全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 苑期摇 摇 圆园员源年 源月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
青藏高原东北部 缘园园园 年来气候变化与若尔盖湿地历史生态学研究进展
何奕忻袁吴摇 宁袁朱求安袁等 渊员远员缘冤
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天山云杉森林土壤有机碳沿海拔的分布规律及其影响因素 阿米娜木窑艾力袁常顺利袁张毓涛袁等 渊员远圆远冤噎噎
个体与基础生态
小兴安岭红松日径向变化及其对气象因子的响应 李兴欢袁刘瑞鹏袁毛子军袁等 渊员远猿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
采伐剩余物对林地表层土壤生化特性和酶活性的影响 吴波波袁郭剑芬袁吴君君袁等 渊员远源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
庞泉沟自然保护区典型森林土壤大团聚体特征 白秀梅袁韩有志袁郭汉清 渊员远缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
思茅松天然林树冠结构模型 欧光龙袁肖义发袁王俊峰袁等 渊员远远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
镁缺乏和过量胁迫对纽荷尔脐橙叶绿素荧光特性的影响 凌丽俐袁黄摇 翼袁彭良志袁等 渊员远苑圆冤噎噎噎噎噎噎噎
斑块生境中食果鸟类对南方红豆杉种子的取食和传播 李摇 宁袁王摇 征袁鲁长虎袁等 渊员远愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
重金属铅与两种淡水藻的相互作用 刘摇 璐袁闫摇 浩袁李摇 诚袁等 渊员远怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
刺参养殖池塘初级生产力及其粒级结构周年变化 姜森颢袁周一兵袁唐伯平袁等 渊员远怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
控渊微囊冤藻鲢尧鳙排泄物光能与生长活性 王银平袁谷孝鸿袁曾庆飞袁等 渊员苑园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
五爪金龙中香豆素类物质含量及其对福寿螺尧水稻和稗草的影响 犹昌艳袁杨摇 宇袁胡摇 飞袁等 渊员苑员远冤噎噎噎
种群尧群落和生态系统
西双版纳国家级自然保护区勐腊子保护区亚洲象种群和栖息地评价 林摇 柳袁金延飞袁陈德坤袁等 渊员苑圆缘冤噎噎
莱州湾鱼类群落同功能种团的季节变化 李摇 凡袁徐炳庆袁马元庆袁等 渊员苑猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长期不同施肥方式对麦田杂草群落的影响 蒋摇 敏袁沈明星袁沈新平袁等 渊员苑源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
极端干旱条件下燕麦垄沟覆盖系统水生态过程 周摇 宏袁张恒嘉袁莫摇 非袁等 渊员苑缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
流域景观格局变化对洪枯径流影响的 杂宰粤栽模型模拟分析 林炳青袁陈兴伟袁陈摇 莹袁等 渊员苑苑圆冤噎噎噎噎噎
近 圆园年青藏高原东北部禾本科牧草生育期变化特征 徐维新袁辛元春袁张摇 娟袁等 渊员苑愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
丽江城市不同区域景观美学 郭先华袁赵千钧袁崔胜辉袁等 渊员苑怨源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
珠三角河网水域栅藻的时空分布特征 王摇 超袁李新辉袁赖子尼袁等 渊员愿园园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
博斯腾湖细菌丰度时空分布及其与环境因子的关系 王博雯袁汤祥明袁高摇 光袁等 渊员愿员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
遗传算法支持下土地利用空间分形特征尺度域的识别 吴摇 浩袁李摇 岩袁史文中袁等 渊员愿圆圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
川西亚高山不同海拔岷江冷杉树轮碳稳定同位素对气候的响应 靳摇 翔袁徐摇 庆袁刘世荣袁等 渊员愿猿员冤噎噎噎噎
基于 耘杂阅粤的西北太平洋柔鱼资源空间热点区域及其变动研究 冯永玖袁陈新军袁杨铭霞袁等 渊员愿源员冤噎噎噎噎
城乡与社会生态
基于居民生态认知的非使用价值支付意愿空间分异研究要要要以三江平原湿地为例
高摇 琴袁敖长林袁陈红光袁等 渊员愿缘员冤
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浑河河水及其沿岸地下水污染特征 崔摇 健袁都基众袁王晓光 渊员愿远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
社会生态系统及脆弱性驱动机制分析 余中元袁李摇 波袁张新时 渊员愿苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
等渗 晕葬悦造和 悦葬渊晕韵猿冤 圆胁迫对黄瓜幼苗生长和生理特性的影响 周摇 珩袁郭世荣袁邵慧娟袁等 渊员愿愿园冤噎噎噎
专家观点
关于野生态保护和建设冶名称和内涵的探讨 沈国舫 渊员愿怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆愿圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢圆怨鄢圆园员源鄄园源
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 红豆杉人工林要要要红豆杉为常绿针叶乔木袁树高可达 圆缘皂袁属国家一级保护植物遥 红豆杉中含有的紫杉醇袁具有独
特的抗癌机制和较高的抗癌活性袁能阻止癌细胞的繁殖尧抑制肿瘤细胞的迁移袁是世界公认的抗癌药遥 红豆杉在我
国共有 源个种和 员个变种袁即云南红豆杉尧西藏红豆杉尧东北红豆杉尧中国红豆杉和南方红豆杉渊变种冤遥 由于天然红
豆杉稀缺袁国家严禁采伐利用袁因而我国南方很多地方都采取人工种植的方法生产利用遥 人工种植的南方红豆杉在
南方山区多呈斑块状分布袁斑块生境中鸟类对红豆杉种子的传播有重要的影响遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 7 期
2014年 4月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.7
Apr.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(31170661,30771712); 林业公益行业专项(200804001)
收稿日期:2013鄄06鄄06; 摇 摇 修订日期:2013鄄11鄄15
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: xuqing@ caf.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201306061373
靳翔,徐庆,刘世荣,姜春前.川西亚高山不同海拔岷江冷杉树轮碳稳定同位素对气候的响应.生态学报,2014,34(7):1831鄄1840.
