全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆源期摇 摇 圆园员猿年 员圆月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
中国南方红壤生态系统面临的问题及对策 赵其国袁黄国勤袁马艳芹 渊苑远员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
叶生态学基础曳院对生态学从传统向现代的推进要要要纪念 耘援孕援奥德姆诞辰 员园园周年
包庆德袁张秀芬 渊苑远圆猿冤
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食物链长度理论研究进展 张摇 欢袁何摇 亮袁张培育袁等 渊苑远猿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
天山盘羊夏季采食地和卧息地生境选择 李摇 叶袁余玉群袁史摇 军袁等 渊苑远源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
松果梢斑螟对虫害诱导寄主防御的抑制作用 张摇 晓袁李秀玲袁李新岗袁等 渊苑远缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
菹草附着物对营养盐浓度的响应及其与菹草衰亡的关系 魏宏农袁潘建林袁赵摇 凯袁等 渊苑远远员冤噎噎噎噎噎噎噎
濒危高原植物羌活化学成分与生态因子的相关性 黄林芳袁李文涛袁王摇 珍袁等 渊苑远远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
四年 韵猿熏气对小麦根际土壤氮素微生物转化的影响 吴芳芳袁郑有飞袁吴荣军袁等 渊苑远苑怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
重金属 悦凿圆垣和 悦怎圆垣胁迫下泥蚶消化酶活性的变化 陈肖肖袁高业田袁吴洪喜袁等 渊苑远怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
不同生境中橘小实蝇种群动态及密度的差异 郑思宁 渊苑远怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
亚热带樟树鄄马尾松混交林凋落物量及养分动态特征 李忠文袁闫文德袁郑摇 威袁等 渊苑苑园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性 王绍强袁陈蝶聪袁周摇 蕾袁等 渊苑苑员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
雅鲁藏布江流域 晕阅灾陨变化与风沙化土地演变的耦合关系 李海东袁沈渭寿袁蔡博峰袁等 渊苑苑圆怨冤噎噎噎噎噎噎
高精度遥感影像下农牧交错带小流域景观特征的粒度效应 张庆印袁樊摇 军 渊苑苑猿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高寒草原土壤有机碳及土壤碳库管理指数的变化 蔡晓布袁于宝政袁彭岳林袁等 渊苑苑源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
芦芽山亚高山草甸尧云杉林土壤有机碳尧全氮含量的小尺度空间异质性
武小钢袁郭晋平袁田旭平袁等 渊苑苑缘远冤
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湘中丘陵区不同演替阶段森林土壤活性有机碳库特征 孙伟军袁方摇 晰袁项文化袁等 渊苑苑远缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
东北黑土区片蚀和沟蚀对土壤团聚体流失的影响 姜义亮袁郑粉莉袁王摇 彬袁等 渊苑苑苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
滇西北高原纳帕海湿地土壤氮矿化特征 解成杰袁郭雪莲袁余磊朝袁等 渊苑苑愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
红壤区桉树人工林炼山后土壤肥力变化及其生态评价 杨尚东袁吴摇 俊袁谭宏伟袁等 渊苑苑愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
圆园园园要圆园员园年黄河流域植被覆盖的时空变化 袁丽华袁蒋卫国袁申文明袁等 渊苑苑怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
庐山森林景观格局变化的长期动态模拟 梁艳艳袁周年兴袁谢慧玮袁等 渊苑愿园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
暖温带鄄北亚热带生态过渡区物种生境相关性分析 袁志良袁陈摇 云袁韦博良袁等 渊苑愿员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应 张瑞波袁袁玉江袁魏文寿袁等 渊苑愿圆苑冤噎噎噎噎噎
资源与产业生态
大小兴安岭生态资产变化格局 马立新袁覃雪波袁孙摇 楠袁等 渊苑愿猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生态环境移动数据采集系统研究与实现 申文明袁孙中平袁张摇 雪袁等 渊苑愿源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
城市遥感生态指数的创建及其应用 徐涵秋 渊苑愿缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
大明竹属遗传多样性 陨杂杂砸分析及 阅晕粤指纹图谱研究 黄树军袁陈礼光袁肖永太袁等 渊苑愿远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
干旱胁迫下 源 种常用植物幼苗的光合和荧光特性综合评价 卢广超袁许建新袁薛摇 立袁等 渊苑愿苑圆冤噎噎噎噎噎
基于 陨栽杂圆和 员远杂 则砸晕粤的西施舌群体遗传差异分析 孟学平袁申摇 欣袁赵娜娜袁等 渊苑愿愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
两种浒苔无机碳利用对温度响应的机制 徐军田袁王学文袁钟志海袁等 渊苑愿怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
北京山区侧柏林冠层对降雨动力学特征的影响 史摇 宇袁余新晓袁张建辉袁等 渊苑愿怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
景观生态学研究院传统领域的坚守与新兴领域的探索要要要圆园员猿厦门景观生态学论坛述评
杨德伟袁赵文武袁吕一河 渊苑怨园愿冤
噎噎噎噎噎噎噎噎
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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怨远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄员圆
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封面图说院 黄土丘陵农牧交错带要要要黄土丘陵是中国黄土高原的主要地貌形态袁由于黄土质地疏松袁加之雨季集中袁降水强度
较大袁地表流水冲刷形成很多沟谷袁斜坡所占的面积很大遥 这里千百年来的农牧交错作业袁地表植被和生态系统均
遭受了严重的破坏遥 利用高精度影像对小流域景观的研究表明袁这里耕地尧林地和水域景观相对比较规则简单袁荒
草地和人工草地景观比较复杂遥 农牧交错带小流域景观形态具有分形特征袁各类景观斑块的分维数对粒度变化的
响应不同袁分维数随粒度的增大呈非线性下降趋势遥
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 33 卷第 24 期
2013年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.24
