全 文 ：第 35 卷 第 2 期
2013 年 3 月
北 京 林 业 大 学 学 报
JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY
Vol． 35，No． 2
Mar．，2013
收稿日期:2012--08--23 修回日期:2012--10--29
基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD37B01)、国家自然科学基金项目(30970481)、长江学者和创新团队发展计划项目
(IRT1054)。
第一作者:姚启超。主要研究方向:森林生态学和树木年轮学。Email:yaocheng0099@ 126． com 地址:150040 黑龙江省哈尔滨市和兴路
26 号东北林业大学生态研究中心。
责任作者:王晓春，教授，博士生导师。主要研究方向:全球生态学、树木年代学。Email:wangxc-cf@ nefu． edu． cn 地址:同上。
本刊网址:http:∥ journal． bjfu． edu． cn
小兴安岭不同海拔臭冷杉年轮--气候关系及大尺度气候影响
姚启超 王晓春
(东北林业大学生态研究中心)
摘要:以丰林自然保护区臭冷杉为样本，运用树木年轮气候学方法，建立了不同海拔 3 个臭冷杉树轮宽度年表，并
分析其与该区温度、降水及大尺度气候因子的关系。结果表明:丰林自然保护区臭冷杉的径向生长主要受温度制
约，与降水相关性较弱。3 个臭冷杉年表均与当年生长季的最低温度、平均温度显著负相关(P ＜ 0. 01) ，与当年 3
月降水量显著负相关 (P ＜ 0. 05)。不同海拔臭冷杉径向生长对温度、降水的响应存在差异，高海拔谷地和坡上臭
冷杉受气候(温度、降水)影响明显强于低海拔臭冷杉。丰林自然保护区臭冷杉径向生长与大西洋多年代际振荡
(Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO)和太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation，PDO)的相关分析表明，该
区臭冷杉径向生长还可能与大尺度气候变化存在联系，AMO 对低海拔臭冷杉生长影响较大，而 PDO 对高海拔臭冷
杉影响更强。小兴安岭谷地臭冷杉衰退可能与 AMO、PDO 的相位转变存在一定关联，AMO 和 PDO 影响小兴安岭
地区温度、降水，改变了山谷地带的水分可利用性。大尺度气候变化导致本区最低温度显著升高，树木光合作用下
降，呼吸作用加强，又促使这一现象加剧。
关键词:丰林自然保护区;臭冷杉;树轮;太平洋年代际振荡(PDO) ;大西洋多年代际振荡(AMO) ;衰退
中图分类号:S718. 42 文献标志码:A 文章编号:1000--1522(2013)02--0030--09
YAO Qi-chao;WANG Xiao-chun． Climate-growth relationships of Abies nephrolepis and its
connection with large-scale climate change in Xiaoxingan Mountains， northeastern China．
Journal of Beijing Forestry University (2013)35(2)30--38［Ch，40 ref．］Center for Ecological Research，
Northeast Forestry University，Harbin，150040，P． R． China．
Three tree-ring standard chronologies of Abies nephrolepis at different elevations in Fenglin National
Nature Reserve from Xiaoxingan Mountains of northeastern China were developed by using standard
dendrochronological methods． Relationships between these three chronologies and local (mainly
temperature and precipitation)and large-scale climatic factors were analyzed． Results showed that radial
