全 文 ：第３８卷 第１２期
２０１０年１２月
西北农林科技大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａ＆Ｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄ．）
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１２
Ｄｅｃ．２０１０
太白山不同海拔太白红杉年轮生长对
气候变化的响应
＊?
康永祥１，刘婧辉１，代拴发２，何晓军２
（１西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌７１２１００；２陕西太白山国家级自然保护区管理局，陕西 眉县７２２３００）
［摘 要］ 【目的】研究不同海拔太白红杉年轮宽度序列对气候变化的响应。【方法】以太白红杉为研究对象，
在太白山同一坡向、不同海拔（３ １００，３ ２００，３ ３００和３ ４００ｍ）分别设立样地，用生长锥法在树高１．３ｍ处钻取木芯，
经晾干、打磨后，使用 ＷｉｎＤＥＮＤＲＯＴＭ年轮分析系统进行轮宽测量和交叉定年，并分别建立各海拔年表；利用相关分
析及响应分析统计方法，对年轮与气候因子的相关性及响应函数解释量进行研究。【结果】最高海拔４号样地与其他
样地的相关性分析结果存在较大差异。当年生长季（３，４，６，７月）温度与１，２，３号样地太白红杉年轮指数序列均呈正
相关，而与４号样地呈负相关；当年生长季（３，４，７月）降水量与１，２，３号样地年轮指数序列均呈负相关（４月份３号样
地除外），而与４号样地呈正相关。由响应函数分析可知，低海拔采样点１号样地，气象要素（温度和降水量）在响应函
数解释量中所占的比重较高；但与降水量相比，高海拔林线采样点４号样地温度的解释量明显较大。【结论】太白红
杉林最高海拔样地年轮指数序列变化与其他样地有明显差异；在响应函数分析中，气候要素对最低海拔样地年表贡
献率最大，但最高海拔太白红杉生长对温度表现出较强的敏感性。
［关键词］ 太白红杉；海拔梯度；年轮宽度；气候变化
［中图分类号］ Ｓ７１８．５１＋２ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １６７１－９３８７（２０１０）１２－０１４１－０７
Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｒｉｎｇ－ｗｉｄｔｈ ｃｈｒｏｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ Ｌａｒｉｘ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ａｎｄ
ｔｈｅｉｒ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｔｏ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ ａｔ ｄｉｆｅｒｅｎｔ
ｅｌｅｖａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｔａｉｂａｉ Ｍｏｕｎｔａｉｎ
ＫＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｘｉａｎｇ１，ＬＩＵ Ｊｉｎｇ－ｈｕｉ １，ＤＡＩ Ｓｈｕａｎ－ｆａ２，ＨＥ Ｘｉａｏ－ｊｕｎ２
（１ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａ＆Ｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ ７１２１００，Ｃｈｉｎａ；
２ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｔａｉｂａｉ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒｅ Ｒｅｓｅｒｖｅ，Ｍｅｉｘｉａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ ７２２３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：【Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ】Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗａｓ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｒｅｅ ｒｉｎｇ ｗｉｄｔｈ ｏｆ Ｌａｒｉｘ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ
ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｌｔｉｔｕｄｅｓ ｉｎ Ｔａｉｂａｉ Ｍｏｕｎｔａｉｎ ｔｏ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ．【Ｍｅｔｈｏｄ】Ｌ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｗａｓ ｃｈｏｓｅｎ ａｓ ｓａｍｐｌｅ
ｔｒｅｅ ａｎｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ｕｐ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｖａｔｉｏｎｓ（３ １００，３ ２００，
３ ３００，３ ４００ｍ）．Ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｅｃｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ １．３ｍｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｔｒｅｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｒｉｅｄ，ｐｏｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ
ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ Ｔｒｅｅ－Ｒｉｎｇ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ－ＷｉｎＤＥＮＤＲＯＴＭ２００５ａｗｅｒｅ ｄｏｎｅ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｒｉｎｇ ｗｉｄｔｈ，ｃｒｏｓｓ－
ｄａｔｉｎｇ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｃｈｒｏｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ａｌｔｉｔｕｄｅｓ；ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ Ｔａｉｂａｉ Ａｌｐｉｎｅ Ｌ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｒｉｎｇｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｌｉｍａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｆ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ
Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．【Ｒｅｓｕｌｔ】Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｌｏｔ Ｎｏ．４ａｔ ｔｈｅ
ｈｉｇｈｅｓｔ ａｌｔｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｌｏｔｓ（Ｎｏ．１，２ａｎｄ ３）．Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ Ｍａｒｃｈ，Ａｐｒｉｌ，Ｊｕｎｅ ａｎｄ Ｊｕｌｙ ｉｎ ｃｕｒｒｅｎｔ
ｙｅａｒ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ｗａｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｒｅｅ－ｒｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｐｌｏｔ Ｎｏ．１，Ｎｏ．２ａｎｄ Ｎｏ．３ｗｈｉｌｅ ｎｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ
ｗｉｔｈ ｐｌｏｔ Ｎｏ．４；ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｒｃｈ，Ａｐｒｉｌ，Ｊｕｌｙ ｉｎ
＊ ［收稿日期］ ２０１０－０６－１６
［基金项目］ 国家科技支撑计划项目（２００７ＢＡＣ０３Ａ０２－０６－０３）；林业公益性行业科研专项（２００８０４０１０）
［作者简介］ 康永祥（１９６３－），男，陕西乾县人，副教授，主要从事树木学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｋａｎｇｃｈｅｎｊ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
