全 文 ：文章编号:1000-0240(2006)05-0713-09
阿尼玛卿山不同海拔祁连圆柏树轮
宽度年表特征对比分析
　　收稿日期:2006-03-22;修订日期:2006-05-22
　　基金项目:国家自然科学基金创新群体项目(40421101);国家自然科学基金项目(40671191);国家自然科学基金重点项目(90502008)资
助
　　作者简介:彭剑峰(1965—), 男 , 河南邓州人, 2004年在兰州大学获硕士学位 , 现为在读博士研究生 , 主要从事树木年轮年代学和树木
年轮生态学研究. E-mail:jfpeng@lzu . edu. cn
　　*通讯作者 , E-mail:xh gou@lzu. edu. cn
彭剑峰1 , 　勾晓华1* , 　陈发虎1 , 　刘普幸1 , 2 , 　张永香1 ,
张　永1 , 　田沁花1
(1.兰州大学西部环境教育部重点实验室 中德干旱环境研究中心 , 甘肃兰州　730000;
2.西北师范大学地理与环境科学学院 , 甘肃兰州　730070)
摘　要:利用阿尼玛卿山地同一坡面的不同海拔高度获取的 4 组树木年轮样本 , 建立了不同海拔梯度
的树轮宽度指数年表. 各年表中较高的信噪比 S NR 和样本总体解释量 EP S 表明 , 各采样点树木中含
有较多的共同环境信息 , 从低海拔向高海拔的递减反映了高海拔小生境差异对树木生长影响较大;平
均敏感度和标准差随海拔升高呈先递减后递增的趋势.气候因子对整个坡面的树木生长起着主导影响 ,
其中气温的作用更大一些. 可靠年表的平均序列长度随海拔升高变短 , 表明树木生长是沿着山坡逐渐
向上迁移的. 不同海拔树轮宽度可靠年表间高频变化一致 , 10 a滑动的高生长和低生长的不一致则反
映了低频变化的差异. 相关分析表明 , 生长在森林上限的树木对环境因子的响应滞后于森林下限 , 生
长在最大降水高度附近的树木对环境因子响应的敏感性最低.
关键词:阿尼玛卿山地;树木年轮;标准年表;海拔梯度;气候变化
中图分类号:Q948. 11 文献标识码:A
　　随着树木年轮学的迅速发展 , 利用树木年轮宽
度变异对气候变化的响应获取某些气候要素的代用
资料 , 已在全球范围内成为研究历史时期气候变化
的重要途径之一[ 1] . 近几十年的研究表明 , 青藏高
原是东亚及北半球乃至全球气候变化的敏感区和
“起博器”[ 2] . 自 20 世纪 70 年代后期 , 吴祥定
等[ 3 - 4]对西藏进行了大范围的树轮考察 , 利用树木
年轮学方法分别重建了温度和降水序列;随后中外
学者分别对祁连山[ 5 -8] 、藏东南[ 9 - 10] 、青南高原[ 11]
以及柴达木盆地东缘山地[ 12 - 14] 等区域开展了树木
年轮年代学研究 , 不仅建立了目前我国最长的树木
年轮宽度年表[ 9] , 而且还对千年来的气候变
化[ 3 - 6 , 12 - 14] 和森林生态区划[ 10] 做了一定程度的探
索. 但是 , 目前青藏高原的树木年轮研究大多仍集
中在水平区域及散点上 , 局地的垂直梯度研究相对
较少 , 只有勾晓华等[ 15] 和王亚军等[ 16] 对祁连山中
部地区不同海拔的树木生长与气候因子的关系做了
不同程度的研究.
阿尼玛卿山地位于长江黄河源区的中心地带 ,
是黄河的主要水源地 , 山高谷深 , 垂直自然带较为
完整. 一般山地垂直带比水平带窄1 000倍 , 但对气
候变化反应的灵敏度比水平过渡带高出许多倍[ 17] ,
可作为气候变化的“监视器”[ 18] . 本研究在阿尼玛
卿山地同一坡面上的不同海拔高度获取树轮资料建
立树轮宽度序列年表 , 研究其树轮序列特征值在
“高”海拔梯度上的变化规律 , 并试图探讨不同海拔
树木生长对气候变化的响应 , 为环境保护和森林管
理提供理论支撑.
1　资料的获取和研究方法
1. 1　研究区概况和采样信息
阿尼玛卿山地位于青藏高原东北边缘的褶皱带
第 28 卷　第 5 期
2 0 0 6 年 10月
冰　川　冻　土
JOURNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCRYOLOGY
Vo l. 28　No . 5
Oct. 2 0 0 6
表 1　采样点概况
Table 1　Summary of the sampling locations
采样点标注
代码 经度 /纬度
海拔
/m
样芯(株)
/株数 生　境　概　况
YYCH
YYCMH
YYCML
YYCL
100°20′10″E ,
34°48′01″N
3750～ 3845 32 /27
3635～ 3710 27 /22
3450～ 3625 49 /29
3350～ 3400 43 /26
谷地宽阔 ,东西走向, 采样山之阳坡(南坡),中下限林木密度较大 ,柏树
残败腐心现象严重 ,灌丛稀疏 ,土层深厚 ,局部出现石质土 ,坡度约 45°～
50°,郁闭度较小;中上限树木稀疏 ,多为孤立木 ,土层较薄 , 树木多生长
于突起的石质土上 ,草甸分布在低洼处 ,坡度比下限小 ,草本盖度大.
上 , 是季风与非季风 、半湿润与半干旱 、暖带与亚
寒带的交界地带[ 19] , 气候环境敏感 , 生态条件复
杂. 按照气候区划的指标 , 阿尼玛卿山地属于高原
亚寒带湿润半湿润气候[ 20] , 年平均气温 0. 5 ～ 3. 9
℃, 平均年降水量 477. 4 ～ 621. 1 mm[ 21] , 其水资源
丰富 , 热量不足 , 水热同期. 区内山地植被垂直分
布明显 , 带谱结构简单 , 山地相对高差大 , 海拔在
3 400 ～ 3 800 m 间 , 主要生长着典型的亚高山寒温
性针叶林. 祁连圆柏(Sabina przewalski i Kom. )发
育在山地阳坡 , 这里是祁连圆柏分布的最南界
限[ 22] , 是进行海拔梯度树轮宽度研究的理想场所.