Dec.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:科技部公益性行业(气象)科研专项资助项目 (GYHY201106013, GYHY201206014); 国家自然科学基金资助项目 ( 41275120,
41205124,41205070); 国家重点基础研究发展计划资助项目(2010CB951001)
收稿日期:2013鄄06鄄12; 摇 摇 修订日期:2013鄄09鄄22
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: Yuanyuj5502@ sina.com
DOI: 10.5846 / stxb201306121676
张瑞波,袁玉江,魏文寿,邵雪梅,喻树龙,陈峰,张同文,尚华明,范子昂.不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应.生态学报,
2013,33(24):7827鄄7837.
Zhang Ruibo1, Yuan Yujiang1, Wei W S, Shao X M, Yu S L, Chen F, Zhang T W, Shang H M, Fan Z A.Responses of Qilian junipers radial growth of
different ecological environment and detrending method to climate change in Qinghai Province.Acta Ecologica Sinica,2013,33(24):7827鄄7837.
不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径
向生长对气候的响应
张瑞波1,袁玉江1,*,魏文寿1,邵雪梅2,喻树龙1,陈摇 峰1,
张同文1,尚华明1,范子昂1
(1. 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所, 新疆树轮生态重点实验室, 中国气象局树木年轮理化研究重点开放实验室, 乌鲁木齐摇 830002;
2. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京摇 100101)
摘要:利用青海不同生境祁连圆柏树木年轮样本,采用 3种不同去趋势方法建立树轮年表,结合青海 30个气象站的气象资料,
分析不同生境和去趋势方法下祁连圆柏径向生长对气候的响应差异。 结果表明,祁连山区,生长季前期的平均气温是祁连圆柏
树木径向生长的主要限制性因子,NEP 树轮标准化宽度年表与生长季前期冬季平均气温相关最好;在柴达木盆地,生长季降水
量是该地区树木径向生长的限制性因子,SPL树轮年表对生长季降水量相关较好;在青南高原,祁连圆柏径向生长对春季温度
响应最为敏感,而 SPL年表与春季温度呈现明显的负相关关系,相关系数达-0.606;而在青海东部地区,祁连圆柏树木径向生长
对气候的响应总体不显著。 位于青海西部和北部的柴达木盆地和祁连山区祁连圆柏径向生长受西风气候的影响显著,尤其是
柴达木盆地,其气候受西风主导;而青南高原受西南季风影响更为显著,该地区祁连圆柏径向生长同时受西南季风气候和海拔
高度两方面影响;在青海东部,祁连圆柏径向生长受东亚季风影响更为显著。
关键词:树木年轮;祁连圆柏;去趋势方法;气候响应
Responses of Qilian junipers radial growth of different ecological environment
and detrending method to climate change in Qinghai Province
ZHANG Ruibo1, YUAN Yujiang1,*, WEI Wenshou1, SHAO Xuemei2, YU Shulong1, CHEN Feng1, ZHANG
Tongwen1, SHANG Huaming1, FAN Zi忆ang
1 Institute of Desert Meteorology,China Meteorological Administration;Key Laboratory of Tree鄄ring Physical and Chemical Research of China Meteorological
Administration;Key Laboratory of Tree鄄ring Ecology of Xinjiang Uigur Autonomous Region, Urumqi 830002,China
2 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
Abstract: In this paper, more Qilian juniper ( Sabina przewalskii Kom.) tree ring samples in 12 sites from different
ecological environment in Qinghai Province are collected, and the 12 tree ring chronologies are developed using three
different detrending methods, contain spline function detrending method ( SPL), negative exponential fitting detrending
method( NEP ) and regional curve detrending method ( RCS). Combined temperature and precipitation data from 30
Meteorological stations in Qinghai, the Qilian juniper radial growth responses to climate in the different ecological
environment and detrending method were analyzed using correlation function and the response function method. The results
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showed that the average temperature before trees growing season is a major limiting factor on Qinlian Mountains, and there
have a good correlation between the NEP tree鄄ring width chronologies and the average temperature in last winter. In the
Qaidam Basin, The precipitation in growing season is the limiting factor for tree radial growth, there have a better
correlation between the SPL tree鄄ring width chronologies and the precipitation. On the southern Qinghai, the Qilian juniper
radial growth response to average temperature in May, there is most sensitive, while the SPL tree鄄ring width chronologies
and temperature in May showed a significant negative correlation, and the correlation coefficient exceed -0.606. In the
eastern region of Qinghai, Qilian juniper tree radial growth response to climate generally not sensitive.