growth of A． nephrolepis in this region was mainly limited by air temperature，while the effect of
precipitation was relatively weak． Three A． nephrolepis chronologies were negatively correlated with
minimum and mean temperatures in the current growth season (P ＜ 0. 01)and total precipitations in
March (P ＜ 0. 05)． Radial growth of A． nephrolepis in different elevations， however， responded
differently to monthly mean temperatures and total precipitations． The effects of climatic factors (monthly
temperature and precipitation)on tree growth in high elevations were significantly stronger than that in
low elevations． Correlation analysis between three A． nephrolepis chronologies and the index of Pacific
Decadal Oscillation (PDO)and Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO)indicated that radial growth of
A． nephrolepis could be connected with large-scale climate changes in Pacific and Atlantic． A greater
effect of AMO on tree growth appeared in low elevation sites，while greater effect of PDO on tree growth
was in two high elevation sites． The decline of valley spruce-fir forests in this region in recent years could
be related to the phase changes of AMO and PDO，which changed the regime of temperature and
precipitation in this region． Higher minimum temperatures in growing season caused by large-scale
climate (AMO and PDO) changes decreased net photosynthesis and increased respirations of A．
DOI:10.13332/j.1000-1522.2013.02.020
第 2 期 姚启超等:小兴安岭不同海拔臭冷杉年轮--气候关系及大尺度气候影响
nephrolepis in this area． Thus，the physiological recession of tree growth will appear． In addition，higher
temperature may result in the disappearance of patchy permafrosts in valleys，which will decrease water
availability of soil in growing seasons． Therefore，spruce-fir forest declines in valleys in this region will
occur．
Key words Fenglin National Nature Reserve;Abies nephrolepis; tree rings;PDO;AMO;growth
