全 文 ：黄山松年轮生长和气候的关系*
吴泽民* * 黄成林 马青山 (安徽农业大学森林利用学院, 合肥 230036)
摘要 对黄山山顶面区黄山松林分中个体年轮生长规律进行了研究,分析了黄山松年轮生长的特点. 求算不
同年龄阶段的个体年轮生长的时间模型, 建立年轮指数, 通过与各相关气候因子的逐步回归, 最终获得黄山松
年轮指数与气候因子的相关方程, 为研究黄山松的生长及建立黄山地区气候的历史变化提供了基础资料. 分析
表明, 黄山地区黄山松具有较宽范围的年轮敏感度( MS) .其年轮生长模型揭示,影响直径生长主要因子是生长
当年> 10 ! 积温期间的太阳辐射, 其次为积温, 与降水量无显著相关性; 当年 4 月份的气候因子与年轮生长有
显著相关关系. 年轮生长与当年 4、7月的辐射呈正相关,与当年 4 月平均气温呈负相关.当年 4 月降水与年轮生
长有一定关系, 但其相关性不十分显著.
关键词 气候 年轮 生长 模型 黄山松
Relationship between treering growth of Pinus taiwanensis and climatic factors. Wu Zemin, Huang Chenglin and
Ma Qingshan ( Anhui Agr icultural Univer sity , H ef ei 230036) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 1999, 10( 2) : 147~ 150.
This paper dealt wit h the treering grow th char acteristics of Pinus taiw anensis on the top of M t. Huangshan. Cor re
lation functions of r ingwidth index wit h climatic factors were obtained by stepbystep regression, which could pr ovide
a basis for studying the growt h of Pinus taiwanensis and for constructing the historically climatic change of Huangshan
region. T reering g rowth analysis shows that the pine had a wider range o f mean sensitivit y of treering grow th. The
treering gr owth model shows that the key factors affecting diameter g rowth w ere the solar radiation at the duration of
> 10 ! and the accumulated temperature in cur rent year, w ith no relat ion to precipitation. T he treer ing g rowth was
strongly cor relat ed with the climatic factors in current y ear, positiv ely with the radiation in April and July, and nega
tively w ith the average temperature in April. Ther e w as no significant relationship wit h precipitation in curr ent year.
Key words Climate, T r eering, Grow th, Model, Pinus taiwanensis.
* 安徽省自然科学基金资助项目.
* * 通讯联系人.
1998- 10- 14收稿, 1999- 01- 11接受.
1 引 言
树木年轮生长是物种生物学特性和外部环境条件
综合的结果,年轮宽度的变化记录了气候变化的有关
信息,是研究历史气候的重要资料. 欧、美国家的研究
人员主要对干旱气候十分敏感的年轮开展研究,建立
树木年轮资料库,通过年轮生长和气候因子的相关模
型,了解影响生长的主导因子, 甚或重建历史气候资
料,对分析气候演变规律起了很大的作用.我国在青藏
高原及其它一些高寒地区也有不少研究成果,但很少
涉及湿润气候区的树木年轮研究.
本文选择黄山松作年轮学分析.在华东地区, 少量
高龄黄山松主要生长在一些风景区的山体上部,属于
生态脆弱地带. 80年代以来旅游事业迅速发展, 旅游
人群对这一类自然生态系统的影响也愈来愈大.据报
道[ 1] ,黄山地区酸雨频度增高, 水分平衡发生变化, 气
候趋向干燥.这些变化会对生态系统产生连锁效应.通
过黄山松年轮分析, 在探讨这一重要树种特性的同时,
进一步了解气候对其影响的程度, 建立年轮资料, 为探
索华东地区气候变化和了解人为活动影响提供基础,
对保护、合理开发利用景观资源具有十分重要意义.