There have a good correlation between Qilian juniper radial growth and North Atlantic Oscillation Index ( NAO) /
Arctic Oscillation Index (AO) in Qaidam Basin, and there also have some relationship on Qilian Mountains. There have a
good correlation between Qilian juniper radial growth and India鄄Burma trough Index( IBT) on southern Qinghai Plateau,
and tree鄄ring chronologies correlates better with the Pacific Decadal Oscillation(PDO) in the eastern region of Qinghai. The
results showed that the tree鄄ring chronologies significantly affected by the westerly climate in Qaidam Basin and Qilian
Mountains, and the Indian monsoon dominate to Qilian juniper radial growth on southern Qinghai Plateau. In the eastern
Qinghai, Qilian juniper radial growth affected by the East Asian monsoon.
Key Words: Tree鄄ring; Qilian juniper (Sabina przewalskii Kom.); Detrending method; Response to climate
20世纪气候变暖的归因是当前全球关注的焦点之一,而解决这一问题的途径之一是对过去千年的气候
变化历史进行精确重建[1]。 树木年轮由于具有空间分布广、时间序列长、分辨率高、定年准确、环境变化指示
意义明确且可定量等优势而成为研究过去气候变化的首选代用资料之一,在揭示气候变化规律及机理研究中
发挥了重要作用[2]。 生长于气候环境恶劣的青藏高原及周边的祁连圆柏树龄可达到千年以上,一直以来,该
地区都是树轮气候学研究的热土,近些年,大量的基于祁连圆柏树轮宽度的过去百年甚至千年气候水文变化
研究越来越多[3鄄21]。 青海受海拔、地形、纬度、远离海洋的地理位置、大气环流形式等因素相互作用的影响,形
成了独具特色的高原大陆性气候特征,同时是我国西北干旱区的干旱中心,是西部干旱区、东部季风区和青藏
高原区三大区域的交汇地带,是全球变化的敏感区和生态系统脆弱区[1]。
树木径向生长受到树木自身遗传因子和环境因子的共同影响[22],气候因子可影响树木的生理过程[23鄄24],
使得树种呈现出独特的径向生长趋势[25鄄27]。 通过树轮数据建立径向生长与气候因子的关系,可以很好地反
映出种群生存的环境和种群自身的不同气候响应机制[28鄄29]。 青海环境和下垫面复杂,不同生境下树木径向生
长对气候的响应有何差异? 不同去趋势方法适用于不同气候和环境中,不同去趋势方法对气候响应有何差
异? 这些在重建青海过去气候变化研究中至关重要,但是以往研究较少。
本研究计划针对采自不同地理单元(祁连山区、青南高原、柴达木盆地和青海东部),运用不同去趋势方
法(负指数函数、样条函数和区域曲线标准化方法)分析祁连圆柏树木径向生长对气候的响应。 为进一步揭
示青海省不同区域气候变化规律,研究青藏高原及周边地区生态环境的演变提供科学依据。
1摇 资料与方法
1.1摇 自然地理简况
青海省面积 7.2伊105km2,占青藏高原面积的 1 / 3,是长江黄河的发源地,幅员辽阔,地形和气候复杂,整个
青海大的地理单元包括北部的祁连山区、西北部的柴达木盆地、南部的青南高原和青海东部地区。 由于其下
垫面地形复杂,海拔差异巨大,气候差异巨大,青海东部平均海拔 2500m以下,年均温 3—9益,为全省的暖区;
西北部的柴达木盆地、共和盆地等,平均海拔 3000m左右,年均温 2—5益,为全省次暖区;海拔 4700m 以上的
青南高原可可西里、东昆仑山地、祁连山地等,年均温-4—-6益以下,为全省冷区。 降水量方面,全省年降水
量为 17.6—764.4mm,除省东南部降水较多外,全省约 1 / 3面积降水量在 400mm左右,柴达木盆地大部分地区
降水量仅有 25—50mm,成为我国最干旱地区之一[30]。
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1.2摇 气象资料的选取
气象资料和各种指数数据来自中国气象科学数据共享服务网:http: / / cdc.cma.gov.cn / ,由于用于研究气