Jin X,Xu Q,Liu S R,Jiang C Q.Relationships of stable carbon isotope of Abies faxoniana tree鄄rings to climate in sub鄄alpine forest in Western Sichuan.Acta
Ecologica Sinica,2014,34(7):1831鄄1840.
川西亚高山不同海拔岷江冷杉树轮
碳稳定同位素对气候的响应
靳摇 翔1,徐摇 庆1,*,刘世荣1,姜春前2
(1. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 国家林业局森林生态环境重点实验室, 北京摇 100091;
2. 中国林业科学研究院林业研究所, 北京摇 100091)
摘要:树木年轮(简称树轮)碳稳定同位素技术是研究树轮气候学的一种有效方法。 利用四川卧龙亚高山暗针叶林不同海拔高
度岷江冷杉树轮样本资料,提取该树轮稳定碳同位素(啄13C)和去趋势序列(DS),研究其树轮碳稳定同位素序列对气候要素(降
水、月平均温度和月平均相对湿度)的响应关系,初步揭示了在全球气候变化背景下,川西亚高山森林岷江冷杉树木生长对气
候因子变化(气候变暖、降水减少等)的响应方式。 主要结论有:(1)岷江冷杉树轮 啄13C 组成变化范围为-23.33译—-26.31译,
平均值为-24.91译,变异系数为-0.011—-0.038,并表现出较强的一阶自相关;其对环境变化有较好的指示作用,表明岷江冷杉
树轮 啄13C组成在年际变化中较为稳定。 (2)低海拔的岷江冷杉树轮 啄13C分馏主要与当年 8 月月平均相对湿度和当年 12 月月
平均温度相关性显著(P<0.05);高海拔岷江冷杉树轮 啄13C分馏主要与上一年 8月月平均相对湿度和当年 4月月平均温度相关
性显著(P<0.05);中海拔的岷江冷杉树轮 啄13C 分馏主要与上一年 1、11 月月平均温度和当年 2、11 月月平均温度相关性显著
(P<0.05),冬季温度是中海拔区岷江冷杉树木生长的限制因子,且具有明显的“滞后效应冶。
川西卧龙亚高山暗针叶林岷江冷杉树木径向生长主要受到气温的制约,从生物学基础上阐明了树木生长与环境的关系,冬
季温度的升高,有利于植物生长期的提前,植物生长旺盛,抗旱能力减弱;同时证明了建群种岷江冷杉对雨水的依赖很小,这有
利于植物生存,且维持了该植物群落的稳定性。 该研究弥补了我国青藏高原高海拔地区气象台站稀少、观测资料时间短缺,为
预测未来气候变化对岷江冷杉树木径向生长变化提供了科学的依据。
关键词: 岷江冷杉;树木年轮;碳稳定同位素;海拔高度;气候响应;亚高山森林
Relationships of stable carbon isotope of Abies faxoniana tree鄄rings to climate in
sub鄄alpine forest in Western Sichuan
JIN Xiang1,XU Qing1,*,LIU Shirong1,JIANG Chunqian2
1 Key Laboratory of Forest Ecology and Environment of State Forestry Administration The Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection,
Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
2 The Research Institute of Forest, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
Abstract: The tree鄄ring stable isotope technique is an effective approach to climate reconstruction and to establishment of
tree responses to environmental factors. In this study, the tree鄄ring samples of Abies faxoniana from a sub鄄alpine forest of
Wolong in Western Sichuan were used to develop the tree鄄ring width chronology and stable carbon isotope series based on
the standard dendrochronology methods and the stable carbon isotope techniques. The Wolong Nature Reserve in Western
Sichuan is located in a transition zone from the Chengdu plain to the Tibeten Platau, with a warm and moist summer and
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cold and dry winter. Abies faxoniana is the dominant tree species of the sub鄄alpine forests at the elevation of 2600—3200 m.