2 样地概况与研究方法
2. 1 样地概况
研究地在黄山 ( 118∀11E, 30∀10 N ) 山顶面, 海拔 1400 ~
1600m 之间的山坡, 距光明顶气象站 2000m 范围内 .黄山属中
亚热带北缘气候,山体上部表现为温带湿润气候特征, 据样地
附近气象资料, 年平均温度 7. 8C∀, 相对湿度 76% ; 降水量
2398mm, 4~ 8 月降水占全年的 65% . 土壤为暗黄棕壤, 粗骨
土、石质土. 样地设在由草甸发育的黄山松纯林中, 共计设样方
10 个,每个样方面积 400m2. 为保护景观资源,所有样地设在远
离景点及游览路线的林分中. 该垂直带为黄山松分布的上界,
在土壤比较深厚肥沃的坡面谷地, 黄山松( Pinus taiw anensis )
垂直分布于海拔 600~ 1900m, 在大陆的水平分布范围约在
112∀36~ 121∀E, 25∀~ 31∀36N 之间,台湾的玉山也有分布.黄山
松是首次作为年轮学研究的树种. 黄山松常和黄山栎( Quer cus
stew ardii )、华东椴( T ilia j aponica)、毛千金揄( Carp inus cordata
var . chinensis )、短柄苞 ( Quer cus glandulif er a var. br evipetio
lata)等构成混交林; 山脊、山头土层浅薄, 形成纯林, 林下草本
植物主要有沼原草 ( Moliniop sis hui )、野古草 ( A rundinella
anomala)、华箬竹 ( Sassamorpha sinica )、黄山龙胆 ( Gentiana
应 用 生 态 学 报 1999 年 4 月 第 10 卷 第 2 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Apr. 1999, 10( 2)#147~ 150
delicate)等,岩石裸露的立地,黄山松散生分布.
2. 2 年轮宽度测量
对样方作每木调查, 按径阶选样株, 用生长锥在胸高处钻
取木芯,同时选择 6 株直径最大的树木分别在垂直方向钻取木
芯.树干的钻孔用直径相同的细木条堵塞, 以保护树干. 所有木
芯于实验室气干,粘贴在木条上, 表面砂光, 检查每个木芯的年
轮整齐性,剔除因生长锥未与树干垂直钻取造成年轮明显偏斜
的木芯.双筒显微镜下用测微尺测量年轮宽度, 精确到0. 01
mm, 每个木芯分别由两人重复测量两次, 如有两个年轮出现误
差即作第 3 次测量.所有年轮资料输入计算机绘制年轮生长序
列曲线.
2. 3 年轮资料计算
采用 Rolland的方法计算年轮生长的平均值[ 6]、标准差、变
异系数以及敏感度,反映黄山松年轮生长的特点.
变异系数:表示年轮宽度组成因气候或其他因素造成的低
频率变化.
C V= 2 / C∃100
式中,2 为标准差; C 为平均值.
敏感度 :即每个年轮宽度与第二年年轮生长的相对差, 表
示由于气候因素造成年轮宽度组成的高频率变化. Douglass
( 1936)将此记述为每个年轮宽度与第二年年轮宽度变化的百
分率[ 4] .
MS = 2
N - 1
i= 1
| C i+ 1- C i|
C i+ 1+ C i
2. 4 年轮指数 I t( R ing- width indices)
年轮指数系指年轮生长实际宽度与该树种年生长期望值
(生长趋势曲线上读得的年轮宽度值)的比值,其反映在排除遗
传影响以后,年轮生长受气候等因素影响增加或减少的程度.
计算公式: I t = Wt / Y t, 式中, Wt 为实际测量的年轮宽度;
Y t 为预计生长的年轮宽度,通过生长模型来计算.
一般树木的直径生长随年龄的增加而减低, 根据黄山松年
轮生长序列特点选用.
Y t= ae- bt模拟黄山松的生长, t 为树木的年龄, 从 1~ n.
2. 5 黄山气候资料
所有气候资料来自黄山气象站, 该站设在光明顶, 海拔
1860m, 1956 年建站.本文收集 1956~ 1996 年逐年及每年逐月
的年均温度、降水量、辐射及日照时数, > 10 ! 的积温和该积温
时间段的降水、辐射及日照时数.
黄山松是常绿针叶树种,其前一年的针叶量及生长趋势会
对当年的生长产生持续影响. 因此,在建立黄山松年轮生长与
气候的关系时,采用了前一年 7~ 12 月和当年 1~ 9 月的气候
资料.从 40 年积温与降水变化来看, 逐年变化幅度比较大 (图
1) .