研究选取位于青海省玛沁县北部的羊玉林场为
采样点 , 为原始林区 , 山高谷深 , 人类干扰很小.
采样按照不同海拔梯度 , 遵循限制因子原则和生态
环境原理[ 23] , 选择敏感性较好且立地条件差别不
太大的疏林作为采样带 , 样带之间原则上保持 50
m 的间距 , 样带内高差一般控制在 100 m 以内
(YYCML 生境一致 , 高差较大), 取样树木为胸径
较大和树龄较长的健康活树或孤立木. 在同一个坡
面上从低到高依次从 YYCL 、 YYCML 、 YYCMH
和 YYCH4个带内采样 , 总采集 104株共计 151根
圆柏样芯(采样信息见表 1 、图 1和图 2).
图 1　采样点示意图
Fig . 1　Sketch map show ing the sampling sites
图 2　采样点剖面图
Fig. 2　Sections of the sampling sites
1. 2　建立年表
样品预处理严格按照 Stokes et al . [ 24] 阐述的基
本方法进行 , 经晾干 、固定后 , 进行打磨. 首先利
用“骨架示意图”法进行初步定年 , 突出强调窄轮对
生态环境较为敏感的影响. 为确保定年的精确 , 对
测量后的树轮样本序列值 进行计算机程序
COFECHA[ 25] 和折线图验证. 通过交叉定年的检
验 , 纠正定年过程中出现的错误 , 对发现不适宜的
样芯予以剔除. 表 2列出了所有年轮样本序列经筛
选后的基本统计量 , R 为高频转换后各样本序列同
主序列间的平均相关系数;RW 为平均年轮宽度
(mm);SD 为标准差;MS 为树木对气候因子响应
的平均敏感度;AC为一阶自相关系数 , 反映序列
中树木前一年生长对当年的影响.
　　年表的建立通过 ARSTAN 程序[ 26] , 采用负指
数函数或样条函数拟合去掉树木本身遗传因子产生
的生长趋势和树木之间干扰竞争产生的抑制和释放
等的生长趋势 , 然后利用样本序列值和其拟合生长
曲线值的商进行订正使其标准化. 在建立年表过程
中 , 结合前人的经验尝试不同的去趋势方法 , 最后
分别选择了负指数函数 、线性函数和步长为样芯序
列长度 2 /3的样条函数去趋势. 利用这种方式去掉
了生长趋势又保留了更多的低频变化信息 , 结果在
不同海拔分别建立了3种树轮年表即标准化年表
714　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土 　　28 卷　
表 2　所有采样点序系列(COFECHA)的基本统计特征
Table 2　The basic statistic characteristics o f all sample se ries
采样点代码 样本量 N 年表时段 年表序列 / a平均序列 / a R RW SD AC MS 缺轮率 /%
YYCH 26 1615—2002 388 165. 5 0. 508 0. 80 0. 347 0. 807 0. 220 0. 813
YYCMH 25 1686—2002 317 191. 8 0. 596 0. 91 0. 348 0. 763 0. 221 0. 167
YYCML 41 1524—2002 479 316. 5 0. 668 0. 64 0. 345 0. 822 0. 276 0. 462
YYCL 42 1390—2002 613 364. 5 0. 717 0. 45 0. 308 0. 742 0. 433 1. 973
图 3　羊玉林区不同海拔的祁连圆柏标准年表及样本量
Fig. 3　The t ree-ring width standard chrono log ies and sampling numbers of S abina
przewalskii Kom in the for est section o f Yangyu for the four eleva tions
表 3　羊玉采样点标准年表的树轮宽度指数序列统计特征值及共同区间分析结果
Table 3　The statistic characteristics and common range(1900—2000)analy ses o f the tree-ring
w idth ch ronologies for diffe rent elevations in the fo rest section of Yangyu
采样点 海拔 /m MS SD AC R1 R2 R3 S NR EPS
YYCH 3750～ 3845 0. 136 0. 207 0. 632 0. 201 0. 200 0. 445 5. 682 0. 850
YYCMH 3635～ 3710 0. 133 0. 139 0. 237 0. 249 0. 242 0. 428 8. 835 0. 898
YYCML 3450～ 3625 0. 177 0. 188 0. 334 0. 325 0. 320 0. 545 16. 581 0. 943
YYCL 3350～ 3400 0. 309 0. 296 0. 348 0. 378 0. 372 0. 622 11. 170 0. 918
　　注:MS 为平均敏感度;SD 为标准差;AC.为一阶自相关系数;R 1为所有样本间的平均相关系数;R 2为不同树间样芯平均相关系数;R3
为同一棵树样本间的平均相关系数;S NR为信噪比;EP S为样本对总体的解释信号.
(STD)、差值年表(RES)和自回归年表(ARS).
为了建立可靠的年表 , 选取子样本信号强度
(subsample signal strength , SSS)SSS ≥0. 8的样
本量作为年表的起始点[ 27] (图 3中竖线表示子样本
信号强度 SSS ≥0. 8 的样本量位置), 高于该样本
量的年表序列是可靠. 4个海拔梯度的可靠标准年
表如图 3所示 , 年表序列长度从低海拔到高海拔分
别为 498 a(1505—2002 年)、 413 a(1590—2002
年)、 215 a(1788 —2002 年)到 167 a(1836—2002
年). 序列统计特征值及共同区间分析结果见表 3.