decline
气候是森林结构、功能和动态变化的重要决定
因素之一［1］，政府间气候变化委员会报告指出森林
具有减缓和适应气候变化的双重功能［2］。20 世纪
以来全球气候呈现显著的变暖趋势［3
--4］，过去 50 年
升温率几乎是过去 100 年的 2 倍［2］，气候变化将不
可避免地对森林产生一定的影响［5］。中国东北地
区是全球变暖最明显的区域之一［2］，郝占庆等［6］应
用 LINKAGES 模型对长白山保护区主要树种斑块
对气候变化的潜在响应进行了模拟，发现目前下部
的云冷杉林带有上移的趋势。刘丹等［7］研究发现，
在气温升高后，大兴安岭的兴安落叶松 (Larix
gmelinii)、小兴安岭和东部山地的云冷杉和红松
(Pinus koraiensis)等树种的分布范围可能发生北移。
20 世纪 90 年代以来，小兴安岭东部地区陆续出现
谷地云冷杉林大片衰退、死亡现象，王庆贵［8］认为
这与气候变暖有一定的关系。
云冷杉林是小兴安岭地区的重要森林类型之
一［9］113
--129，分析小兴安岭不同海拔臭冷杉径向生长
与气候关系，对探讨全球气候变化背景下云冷杉林
的响应，尤其是小兴安岭云冷杉林的动态具有重要
意义。目前国内外学者已对冷杉年轮气候响应开展
了一些研究。例如:李宗善等［10］研究发现太平洋年
代际振荡(Pacific Decadal Oscillation，PDO)相位转
型导致卧龙岷江冷杉(Abies faxoniana)在近代生长
下降，并利用该区林线位置的岷江冷杉重建 1850 年
以来夏季(6—8 月份)温度的变化历史［11］。刘洪滨
等［12］应用秦岭冷杉(Abies chensiensis)树轮重建镇安
地区 1755 年以来的初春温度变化。刘晓宏等［13］对
林芝地区的喜马拉雅冷杉(Abies spectabibis)进行分
析后认为，其 δ13 C 的高频振荡与该地区前一年的
9—11 月降水和相对湿度存在较好的相关性。Dang
等［14］在秦岭地区发现随着海拔以及坡向的改变亚
高山巴山冷杉(Abies fargesii)对气候因子响应有明
显差异。Liang 等［15］证实西藏色季拉山急尖长苞冷
杉(Abies georgei)对气候的响应随海拔梯度渐变，并
指明该地区气候正在变暖。Takahashi 等［16］指出全
球变暖会影响日本富士山冷杉(Abies veitchii)和大
白叶冷杉(Abies mariesii)的树轮宽度和最大晚材密
度。国内外虽然已经开展了一些冷杉年轮--气候响
应研究，但作为东北重要山地的小兴安岭地区，冷杉
年轮--气候关系研究较少，尤其是比对不同立地、海
拔下臭冷杉径向生长与气候的关系并不多见。
因此，本文利用采自小兴安岭丰林自然保护区
的低海拔和高海拔谷地以及坡上臭冷杉 3 个地点的
年轮数据，分析小兴安岭臭冷杉径向生长与当地及
大尺度气候的关系，同时探讨谷地云冷杉林衰退机
制，为气候变化背景下小兴安岭云冷杉林的经营培
育提供科学依据，为该区气候重建提供数据支持。
1 研究区概况与研究方法
1. 1 研究区概况
研究区位于黑龙江丰林国家级自然保护区内
(48°02 ～ 48°12N、128°59 ～ 129°15E)。丰林自然
保护区地处小兴安岭南坡中段，隶属伊春市五营区。
气候受东亚海洋气流与西伯利亚寒流的双重影响，
具有大陆性季风气候特点，冬季严寒少雪，夏季湿润
多雨。年平均气温 － 0. 5 ℃，最冷月(1 月)平均气
温 － 25 ℃，极端最低气温可达 － 44. 5 ℃，最热月(7
月)平均气温 20. 8 ℃，极端最高气温 34. 9 ℃ (图
1)。多年平均降水量 500 ～ 800 mm(图 1) ，降水集
中在 6—8 月，约占全年降水量的 83%。早霜 9 月
中旬，晚霜 5 月下旬，全年无霜期 100 ～ 110 d。该区
属低山丘陵地形，地势由北部、东南部向中部缓缓升
高，海拔在 285 ～ 688 m 之间。土壤由暗棕色森林土
(占 79%)和沼泽土(占 21%)组成［8，17］。
图 1 五营气象站月平均温度和月总降水量的变化(1958—2011 年)
Fig． 1 Monthly mean temperature and total precipitation
(year 1958--2011)at Wuying Weather Station
采样树种为臭冷杉(Abies nephrolepis)。臭冷杉
是耐荫、浅根性树种，适应性强，喜冷湿环境。广泛
分布 在 小 兴 安 岭 地 区，常 与 红 皮 云 杉 (Picea