候变化的资料不仅要有足够的序列长度,还应有足够的精确度,青海多数气象台站建立于 20 世纪 50 年代中
后期,建站至 1960年,不少台站存在较多的缺测、漏测和观测中断现象,根据均一性、代表性和比较性原则,因
此本文选定青海省内 30个站作为代表站,其中祁连山区 3站分别为托勒、野牛沟、祁连气象站;柴达木盆地 9
站分别为茫崖、冷湖、大柴旦、德令哈、格尔木、诺木洪、茶卡、都兰、小灶火气象站;青南高原 10 站分别为五道
梁、沱沱河、杂多、曲麻莱、玉树、玛多、清水河、达日、久治、囊谦气象站;青海东部 8站分别为门源、西宁、贵州、
民和、同仁、同德、泽库、河南气象站,取各站 1961—2009年的月平均气温和降水量资料,并采用 Mann鄄Kendall
方法,来检查站址迁移是否引起观测资料的不连续。 另外,选取 1873—2008 年的北大西洋涛动指数(NAO)
和北极涛动指数(AO)、1900—1998年的太平洋涛动指数(PDO)和 1951—2008年的印缅槽指数(IBT)来寻找
树轮对气候响应差异可能的影响机制。
1.3摇 树轮宽度年表数据
根据青海祁连圆柏的分布和区域代表性,研究组分别于 2007 年和 2009 年两次在青海柴达木盆地、祁连
山、青南高原和青海东部共采集了 17 个采样点 676 棵树 1367 个祁连圆柏样芯,采样点海拔在 3000—4300m
之间,采样点分布于青海不同地理单元,如柴达木盆地(QRG、DUL、BSS、ELS、KKS)、青南高原(ASS、ASX)、祁
连山地区(DLG、QYG)、青海东部(HBX、MAX、SIG)(图 1,表 1)。
图 1摇 青海气象站点和树轮采样点分布示意图
Fig.1摇 Meteorological stations and tree鄄ring sample sites in Qinghai
1.4摇 研究方法
将采集的树轮样本经过标准的树轮年表研制过程,对树轮样本经过干燥、固定、打磨、交叉定年,用精度为
0.001mm的轮宽测量仪和 MeasureJ2X程序进行轮宽测量;在中国科学院地理科学与资源研究所邵雪梅研究
9287摇 24期 摇 摇 摇 张瑞波摇 等:不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应 摇
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员的指导下,利用 COFECHA定年质量控制程序对祁连圆柏进行交叉定年的检验;采用 winARSTAN年表研制
程序完成树轮宽度年表的建立,最终建立青海 12个树轮宽度年表。
由于青海地理单元和生境复杂,本研究考虑分别采用样条函数法(SPL)、负指数函数法(NEP)和区域曲
线标准化方法(RCS)去趋势方法去除生长趋势,建立青海 12个树轮宽度年表,试图比较 3种去趋势方法在青
海各地区的优劣,分析祁连圆柏树轮对青海不同地理单元(祁连山区、柴达木盆地、青南高原和青海东部)的
气候响应。 样条函数法和负指数函数应用较为广泛,它们都是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。 样条函数法是无需假定年轮样本生长趋势的变化形式,
直接采用连续光滑插值方法对具有持续性生长以及种间竞争产生的非同步扰动的树木进行生长趋势拟合,因
此适用于湿润地区[31]。 负指数函数适用于对生长稀疏,制约树木生长的因子单一,树木之间的竞争不明显,
生长较少受到气候因子以外的其他非气候因子的影响的树种进行拟合生长趋势[22],因此广泛应用在干旱、半
干旱区。 考虑树木生长随年龄变化特性的区域曲线标准化方法能够通过建立所有样芯的统计生长曲线对各
样本进行去趋势,并且能很好地保留气候低频变化信息[32鄄33]。 该方法将样本的宽度序列按照生理年份的第 1
年对齐进行比较,从而拟合出生长曲线,进而对所有序列进行去趋势,但该种方法需要大量样本且对样本年龄
要求比较高。
表 1摇 树轮采样点和年表信息
Table 1摇 The information of tree鄄ring samples and chronologies
采点名
Sample site
代号
Code
北纬(N)
Latitude(N)
东经(E)
Longitude(E)
海拔 / m
Altitude
起止年
Years
树芯
Samples
祁连山区 大柳沟 DLG 38毅16忆 100毅00忆 3350 1352—2008 57
QLM 青羊沟 QYG 38毅10忆 100毅26忆 3200 1512—2008 68
柴达木盆地 柏树山 BSS 37毅09忆 97毅20忆 3500 1653—2008 50
QB 鄂拉山 ELS 36毅23忆 98毅20忆 3560 1300—2008 83
曲日岗 QRB 36毅01忆 98毅11忆 3750 853—2008 90
柯柯寺 KKS 37毅19忆 98毅24忆 3390 1223—2008 63
都兰 DUL 36毅02忆 98毅13忆 3724 906—2006 45
青海东部 寺沟 SIG 37毅08忆 102毅28忆 3023 1674—2006 43