树木年轮学理论认为:样本间的相关(R1 、 R2 、
R3)、信噪比 SNR 和样本总体解释量 ESP 越大 ,
则表明所选样本对群体的代表性越好即序列的共性
越强. 整个分析中的环境信息含量越大 , 说明受环
7155 期 彭剑峰等:阿尼玛卿山不同海拔祁连圆柏树轮宽度年表特征对比分析 　
境因子影响越强.
1. 3　主成分分析和响应分析
利用主成分分析[ 28] , 归纳出 YYC 坡面 4个年
表中包含的树木径向生长的共同区域变化特征. 分
析结果中每一个年表的权重或载荷表达了某一特殊
采样点与主成分间的生长特征关系:权重越高关系
越密切[ 29] . 主成分分析使用 PCA 软件[ 30] , 区域分
析中采用的共同区间 1686—2002 年进行分析. 本
研究利用树木年轮学专业软件 Dendro2002[ 31] 和
PRECON应用程序[ 32] 来研究树轮指数和气候因子
的相关和响应关系. 为了减少由于迁站等人为因素
的影响 , 本研究的两种分析方法都选用采样点附近
3个气象站(玛沁 、同德和兴海)前一年 7月到当年
10月的平均月平均气温和平均月降水量 , 显著性
检验用 Boo tst rap方法[ 33] 随机执行 500次.
2　结果与讨论
2. 1　沿海拔梯度树轮特征值的变化
2. 1. 1　树木原始生长序列的特征值变化
样本经筛选后的 4个树木年轮序列特征值(表
2)表现出明显的规律:各采样点平均序列随海拔升
高呈递减趋势(364. 5→316. 5→191. 5→165. 5 a),
可明显分为两个时段 , 这与采样点呈两个阶梯一
致 , 表明高海拔两采样点树木可能是小冰期中较冷
时期过后温度回升引起导致树线爬升的结果;树木
间的平均相关 R 值随海拔升高呈递减趋势(0. 717
→0. 668→0. 596→0. 508), 说明低海拔影响树木生
长的环境因子一致性较大 , 而高海拔采样点小生境
差异较大致使树木间的相关性较小;平均敏感度
MS 随海拔升高而下降(0. 433 →0. 276 →0. 221 →
0. 220);序列平均轮宽值随海拔升高呈增大趋势 ,
且树龄在 200 ～ 300 a 之间的树木轮宽值由低海拔
到高海拔依次为 0. 62 、 0. 81 、 0. 83 和 0. 68 mm
(COFECHA 结果中的统计值).过去的研究认为海
拔3 800 m 附近是该地区的降水最大高度(34) , 这里
的温湿搭配更有利于树木生长.
2. 1. 2　树轮宽度序列标准年表的特征值变化
去掉生长趋势 YYC 序列年表中的特征值(表
3), 反映气候信息的信噪比 SNR 和样本对总体的
解释信号 EPS 都表现为从低海拔向高海拔递减 ,
说明高海拔小生境对树木生长影响较大;不同海拔
年表中较高的 SN R和 EPS 值说明 , 各采样点树木
中含有较多的环境共性. 其它的特征值如平均敏感
度MS 、标准差 SD 、一阶自相关系数 AC都随海拔
呈递减但到上限又递增的趋势 , 这种趋势反映高海
拔地区水分能满足树木生长 , 水分限制作用大大减
弱 , 从而使轮宽之间的敏感度 、标准差和一阶自相
关值都降低[ 15] ;另一方面 , 高海拔的树木都是孤立
木且大多生长在石质小环境 , 生境差异大 , 因而样
芯间相关 、信噪比和样本对总体的解释信号都较
低.
2. 2　主成分分析和响应分析的结果
主成分分析结果发现:占61. 495%的第一主成
分是影响坡面树木生长的主导因子 , 4 个年表的第
一主分量载荷都是正值 , 表明影响树木生长的环境
因子是一致的 , 显然大气候环境因素是主导因素;
第二主分量占25. 173%, 各年表的载荷值与海拔高
度呈正相关 , 说明海拔因素是影响坡面树木生长的
重要因素之一(图 4).
图 4　PC1 和 PC2 与海拔高度的关系
F ig . 4　PC1 and PC2 chang ing w ith altitude
　　第一主分量与气候因子的相关显示(表 4), 整
个坡面树木生长与当年 2 、 3 、 8月平均气温呈显著
负相关 , 分别为 - 0. 3487 、 - 0. 4039和 - 0. 4276;
与 9月平均气温呈显著正相关 , 其值为 0. 3247;与
月降水量大多呈正相关但都不显著 , 只有 4 月
(0. 1782)和 10月(0. 2574)较高. 响应函数分析发
现 , 在树木生长过程中气候的解释量都很高 , 另外
由于采样点土层薄使得树木前期生长的解释量都较
表 4　YYC采样点第一主分量对气候因子的响应结果
Table 4　Response of PC1 chrono log y to climatic
facto rs at the sampling spot YYC
影响因子 气候解释量 前期生长解释量 总解释量
月平均气温和降水 0. 600 0. 160 0. 760
月平均气温 0. 440 0. 089 0. 529
月降水量 0. 430 0. 081 0. 511
716　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土 　　28 卷　
低. 气温和降水的总解释量差别不大 , 气温的影响
作用稍占优势 , 表明该采样点树木年轮中气候信号
混合比较严重. 但从相关分析和响应分析的整体结
果来看 , 该区域树木生长对温度的响应要好于降
水 , 该地区的树轮宽度较多地反映了温度变化.