koraiensis)、鱼鳞云杉(Picea jezoensis)混生在海拔
13
北 京 林 业 大 学 学 报 第 35 卷
200 ～ 300 m 的河谷地带和海拔 300 ～ 500 m 的山麓
平缓谷地，以及零星分布于山坡、山脊之上，构成我
国东北重要的森林群落———云冷杉林。其林内混生
少 量 红 松 (Pinus koraiensis )、白 桦 (Betula
platyphylla)、兴安落叶松等。林下灌木有花楷槭
(Acer ukurunduense)、稠李(Prunus padus)、紫枝忍冬
(Lonicera maximowiczii)、少 刺 大 叶 蔷 薇 (Rosa
acicularis)等。草 本 植 物 主 要 包 括 兴 安 鹿 药
(Smilacina dahurica )、 林 问 荆 (Eguisetum
sylvalicum)、唢呐(Mitella nuda)、七瓣莲(Trientalis
europaea)等。云冷杉林下具有发达的苔藓层，尤以
塔藓(Hylocomium splendens)、毛梳藓(Ptilium crista-
castrensis)、赤茎藓(Pleurozium schreberi)为典型。树
干、树枝上常附生一些苔藓、地衣，如小白齿藓
(Leucodon pendulus)、羽平藓 (Neckera pennata)和长
松萝(Usnea longissima)等［9，18］。臭冷杉林分平均树
高约 15 m，平均胸径 25 ～ 30 cm，林分密度 800 ～
1 200 株 / hm2。林下土壤为腐殖质沼泽土或泥炭腐
殖质沼泽土，土层较厚［9］121
--122。
1. 2 研究方法
1. 2. 1 采样和年表建立
依据臭冷杉生长的不同立地条件，本文选取丰
林自然保护区 3 个样点进行采样(表 1) ，其中包括:
生长在典型暗棕壤，立木密集的低海拔谷地臭冷杉
(DHL) ;土壤是暗棕壤，立地条件优越，有多层垂直
郁闭群落外貌的高海拔的谷地臭冷杉(GHL) ;远离
河谷，生长于山坡、山脊，与红松伴生的臭冷杉
(PSL)。选取长势良好，年龄较大的臭冷杉，在胸径
处(1. 3 m)用生长锥钻取同一朝向(平行于坡，南
向)的树轮样本。将得到的样本放入塑料样芯管
内，标记编号。每株树木采集 1 个年轮样芯，总计采
集 102 个样芯。
表 1 小兴安岭丰林自然保护区 3 个臭冷杉树
轮年表采样点信息
Tab． 1 Sampled site information for three A． nephrolepis
chronologies from Fenglin National Nature Reserve
in Xiaoxingan Mountains
样 点 纬度 经度 海拔 /m 样芯数量
低海拔谷地(DHL) 48°0543″N 129°0712″E 319 34
高海拔谷地(GHL) 48°0634″N 129°0346″E 541 33
坡上(PSL) 48°0747″N 129°1134″E 465 35
将采集的样芯带回实验室，按照 Stokes 等［19］的
方法进行树轮预处理，经固定、干燥、打磨后，在体视
显微镜下用骨架图法进行目视交叉定年。之后，用
宽度测量仪对树木年轮宽度进行逐年测量，测量精
度为 0. 001 mm。测量后的样本序列用 COFECHA
程序对定年和测量结果进行检验［20］，以确保每一生
长年轮具有准确的日历年龄，消除定年和宽度测量
过程中出现的误差。用 ARSTAN 程序进行去趋势
和标准化［21］，去趋势方法采用负指数或线性函数进
行，以减少因年龄变化等带来的影响，并应用 Briffa
方法［22］稳定变异来剔除因复本量变化导致的波动
差异。用双权重平均法进行年轮曲线的标准化，建
立 3 种立地条件的臭冷杉标准年表。
1. 2. 2 气象资料与统计分析
气象数据来自距采样地较近的五营气象站(48°
06N、129°14E，海拔 288 m，1958—2011 年)。选取
月平均温度、月平均最高温度、月平均最低温度和月
总降水量与 3 个臭冷杉年表进行相关分析。同时计
算前一年生长季(PG，6—9 月)、前一年冬季(PW，
10—12 月)、当年春季(CS，1—3 月)、生长季前
(BG，4、5 月)、当年生长季(CG，6—9 月)和年平均
(J-D，1—12 月)温度及降水量等 12 个指标与 3 个
年表的相关关系。由于大西洋多年代际振荡
(Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO)和太平洋年
代际振荡(PDO)均可影响陆地气候的变化［23--24］，为
探讨 3 个臭冷杉年表中的大尺度气候信号，以及解
释 3 个臭冷杉年表中几个非常显著的变化趋势，本
文还尝试分析了大西洋多年代际振荡 (AMO，
1948—2009 年)和太平洋年代际振荡(PDO，1900—
2011 年)对小兴安岭地区气候及树木生长的影响。
大尺度气候数据来自荷兰皇家气象研究所的数据共
享网站(http:∥climexp． knmi． nl)。
2 结果与分析
2. 1 年表特征
小兴安岭丰林自然保护区的 3 个臭冷杉标准年
表 (表 2)中，PSL 年轮序列最长为 161 年(1851—
2011 年) ，DHL 年轮序列最短，但也超过 100 年
(1898—2011 年)。从年表统计特征来看，PSL 的年
表质量最佳。3 个臭冷杉年表的信噪比、样本代表
性、第一特征根解释量都比较高，进而证实了臭冷杉
适合进行年轮气候学研究。年表统计特征中的一阶
自相关系数较高，说明臭冷杉的径向生长可能受前
一年气候影响较强，因此，特别分析了前一年气候的
影响。
从图 2 可以看出:各年表的整体变化趋势具有
较强的一致性。3 个臭冷杉年表在 1920—1940 年
均有下降趋势，1940—1976 年表现为生长加速，而
1976—1986 年间，各年表都呈现出极大的下降趋
势。各年表变化趋势仍有局部差异，例如，1986 年
后，GHL、PSL 年表有一定微升趋势，且期间虽有升
降但浮动不大;而 DHL 年表上升极显著，并在
23
第 2 期 姚启超等:小兴安岭不同海拔臭冷杉年轮--气候关系及大尺度气候影响
1992—2000 年又出现明显的下降趋势，之后波动相
对平缓。经数理统计分析发现，PSL 和 GHL 相关性
最强(0. 82) ，GHL 和 DHL 相关性最弱(0. 54) ，DHL
和 PSL 相关性为 0. 62，但其 3 个年表间的相关性都
达到了极显著水平。
表 2 小兴安岭丰林自然保护区 3 个样点
臭冷杉年表的主要统计特征
Tab． 2 Major statistic characteristics for three standard
chronologies of A． nephrolepis from three sampled sites
in the Xiaoxingan Mountains
低海拔(DHL) 高海拔(GHL) 坡上(PSL)
时间跨度 1898—2011 年 1876—2011 年 1851—2011 年
平均敏感度 0. 14 0. 19 0. 22
标准差 0. 32 0. 44 0. 44
平均相关系数 0. 31 0. 44 0. 54
信噪比 10. 61 19. 43 26. 91
一阶自相关 0. 82 0. 95 0. 85
样本代表性 0. 91 0. 95 0. 96
第一特征根解
释量 /%
35. 95 52. 33 57. 40
图 3 小兴安岭丰林自然保护区 3 个样点臭冷杉标准年表与气候因子相关分析
Fig． 3 Correlation coefficients between seasonal and monthly climatic factors and standard chronologies
of A． nephrolepis from three sampled sites in Fenglin National Nature Reserve
注:负号代表前一年，例如 － 4 代表前一年 4 月。下同。
2. 2 臭冷杉径向生长--气候关系
2. 2. 1 区域气候响应
从臭冷杉径向生长--气候关系(图 3)可以看
出，温度是 3 个地点臭冷杉径向生长的主要限制因
素。温度指标中平均最低温度对该区臭冷杉限制最
图 2 小兴安岭丰林自然保护区不同海拔臭冷杉标准年表
Fig． 2 Variations of three standard chronologies of A． nephrolepis
at different elevations in Fenglin National Nature Reserve
注:平滑曲线为构成年表的复本量。
强，平均最高温度限制最弱。其中，各年表与生长季
内单月份的平均最低温度和平均温度相关性最强，3
个年表均与当年 8 月平均最低温度、当年 6 月平均
温度和当年 8 月平均温度呈显著负相关(P ＜