Tree ring data were collected in 2010 along an elevation gradient ( at 2750, 2950, 3150 m). Climate data were obtained
from two nearby national climate stations, Dujiangyan (103毅34忆E,30毅59忆N) and Xiaojin (102毅21忆E,31毅N). Isotopic
analyses were done at the Chinese Academy of Forestry.
With the data and analyses, we established responses of Abies faxoniana tree鄄ring carbon stable isotope composition to
several climatic factors ( e. g., precipitation, mean month temperature, and mean month relative humidity) . The main
results of this study are as follows: 1) The carbon stable isotope series of Abies faxoniana (1904—2009) varied from
-23.33译 to -26.31译 with the average value of -24.91译, with the coefficient of variation ranging from -0.011 to -0.038.
The carbon stable isotope series showed strong first鄄order autocorrelation (i.e., 0.651, 0.936, and 0.333 along the elevation
gradient) . 2) The tree鄄ring carbon stable isotope composition showed similar trends at the same altitude, while the isotope
composition displayed different trends as altitudes change. However, the relationships between the tree鄄ring carbon stable
isotope composition and climatic factors were complicated. The tree鄄ring detrend series (DS) values from the lower altitude
showed a significant positive correlation to the mean monthly temperature of the December of the current year and the mean
monthly relatively humidity of the August in the previous year (P<0.05). The tree鄄ring DS values from the higher altitude
showed a significant positive correlation to the mean monthly temperature of the April of the current year and the mean
monthly relatively humidity of the August in the previous year (P<0.05). The tree鄄ring DS values from the mid鄄altitude
showed a significant positive correlation to the mean monthly temperature of the February and November of the current year
and the January and November in the previous year (P<0.05). The most sensitive variable to the DS values was the winter
temperature with a strong “lag effect冶 .
The results indicated that tree ring growth of Abies faxoniana in sub鄄alpine is mainly constrained by temperature with
little dependence on rainfall. Thus, a warming climate should help improve the radial growth rate and the survival capability
of Abies faxoniana, and this in turn should increase the stability of sub鄄alpine dark forests in Western Sichuan. The results