2. 3　不同海拔树轮宽度序列对气候变化的响应
本研究主要是根据玛沁 YYC 采样点 4个不同
海拔梯度祁连圆柏的标准年表(STD)和在不同时段
树轮指数的高低来判断对全球变化的不同响应. 文
中的上限采样点属于该地区的树线[ 22] , 而树线作
为高山林线过渡带的上界 , 处于高寒严酷气候胁迫
的临界状态 , 全球性和区域性气候变暖必然在这一
生态界面上有所反映[ 18] ;Gale[ 35] 和 Graumlich[ 36]
发现 , 亚高山森林或树线附近的树木差不多完全受
非生物生态因子的限制并可能对气候变化的响应更
敏感;Christian et al . [ 37] 指出 , 寒冷强烈地限制树
线附近的树木生长 , 这里的树木对全球变暖可能产
生更强烈的响应. 树线的位置并不是一个静态的边
界而是随时间发生变化的 , 这种变化通常与气候变
化直接相关 , 且树线附近的树木或幼树的年龄级组
成通常与暖期有关[ 38] . 本研究正是利用不同海拔
高度的年龄序列来分析该地区可能发生的气候环境
变化.
　　本采样点 4个海拔梯度祁连圆柏可靠年表的序
列长度:从下限到上限分别是 498 a(1505—2002
年)、 413 a(1590—2002 年)、 215 a(1788—2002
年)和 167 a(1836—2002年), 显然树轮可靠年表的
开始时间与刘光远等[ 39] 祁连山树轮曲线 、 Zhang et
al . [ 13] 和康兴成等[ 40]都兰树轮曲线的高生长期以及
杨保[ 41]青藏高原研究的温暖时期基本一致 , 尤其
与都兰曲线有较好的对应关系. 图 5对比了本研究
4个海拔梯度的标准年表曲线与刘晓宏等[ 42]祁连山
中部的树轮宽度曲线 、杨保[ 41] 的青藏高原东北部
温度曲线以及冯松等[ 43] 近 600 a来青藏高原温度曲
线的变化 , 发现树木大多都出现在小冰期中几个由
冷向暖转换的相对温暖时期 , 这种研究结果与
Sveinbjö rnsson [ 38] 在研究中发现树木的出现与暖期
有关一致. 为了更好地反映树线的上升 , 本研究分
析了高海拔两个采样点的树龄与海拔的关系(如图
6), 结果显示树木出现年代无论是完整的树芯(图6
中的空心圆)还是腐芯(图 6 中的实心点)与海拔之
间都是负相关 , 表明随海拔的升高树木先后出现.
由此可以看出树线在近 300 a 来是沿着山坡逐渐上
升的 , 与Whalthe r et al . [ 44] 在研究中发现欧洲和新
图 5　树木生长变化温度对比
Ⅰ.年表轮宽指数;Ⅱ .祁连山中部的祁连圆柏轮宽指数[ 42] ;Ⅲ .青藏高原温度指数[ 43] ;Ⅳ.青藏高原东北部温度曲线[ 41]
Fig. 5　The t ree-ring width index serie s , compa red w ith that o f Liu Xiaohong et al . [ 42] and
tempe rature series of Feng Song et al . [ 43] and Yang Bao[ 41]
7175 期 彭剑峰等:阿尼玛卿山不同海拔祁连圆柏树轮宽度年表特征对比分析 　
图 6　高海拔两点树木出现年代与海拔高度的关系
Fig. 6　Relation between tree star ting year and height
above sea lev el fo r tw o sampling sites
西兰的林线向高海拔迁移 、阿尔卑斯山地高山植物
分布的海拔高度每年上升大约 1 ～ 4 m 的结论基本
一致. 上限采样点样本中有不足百年的树木和很多
幼树(幼树大多不足 10 a , 未采样), 这种现象与
S uarez et al . [ 45]和 Chapin et al . [ 46] 在高纬度的阿拉
斯加观察到的北方森林和灌丛桦树群落向苔原扩展
基本一致 , 也与 Kullman[ 47] 在斯堪的纳维亚山系研
究的高山树线在 20世纪 90年代恢复上升的观点相
吻合.
2. 4　不同海拔高度树轮宽度年表波谱的变化
从研究区 4 个树轮宽度标准年表在 1750 —
2000年间的高频变化(逐年)、低频变化(10 a 以
上)及振幅的变化表现出一定的规律(图 3):
首先 , 图 3显示该采样点不同海拔的树轮曲线
中的树木生长特征年(极窄年轮)是一致的. 通过研
究区不同海拔的 4个树木年轮宽度的可靠年表之间
的相关分析(表 5), 发现相关值除了上限和下限之
间稍低 , 为 0. 197且仅达到 95%置信之外 , 其它相
关值都较高且置信都达到 99%以上 , 显然在年际变
化上具有较高的一致性 , 即年表的高频变化具有较
高的一致性. 《青海自然灾害志》(青海民政信息网
www . qhmz. g ov. cn)显示 1770 、 1776 、 1824 、
1831 、1927和 1953等年本区大都发生过严重旱灾
或夹有雹 、霜和雪灾等 , 树木年轮在这些年中都发
育成极窄轮 , 成为树木生长的特征年. 这些灾害年
都有详实的记录 , 如“1927年西宁持续干旱 , 春耕
多未下种 , 贵德四月陨霜杀禾(《清实录》)” , 这也
说明任何一个偶然的气候事件本身不太可能对树木
的生长产生严重伤害 , 只有连续性事件才可能造成
树木伤害甚至致死[ 38] , 因此极端的灾害事件往往
使树木形成窄轮或缺轮. 从图 3中可以看出 , 特征
年极窄轮的宽度指数随海拔升高有增大的趋势(如
1824年 , 下限 40个样本中有 31个缺轮 , 故年表指
数显示几乎为 0 , 向上依次为 0. 24 、 0. 548 和
0. 702 , 上限指数较高也不可能排除“幼龄效应”的
存在), 能否说明本地区极端气候因子的影响随海
拔升高趋于减弱(与 Gale[ 35]和 G raum lich[ 36] 研究的
亚高山森林对气候响应更敏感不同), 这有待于进
一步研究.
表 5　不同海拔树轮宽度可靠年表之间的相关分析
Table 5　Co rrelations of differ ent standa rd chronolo gies
for diffe rent elevations in A’ nyê maqê n M ountains
YYCL YYCML YYCM H YYCH
YYCL 1
YYCM L 0. 806** 1
YYCM H 0. 432** 0. 621** 1
YYCH 0. 197* 0. 327** 0. 653** 1
　　注:**表示置信度在 99%以上;*表示置信度在 95%以上.