EQH 麦秀 MAX 35毅16忆 101毅53忆 3214 1400—2006 37
河北乡 HBX 34毅47忆 100毅49忆 3418 1246—2006 49
青南高原 昂赛上线 ASS 32毅42忆 95毅37忆 4249 1464—2006 61
SQP 昂赛下线 ASX 32毅43忆 95毅37忆 4047 1600—2006 42
利用区域平均法将地处同一生境的年表合成区域年表,分别为 QRG、DUL、BSS、ELS、KKS 合成柴达木盆
地区域年表(QB),ASS、ASX合成青南高原区域年表(SQP)、DLG、QYG 合成祁连山区域年表(QLM),HBX、
MAX、SIG青海东部区域年表(EQH)。 利用 4个区域年表来分析不同生境和不同去趋势方法的树轮年表对气
候的响应差异。 同样,利用区域平均法得到区域温度和降水序列,序列代号与年表的各区域代号相同;采用相
关函数法分析树轮对气候的响应;采用低通滤波方法提取年轮指数的低频变化。
2摇 结果与分析
2.1摇 不同生境树轮年表的差异
利用样条函数建立的青海各地区标准化祁连圆柏树轮年表分析表明,青海地区树轮年表因地域分布而表
现出较大差异,柴达木盆地 5个年表之间的相关系数均在 0.500以上(n>300),而与其他 7个年表的相关系数
小于 0.400,青南高原两个年表之间相关为 0.543,但与其他 10个年表的相关小于 0.300,甚至大部分年表相关
未达到 95%的显著性水平;祁连山区两个年表青羊沟和大柳沟相关达到 0.602,但与其他 10 个年表相关系数
0387 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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均小于 0.400;河北乡和麦秀处于青海东部,两年表相关为 0.456,与其他 10个年表相关均小于 0.300。
不同去趋势方法在青南高原对年表质量的影响最小(表 2,图 2,图 3),3种去趋势方法之间的相关都大于
0.970,柴达木盆地相关均在 0.950以上,其中 RCS年表和 NEP 年表相关高达 0.992,一致性最好,而不同去趋
势方法在青海东部对年表质量影响最大,3种去趋势方法之间的相关最大不足 0.950。
表 2摇 不同生境不同去趋势方法的树轮年表的相关关系
Table 2摇 Correlation coefficient of tree鄄ring chronologies in different ecological environment and detrending method
祁连山区 QLM
SPL100 NEP RCS
柴达木盆地 QB
SPL100 NEP RCS
青南高原 SQP
SPL100 NEP RCS
青南高原 EQH
SPL100 NEP
祁连山区 NEP 0.966
QLM RCS 0.940 0.935
柴达木盆地 SPL100 0.248 0.232 0.231
QB NEP 0.331 0.359 0.295 0.953
RCS 0.315 0.342 0.272 0.956 0.992
青南高原 SPL100 0.068 0.060 0.094 0.627 0.566 0.538
SQP NEP 0.144 0.157 0.146 0.645 0.623 0.598 0.981
RCS 0.041 0.023 0.055 0.600 0.529 0.508 0.990 0.973
青海东部 SPL100 0.402 0.355 0.446 0.471 0.390 0.384 0.498 0.469 0.485
EQH NEP 0.246 0.172 0.319 0.384 0.253 0.246 0.440 0.365 0.432 0.949
RCS 0.377 0.349 0.421 0.468 0.386 0.383 0.467 0.450 0.470 0.933 0.912
摇 摇 SPL、NEP、RCS分别代表样条函数年表、负指数年表和区域曲线年表
SPL、NEP、RCS represent spline function detrending method, negative exponential fitting detrending method and regional curve detrending method
图 2摇 青南高原标准化年表
Fig.2摇 Tree鄄ring chronologies on southern Qinghai
SPL、NEP、RCS分别代表样条函数年表、负指数年表和区域曲线年表
SPL、NEP、RCS represent spline function detrending method, negative exponential fitting detrending method and regional curve detrending method
图 3摇 青海东部标准化年表