0. 01)。季节性温度相关分析表明，该区臭冷杉明
显受前一年生长季、当年生长季平均最低温度和平
均温度的影响，例如，3 个年表均与当年生长季的平
均最低温度和平均温度呈显著负相关。同时，不同
海拔臭冷杉与温度的相关性存在差异，高海拔 2 个
年表(GHL 和 PSL)表现出较一致的气候响应规律，
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北 京 林 业 大 学 学 报 第 35 卷
相关性明显好于低海拔臭冷杉年表。GHL、PSL 年
表与各季节性平均最低温度基本上均为显著负相
关，而 DHL 年表仅与当年生长季平均最低温度和平
均温度显著负相关。
臭冷杉径向生长与降水的相关性明显弱于温
度。除 GHL 年表与当年春季降水呈负相关、与当年
生长季降水呈正相关外，其余 2 个年表与季节降水
相关不显著。单月指标中，各年表表现出相对的一
致性，均与当年 3 月降水显著负相关，GHL 年表与 3
月降水的相关性最强(r = － 0. 416，P ＜ 0. 01)。同
时，PSL 年表还与当年 6 月降水显著正相关。
2. 2. 2 大尺度气候响应
3 个臭冷杉年表与 AMO 相关分析(图 4)表明，
GHL 年表与 AMO 的相关性不如低海拔强，GHL、
PSL 年表与 AMO 相关性最强月份都为当年 6 月和 7
月。季节性分析表明，除 GHL 年表与当年春季
AMO 相关性不显著外，其余季节性指标基本与各臭
冷杉年表均呈显著负相关，其中当年生长季的 AMO
指数最为突出。
图 4 AMO、PDO 指数与臭冷杉标准年表相关分析
Fig． 4 Correlation analyses between AMO and PDO index and standard chronologies of A． nephrolepis
注:短虚线表示相关分析显著性水平线(P ＜ 0. 05)。
3 个臭冷杉年表对 PDO 的响应与对 AMO 的响
应相比有一定的差异(图 4) ，高海拔臭冷杉的生长
与 PDO 相关性明显强于低海拔，GHL 和 PSL 年表
与 PDO 的相关关系显示出较强的一致性。各月份、
季节性指标中，前一年 12 月 PDO 指数与臭冷杉径
向生长负相关最强;在生长季，PDO 对小兴安岭臭
冷杉影响最强的时期为前一年 5—6 月以及当年
4—6 月。
3 讨 论
3. 1 臭冷杉径向生长限制因素
丰林自然保护区臭冷杉的径向生长主要受温度
制约，与降水关系较弱。温度指标中，3 个臭冷杉年
表均与前一年生长季温度、当年生长季温度负相关。
一般认为生长季是植物生长最旺盛的时期，生长季
温度的变化会直接影响树木的光合、呼吸作用。温
度升高会使光合、呼吸作用速率均增加，由于二者最
适温度有梯度差，所以呼吸作用速率会显著增
强［25］。最低温度一般出现在夜间，最低温度的升高
使夜间植物的呼吸作用得以加强。光合作用产物是
一定的，呼吸作用消耗了大部分有机产物，呼吸作用
增加导致用来供给树木生长的营养物质减少，因此
生长减慢。各年表与前一年生长季最低温度、平均
温度负相关强，一般认为是由于温度的“滞后效
应”［26］。前一年生长季温度增加，使树木生长时间
延长，但延长生长的另一方面又造成树木体内存留
的营养物质的消耗，进而减少了对当年树木生长所
需营养的提供［27］。此外，这种温度与生长负相关和
寒冷地区树木的一般生长规律(温度与生长为正相
关)相反，这也有可能是 1980 年后树木生长衰退
43
第 2 期 姚启超等:小兴安岭不同海拔臭冷杉年轮--气候关系及大尺度气候影响
(图 2)而温度升高统计分析造成的，图 6 的分析结
果也证实了这种想法。至于 1980 年后的树木生长
衰退原因可能有多种，其中的一个原因可能是气温
升高后致使谷地冻土融化抑制根系呼吸从而影响生
长造成的。
降水方面，GHL 年表与当年生长季降水显著正
相关，PSL 年表与当年 6 月降水显著正相关。说明
温度升高造成土壤水分的蒸散以及植物体蒸腾作用
加快，土壤可利用水分降低，根系缺水，从而不利于
生长［16，24，28］。臭冷杉 3 个年表均与当年 3 月降水
显著负相关。臭冷杉为常绿树种，降雪在树冠、树枝
会有残留。3 月降雪在冻融作用下会对越冬芽、针
叶造成冻害，使其死亡率上升。也有研究认为 3 月
降水会延长林下积雪的融化时间，使林内气温回升
减缓，影响光合作用［29］，而春季的光合作用有时被
看做比夏季还强［30］。谷地由于其特定的地理环境，