DOI:10.13207/j.cnki.jnwafu.2010.12.026
ｃｕｒｒｅｎｔ ｙｅａｒ ａｎｄ ｔｒｅｅ－ｒｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｐｌｏｔ Ｎｏ．１，２，３ｗｈｉｌｅ ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ
ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｒｃｈ，Ａｐｒｉｌ，Ｊｕｌｙ ｉｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｙｅａｒ ａｎｄ ｔｒｅｅ－ｒｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｐｌｏｔ Ｎｏ．４．Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｕｎｃ－
ｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｆ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｃｌｉｍａｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ
ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ）ａｔ ｐｌｏｔ １ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ａｌｔｉｔｕｄｅ ｔｏｏｋ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｌｏｔｓ，ｗｈｉｌｅ，
ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｆ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｐｌｏｔ ４ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－
ｅｓｔ ｗａｓ ｍｕｃｈ ｂｉｇｇｅｒ．【Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ】Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｉｎｇ－ｗｉｄｔｈ ｉｎｄｅｘ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ａｌｔｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｅｌｅｖａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｒａｔｅ ｏｆ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｏ ｃｈｒｏｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｔａｂｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ａｌｔｉｔｕｄｅ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ，ｂｕｔ ｆｏｒ ｔｈｅ
ｈｉｇｈｅｓｔ ｗｉｔｈｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｌｏｔｓ，ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｌ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｍｕｃｈ ｍｏｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ
ｔｈａｎ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｉｘ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ；ａｌｔｉｔｕｄｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ；ｒｉｎｇ ｗｉｄｔｈ；ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ
全球气候变暖直接影响到地球生态系统的稳定