　　其次 , 在低频变化上 , 高生长期和低生长期发
生的时间是不一致的. 从图 3中(10 a 滑动平均曲
线)可以看出随海拔升高有滞后现象 , 尤其上限明
显滞后于下限 , 这说明上下限树木生长对某些环境
因子的响应是不同步的. 由图 3 明显看出 , 上限年
表 1870年前后是生长最低值 , 而下限年表却出现
在 1850年前后 , 因此本研究中对此两个年表做了
交叉相关分析 , 结果发现两年表在相差22 a处相关
系数最高(达 0. 304 , 远高于 0. 197 , 且达到 99%以
上置信水平). 由此可以说明树木生长对气候因子
的响应是有差异的 , 上限滞后于下限大约 22 a 左
右;为了更清楚的说明上下限树木生长对气候因子
的滞后 , 本研究又通过对上下限树轮年表的低通滤
波(百年周期), 发现上下限低频相关值高达 0. 807
且超过 99%置信检验 , 但相关值在滞后 17 ～ 19 a
时间段上均达到最高值 0. 948 且超过 99%置信检
验. 过去的研究也有相似的结果 , Kullman[ 48] 在斯
堪的纳维亚研究中发现高山林线对气候变化的响应
具有滞后性;Frit t s[ 49] 在研究中发现森林上限对气
候响应滞后大约 15 a或更多一些. Kullman[ 50] 研究
认为 , 这种滞后现象是因为生长在树线附近的优势
树种具有一定的表型可塑性而造成的 , 但如果极端
气候事件(如严重的霜冻和干旱等)超过气候阀域
(即树木生长的适应范围)则树线的响应是迅速的 ,
这又从另一方面解释了高频变化的一致性.
第三 , 树轮宽度指数的振幅(方差)随海拔升高
逐渐变小到上限时又增大 , 这与森林中部树木对环
718　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土 　　28 卷　
境因子的竞争有关. 其中 , 振幅最小的中上限
(0. 139)可能是降水最大高度位置 , 树木生长对环
境因子的敏感性减弱 , 这也是树轮研究者多以森林
上 、下限为研究对象的主要原因. 从这一点上说 ,
森林上限比森林内部对环境因子的响应更敏感 , 这
与 Gale[ 35] 和 G raumlich[ 36] 研究的亚高山森林对气
候响应更敏感基本一致.
3　结论
(1)不同海拔树木年轮年表中较高的信噪比
SNR 和样本总解释量EPS 表明 , 各采样点树木中
含有较多的环境共性. 树轮序列的特征值如信噪比
SNR 和样本对总体的解释信号EPS 从低海拔向高
海拔的递减 , 表明高海拔小生境对树木生长影响较
大;平均敏感度 、标准差 、一阶自相关系数都随海
拔升高至中上限 YYCMH 呈递减但向上又呈递增
的趋势 , 这与降水随海拔变化的规律相对应 , 说明
降水的增多使树木生长对环境响应的敏感性降低.
(2) 4 个采样点的第一主分量占 61. 495%表
明 , 影响该区域的主导环境因子是一致的;第一主
分量与气候因子的相关分析和响应分析也显示出气
候因子对整个坡面的树木生长起着主导影响 , 其中
气温的作用更大一些.
(3)各采样点树轮宽度指数可靠年表的平均序
列随海拔升高都呈递减趋势 , 说明树木生长在小冰
期内是沿着山坡逐渐上升的;目前上限附近生长着
许多幼树 , 表明该地区与高纬地区一样 , 20世纪后
期较为温暖 , 温度呈升高趋势. 该采样点不同海拔
树轮宽度年表中的高频变化(极窄年轮)是一致的 ,
但低频变化表现出一定的差异. 上下限树轮年表的
滞后相关分析和低通滤波(百年周期)后相关分析表
明 , 生长在森林上限的树木对气候因子的响应滞后
于森林下限 , 其它区域有无此现象有待于研究. 不
同海拔的树轮宽度指数年表的振幅随海拔升高逐渐
变小到上限时又增大 , 反映了生长在最大降水高度
附近的树木对环境要素响应的敏感性最低.
　　致谢:中国科学院植物研究所张齐兵研究员对
定年工作的指导;青海省玛沁县林业局的领导和职
工们对采样工作的支持和帮助 , 在此一并致谢.
参考文献(References):
[ 1] Eaper J , Cook E R , Schw eing ru ber F H. Low-f requency sig-
nals in long tree-ring chronologies for reconst ructing pas t tem-
perature variabi lit y[ J] . Science , 2002 , 295:2250 - 2253.
[ 2] Sun Honglie , Zh eng Du. Explore the Tibetan Plateau (parts
1 , 2) [ J] . The S cience , 1992 , 44(1):11 - 14;44(2):19 -
21. [ 孙鸿烈 , 郑度. 世界屋脊奥秘的探索(上 、下)[ J] . 科
学, 1992 , 44(1):11 - 14;44(2):19- 21. ]
[ 3] Wu Xiangdin g , Lin Zh enyao. A preliminary analysis of cli-
m at ic variat ion during the last hu ndred years and it s ou tlook
on Tibetan plateau[ J] . Chinese S cience Bu lletin , 1978 , 23
(12) :746- 750. [ 吴祥定 , 林振耀. 西藏近代气候变化及其
趋势的探讨[ J] . 科学通报 , 1978 , 23(12):746- 750. ]
[ 4] Wu Xiangding , Lin Zh enyao. Climatic change during the last
2000 years in Tibet plateau[ C] / / Proceedings of S ymposium
on Climatic Change. Bei jing :S cien ce Pres s , 1981:18- 25.