Fig.3摇 Tree鄄ring chronologies in eastern Qinghai
1387摇 24期 摇 摇 摇 张瑞波摇 等:不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应 摇
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2.2摇 不同生境近 300年的年轮指数变化
从 30a低通滤波曲线来看(图 4),4个地区低频变化趋势有所差别,近几十年来,祁连山区、柴达木盆地和
青南高原年轮指数均呈明显上升趋势,这可能与我国西部气候暖湿化有关,可见气候变化对树木径向生长影
响非常显著。 施雅风等[34]研究表明,我国西北地区气候区域暖湿化。 青海东部年轮指数呈下降趋势,这是因
为青海东部气候更为接近我国季风边缘区,部分受东亚季风影响。 Wu研究表明[35],中国北方 28个气象站自
1965年以来夏季降水呈明显的下降趋势。 陈晓光等分析 1961—2006年青海不同区域气候变化表明[36],青海
东部降水量呈减少趋势,气候倾向率为-5.23mm / 10a;从高空水汽输送变化来看,青海东部 1961—2006 年
500hPa相对湿度和比湿呈明显的减少趋势,因此从水汽输送的角度可以解释东部降水减少的成因。 其他大
部分地区降水呈增多趋势。 青海不同区域均呈现显著增暖趋势,柴达木盆地增暖最为明显。
图 4摇 不同区域树轮指数的长期变化(30年低通滤波)
Fig.4摇 The long鄄term changes of tree鄄ring index in different ecological environment (30 fixed year cutoff)
QLM、QB、SQP、EQH分别代表祁连山区、柴达木盆地、青南高原和青海东部;
QLM、QB、SQP、EQH represent Qilian Mountains, Qaidam Basin, Southern Qinghai Plateau and Eastern Qinghai
2.3摇 不同去趋势方法的祁连圆柏树木径向生长对气候的响应
相关分析表明(表 3,表 4),SPL年表与祁连山区和柴达木盆地 5月、6月的降水量相关最好,最高单相关
0.425,SPL年表与青南高原 5月平均气温相关最好,相关系数高达-0.606。 在青南高原距离两个采样点最近
的杂多地区年降水量大于 500mm,属于湿润地区,采样点森林较密,郁闭度较高,尤其是 ASX采点郁闭度超过
0.6,因此树间竞争及扰动较为强烈,利用 SPL去趋势方法与气候响应较好。 NEP 树轮标准化宽度年表与祁连
山区生长季前期冬季,生长季的 6月、9月平均气温正相关,最高相关系数达 0.497,对祁连山区温度的响应最
为敏感;在青南高原,NEP 年表对生长季降水响应较好。 RCS 年表与柴达木盆地 5 月和 6 月的降水量相关较
好,RCS年表与青海东部 4月的降水量相关最好,达到 0.41,超过 0.01的显著性检验。
2.4摇 不同生境的祁连圆柏树木径向生长对气候的响应
响应分析表明(表 3,表 4),祁连山区,树轮宽度年表与生长季前期的冬季上年 10 月、11 月、12 月和当年
1月和 2月温度均显著正相关,最高达 0.497,与 5月和 6 月的降水量正相关,最高达 0.365,超过了 0.05 显著
2387 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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性水平。 因此,在祁连山区,上年冬季气温是限制该地区树木径向生长的主要因子。 Liu等分析祁连山中部祁
连圆柏树轮对气候的响应表明[37],平均气温是祁连山中部树轮生长的主导气候因子,上年 12 月到当年 4 月
的平均气温是该地区树轮生长最重要的气候因子。 Tian 等研究显示[38],单月相关中,5 月和 6 月的降水量通
过了 0.05的显著性检验,这都与本文研究结果一致。
表 3摇 不同区域不同去趋势方法与单月气温的相关关系
Table 3摇 Correlation coefficient between tree鄄ring chronologies and temperature
温度相关
Correlation coefficeint L10 L11 L12 1 2 3 4 5 6 7 8 9
QLM SPL100 荫 誗 誗 荫 荫
NEP 荫 誗 荫 誗 誗 荫 荫
RCS 荫 荫 誗
QB SPL100 茵
NEP 荫 荫
RCS 荫 荫
SQP SPL100 荫 筅
NEP 荫 筅 荫
RCS 荫 筅
EQH SPL100
NEP
RCS
摇 摇 誗代表正相关,相关系数通过 0.01的显著性检验; 荫 代表正相关,相关系数通过 0.05的显著性检验; 筅代表负相关,相关系数通过 0.01的
显著性检验; 茵代表负相关,相关系数通过 0.05的显著性检验
表 4摇 不同区域不同去趋势方法与单月降水的相关关系