性和持续性，并将严重威胁人类的生存空间和可持
续发展，因此探求气候变化对生态环境和生态系统
的影响具有十分重要的战略意义。森林是陆地生态
系统的主体，高山林线是其极端生境的代表，也是气
候变化的敏感区域。近年来，依据树木年轮与气候
变化的关系，国内外学者在世界不同区域的高山地
区开展了许多研究工作，这些工作多集中在交叉定
年和过去大尺度历史气候的恢复方面［１－２］，而对气候
变化后林线树木生长的响应机理研究较少［３］。太白
红杉分布于我国秦岭地区的高山、亚高山地带，垂直
分布海拔高度为２ ８５０～３ ５００ｍ，是秦岭高山林线
森林的建群种，因此是研究气候变化的理想树种。
本研究以陕西省太白县３８年（１９７０－２００７年）的气
象资料为依据，通过建立标准年表，对太白红杉年轮
指数与气候要素进行了相关性和响应函数分析，探
讨了太白红杉年轮宽度对气候变化的响应，以期阐
明在不同海拔高度条件下，气候变化对树木生长的
影响程度，为进一步研究气候变化对山地生态系统
的影响奠定基础。
１ 研究区自然概况与研究方法
１．１ 自然概况
太白山位于陕西省境内的秦岭山脉中段，地理
坐标为Ｎ ３３°４９′～３４°１０′，Ｅ １０７°１９′～１０７°５８′。本
研究样地位于太白山海拔３ ０００～３ ４００ｍ的太白
红杉林内，上界即为林线高度，上接亚高山灌丛，下
接巴山冷杉林带。高山区域地形复杂，属典型的高
山气候类型，年平均气温１．８～２．１℃，年均降雨量
８００～９００ｍｍ，无霜期５月下旬至９月中旬，土壤冻
结期约７～８个月，土壤类型以森林草甸土为主［４］。
１．２ 采样方法
在位于海拔３ １００，３ ２００，３ ３００和３ ４００ｍ的太
白山红杉林内，于同一坡向和坡位处分别设立采样
点，４个采样点依次编号为１，２，３，４（表１）。采样点一
般选在土层薄、坡度较大、树木生长受人类活动影响
小的地方。在每个采样点设置２个规格为２０ｍ×２０
ｍ的样方，在样方内选取树高大于３ｍ的样树，采用
生长锥法，在离地面１．３ｍ处钻取２个木芯作为样
本，并记录样树的胸径、基径、冠径、树高等数据。
表１ 采样点概况
Ｔａｂｌｅ １ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｐｌｏｔｓ
采样点
Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅ
北纬
Ｎｏｒｔｈ ｌａｔｉｔｕｄｅ
东经
Ｅａｓｔ ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ
坡向
Ｓｌｏｐｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
海拔高度／ｍ
Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ
坡位
Ｓｌｏｐｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ
样本量（样芯／样树）
Ｓａｍｐｌｅ ｎｕｍｂｅｒ
１ ３３°００．２５３′ １０７°４８．６３５′ 南偏东Ｓｏｕｔｈ ｅａｓｔ ３ １００ 上坡位Ｕｐｐｅｒ ｓｌｏｐｅ ４４／２２
２ ３４°００．１４３′ １０７°４８．５６１′ 南偏东Ｓｏｕｔｈ ｅａｓｔ ３ ２００ 上坡位Ｕｐｐｅｒ ｓｌｏｐｅ ２２／１１
３ ３３°５９．７１８′ １０７°４８．６８５′ 南偏西Ｓｏｕｔｈ ｗｅｓｔ ３ ３００ 上坡位Ｕｐｐｅｒ ｓｌｏｐｅ ４２／２１
４ ３３°５９．８８３′ １０７°４８．３８９′ 南偏东Ｓｏｕｔｈ ｅａｓｔ ３ ４００ 上坡位Ｕｐｐｅｒ ｓｌｏｐｅ ３８／１９
１．３ 气象数据的处理及选择
气象数据全部来自太白县气象局，气象局地理坐
标为：Ｎ ３４°０３′３０．０４″，Ｅ １０７°１９′１６．７２″，海拔高度
１ ５５２ｍ。选取１９７０－２００７年的月总降水量、年总降
水量、月平均气温、年总气温数据作为基本气象数据。
太白山高山区域的气候环境与太白县气象资料
所反映的气候环境有一定差异。由于山区地形复
杂，气候台站较少，野外气候考察往往只是短期的行
为，结果不具备代表性，因此山地研究中所需要的气
候资料大多是通过山区周边地区的气候资料推算得
２４１ 西北农林科技大学学报（自然科学版） 第３８卷
到的［４］。本研究将 Ｔａｎｇ等［５］的各海拔、坡向递减
率推算方法作为气温数据的推算依据，以傅抱璞
等［６］于１９８３年研究得出的推算公式ｐｚ＝ｐｈ０ ＋
ａ［（２ Ｈ－Ｚ）·Ｚ－（２ Ｈ－ｈ０）·ｈ０］，作为降水数据的
推算依据，分别推算出４个海拔高度的气温和降水
量。式中：ｐｚ为某一海拔高度降水量；ｐｈ０为最大降
水高度（Ｈ）以下某一参考高度（ｈ０）的降水量；Ｚ为
海拔高度；ａ为区域参数，秦岭南坡ａ＝７．８４３×
１０－５，北坡ａ＝４．７９５×１０－５。