积雪量可能更大，融化时间会更长，因此出现生长减
慢现象。
3. 2 不同海拔臭冷杉年轮--气候响应差异
对不同海拔的年轮--气候响应进行比较发现，
高海拔臭冷杉的生长受气候影响更强，这在已有的
研究中也有证实［27，31
--34］。勾晓华等［35］对祁连山树
轮年表特征进行分析发现，高海拔年表包含的信息
量更多，树木生长受气候因子限制更大，这与本文结
果较一致。例如，高海拔 2 个年表(GHL 和 PSL)与
前一年冬季、生长季前的平均最低温度和平均温度
呈显著负相关。与前一年冬季负相关，可能是由于
针叶树种在 － 25 ℃还会有呼吸作用，而低于 10 ℃
光合作用便不能正常进行［25］。冬季温度的回暖，有
益于呼吸作用，消耗秋季积累的营养物质，不利于下
一年臭冷杉的生长。与生长季前负相关，可能是因
为温度升高，昼夜温差大，冻融频度加快，造成光合
受抑制，呼吸作用加强，影响树体内部养分积累，导
致生长减慢［29
--30］。GHL 年表还与当年春季降水显
著负相关，这与长白山鱼鳞云杉上限与春季降水负
相关类似［16，28］。但是，本文中与春季降水负相关可
能是由于春季冻融引起的，且冻融期间产生的冻融
水增加了土壤的含水量，间接造成蒸发强烈，容易造
成土壤的次生盐渍化［36］，加之 3 月温度是植物呼吸
作用的临界温度［34］，冻融事件引起光合作用受抑
制，温度的升高又促使呼吸作用的加强，造成树木体
内营养物质的消耗，生长减缓。
3. 3 气候变化与臭冷杉衰退
3. 3. 1 PDO 和 AMO 相位转变
大尺度气候变化也会影响局部地区气候及森林
生态系统的变化。AMO 是发生在大西洋上具有海
盆尺度、时间上具有多十年尺度海洋表面温度(Sea
surface temperature，SST)准周期性的冷暖异常变
化［37］。王彦明［23］研究发现，大西洋海水温度异常
增暖加热了北半球对流层中高层的温度，使得东亚
大陆增温，进而影响我国气候。PDO 是指北纬 20°
以北太平洋表层海水温度以 10 年周期尺度的异常
变化，马柱国等［38］发现我国东北地区的干湿环境与
PDO 关系明显，PDO 位相改变可引起东北地区温度
与降水的变化。
大尺度气候波动(太平洋或大西洋)势必会影
响区域气候(温度、降水)的改变，进而间接影响树
木生 长［24］。 He 等［39］ 发 现 沈 阳 油 松 (Pinus
tabuliformis)径向生长受到 PDO 位相变化的影响，张
先亮等［24］发现大兴安岭兴安落叶松径向生长与
PDO 存在一些明显的联系。本研究分析发现，丰林
自然保护区的温度与 AMO、PDO 存在显著相关性，
从而表明小兴安岭树木生长也可能受大尺度气候变
化的影响。进一步的相关分析发现，该区臭冷杉径
向生长与 AMO、PDO 显著相关(图 4) ，但不同海拔
存在差异性。AMO 对低海拔臭冷杉影响明显强于
高海拔，PDO 则与之相反，即对高海拔臭冷杉影响
较强。结合臭冷杉生长变化趋势(图 2)及 AMO、
PDO 变化曲线(图 5)的综合分析发现，臭冷杉生长
加速、衰退与 AMO、PDO 的相位转变存在极佳的吻
合。在 1942 年左右，小兴安岭臭冷杉生长开始加
速，恰为 PDO 由暖相位转至冷相位，AMO 由暖相位
波峰过渡到冷相位波谷(图 5)。1976 年开始的生
长衰退，恰为 PDO 冷相位转至暖相位，AMO 由冷相
位波谷过渡到暖相位波峰阶段(图 5)。另外，小兴
安岭谷地云冷杉林死亡较多区域(DHL)的臭冷杉
年表在 1992—2000 年间表现出明显的下降趋势，而
1992 年正是 AMO 转至暖相位、PDO 为暖相位波峰
过渡阶段。
太平洋和大西洋气候是如何影响小兴安岭臭冷
杉径向生长的?我们认为 AMO、PDO 的相位改变可
能与小兴安岭谷地云冷杉林生长变化有一定联系，
也就是 AMO 和 PDO 相位叠加促使小兴安岭地区温
度、降水改变明显，从而影响臭冷杉生长。王庆
贵［8］发现，冻土与谷地云冷杉林是互相依存的关
系，冻土消失使水分失调，造成春季过于干燥，长期
作用于谷地云冷杉林是造成其衰退的原因之一。李
宗善等［10］认为 PDO 相位转型导致 1977—2008 年
时段内云层覆盖量增加，太阳辐射量下降，树木可利
用的光合有效辐射也相应地降低，进而导致其生长
减慢。
太平洋和大西洋气候变化对小兴安岭地区气候
53
北 京 林 业 大 学 学 报 第 35 卷
图 5 大西洋(AMO)和太平洋(PDO)海平面温度异常值变化趋势