Table 4摇 Correlation coefficient between tree鄄ring chronologies and precipitation
降水相关
Correlation coefficient L10 L11 L12 1 2 3 4 5 6 7 8 9
QLM SPL100 荫 荫
NEP 荫
RCS 荫 荫
QB SPL100 茵 誗 誗 筅
NEP 茵 荫 誗 茵
RCS 茵 誗 誗 筅
SQP SPL100 荫 誗
NEP 荫 誗
RCS 荫 誗
EQH SPL100 荫 誗
NEP 荫 荫
RCS 荫 誗
摇 摇 誗代表正相关,相关系数通过 0.01的显著性检验; 荫 代表正相关,相关系数通过 0.05的显著性检验; 筅代表负相关,相关系数通过 0.01的
显著性检验; 茵代表负相关,相关系数通过 0.05的显著性检验
柴达木盆地,树轮宽度对温度的响应较弱,生长季前期平均气温与树轮宽度年表正相关,NEP 年表对生
长季前期平均气温的响应最好,但最高单相关只有 0.346,仅仅通过了 0.05的显著性检验;而树轮宽度年表对
生长季降水的响应较好,生长季的 5月和 6月降水量均与树轮宽度年表显著正相关,均通过了 0.01 的显著性
水平。 因此,在柴达木盆地,生长季 5—6月降水量是该地区树木径向生长的限制性因子。 大量研究表明,柴
达木盆地祁连圆柏生长主要受 5、6月份的水分的限制[9鄄12, 39鄄42]。
青南高原,树轮宽度对温度的响应非常敏感,其中,生长季的 5 月平均气温与树轮宽度年表显著负相关,
相关系数高达-0.606;而生长季 5月和 6月的降水量也与树轮宽度年表有较好的正相关,最高相关 0.426;因
3387摇 24期 摇 摇 摇 张瑞波摇 等:不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应 摇
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此,5月的平均气温是该地区树木径向生长的主导因子。 秦宁生等研究青南高原树轮年表对气候的响应表
明,青南高原两个树轮年表都与春季(4—6月)的气温和降水量反应敏感[43]。 Gou 等在研究发现,青南高原
黄河上游的 3个树轮宽度年表与 4—9月平均气温和平均最高气温呈显著负相关,最高相关系数达-0.67,其
中,单月相关中,3个树轮宽度年表与 5 月平均气温相关最好,最高达-0.56。 并解释为生长季初夏较高的温
度导致较大蒸发量,从而导致土壤水分减少,抑制或减缓树木生长[44]。 zhu 等研究发现[45],临近青南高原的
类乌齐地区树轮年表与生长季的 5—6月气温相关最高,呈明显的负相关,超过 0.001 的极显著检验,而 5—6
月的降水量与树轮年表正相关,但仅仅通过了 0.05的显著性检验,研究结果与本文完全一致。
青海东部,树轮宽度对气温的响应不明显,对生长季前期的降水有一定响应,但是也不是非常敏感,其中
以上年 10月和当年 4月的响应较为敏感。
2.5摇 不同生境的气候背景分析
为了探讨青海地区不同生境祁连圆柏对气候响应差异的原因,本研究分别分析 4个不同生境的样条函数
标准化树轮宽度年表序列与北大西洋涛动指数(NAO 1873—2008)、北极涛动指数(AO 1873—2008)、太平洋
涛动指数(PDO 1900—1998)和印缅槽指数关系表明( IBT 1951—2008),柴达木盆地祁连圆柏径向生长与
NAO和 AO均有较好的相关性(表 5),祁连山区树轮年表也与 NAO和 AO有一定的相关性,而青南高原树轮
年表与印缅槽指数相关较好,与春季印缅槽指数呈明显的负相关关系,而青海东部地区树轮与 PDO 相关较
好。 该结果表明,柴达木盆地祁连圆柏树轮径向生长受西风气候影响最为显著,而祁连山区祁连圆柏树轮径
向生长也一定程度上受西风气候影响,而青南高原祁连圆柏树轮径向生长则受印度季风影响显著,青海东部
祁连圆柏树轮径向生长受东亚季风影响显著。
表 5摇 不同生境祁连圆柏树轮年表与 NAO、AO、PDO和 IBT的相关系数
Table 5摇 Correlation coefficient between Qilian junipers tree鄄ring chronology in different ecological environment and NAO, AO, PDO, IBT
NAO4 NAO3鄄5 AO4 AO3鄄5 PDO4 PDO3鄄5 IBT4 IBT 3鄄5
QLM.S 0.248** 0.214* 0.162 0.197* -0.164 -0.109 0.332* 0.376**
QB.S 0.368** 0.275** 0.34** 0.265** -0.102 -0.095 0.068 -0.147
SQP.S 0.118 0.009 0.162 0.088 -0.124 -0.100 -0.37** -0.390**
EQH.S 0.343** 0.193* 0.254** 0.187* -0.34** -0.31** -0.077 -0.145