由于树木年轮生长除受当年的气候条件影响
外，还受前一年秋季到冬季气象条件的影响。因此，
本研究将冬季（前一年１１月－当年３月）、春季（当
年４－５月）、夏季（当年６－８月）、秋季（当年９－１０
月）的平均气温和降水量以及当年３－１０月各月的
平均气温和降水量作为气候因子。
１．４ 年轮数据处理
１．４．１ 年轮宽度的测量 将所有的样芯进行干燥、
打磨处理后，通过 ＷｉｎＤＥＮＤＲＯＴＭ年轮分析系统扫
描，对基于样品的计算机图像进行测量、定年，最后
得出年轮数量及材芯样本的年轮宽度序列。
１．４．２ 平均敏感度的测定 年轮宽度的逐年变化
是衡量气候对树木生长影响的重要指标。在树木年
轮的气候研究中，将年轮宽度逐年变化状况作为树
木对气候反应的敏感度，一般认为，树木的年轮宽窄
变化越大，表明其对环境变化的反应越敏感［６］。所
以，在进行数据处理之前，首先要对样树年轮数据进
行敏感度分析。
平均敏感度（ＭＳ）按下式［７］计算：
ＭＳ＝ １ｎ－１∑
ｎ－１
ｉ＝１
２（ｘｉ＋１－ｘｉ）
ｘｉ＋１＋ｘｉ
。 （１）
式中：ｎ为样树的年轮总个数，ｘｉ 为第ｉ个年轮的宽
度值，ｘｉ＋１为第ｉ＋１个年轮的宽度值。
１．４．３ 年轮数据的标准化 为了消除生理特性和
立地环境对树木生长的影响，必须将由气候变化引
起的年轮变化从时间序列中抽取出来，因此要对年
轮数据进行标准化处理［７］。依据年轮宽度序列特
点，选用合适的曲线函数消除其他因素对年轮宽度
的缓慢影响后，即可得到仅受气候因子影响所形成
的新的年轮宽度序列，再以新的年轮序列除以原年
轮宽度序列，即得年轮指数。
根据太白红杉年轮生长序列特点，本研究选用
多项式函数对年轮宽度进行标准化，具体方程式
为［７］：
Ｉ（ｔ）＝ｄ
（ｔ）
Ｄ（ｔ）
。 （２）
Ｄ（ｔ）＝ａ＋ｂｔ＋ｃｔ２。 （３）
式中：Ｉ（ｔ）为年轮指数，ｄ（ｔ）为ｔ年时的年轮宽度测
量值，Ｄ（ｔ）为ｔ年时的年轮宽度预计生长值（通过生
长模型来计算），ｔ为树龄。
年轮指数序列总平均值为１．０，最小值＞０，一
般多在２．０以下，这样的年轮宽度序列即为进一步
分析的基本数据［７－９］。
１．４．４ 信噪比 通过方差分析，可得总年表平均指
数的方差贡献（即气候信息），剩余的即可认为是非
气候因素形成的噪音。信噪比（ＳＮＲ）是年表中气候
信息与其他噪音的比值，用来度量所有样本所表达
共有的环境信息量的多少。一般来讲，ＳＮＲ值越大
越好。
１．４．５ 平均相关系数 序列间的平均相关系数可
用来度量不同年轮宽度序列间年轮宽度变化的同步
性；不同树间的平均相关系数则可用来度量不同样
树间的年轮宽度变化的同步性。相关系数高，则证
明由样本所建成的年表包含的环境信息丰富，适合
于树木年代气候学研究［９］。
１．４．６ 样本的一阶自相关 样本一阶自相关的大
小反映了上一年气候状况对当年年轮宽度生长的影
响。一阶自相关系数大，则上年气候对当年年轮宽
度生长影响强，反之则上年气候对当年年轮宽度生
长影响弱［７］。
１．４．７ 样本量的总体代表性 交叉定年需要较多
的样本来消除非气候因子的噪声干扰，但在实际工
作中不可能采集非常多的样本，因而可用样本总体
代表性（ＥＰＳ）度量样本量的代表性［１］。
ＥＰＳ（ｔ）＝ ｒｂｔｒｂｔ＋（１－ｒｂｔ）／ｔ
。 （４）
式中：ｔ为样本数，ｒｂｔ为不同树间的相关系数。
ＥＰＳ是样本数的函数，即随着样本数的增加样
本的群体代表量会相应增大。现在很多研究都指
出，年表可以接受的最低ＥＰＳ值为０．８５［７－１０］。
２ 结果与分析
２．１ 不同海拔太白红杉年轮宽度序列的差异
在树木年轮生态学研究中，对原始年轮数据应
建立某些统计模式，采用参数化的统计量进行统计
检验［１０］。太白红杉年轮宽度序列的检验结果见表
２。由表２可以看出，样本序列与主序列间的平均相
关系数以２号采样点最高，其次是１号采样点，４号
采样点最低；４个采样点太白红杉年轮宽度序列的
平均敏感度介于０．１４４～０．２１３，其中１号采样点最
３４１第１２期 康永祥，等：太白山不同海拔太白红杉年轮生长对气候变化的响应
高，整体表现为先降低后升高的敏感趋势；一阶自相
关系数值均较低，但随海拔的升高表现为先升高后
降低的变化趋势，表明本研究区域的林木年轮生长
整体受上一年气候变化的影响较弱。
表２ 不同海拔太白红杉年轮宽度序列的交叉定年统计量
Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄａｔｅｃｒｏｓｓｉｎｇ ｏｆ ｔｒｅｅ－ｒｉｎｇ ｗｉｄｔｈ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ Ｌ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｌｔｉｔｕｄｅｓ
采样点
Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅ
海拔高度／ｍ
Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ
样本量
（样芯／样树）
Ｓａｍｐｌｅ ｎｕｍｂｅｒ
平均相关系数
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
平均年轮宽度／ｍｍ
Ｍｅａｎ ｒｉｎｇ－ｗｉｄｔｈ
一阶自相关系数
Ｆｉｒｓｔ－ｏｒｄｅｒ
ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
平均敏感度
Ｍｅａｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ
１ ３ １００ ４４／２２ ０．５５８ ０．３２０ ０．０６７ ０．２１３
２ ３ １９０ ２２／１１ ０．７２５ １．７０５ ０．１６１ ０．１４４
３ ３ ３００ ４２／２１ ０．５２５ ０．５７８ －０．０３５ ０．２０８
４ ３ ４００ ３８／１９ ０．２４０ １．５２３ －０．２７７ ０．１８９
２．２ 不同海拔太白红杉年轮指数序列统计结果的
比较
表３列出了４个采样点太白红杉年轮指数序列
的统计特征及其公共区间（１９７０－２００７年）的分析
结果。由表３可以看出，各参数统计量发生了很大
变化，与表２太白红杉年轮宽度序列交叉定年统计
量相比，统计值整体有所提高，如平均敏感度明显提
高至０．２１６～０．２８４，一阶自相关系数也发生了明显
的变化。这说明，经过标准化后的年轮指数序列能
更准确的反映各海拔采样点的气候信息。
从表３公共区间分析数据可以看出，不同海拔
样地的样本总体代表性最小值为０．８６２，符合≥
０．８５的可接受水平，信噪比和第一主成分解释方差
比较高，均达到了进一步分析的要求［１１］。这说明太
白红杉随着海拔高度的变化，其年轮指数对气候变
化的响应是显著的。
表３ 太白红杉年轮指数序列统计特征及公共区间分析结果
Ｔａｂｌｅ ３ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｒｅｅ－ｒｉｎｇ ｗｉｄｔｈ ｉｎｄｅｘ ｏｆ Ｌ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｉｎｔｅｒｖａｌ
采样点
Ｓａｍｐｌｉｎｇ
ｓｉｔｅ
各序列统计量
Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｅｒｉｅｓ
公共区间分析结果
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｉｎｔｅｒｖａｌ
年轮指
数均值
Ｍｅａｎ
ｒｉｎｇ－ｉｎｄｅｘ
平均敏
感度
Ｍｅａｎ
ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ
平均标准差
Ａｖｅｒａｇｅ
ｓｔａｎｄａｒｄ
ｄｅｖｉａｔｉｏｎ
一阶自相关
系数
Ｆｉｒｓｔ ｏｒｄｅｒ
ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
树间相
关系数
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ
ｔｒｅｅｓ
树内相关系数
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ
ｓａｍｐｌｅｓ
信噪比
Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ
ｎｏｉｓｅ
样本总体
代表性
Ｓｕｂｓａｍｐｌｅ
ｓｉｇｎａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
第一主成分
解释方差
Ｖａｒｉａｎｃｅ
ｉｎ ｆｉｒｓｔ
ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ
１ ０．９８３ ０．２８０ ０．１７５ ０．１６５ ０．５３７ ０．５７６ ２４．１３ ０．９１３ ０．８９１
２ １．０１２ ０．２１６ ０．１５４ ０．１３５ ０．５４１ ０．６４２ ２２．４１ ０．８６２ ０．８５７
３ １．００９ ０．２７７ ０．１７１ ０．０１６ ０．５２８ ０．５６３ ２１．８５ ０．９０１ ０．８２５
４ ０．９７４ ０．２８４ ０．１５７ ０．１６３ ０．４８７ ０．５２１ ２３．４６ ０．８８７ ０．８９５
２．３ 不同海拔太白红杉年轮指数序列与气候要素
的相关分析
太白山各海拔采样点太白红杉年轮指数序列与
气象要素的相关分析结果见表４。从表４可以看
出，各海拔太白红杉年轮指数序列与月均温的关系
为：在１，２，３号采样点，年轮指数序列与３，４月份月
均温均呈正相关关系，但未达到显著相关水平；相
反，４号样地与３，４月份月均温呈负相关关系，其中
与３月份均温的相关系数为－０．４１，达到显著水平