Fig． 5 Trends of sea surface temperature anomaly in Pacific and Atlantic
注:数据均去趋势，并进行了 11 年滑动平均;阴影区域为臭冷杉衰退阶段与 AMO、PDO 相位变化对比。
影响机理还不是很明确，而森林生态系统作为一个
整体，任何大尺度气候的改变以及海--气作用的转
换都将影响并波及整个生态系统。所以，森林的生
长、动态不仅与局部环境息息相关，更与全球气候存
在某种必然联系。AMO 有 65 ～ 80 年的周期［23］，
PDO 存在大致 15 ～ 20 年的周期［24］。根据 AMO、
PDO 时间序列曲线，2000—2030 年左右 PDO 为冷
相位，而 AMO 在未来 10 ～ 20 年处于暖相位过渡阶
段［23］，因此小兴安岭谷地臭冷杉林的衰退现象有望
缓解。
3. 3. 2 1980 年后升温导致的暖干化
东北地区升温出现在 1980 年左右，丰林自然保
护区温度变化趋势也表明 1958—1979 年温度升高
不明显，1980 年后温度显著升高。尹红等［40］重建
五营 10 月温度发现，1951—1978 年为偏冷期，
1979—1999 年是偏暖期。为进一步探讨小兴安岭
臭冷杉生长衰退与气候变暖之间的关系，将 3 个臭
冷杉年表与气候数据以 1980 年为界进行分段响应
分析，结果 (图 6)表明，臭冷杉林死亡较多的 DHL
分布区，DHL 年表与前一年和当年生长季温度由正
相关 (1958—1979 年)转为负相关 (1980—2011
年) ，与当年 7—9 月和前一年生长季降水的关系从
负相关 (1958—1979 年)转为升温后的正相关
(1980—2011 年)。因此，小兴安岭谷地臭冷杉衰退
可能是 1980 年后的升温导致水分可利用性降低，从
而对臭冷杉径向生长产生限制作用造成的。GHL
臭冷杉年表与温度、降水响应在 1980 年前后变化基
本与 DHL 年表一致，但不如 DHL 年表明显。高海
拔地区臭冷杉虽然也表现出衰退现象，但实地观测
并未出现大面积的云冷杉死亡，这可能还是与气候
暖干导致岛状永久冻土变化有关。PSL 升温前后各
气候指标相关性变化与 DHL、GHL 差异较大，可能
是立地条件不同造成的。
4 结 论
本文在小兴安岭丰林自然保护区建立 3 个臭冷
杉树轮宽度年表，各年表均有较强的一致性，适合进
行树轮气候学分析。丰林自然保护区臭冷杉的径向
生长主要受温度制约，与降水相关性较弱。温度指
标中受生长季低温限制最强，3 个年表均与当年生
长季平均最低温度呈显著负相关。不同海拔臭冷杉
对气候响应存在较明显的差异性，高海拔谷地臭冷
杉和坡上非谷地臭冷杉径向生长与气候相关性较一
致，且明显强于低海拔谷地臭冷杉与气候的关系。
丰林自然保护区臭冷杉径向生长还与大尺度气
候变化存在一定的关联性，3 个臭冷杉年表均与
AMO、PDO 显著负相关，相关最强出现在生长季阶
段。不同海拔臭冷杉对 AMO 和 PDO 的响应存在差
异性，低海拔臭冷杉与 AMO 相关性较强，而高海拔
臭冷杉则与 PDO 相关性更强。
通过本研究发现，过去几十年存在的小兴安岭
谷地云冷杉林衰退可能与 AMO、PDO 的相位转变以
63
第 2 期 姚启超等:小兴安岭不同海拔臭冷杉年轮--气候关系及大尺度气候影响
图 6 显著升温前(1958—1979 年，左)、后(1980—2011 年，右)不同海拔臭冷杉年轮气候响应差异
Fig． 6 Correlation analyses for tree growth and monthly or seasonal temperature and precipitation in different elevations
at the periods of 1958--1979 and 1980--2011
注:虚线为 95%显著性水平线。
及 1980 年后的显著升温有一定关联。AMO 和 PDO
的相位变换改变了小兴安岭地区的温度、降水格局，
加上 1980 年后的升温导致谷地水分可利用性发生
变化，同时这些变化造成谷地的岛状永久冻土改变
也是臭冷杉衰退的影响因素之一。
致谢 感谢丰林国家级自然保护区相关人员在野外取样过程中给予
的帮助;感谢伊春市气象局在提供气象数据方面给予的大力支持。
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(责任编辑 冯秀兰)
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