should help alleviate the inadequacies of doing research in Qinghai鄄Tibeat plateau with fewer meteorological stations and
shorter observation periods, and provide baseline data for studying responses of conifer trees to climate change in the region.
Key Words: Abies faxoniana ; tree鄄ring; stable carbon isotope (啄13C); altitudes; climate response; sub鄄alpine forest
摇 摇 树木年轮稳定同位素技术因其信息分辨率高、
生理解释性强、反映环境参数多和精确度高等优点
近年来日益受到生态学和气象学家的重视,已成为
古气候、古环境及大气 CO2变化等方面研究的重要
途径之一[1鄄6]。 树木年轮(简称树轮)稳定同位素的
研究在国外已有较多的报道[1, 7鄄9]。 在我国,树轮稳
定同位素研究较晚[10鄄13],发展较快,碳稳定同位素技
术在树木年轮气候学研究中的优势在于树轮中 啄13C
变化可以反映树木整个生命过程中光合作用和水分
循环之间的平衡状态,并记录了对其所在自然环境
的生理响应[4鄄5],特别是对于中国这样典型的季风气
候国家,开展运用碳稳定同位素技术研究树轮对气
候要素的响应将具有重要的理论意义[13]。
树木生长主要受两方面因子制约:一是树木本
身的遗传因子影响,二是受外界环境条件的支配,因
此树轮成为外部气候要素变化的记录器[14]。 海拔
梯度作为树木生长的一个重要的生态因子,往往造
成热量和水分的重新分配,使得树木生长的环境更
为复杂。 早期关于树木年轮的海拔梯度研究主要是
以调查树木生长为主,利用树轮碳稳定同位素研究
气候变化的响应是一个复杂的过程,且不同地区不
同树种年轮 啄13 C 对气候因子的响应也不同[14鄄17]。
随着树轮气候学研究的开展,不同海拔高度上影响
树木生长的环境要素研究越来越受到重视。
前人对川西亚高山森林植物对气候变化响应的
研究,主要侧重采用传统的研究方法(如树轮宽度)
分析重建过去气候条件[6, 18鄄20];在区域范围内不同
海拔的树木年轮指标对气候要素响应的研究相对较
少[13, 21鄄23],运用稳定碳同位素技术研究川西卧龙亚
高山不同海拔高度主要代表树种岷江冷杉 ( Abies
2381 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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faxoniana)对气候要素的响应的研究未见报道。
1摇 研究区自然概况
卧龙自然保护区系成都平原向青藏高原过渡的
高山深谷地带,属青藏高原气候区的东缘,其西风急
流南支和东南季风控制了该地区的主要天气,冬半
年(11 月—翌年 4 月)在干冷的西风急流南支影响
下,天气多晴朗干燥,在冷气流的进退过程中,也常
形成降雪或雨;夏半年(5—10 月)湿润的东南季风
顺河而上,遇到高山冷气流而形成丰富的迎坡降水,
因而温暖湿润。 该地区年均相对湿度 80.3%,冬半
年为 75.5%,夏半年为 84.8%,全年无霜期 180—200
d,年均气温(8.5依0.5) 益,7 月平均气温(17.1依0.8)
益,1月平均气温-0.9 益,年均日照 950 h,年降水量
(890依100)mm[24]。
岷江冷杉是川西卧龙巴郎山暗针叶林的优势树
种,也是暗针叶林的建群种,主要分布于海拔 2600—
3200 m处,常见的树种有铁杉(Tsuga spp.)和麦吊云
杉(Picea brachytyla)等。
2摇 研究方法
2.1摇 样品采集与预处理
2010 年 7 月在四川卧龙巴郎山(邛崃山)阴坡
亚高山暗针叶林(102毅52忆 — 103毅25忆E, 30毅45忆 —
31毅25忆N )中采集岷江冷杉树木年轮样本。 分别在
海拔 2750 m,2950 m 和 3150 m 处设置 3 个研究样
地(200 m 伊30 m, 即低海拔区、中海拔区和高海拔
区),基于国际树木年轮库(ITRDB)的要求,分别在 3
个海拔高度(研究样地)处采集岷江冷杉树轮样本各
20 株,尽量选取人类干扰较少、径级较大且年龄较老
(>50a 以上)的优势树木个体,每个样木取树芯 2
个,采集到的样芯装入内径(5.5 mm)稍大于样芯直
径的采样管中,并在样管上用油性笔标注代码密封
保存。
本研究选取年轮较宽无明显差异、生长正常、缺
轮较少、年轮界限较为明显、敏感度较高、没有异常
的树轮样芯,利用木板夹对样芯进行固定、打磨,使
样本达到光、滑、亮,轮界清晰分明,细加工后至少保
持原来直径的 1 / 2 以上部分。 打磨后的样芯截面平
坦不能出现斜面,且能够在显微镜下清晰地分辨细
胞大小,对在显微镜下仍看不清楚的,需要进一步用
更细的砂纸抛光。 然后对比宽度年表交叉定年,确
定每根粗芯准确日历年并利用不锈钢针做标记。 自
外向内依次在显微镜下用手术刀对树轮样芯逐轮剥
离,为防止碳源污染,样品在玻璃垫板上利用不锈钢
手术刀在双目显微镜下进行样品的逐轮剥离(每年
1 个样),利用硫酸纸把剥离的样品转移到经过净化
处理的样品瓶中,将不同样芯相同年份的样品混合
为一个样品,并在样品瓶上进行编号。 把装入样品
瓶的待测样品放置在 75 益下烘干 24 h。 将烘干的
样品利用高速离心球磨仪粉碎至 60 目(300 滋m),