（Ｐ＜０．０５）；１，２，３号采样点年轮指数序列与６，７月
均温均呈正相关，而４号采样点与其均呈负相关，相
关系数分别为－０．５１（Ｐ＜０．０１）和－０．３７（Ｐ＜
０．０５）。
各海拔年轮指数序列与月降水量的相关关系为：
除３号采样点年轮指数序列与４月降水量呈正相关
外，１，２，３号采样点年轮指数序列与３，４月降水量均
呈负相关关系，其中１号采样点年轮指数序列与４月
降水量的相关系数达 －０．４２（Ｐ＜０．０５），３号采样点
年轮指数序列与３月降水量的相关系数达－０．４７
（Ｐ＜０．０１）；４号样地年轮指数序列与３，４月份月降
水量均呈正相关关系；１，２，３号采样点的年轮指数序
列与７月降水量呈负相关，而４号采样点与７月降水
量却呈正相关关系，进一步体现了４号样地与１，２，３
号样地在年轮指数序列与各月份降水量相关性上的
明显差异。
各采样点与其他月份月均温和降水量的相关系
数均较小，且变化规律不明显。
太白红杉年轮指数序列与春季温度和降水量的
相关关系为：１，２，３号样地的年轮指数序列与春季
温度之间呈正相关，其中１号样地的相关系数为
０．３２，达显著水平，而高海拔４号样地年轮指数序列
与春季温度呈负相关关系；年轮指数序列与春季降
水量的相关性随海拔的升高而呈递减趋势，高海拔
地区与降水量之间的关系较小。１，２，３号样地太白
红杉年轮指数序列与夏季温度正相关，相关性整体
不高，而高海拔４号样地表现为显著负相关；４号样
４４１ 西北农林科技大学学报（自然科学版） 第３８卷
地与夏季降水量的相关性虽不高，但仍然表现为负
相关关系。秋季降水量与高海拔４号样地的年轮指
数序列为负相关关系，与其他３个样地为不显著正
相关。各采样点太白红杉年轮指数与冬季温度和降
水量的相关性均不显著。
表４ 不同海拔采样点太白红杉年轮指数序列与气象要素的相关分析结果
Ｔａｂｌｅ ４ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｅ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｏｆ Ｌ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｌｔｉｔｕｄｅｓ
均温
Ｍｅａｎ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
采样点
Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅ
１ ２ ３ ４
降水量
Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ
采样点
Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅ
１ ２ ３ ４
３月 Ｍａｒ． ０．１６ ０．１４ ０．１７ －０．４１＊ ３月 Ｍａｒ． －０．１０ －０．２９ －０．４７＊＊ ０．１９
４月 Ａｐｒ． ０．２６ ０．１４ ０．１２ －０．１２ ４月Ａｐｒ． －０．４２＊ －０．２３ ０．０７ ０．０７
５月 Ｍａｙ ０．０５ ０．０７ －０．０５ －０．１６ ５月 Ｍａｙ －０．１３ ０．０３ ０．０７ ０．０４
６月Ｊｕｎ． ０．１０ ０．０２ ０．１８ －０．５１＊＊ ６月Ｊｕｎ． ０．１０ ０．２９ ０．２０ －０．１４
７月Ｊｕｌ． ０．１１ ０．３０ ０．１２ －０．３７＊ ７月Ｊｕｌ． －０．０７ －０．０１ －０．０５ ０．２２
８月 Ａｕｇ． －０．１４ －０．２２ －０．１８ －０．０６ ８月Ａｕｇ． －０．０７ －０．０３ ０．１５ －０．２９
９月Ｓｅｐ． ０．０９ ０．０５ －０．０５ －０．２１ ９月Ｓｅｐ． ０．０５ ０．２８ ０．１０ ０．１８
１０月 Ｏｃｔ． ０．０４ －０．０６ －０．０４ －０．０８ １０月Ｏｃｔ． －０．０７ ０．３０ ０．１９ ０．１６
春Ｓｐｒｉｎｇ ０．３２＊ ０．１４ ０．０５ －０．１９ 春Ｓｐｒｉｎｇ －０．３５＊ －０．１０ ０．１０ ０．０７
夏Ｓｕｍｍｅｒ ０．０２ ０．０２ ０．０４ －０．４０＊ 夏Ｓｕｍｍｅｒ －０．０６ ０．０７ ０．１５ －０．１９
秋 Ａｕｔｕｍｎ ０．０８ －０．０１ －０．０５ －０．１７ 秋Ａｕｔｕｍｎ ０．０１ ０．２５ ０．１７ －０．２１
冬 Ｗｉｎｔｅｒ －０．１６ ０．０７ ０．０３ －０．２６ 冬 Ｗｉｎｔｅｒ ０．１５ －０．０５ －０．２１ －０．０５
注：数据后标＊表示相关性达显著水平（Ｐ＜０．０５），标＊＊表示相关性达极显著水平（Ｐ＜０．０１）。