摇 摇 NAO、AO、PDO、IBT分别代表北大西洋涛动指数、北极涛动指数、太平洋涛动指数和印缅槽指数
NAO、AO、PDO、IBT represent North Atlantic Oscillation Index, Arctic Oscillation Index, Pacific Decadal Oscillation and India-Burma trough Index
3摇 结论与讨论
青海位于北纬 31毅30—39毅19忆,根据 500hPa高空等压面分析,青海处在西风带之内,10 月至翌年 6 月,高
原面对西风环流产生分支、绕爬流、屏障等动力作用,扩大了西风带的影响范围,因此西风环流成为影响和控
制青海部分地区气候的重要因子之一。 另外,决定青海西部的冬春季降水分布的因子有行星西风过高原引起
的扰动,以及高原本身的热力环流系统,前者比后者重要。 加上青海近似东西延展的山脉与西风一致,地势顺
应了气流方向,加强了西风环流系统,西风过高原时,通常在高原西部是上升运动区,因此位于青海西北部的
柴达木盆地降水稀少[46],年降水量仅仅 50mm左右,而柴达木盆地海拔较低,是全省仅次于青海东部的暖区,
在树木径向生长的关键期 5月和 6月,温度适宜,降水稀少,蒸发量大,因此降水对树木径向生长的影响要大
于平均气温,降水量是该地区树木径向生长的限制性因子,这一时期,降水与树轮年表显著正相关,5 月和 6
月较多的降水补足土壤水分不但有利于早期树轮生长,而且为干燥的秋季储存水分,有助于全年宽轮[39鄄40]。
而冬春季行星西风控制青海地区,西风水汽东移南下,遇到高大的祁连山形成祁连山区的地形降水,因
此,冬季祁连山区降水相对较多,而此时祁连山区温度偏低,因此,这一时期,温度是祁连圆柏径向生长的限制
性因子,其一,秋冬季虽然树木的形成层停止活动,但仍然可以通过光合作用合成有机物储存于细胞内,有利
于次年树木的生长,此时段的低温,会导致有机物储存减少[31];其二,生长季前期的低温导致积雪加厚,积雪
融化缓慢,林下土壤的冻结层增厚,春季土壤冻结层融化时间推后,客观上造成生长季变短,从而导致当年年
4387 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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轮变窄[47]。 其三,生长在高海拔地区的树木受到冬季最低温度的威胁,虽然该时段树木已停止生长,但如果
温度过低会对树木的根、茎等造成机械伤害从而影响次年的生长。 袁玉江等[48]对新疆乌鲁木齐天山北坡森
林上限附近的云杉年轮研究也表明,冬季低温对云杉年轮生长具有明显的限制作用。
受印度季风影响显著的青南高原,每年南亚高压中心平均于 5 月 22 日北进到 25毅N,青南高原平均降水
量骤增[46]。 青南高原 5月降水仍然较少,此时段的平均气温偏高,会导致蒸散加剧,限制了树木的生长,故多
表现为与年轮宽度的负相关。 在青南高原地区,春季温度的升高和蒸发量的增大,有可能加剧本已存在的水
分不足,从而限制树木的生长[49]。
位于青海东部地区,来自于印度洋孟加拉弯和太平洋湿热气流从东南部向西北的爬行,随地势抬升作用,
形成了丰沛的降雨。 同时,该地区常年为青海的暖区,温度和降水都基本满足树木生长需求,因此,树木径向
生长对气候的响应不明显。
致谢:中国科学院地理科学研究所王丽丽研究员参加树木年轮野外采样,特此致谢。
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7387摇 24期 摇 摇 摇 张瑞波摇 等:不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应 摇
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园员怨苑 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿卷摇
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
国内邮发代号院愿圆鄄苑袁国外邮发代号院酝远苑园
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
本期责任副主编摇 丁摇 平摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿猿卷摇 第 圆源期摇 渊圆园员猿年 员圆月冤
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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
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许 可 证摇 京海工商广字第 愿园员猿号
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