[ 吴祥定 , 林振耀. 青藏高原近二千年来气候变迁的初步探讨
[ C] / / 全国气候变化学术讨论会文集. 北京:科学出版社 ,
1981:18 - 25. ]
[ 5] Zhuo Zhengda , H u Shuang xi , Zh ang Xiangong , et a l . T ree
ring of Qilian Mountains and climate changes durin g the re-
cent thousand years in China(1059—1975)[ J] . Journal of
Lanzhou University , 1978 , 6(2):145 - 157. [ 卓正大 , 胡双
熙, 张先恭 , 等. 祁连山地区树木年轮与我国近千年(1059 -
1975年)的气候变化[ J] . 兰州大学学报 , 1978 , 6(2):145 -
156. ]
[ 6] Wang Yuxi , Liu Guan gyu an , Zh ang Xiangong , et al . The
relat ionships betw een the t ree rings of Sabina p rz ewa lskii
Kom . an d climate change of thousand years , glacier activi ty in
Qi lian Moun tains [ J] . Chinese Science Bulletin , 1982 , 21:
1316 - 1319. [ 王玉玺 , 刘光远 , 张先恭 , 等. 祁连山圆柏年
轮与我国近千年气候变化和冰川进展的关系[ J] . 科学通报 ,
1982 , 21:1316- 1319. ]
[ 7] Zhang Zhihua , Wu Xiangding. Reconst ruction of past 700
y ears climate change of th e Qilian Mountains region f rom the
t ree ring data[ J] . Chinese Science Bulletin , 1997 , 42:849 -
851. [ 张志华 , 吴祥定. 利用树木年轮资料恢复祁连山地区
近 700年来气候变化[ J] . 科学通报 , 1997 , 42:849 - 851. ]
[ 8] Gou Xiaohua , Shao Xuem ei , Wang Yajun , e t a l . The estab-
li shment of t ree-ring ch ronology in east region of Qi lian
Mountain s[ J] . Journal of Desert Research , 1999 , 19(4):364
- 368. [ 勾晓华 , 邵雪梅 , 王亚军 , 等. 祁连山东部地区树木
年轮年表的建立[ J] . 中国沙漠 , 1999 , 19(4):364- 368. ]
[ 9] Brauning A. Dendroch ronology fo r th e las t 1400 years in east-
ern Tib et [ J] . GeoJournal , 1994 , 34:75- 95.
[ 10] Brauning A. Ecological division of fores t regions of eastern
Tibet by u se of dend roecological analy ses [ J] . Marburger
Geographisch e Sch ri ft en , 2000 , 135:111 - 127.
[ 11] Qin Ning sheng , Shao Xuem ei , Jin Liya , et a l . Clim ate
change over southern Qinghai Plateau in the past 500 years
recorded in S abina t ibetica t ree rings [ J] . Chinese S cience
Bu lletin , 2003 , 48(19):2068 - 2072. [ 秦宁生, 邵雪梅 , 靳
立亚 , 等. 青海南部高原圆柏年轮指示的近 500 年来气候变
化[ J] . 科学通报 , 2003 , 48(19):2068- 2072. ]
[ 12] Kang Xing cheng , Graumlich L J , Sh eppard P. T he last 1835
y ears climate changes inferred f rom tree ring record s in Du lan
region , Qinghai , C hina [ J] . Quatemary Sciences , 1997 , 17:
70- 75. [ 康兴成 , Graum lich LJ , Sh eppard P. 青海都兰地区
1835年来的气候变化———来自树轮资料[ J] . 第四纪研究 ,
1997 , 17(1):70- 75. ]
[ 13] Zh ang Qibin , C hen g Gu od ong , Yao T andong , et al . A 2 326-
y ear t ree-ring record of clim ate variabili ty on the n orth eastern
7195 期 彭剑峰等:阿尼玛卿山不同海拔祁连圆柏树轮宽度年表特征对比分析 　
Qinghai-Tib etan Plateau [ J] . Geophysical Research Let ters ,
2003 , 30:1739 - 1742.
[ 14] Sh ao Xuemei , Fan g Xiuqi , Liu H ongbin , et a l. Dat ing th e
1000-y ear-old Sabina p rz ewa lski i Kom. in M ountain s along
the E as tern M argin of th e Qaidam Basin[ J] . Acta Geographi-
ca Sinica , 2003 , 58(1):90- 100. [ 邵雪梅 , 方修琦 , 刘洪滨 ,
等. 柴达木东缘山地千年祁连圆柏年轮定年分析[ J] . 地理学
报 , 2003 , 58(1):90- 100. ]
[ 15] Gou Xiaohua , Chen Fahu , Yan g Meixue , et a l . Analy sis of
the t ree-ring width chronology of Qilian Moun tains at dif fer-
en t elevation [ J] . Acta Ecologica Sinica , 2004 , 24 (1):172
- 176. [ 勾晓华 , 陈发虎 , 杨梅学 , 等. 祁连山中部地区树轮
宽度年表特征随海拔高度的变化[ J] . 生态学报 , 2004 , 24
(1):172 - 176. ]
[ 16] Wang Yaju n , C hen Fahu , Gou Xiaohua , et al . S tudy on re-
sponse relationship betw een t ree - ring and climate factors and
climate reconst ruction in middle region of Qilian Mountains
[ J] . J ou rnal of Desert Research , 2001 , 21(2):135 - 140.
[ 王亚军 , 陈发虎 , 勾晓华 , 等.祁连山中部树木年轮宽度与
气候因子的响应关系及气候重建[ J] . 中国沙漠 , 2001 , 21
(2):135 - 140. ]
[ 17] Walter H . Vegetation of th e Earth [ M ] . Beijing:Science
Press , 1979:268 - 274. [ 沃尔特 H (中国科学院植物研究所
生态室译). 世界植被[ M] . 北京:科学出版社 , 1979:268 -
274. ]
[ 18] Dai Jun hu , C ui H ai ting. A review on th e studies of alpin e
t imberline [ J] . S cientia Geographica Sinica , 1999 , 19(3):
243 - 249. [ 戴君虎 , 崔海亭. 国内外高山林线研究综述[ J] .