以待提取纤维素。
在 Flash EA1112 HT经过高温燃烧后生成 CO2,
经纯化后进入 DELTA V Advantage 同位素质谱仪分
析稳定碳同位素组成。 所有样品测定和分析在中国
林业科学研究院国家重点开放实验室完成,碳同位
素(啄13C)测量精度为依 <0.1 译。
13C / 12C的同位素比值:
啄13C =(Rsample / Rstandard- 1)伊1000译
式中,Rsample样品中元素的重轻同位素丰度之比,
Rstandard 是国际通用标准物的重轻同位素丰度
之比[25]。
图 1摇 川西地区都江堰和小金气象站月平均温度和月平均降雨
量(1955—2009 年)
Fig.1摇 Variations of mean month temperature and mean month
precipitation of Dujiangyan and Xiaojin meteorological station
in western Sichuan from 1955 to 2009
Dtaver和 Dpave代表都江堰气象站月平均温度和降水量; Xtaver
和 Xpaver代表小金气象站月平均温度和降水量
2.2摇 气候数据来源
气象数据源自离采样点较近的都江堰和小金气
象站(国家标准气象台站,经纬度分别为 103毅34忆E,
30毅59忆N和 102毅21忆E,31毅N),由国家气象局(http: / /
cdc.cma.gov. cn / )提供。 所用气候资料包括月值资
料和年值资料,其中有 1955—2009 年完整年的月平
3381摇 7期 摇 摇 摇 靳翔摇 等:川西亚高山不同海拔岷江冷杉树轮碳稳定同位素对气候的响应 摇
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均温度、月降水量和月平均相对湿度,经检验,2 站
点的气象数据可靠,无明显突变,可被认为代表了当
地自然界的气候变化趋势(图 1)。 采用 Kendall 方
法检查了序列是否存在突变点,用 Double鄄mass 方法
检查序列的非随机变化。 检验的结果表明,该站气
候数据可用来代表自然气候的变化。
3摇 结果与分析
3.1摇 树轮稳定碳同位素序列统计特征
川西卧龙亚高山岷江冷杉树轮碳稳定同位素序
列(1904—2009)变化范围为-23.33译—-26.31译,
平均值为-24.91译,变异系数均小于零,表明岷江冷
杉树轮碳稳定同位素序列在年际变化中较为稳定;
并有较强的一阶自相关性(表 1)。 从表 1可以看出,
岷江冷杉树轮碳稳定同位素序列在不同海拔高度之
间存在着差异,没有表现出明显的海拔趋势,而在同
一海拔高度的岷江冷杉树轮碳稳定同位素序列的变
化趋势基本一致。 3 个不同海拔高度的岷江冷杉树
轮碳稳定同位素一阶自相关系数分别为 0. 651、
0郾 936、0.333,中海拔(海拔 2950 m)的岷江冷杉树轮
碳稳定同位素一阶自相关系数最大,表明其具有更
为显著的“滞后效应冶,是因为中海拔区气候相对适
宜,更有利于研究岷江冷杉碳稳定同位素与气候因
子之间的关系。
表 1摇 川西亚高山不同海拔岷江冷杉稳定碳同位素序列的基本统计特征
Table 1摇 Statistical results of stable carbon isotope of detrend series of tree鄄rings of Abies faxoniana in different elevations
海拔高度 / m
Elevation
地理位置
Location
一阶自
相关系数
First鄄order
autocorrelation
均值 / 译
Mean
方差
Variance
标准差
Standard
deviation
偏度
Skewness
峰度
Kurtosis
变异系数
Coefficient
of variance
2750 30毅51忆21义N, 102毅58忆19义E 0.651 -25.88 0.086 0.293 -0.944 0.47 -0.011
2950 30毅51忆20义N, 102毅58忆22义E 0.936 -25.07 0.858 0.926 -0.718 -0.657 -0.037
3150 30毅51忆16义N, 102毅58忆20义E 0.333 -24.73 0.117 0.341 -1.243 2.786 -0.014
3.2摇 大气 CO2浓度校正
树木生长过程中通过光合作用不断吸收大气中
的二氧化碳,外界大气中的二氧化碳含量的变化必
然会影响到树轮中碳稳定同位素值的变化,利用树
轮碳稳定同位素的研究是需要剔除大气二氧化碳的
影响[8鄄9, 12, 26鄄28]。 3 个不同海拔高度岷江冷杉树轮
啄13C下降趋势比较明显(见图 2)。
树轮稳定同位素含有丰富的古气候信息,同时
也包含了一部分非气候趋势和变化。 在对原始数据
进行处理,提取非气候信息的同时,保留真实的气候
信号,最终得到用于气候分析的稳定碳同位素年表。
经统计分析检验:岷江冷杉树轮 啄13C 序列与树轮年
代呈非线性关系,本文采用二次多项式拟合与趋势
比率法[29]消除大气 啄13Ca对树轮 啄13C 测定结果的影
响,二次多项式关系优于其它曲线关系[11]。 拟合方
程分别为:
啄13C2750 = -12.756-0.007 Y
( r2 = 0.391,P<0.001)
啄13C2950 = -1.877-6.057伊10
-6Y2
( r2 = 0.619,P<0.001)
啄13C3150 = -20.413-1.102伊10