Ｎｏｔｅ：＊ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｄａｔａ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｒｅａｃｈｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｌｅｖｅｌ，＊＊ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｄａｔａ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｒｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｒｅ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｌｅｖｅｌ．
响应函数分析结果（图１）显示，从整体上看，温
度、降水量及二者共同影响对太白红杉年轮指数序
列的响应函数解释量均随海拔高度的升高而下降；
其中温度对高海拔４号样地年轮指数序列影响的解
释量较３号样地有所升高，但仍低于１，２号样地，说
明高海拔太白红杉林与温度的关系较为密切，温度
对其生长表现出一定的制约作用。
图１ 不同海拔太白红杉年轮径向生长对月均温和月降水量的响应分析
Ｆｉｇ．１ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒｅｅ－ｒｉｎｇ ｒａｄｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｌ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｖａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｅａｎ
ｍｏｎｔｈｌｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｍｏｎｔｈｌｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ
３ 结论与讨论
本研究通过对太白山相同坡向不同海拔高度太
白红杉年轮的调查可知，年轮宽度的变化随海拔的
升高呈先增大后减小的趋势。这主要是因为低海拔
采样点的树木生长密集，林木间竞争大，进而抑制了
树木生长；高海拔采样点由于土层较薄、光照强度较
大，土壤含水量成为树木干物质生产的关键限制因
子［１２］，同时紫外线的辐射及风力对树木生长也有很
大的影响。
太白红杉年轮指数序列与气候要素的相关分析
结果显示，１，２，３号样地年轮指数序列与气候要素
５４１第１２期 康永祥，等：太白山不同海拔太白红杉年轮生长对气候变化的响应
之间的相关性较为一致，而４号样地的相关性与其
他样地之间存在明显差异。１，２，３号采样点年轮指
数序列与生长季初、中期温度均为正相关关系，而４
号采样点与之均呈负相关关系。郑永宏等［１１］在对
祁连圆柏的研究中发现，森林上限处祁连圆柏径向
生长的限制性气候因子可能与其他样点存在差异。
１，２，３号采样点年轮指数序列与３，４月温度呈
正相关关系，生长季初期温度的升高有利于积雪融
化，此时温度对树木生长的影响相当于降水量的影
响。林线区域气候带属于寒带及亚寒带，一年中寒
冷期较长，９月开始降雪直至次年５月，春季积雪融
化对树木生长起到的作用是不容忽视的。国内外的
一些研究均表明，积雪以融水形式对树木的生长起
到了重要作用［１３］。
４号采样点年轮指数序列与３，４月温度呈负相
关，主要原因是４号样地为太白山林线最上限，气候
变化对树木生长的影响更为显著，Ｖａｇａｎｏｖ等［１４］和
Ｐｅｔｅｒｓｏｎ等［１５］研究认为，温度升高能加速积雪融化
和蒸发，增加山脊和南坡夏季的干旱频率，加速土壤
含水量下降，导致干旱程度加重，进而对树木生长产
生一定的限制作用。４号样地年轮指数序列与３月
降水量呈正相关关系，可见水分增加的确对树木生
长有一定促进作用。
４号样地年轮指数序列与夏季６、７月温度之间
表现为显著或极显著负相关。Ｒｏｌａｎｄ［１６］在研究中
提到，最高海拔树木在强烈的太阳辐射下，其代谢会
受到影响，进而导致树木自身缺水，使正常生长受到
抑制。可见，夏季温度升高对树木径向生长的抑制
作用更为明显。
通过响应函数分析发现，低海拔采样点１号样
地气象要素（温度和降水量）在响应函数解释量中所
占的比重较高。彭剑锋等［１７］在对阿尼玛卿山青海
云杉的研究中也提出，低海拔的响应函数解释量最
高。但和降水量相比，高海拔林线采样点４号样地
温度的解释量明显较大，说明太白红杉生长对气温
具有较强的敏感性。由于气候因子的响应结果因海
拔的不同而产生一定的差异，因此，在今后进行树木
年轮学研究时，应考虑在高、低海拔分别设立采样
点，其中高海拔林线是研究温度变化对年轮影响的
最有潜力的采样点。
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７４１第１２期 康永祥，等：太白山不同海拔太白红杉年轮生长对气候变化的响应