地理科学 , 1999 , 19(3):243 - 249. ]
[ 19] Dai Jiaxi. The C limate of th e Tibetan Plateau [ M] . Beijin g :
Meteorological Pres s , 1970. [ 戴加洗. 青藏高原气候[ M] .
北京:气象出版社 , 1970. ]
[ 20] Zh ou Xingmin , Wang Zhibin. Vegetation of Qinghai[ M ] .
Xi’ ning:Qinghai People Press , 1987:1 - 124. [ 周兴民 , 王质
彬. 青海植被[ M ] . 西宁:青海人民出版社 , 1987:1- 124. ]
[ 21] Off ice of Agricu ltural Resources Planning in Qin ghai. S oi l in
Qinghai Provin ce[ M ] . Beijing:China Agricu ltu re Press ,
1997:1- 65. [ 青海省农业资源区划办公室.青海土壤[ M] .
北京:中国农业出版社 1997:1- 65. ]
[ 22] Editorial C ommit tee of Fo rest in Qinghai Province. Fo rest in
Qinghai Province[ M] . Beijing:China Forest ry Pres s , 1993:1
- 442. [青海森林编委会.青海森林[ M ] . 北京:中国林业出
版社 , 1993:1 - 442. ] .
[ 23] Wu Xiangding. T ree-ring and C limate Change[ M] . Beijing:
Meteorology Press , 1990. [ 吴祥定. 树木年轮与气候变化
[ M] . 北京:气象出版社 , 1990. ]
[ 24] S tokes M A , Smi ley T L. An Int roduction to T ree Ring Dat-
ing[ M] . Chicago:th e University of C hicago Press , 1968.
[ 25] Holmes R L. Compu ter-assi sted qu ali ty cont rol in t ree-ring
dating and m easu rement[ J] . Tree - Ring Bul let in , 1983 , 43:
69 - 75.
[ 26] Cook E R , Holmes R L. Users Manual for A RST AN[ M] .
T ucs on:Laboratory of Tree - ring Research , University of
Arizona , 1986.
[ 27] Cook E R , Kairiu kst is L. Methods of Dend rochronology[ M] .
Dord rech t:Kluw er Academic Publis her , 1990.
[ 28] Xu J ian hua. Mathematical meth ods in con temporary geog ra-
phy (second edit ion)[ M ] . Bei jing:Higher Edu cation Press ,
2002:84 - 93. [ 徐建华. 现代地理学中的数学方法[ M ] . 北
京:高等教育出版社 , 2002:84- 93. ]
[ 29] Legendre P , Legendre L. Numerical Ecology [ M ] . Amster-
dam:Elsevier Science , 1998.
[ 30] G rissino-Mayer H D , H olmes R L , Frit t s H C. The interna-
tional T ree-ring Data Bank Program Library , U ser’ s Manual ,
Version 2[ M] . Tucs on:Internat ional T ree-ring Data Bank , .
1996.
[ 31] Biondi F. Are climate-t ree grow th relat ionships changing in
north-cen tral Idaho  [ J] . Arct ic , An tarctic , and Alpine Re-
search , 2000 , 32:111 - 116.
[ 32] Fri t ts H C. Quick Help for Precon Now Cal led Preconk ver-
sion 5. 11[ R] . Tucson , A rizona:T he Universi ty of Arizona ,
1996.
[ 33] Guiot J. Th e bootst rapped response funct ion [ J] . Tree-Ring
Bu lletin , 1991 , 51:39 - 41.
[ 34] Liu S hiyin , Lu Anxin , Ding Yongjian , et al . G lacier flu ctua-
tions and the infer red clim ate changes in the A ’ nyemaqen
Mountain s in the source area of th e Yellow River[ J] . J ou rnal
of Glaciology and Geocryology , 2002 , 24(6):701 - 707. [ 刘
时银 , 鲁安新 , 丁永建 , 等. 黄河上游阿尼玛卿山区冰川波动
与气候变化[ J] . 冰川冻土 , 2002 , 24(6):701- 707. ]
[ 35] Gale F. C arb on dioxide enh ancement of t ree grow th at high
elevat ions[ J] . S cien ce , 1986 , 231:850 - 860.
[ 36] Graum lich L J. Su balpline t ree grow th , climate and increasing
CO 2 :an assessm ent of recent grow th t rends [ J] . Ecology ,
1998 , 72:1- 11.
[ 37] Rolland C , Petitcolas V , Michalet R. Changes in radial t ree
grow th for Picea abies , Larix d ecid uas , P inus cembra and
Pinus uncina ta near the alpine t imberline since 1750 [ J ] .
Trees , 1998 , 13:40 - 53.
[ 38] S veinbjö rnsson B. North American and Eu ropean t reelines:
external factors and internal processes cont rolling p osi ti on
[ J] . Am bio. , 2000 , 29(7):388 - 395.