-6Y2
( r2 = 0.491,P<0郾 001)
式中,啄13Cx代表各海拔高度岷江冷杉树轮 啄13C 的拟
合序列值,Y代表年。
图 2摇 不同海拔岷江冷杉树轮 啄13C序列
Fig.2摇 Tree鄄ring 啄13 C of Abies faxoniana chronology in
different elevations
利用比值序列DS=啄13C实测值 / 啄13C拟合值以消除大气
啄13Ca对岷江冷杉树轮 啄13C的影响,得到岷江冷杉树轮
啄13C记录的高频变化部分(图 3)。 从图 3可以看出,
消除大气 啄13Ca影响后的岷江冷杉树轮 啄13C序列无明
显变化趋势,说明岷江冷杉树轮比值序列(DS)包含了
大气 CO2对岷江冷杉树轮碳稳定同位素的影响,保留
了由气候因素变化引起的高频变化的信息[11]。
4381 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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图 3摇 用多项式与趋势比率法消除大气 CO2影响后的不同海拔
岷江冷杉树轮 啄13C序列
Fig.3摇 The Tree鄄ring 啄13C of Abies faxoniana chronology after
obviating the influence of atmospheric CO2 by using polynomial
and the Faller忆s method in different elevations
3.3摇 树轮 啄13C序列与气候因子的关系
从表 1可以看出,不同海拔岷江冷杉树轮 啄13C
序列的自相关系数均大于 0.3,表明树木径向生长不
仅与当年的气候因子(温度等)有关,而且受上年气
候因子(温度、湿度、降水)的影响,即“滞后效应冶,
气候因子通过光合作用效率而影响 啄13C,啄13C 可以
反映温度、湿度、降水等变化。 选取上年 1—12 月及
当年 1—12 月的气候因子与年表进行相关分析。 气
候因子包括温度、降水量及反映温度和降水量对树
木生长综合影响的相对湿度,研究时段为器测资料
以来的年代(1955—2009 年)。 岷江冷杉树轮 啄13C
比值序列(DS)与当年及前一年的各月的平均气温、
月降水量及月平均相对湿度分别求相关。
表 2摇 不同海拔岷江冷杉树轮 啄13C比值序列(DS)与季节气候因子的关系
Table 2 摇 Correlation function analysis between season鄄climate factors and tree鄄ring 啄13 C ( DS ) chronology of Abies faxoniana in
different elevations
季节
Season
月平均温度 / 益
Mean month temperature
海拔高度 Elevation
2750m 2950m 3150m
月降水量 / mm
Month precipitation
海拔高度 Elevation
2750m 2950m 3150m
月平均相对湿度
Mean month relative humidity
海拔高度 Elevation
2750m 2950m 3150m
秋 Autumn 0.025 0.377** -0.071 -0.169 -0.021 -0.102 -0.015 -0.024 -0.035
冬 Winter 0.049 0.486** 0.131 -0.091 0.07 0.039 0.096 -0.07 0.043
春 Spring 0.028 0.157 0.195 0.128 -0.113 0.097 -0.013 -0.215 -0.097
夏 Summer -0.313* 0.204 0.126 0.069 -0.115 -0.058 0.448* -0.09 -0.036
摇 摇 *代表 P<0.05,**代表 P<0.01
摇 摇 从图 4可以看出,中海拔(海拔 2950 m)的岷江
冷杉树轮 啄13C 比值序列(DS)与上一年 1 月降水量
呈显著正相关(P<0.05);而各海拔岷江冷杉树轮 啄13
C比值序列(DS)与降水量无显著相关性。 中海拔区
的岷江冷杉树轮 啄13C 比值序列(DS)与前一年 6、12
月和当年 6 月的月平均温度呈显著正相关 ( P<
0郾 05),与前一年 1、11 月和当年 1、2、11 月的平均温
度呈极显著正相关(P<0.01);低海拔(海拔 2750 m)
岷江冷杉树轮 啄13C比值序列(DS)与当年 12 月月平
均温度呈显著负相关(P<0.05);高海拔(海拔 3150
m)的岷江冷杉树轮 啄13C 比值序列(DS)与当年 4 月
月平均温度呈显著正相关(P<0.05)。 低海拔的树轮
啄13C比值序列(DS)与当年 8 月月平均相对湿度呈
显著正相关(P<0.05);高海拔的树轮 啄13C 比值序列
(DS)与上一年 7、8 月和当年 4 月月平均相对湿度
呈显著负相关(P<0.05),尤其是前一年 8 月月平均
相对湿度与树轮 啄13C 呈极显著负相关(P<0.01)。
这是因为低海拔的岷江冷杉位于皮条河附近
(30 m),更适生于冷湿及排水较好的环境,使得相对
湿度促进了树轮碳稳定同位素的分馏作用,而随着
海拔的升高温度降低,降水量也逐渐降低,使高海拔
相对湿度也发生相应的变化,从而抑制了树轮碳稳
定同位素的分馏作用。
3 个不同海拔岷江冷杉树轮 啄13 C 比值序列
(DS)与季节气候因子进行相关分析见表 2。 从表 2