图 1 1956~ 1996年黄山光明顶气象站> 10 ! 的积温及降水变化
Fig. 1 Variation of accumulated temperature and precipitation in the period of 1956~ 1996.
% .积温 Accumulated temperature, & .降水量 Precipitat ion.
3 结果与分析
3. 1 树木年轮的重要参数值
按 Roland方法计算平均敏感度和年轮宽度的变
异系数.平均敏感度反映年轮受气候影响的高频率组
成,变异系数则表示年轮受气候或其它长期影响因素
影响的较低频率变化.据统计分析,黄山松平均敏感度
的分布范围比较宽,为 0. 25~ 0. 6(图 2) , 而变异系数
范围为 0. 2~ 0. 9(图 3) .
不同树种、不同地区 MS值及分布格局不同[ 3] ,如
欧洲冷杉 ( A bies alba )在地中海地区为 0. 3( Tessier,
1982) ,在美国 Arizona 则为 0. 6 ~ 0. 8, 而在法国 de
Brincon的平均值为 0. 175[ 6] . Fritt s[ 5]指出, M S 值较
低,则反映较低的高频度变化.黄山松年轮生长的变异
系数主要集中在 0. 4~ 0. 7的范围.
3. 2 年轮标准化及年轮指数
年轮生长因气候变化及其它影响生长的因子而发
生波动,因此可以从年轮记录来推测气候的变化规律.
图 2 80个黄山松个体生长年轮平均敏感系数分布
Fig. 2 Mean sensit ivity of ring grow ing from 80 individuals of Pinus taiw a
nensi s.
148 应 用 生 态 学 报 10卷
图 3 黄山松年轮生长变异系数
Fig. 3 Dist ribution pattern of variation coef f icients of ring growth of Pinus
taiw anensi s.
一般来说,树木直径生长量随年龄增长而下降,较高生
长速度的持续时间以及生长降低程度和速度受遗传因
子控制,但也因不同生长条件而有差异.在运用年轮资
料分析历史气候因素时, 必须排除年龄因素的影响,树
木年轮学采用对年轮生长进行标准化的方法来消除遗
传因素的影响, 即用年轮指数来反映年轮生长而不用
年轮生长的实际值. 为求得径向生长期望值, 经模拟得
黄山松的生长趋势模型为:
Yt = 3. 3793e- 0. 01989n
用此模型对树龄在 80年以上的大树计算年轮指
数,求得 8株平均年轮指数(图 4) ,以平均年轮指数序
列与气候因素进行相关分析.
图 4 黄山松预计年轮生长趋势及年轮宽度指数
Fig. 4 Ringw idth indices and expected ring grow th t rend for Pinus taiw a
nensi s.% .平均指数 Average indices; & .实测M easuring; ∋.模拟 Simulat ion.
3. 3 黄山松年轮宽度生长与气候因子的关系
3. 3. 1 黄山松年轮生长与积温的关系 对 80年生以
上黄山松年轮生长指数与当年及前一年> 10 ! 活动积
温, 该积温期间的降水量以及日照时数作相关分
析[ 2] ,建立相关关系式为:
Y s= - 3. 1817+ 0. 00 0558T c+ 0. 00123 Sc-
0. 000125Rc + 0. 00 034 6 Tp + 0. 0 01 51 Sp -
0. 000064Rp 复相关系数: 0. 6895 F0. 001
式中, Tc为当年> 10 ! 积温; Sc 为当年> 10 ! 积温期
的日照时数; Rc 为当年> 10 ! 积温期的降水量; Tp
为前一年> 10 ! 积温; Sp 为前一年> 10 ! 积温期间
的日照时数; Rp 为前一年> 10 ! 积温期间的降水量.
年轮指数与上述各气候因子的相关性分析表明,
年轮生长与当年及前一年气温高于 10 ! 时间段日照
时数有极显著正相关性( F0. 005, F0. 001) ; 与当年积温有
显著相关性 ( F0. 07 ) , 和前一年的积温相关性较显著
(F 0. 25) ; 而与当年及前一年生长期间的降水量没有明
显的相关性(图 5) .
图 5 模型%的相关显著性比较
Fig. 5 Comparison of correlat ion coeff icient for model% .