[ 39] Liu Guangyu an , Wang Yuxi , Zhan g Xiangong , et a l . T ree
ring climate during the recent th ou sand years in Qi lian
Mountain s and it s ref lect ion on the Glacier [ C] / /Memoirs of
Lanzhou In sti tu te of Glaciology and Geocryology , Chinese A-
cademy of Sciences , No. 5. Bei jing:S cience Press , 1984:97
- 108. [ 刘光远 , 王玉玺 , 张先恭 , 等. 祁连山近千年的年轮
气候及其在冰川上的反映[ C] / /中国科学院兰州冰川冻土研
究所集刊(第 5期). 北京:科学出版社 , 1984:97 - 108. ]
[ 40] Kang Xingcheng , Zhang Qihu a , Graumlich L J , et al . Re-
const ruction and variation of climate in Dulan region , Qinghai
during last 2000 y ears[ J] . Advan ce in Earth S ciences , 2000 ,
15(2):215 - 221. [康兴成 , 张其花 , Graumlich L J , 等. 青
海都兰过去 2000年来的气候重建及其变迁[ J] . 地球科学进
展, 2000 , 15(2):215 - 221. ]
[ 41] Yang Bao. Climate history of the Tibetan plateau during the
last tw o mil len nia [ J] . Advance in Earth S ciences , 2003 , 18
(2):285 - 291. [杨保. 青藏高原地区过去 2000年来的气候
变化[ J] . 地球科学进展 , 2003 , 18(2):285- 291. ]
[ 42] Liu Xiaohong , Qin Dahe , Shao Xu emei , et al . Temperature
variations recovered f rom tree-rings in the middle Qi lian
Mountain over the last millennium [ J] . Science in China (Se-
ries D , Earth S cien ces), 2004 , 34(1):89 - 95. [刘晓宏 , 秦
大河 , 邵雪梅 , 等. 祁连山中部过去近千年温度变化的树轮
记录[ J] . 中国科学(D辑), 2004 , 34(1):89 - 95. ]
720　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　冰　　　川　　　冻　　　土 　　28 卷　
[ 43] Feng S ong , Yao T andon g , Jiang Hao , et al . Temperatu re
variat ions over Qinghai-Xizang plateau in the past 600 y ears
[ J] . Plateau Meteorology , 2001 , 20(1):105 - 109. [ 冯松 ,
姚檀栋 , 江灏 , 等. 青藏高原近 600年的温度变化[ J] . 高原
气象 , 2001 , 20(1):105 - 109 . ]
[ 44] Whal th er G R , Post E , C on vey P , et a l . Ecological response
to recent climate change[ J] . Nature , 2002 , 426:388 - 395.
[ 45] Suarez F , Binkley D , Kaye M W , et al . Expansion of forest
s tands into tund ra in the Noatak National Preserve , North-
w es t Alaska[ J] . Ecoscience , 1999 , 6:465- 470.
[ 46] Chapin F S , Sh aver G , Giblin A , et a l . Responses of arct ic
tundra to ex perimental and observed changes in climate[ J] .
Ecology , 1995 , 76:694- 711.
[ 47] Ku llman L. 20th Century climate warming and t ree-limit rise
in the S ou thern Scandes of Sw eden[ J] . Ambio. , 2001 , 30
(2):72 - 80.
[ 48] Kullman L. Pine t ree-ring surveil lan ce during recent decades ,
C ent ral Sw eden [ J] . Arct ic and Alpine Research , 1993 , 25
(1):24 - 31.
[ 49] Fri t ts H C. T ree Rings and C limate[ M] . London:Academic
Press , 1976:39.
[ 50] Ku llman L. Dynam ics of al ti tudin al t ree-limit s in Sw eden:A
review [ J] . Norsk Geograf. Tidssk r , 1990 , 44:106 - 116.
The Characteristics of Tree-ring Width of Sabina przewalskii Kom for
Different Elevations in the A’ nyêmaqên Mountains
PENG Jian-feng1 , 　GOU Xiao-hua1 , 　CHEN Fa-hu1 , 　LIU Pu-xing 1 , 2 ,
ZHANG Yong-xiang1 , 　ZHANG Yong1 , 　TIAN Qin-hua1
(1. Cen ter for A rid Environment and Pa leocl imate Research , K ey Laborator y o f Western China’ s Environment S y stems
MOE. , Lanzhou Univer sity , Lanzhou Gansu 730000 , China;2. Col leg e o f Geog raphy and E nvironment
S cience , Nor thwest Normal Universi ty , Lanzhou Gansu 730070 , China)
Abstract:Tree-ring cores w ere taken from four
sites at dif ferent elevations of the same slope on
the A ’ nyêmaqê n M ountains , where the environ-
ment is sensitive and the relative height is large.
Four t ree-ring width chronologies Sabina przewal-
ski i Kom were dete rmined using standard dendro-
chronological me thods. The mo re signal-to-noise
ratio (SNR) and ag reement wi th population chro-
nolo gy (ESP), the st ronger common environment
informa tion of t ree in different sampling sites held.
These values decreasing wi th increasing elevation
reflects that micro-envi ronment had g reat influence
on tree-g row th a t high elevat ion. How ever , mean
sensitivi ty (M. S. ) and standard deviation (S. D.)
show a decrease f rom the low limi t to middle-high
elevat ion , with an increase above the middle-high
elevat ion.
The fi rst principal component accounting for
61. 495%of the variance in all chrono logies show s
that the mainly dom inant facto r is consistent in the
w ho le slope. Also co rrelat ion and response analy-
ses between PC1 and climat ic facto rs reveal that
climat ic factor is the most impo rtance to t ree-
g row th in the w hole slope , especially tempe rature.
The mean sequence of dependable t ree-ring
w idth standard chronolo gy among sampling sites
decreased wi th increasing alt itude , and trees ap-
peared during w arm w eather. T hese indicate that
appearance and up-g row th of t ree g radually move
up along the slope w ith the coming of w arm th
phase. High cor relation be tw een tree ring-w idth
dependable chrono logies a t dif ferent elevations of
these sampling sites show s that the high-f requency
changes among tree ring ch rono logies are consist-
ent , but there is some diversi ty in the low-f requen-
cy changes of t ree ring chronolo gy. The lag-co rre-
lation analy sis and correlation analy sis after low-
pass fil ter of dependable standard chronologies be-
tween upper-limi t and low-limi t suggest that the
t ree g rowing at the upper-limi t lags behind that at
the low-limi t in response to environment factors.
The amplitude of vibrat ion o f t ree-ring w idth indi-
ces changing wi th eleva tion show s that t ree g row-
ing in the maximal height o f precipitation has the
minimal sensi tivity in response to environment fac-
tors.
Key words:A’ nyêmaqên M ountains;t ree-ring;standard chronolo gy;elevation gradient;climate change
7215 期 彭剑峰等:阿尼玛卿山不同海拔祁连圆柏树轮宽度年表特征对比分析