可看出,低海拔区的岷江冷杉树轮 啄13 C 比值序列
(DS)与夏季平均温度呈显著负相关(P<0.05),与夏
季平均相对湿度呈显著正相关(P<0.05),而与降水
量无显著相关性;中海拔区的岷江冷杉树轮 啄13C 比
值序列(DS)与秋、冬季平均温度呈极显著正相关
(P<0.01),与其它季节气候因子(降水量和相对湿
度)无显著相关性;高海拔区的岷江冷杉树轮 啄13C
比值序列(DS)与季节气候因子无显著相关性。
为了更深入地了解气候因子对各海拔岷江冷杉
树轮稳定碳同位素的影响程度,提取主要的控制因
子,通过多元回归的方法来分析温度、降水和相对湿
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图 4摇 岷江冷杉树轮 啄13C比值序列(DS)与气候因子的关系
Fig.4摇 Correlation function analysis between climate factors and tree鄄ring 啄13C (DS)chronology of Abies faxoniana
p: previous 上一年,c: current 当年;*代表 P<0.05;**P<0.01
度对树轮稳定碳同位素的交互作用。 得到多元回归
方程如下:
Y2750 m = 0.935+0.001Sc8-0.005Tc12
(R= 0.486,F= 6.169,P<0.001)
Y2750 m = 0.848+0.020Tsummer
(R= 0.448,F= 10.295,P<0.001)
式中,Y2750 m为低海拔区岷江冷杉树轮 啄13C;Sc8为当
年 8 月平均相对湿度;Tc12为当年 12 月月平均温度;
Tsummer为夏季平均温度。
Y2950 m = 0. 804 + 0. 010Tc11 + 0. 006Tp11 + 0. 003Tc2
+0郾 006Tp1
(R= 0.718,F= 13.032,P<0.001)
Y2950 m = 0.935+0.014Twinter
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(R= 0.448,F= 10.295,P<0.001)
式中,Y2950 m为中海拔区岷江冷杉树轮 啄13 C; Tp1、
Tp11、Tc2、Tc11为分别上一年 1、11 月及当年 2、11 月
月平均温度;Twinter为冬季平均温度。
Y3150 m = 1.012-0.001Sp8+0.003Tc4
(R= 0.472,F= 7郾 303,P<0.001)
式中,Y3150 m为高海拔区岷江冷杉树轮 啄13C;Sp8为上
一年 8 月平均相对湿度;Tc4为当年 4 月月平均温度。
研究结果表明,低海拔区的岷江冷杉的树轮碳
稳定同位素序列的主控因子是当年 8 月月平均相对
湿度和当年 12 月月平均温度,夏季温度是该海拔岷
江冷杉树木生长的限制因子;中海拔区的岷江冷杉
的树轮碳稳定同位素序列的主控因子是上一年 1、11
月月平均温度和当年 2、11 月月平均温度,冬季温度
是该海拔岷江冷杉树木生长的限制因子;高海拔区
的岷江冷杉树木生长主要受上一年 8 月月平均相对
湿度和当年 4月月平均温度的影响。
5摇 结论与讨论
川西亚高山岷江冷杉树轮 啄13C组成的变化范围
为-23.33译 — -26.31译,平均值为-24.91译,变异
系数为-0.011—-0.038,并表现出较强的一阶自相
关,表明岷江冷杉树轮 啄13C在年际变化中较为稳定,
比天目山地区的柳杉树轮碳稳定同位素特征量要
高[11]。 岷江冷杉树轮 啄13C 序列在不同海拔高度之
间存在着差异,没有表现出明显的海拔趋势,这与前
人研究报道有一定的差异性[30]。 自 Korner 等率先
开展植物叶片 啄13C 值与海拔的关系以来[31],研究报
道大多认为:随着海拔的增加,树轮 啄13C值表现为逐
渐变重的趋势,且与海拔高度的相关性弱[30鄄31]。 而
同一海拔高度的岷江冷杉树轮 啄13C序列的变化趋势
基本一致,对环境变化有较好的指示作用。 某一年
的树轮生长状况不仅与当年的气候因子有关,而且
可能受上年气象因子的影响[6, 8, 12, 32鄄35],这表明树轮
啄13C 序列与 DS 序列均存在较强的“滞后效应冶,这
种现象可能与当年的光合作用合成有机物的过程
中,部分利用了储存在植物体内前一年光合作用合
成的有机物有关[12]。
卧龙地区低海拔的岷江冷杉的树轮稳定碳同位
素序列的主控因子是当年 12 月月平均温度,夏季温
度是影响低海拔岷江冷杉树轮碳同位素分馏的主要
因子,温度升高导致树木蒸腾作用加强,限制了树木
的生长,故与树轮宽度呈负相关[36鄄38],这是因为 12
月温度的降低抑制岷江冷杉的径向生长,此时温度
降低,使得光合作用的酶活性降低,抑制了光合作用
的进行,形成窄年轮;中海拔的岷江冷杉的树轮稳定
碳同位素序列的主控因子是上一年 1、11 月月平均
温度和当年 2、11 月月平均温度,冬季温度是影响低
海拔岷江冷杉树轮碳同位素分馏的主要因子,这是
因为前一年 1、6、11、12 月和当年 1、2、6、11 月温度
有助于岷江冷杉的径向生长,此时温度逐渐升高,达
到了岷江冷杉最适温度,能更有效地吸收大气中的
二氧化碳,有效的促进岷江冷杉的生命活动;高海拔
的岷江冷杉树木生长主要受当年 4 月月平均温度的
影响,这是因为当年 4 月温度有助于岷江冷杉的径
向生长,此时温度逐渐升高,达到了岷江冷杉最适温
度,能更有效地吸收大气中的二氧化碳,促进光合作
用,从而促进岷江冷杉的生长。 进入秋、冬季后,温