1.当年> 10 ! 积温 Accumulated temperature of current year, 2.当年日照
时数 Sun hours of current year, 3.当年降水量 Precipitat ion of current
year, 4.前一年> 10 ! 积温Accumulated temperature of the previous year,
5.前一年日照时数 Sun hours of previous year, 6.前一年降水量 Precipita
t ion of previous year.
3. 3. 2黄山松年轮生长与当年及前一年各月气候因子
的关系 Grion[ 4]认为上述年轮生长与积温的关系是
年轮生长模型, 但不能用来作为分析历史气候变化的
工具.树木年轮学通常用年轮指数与当年及前一年的
各月平均温度、降水、辐射进行拟合, 并由此来重建气
候的历史变化.
本文选用年轮生长当年 1月至 9月以及前一年的
7月至 12月的逐月平均温度、降水量、日照时数与年
轮指数进行相关分析.结果表明,年轮生长不仅和生长
当年的气候因子有关, 更与前一年的气候因子有密切
的相关性.所得模型为:
Yi = 0. 86048605- 0. 0542472046Tc4+
0. 0776642463Tc6+ 0. 0014074244Ps7+
0. 0027384423Cs4+ 0. 0012743184Cs7+
0. 0005827455Cr4 ( Model&)
复相关系数: 0. 707148 F 0. 0007
式中, Tc4为当年 4月平均温度; Tc6为当年 6月平均
温度; Ps7为前一年 7月太阳辐射; Cs4为当年 4月太
1492 期 吴泽民等:黄山松年轮生长和气候的关系
阳辐射; Cs7为当年 7月太阳辐射; Cr 4为当年 4月降
水量.
对上述各因子的相关分析表明, 黄山松年轮生长
依次与当年 6月平均温度、当年 4月、7月与前一年 7
月的太阳辐射、当年 4 月平均温度以及当年 4月的降
水量有一定相关性(表 1) . 由此表明, 太阳辐射对黄山
松生长起主要作用, 特别是 7月份的太阳辐射.生长当
年 4月份的气候因子均参与模型, 显示 4 月份的气候
对黄山松生长起到显著的作用.黄山山顶物候较晚,一
般在 5月份地上部分才开始旺盛生长, 因此 4月份的
各项气候因子主要对黄山松地下部分生长产生影响.
另外,仅当年 4月降水入选该模型,而且显著性水平较
低,说明黄山山体上部水分条件能满足黄山松生长要
求.
表 1 黄山松气候模型各因子偏相关系数
Table 1 Partial correlation coefficient of total monthly average tempera
ture, precipitation and sun radiation for Pinus taiwanensis
月份 Month
Tc4 Tc6 Ps7 Cs4 Cs7 Cr4
相关系数 C - 0. 3276 0. 4651 0. 394 0. 4793 0. 3471 0. 2625
显著水平 S 0. 05 0. 005 0. 02 0. 004 0. 044 0. 1
C: Correlat ion coef ficient , S: Signif icance level.
图 6 黄山松年轮与气候相关模拟
Fig. 6 Correlat ion simulat ion of Pin us taiw anensi s ring w ith climate.
% .年轮指数 Ring indices, & .模拟 Simulat ion.
4 结 论
4. 1 黄山松年轮平均敏感度反映了其地区特点, 分布
范围为 0. 25~ 0. 6,而变异系数为 0. 2~ 0. 9.
4. 2 黄山山顶面影响黄山松群落树木个体生长的主
要因子为> 10 ! 的积温及该积温期间的辐射强度, 而
同期降水量对年轮生长影响较小.
4. 3 黄山松年轮序列和生长当年及前一年的逐月气
候因子的模拟结果表明, 当年 4、6月的平均温度, 当年
4、7月以及前一年 7月的太阳辐射有显著相关性; 与
当年 4月降水量有一定相关性,但不十分显著.由此表
明各月降水量对黄山松生长基本不构成影响.
4. 4 黄山松年轮序列分析模型可用来作为重建黄山
地区过去历史气候的基础材料,有待于深入研究.
参考文献
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作者简介 吴泽民,男, 58 岁,教授, 主要从事森林生态学研究,
发表论文 30 多篇.
150 应 用 生 态 学 报 10卷