敏感度存在著差異，為保護和管理川西云杉林，應對全球氣候變化提供科學依據。

參考文獻：

[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[J].植物生態學報，2016.40（01）：24-35.

[2] 高露雙， 土曉明， 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[J]. 北京林業大學學報， 2013， 35（03）： 24-31.

[3]蘇金娟， 王曉春. 張廣才嶺北部三大硬闊樹木生長-氣候關系的時空變異[J]. 生態學報， 2017， 37（05）： 1484-1495.

[4] Yu D， Wang Q， Wang Y， et al. Climatic effects on radial growth of major tree species on Changbai Mountain[J]. Annals of Forest Science， 2011，68（5）：921-933.

[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，土曉明，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[J]. 北京林業大學學報，2013， 35（03）： 24-31.

成都理工大學地球科學學院 610059