度降低,光合作用速率减弱或停止,树木的生命活动
即将停止或已停止,树木的呼吸和代谢需要消耗养
分,对下一年树木径向生长有潜在影响;冬季温度的
变化,对树木生命活动影响较大;当冬季温度偏暖
时,树木的呼吸作用等生理活动加强,细胞内部 CO2
分压增大,树木年轮碳稳定同位素降低[11]。 当冬季
温度偏冷时,情况刚好相反。
低海拔区的岷江冷杉的树轮碳稳定同位素序列
的主控因子是当年 8 月月平均相对湿度。 低海拔区
的岷江冷杉靠近皮条河,土壤相对湿度较大,岷江冷
杉更适生于冷湿及排水较好的环境,使得相对湿度
促进了树轮碳稳定同位素的分馏作用;中海拔的岷
江冷杉树轮 啄13C 比值序列(DS)只与上一年 1 月降
水量呈显著正相关(P臆0.05),降水的增加,使得光
合作用效率增强,促进了岷江冷杉树木的生长;而其
它各海拔岷江冷杉树轮 啄13C 比值序列(DS)与降水
量无显著相关性。 高海拔区的岷江冷杉树木生长主
要受上一年 8 月月平均相对湿度的影响。 这是由于
上一年 7、8 月温度较高,降水量较大,使空气中相对
湿度较大,对岷江冷杉树木光合作用有着抑制作用,
同时呼吸作用增强,大量消耗树体营养物质,且岷江
冷杉主要吸收利用浅层地下水,对雨水依赖性较
小[39],因此降水不是该树木生长主要限制因子[6]。
卧龙自然保护区属于湿润、半湿润地区,亚高山
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暗针叶林中海拔区的降水充足,降水不是川西亚高
山暗针叶林中海拔地区岷江冷杉生长的限制因子,
岷江冷杉生理活动的正常进行须要有良好的温度条
件。 这与张同文等对阿勒泰西部地区年轮年表分析
表明,树木生长与生长季温度呈正相关,与生长季降
水呈负相关的结论基本一致[40],主要是由于阴雨天
气持续不断,并会伴有大雾的出现,浓厚的云层会减
少太阳光照的强度,植物接受的太阳辐射减少,光合
作用速率降低,导致树轮 啄13C 较低;8 月雨量较多,
但光照强,温度高,蒸发大,干季水分胁迫可导致气
孔关闭,导通度降低,从而引起岷江冷杉植物光合作
用所固定的 啄13C增大[11]。
研究表明,川西亚高山暗针叶林不同海拔高度
的岷江冷杉的树木径向生长主要受到气温的制约,
从生物学基础上阐明了树木生长与环境的关系;证
明了在一些年轮宽度逐年差异不明显地区,利用树
轮样本碳稳定同位素可以清楚地机械地了解气候对
同化作用及木材形成过程中 C传递过程和途径的影
响;也进一步证明了建群种岷江冷杉对雨水的依赖
很小,这有利于植物生存,且维持了川西亚高山暗针
叶林群落的稳定性,同时,进一步说明了冬季温度的
升高,有利于植物生长期的提前造成植物生长旺盛,
抗旱能力减弱,影响着生态系统的稳定性。
本研究结果为重建岷江冷杉树木生长的历史环
境单因子变化趋势及树轮碳稳定同位素序列变化趋
势与环境关系的研究提供了理论分析依据,其研究
结果有效地弥补了中国暖湿地区树轮 啄13C稳定同位
素研究的不足,深入揭示了在气候变化背景下,川西
亚高山暗针叶林树木生长对气候因子变化(气候变
暖、降水量减少等)的积极响应,为预测未来气候变
化对岷江冷杉生长的影响具有参考价值。
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0481 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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远怨愿员 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿源卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
耘鄄皂葬蚤造院 泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶摇 网摇 摇 址院 憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶
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第 猿源卷摇 第 苑期摇 渊圆园员源年 源月冤
粤悦栽粤 耘悦韵蕴韵郧陨悦粤 杂陨晕陨悦粤摇渊杂藻皂蚤皂燥灶贼澡造赠袁杂贼葬则贼藻凿 蚤灶 员怨愿员冤摇灾燥造郾 猿源摇 晕燥郾 苑 渊粤责则蚤造袁 圆园员源冤
编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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电话院渊园员园冤远圆怨源员园怨怨憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶
主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
主摇 摇 办摇 中国生态学学会
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电话院渊园员园冤远源园猿源缘远猿耘鄄皂葬蚤造院躁燥怎则灶葬造岳 糟泽责早援灶藻贼
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耘凿蚤贼藻凿 遭赠摇 耘凿蚤贼燥则蚤葬造 遭燥葬则凿 燥枣
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