全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 21 期摇 摇 2012 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
白洋淀富营养化湖泊湿地厌氧氨氧化菌的分布及对氮循环的影响 王衫允,祝贵兵,曲冬梅,等 (6591)………
造纸废水灌溉对滨海退化盐碱湿地土壤酶活性的响应 夏孟婧,苗颖,陆兆华,等 (6599)………………………
图们江下游湿地生态系统健康评价 朱卫红,郭艳丽,孙摇 鹏,等 (6609)…………………………………………
适应白洋淀湿地健康评价的 IBI方法 陈摇 展,林摇 波,尚摇 鹤,等 (6619)………………………………………
基于 MODIS的洞庭湖湿地面积对水文的响应 梁摇 婕,蔡摇 青,郭生练,等 (6628)……………………………
崇明东滩湿地不同潮汐带入侵植物互花米草根际细菌的多样性 章振亚,丁陈利,肖摇 明 (6636)……………
中国东部亚热带地区树轮 啄13C方位变化的谐波分析 赵兴云,李宝惠,王摇 建,等 (6647)……………………
甘肃臭草型退化草地优势种群空间格局及其关联性 高福元,赵成章 (6661)……………………………………
川西亚高山 /高山森林土壤氧化还原酶活性及其对季节性冻融的响应 谭摇 波,吴福忠,杨万勤,等 (6670)…
模拟分类经营对小兴安岭林区森林生物量的影响 邓华卫,布仁仓,刘晓梅,等 (6679)…………………………
苹果三维树冠的净光合速率分布模拟 高照全,赵晨霞,张显川,等 (6688)………………………………………
拟茎点霉 B3 与有机肥配施对连作草莓生长的影响 郝玉敏,戴传超,戴志东,等 (6695)………………………
落叶松林土壤可溶性碳、氮和官能团特征的时空变化及与土壤理化性质的关系
苏冬雪,王文杰,邱摇 岭,等 (6705)
………………………………
……………………………………………………………………………
人工固沙区与流沙区准噶尔无叶豆种群数量特征与空间格局对比研究
张永宽,陶摇 冶,刘会良,等 (6715)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
山地河流浅滩深潭生境大型底栖动物群落比较研究———以重庆开县东河为例
王摇 强,袁兴中,刘摇 红 (6726)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
荣成俚岛人工鱼礁区游泳动物群落特征及其与主要环境因子的关系 吴忠鑫,张摇 磊,张秀梅,等 (6737)……
北黄海秋、冬季浮游动物多样性及年间变化 杨摇 青,王真良,樊景凤,等 (6747)………………………………
鄂尔多斯市土地利用生态安全格局构建 蒙吉军,朱利凯,杨摇 倩,等 (6755)……………………………………
村落文化林与非文化林多尺度物种多样性加性分配 高摇 虹,陈圣宾,欧阳志云 (6767)………………………
不同生计方式农户的环境感知———以甘南高原为例 赵雪雁 (6776)……………………………………………
两种预测模型在地下水动态中的比较与应用 张摇 霞,李占斌,张振文,等 (6788)………………………………
四川黄龙沟少花鹤顶兰繁殖成功特征 黄宝强,寇摇 勇,安德军 (6795)…………………………………………
硝化抑制剂对蔬菜土硝化和反硝化细菌的影响 杨摇 扬,孟德龙,秦红灵,等 (6803)……………………………
新疆两典型微咸水湖水体免培养古菌多样性 邓丽娟,娄摇 恺,曾摇 军,等 (6811)………………………………
白洋淀异养鞭毛虫群落特征及其与环境因子的相关性 赵玉娟,李凤超,张摇 强,等 (6819)……………………
双酚 A对萼花臂尾轮虫毒性及生活史的影响 陆正和,赵宝坤,杨家新 (6828)…………………………………
孵化温度对双斑锦蛇初生幼体行为和呼吸代谢的影响 曹梦洁,祝摇 思,蔡若茹,等 (6836)……………………
黄玛草蛉捕食米蛾卵的功能反应与数值反应 李水泉,黄寿山,韩诗畴,等 (6842)………………………………
互惠鄄寄生耦合系统的稳定性 高摇 磊,杨摇 燕,贺军州,等 (6848)………………………………………………
超微七味白术散对肠道微生物及酶活性的影响 谭周进,吴摇 海,刘富林,等 (6856)……………………………
专论与综述
氮沉降对森林生态系统碳吸存的影响 陈摇 浩,莫江明,张摇 炜,等 (6864)………………………………………
全球 CO2水平升高对浮游植物生理和生态影响的研究进展 赵旭辉,孔繁翔,谢薇薇,等 (6880)………………
跨界自然保护区———实现生物多样性保护的新手段 石龙宇,李摇 杜,陈摇 蕾,等 (6892)………………………
研究简报
会同和朱亭 11 年生杉木林能量积累与分配 康文星,熊振湘,何介南,等 (6901)………………………………
退化草地阿尔泰针茅生殖株丛与非生殖株丛的空间格局 任摇 珩,赵成章,高福元,等 (6909)…………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*326*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄11
封面图说: 白洋淀是华北地区最大的淡水湖泊湿地。 淀区内沟壕纵横交织错落,村庄、苇地、园田星罗棋布,在水文、水化学、生
物地球化学循环以及生物多样性等方面,具有非常复杂的异质性。 随着上游城镇污废水、农田径流进入水域,淀区
富营养化日益加剧。 复杂的水环境特点、高度的景观异质性和良好的生物多样性,使得该地区成为探索规模性厌氧
氨氧化反应的良好研究地点(详见本期第 6591—6598 页)。
彩图提供: 王为东博士摇 中国科学院生态环境研究中心摇 E鄄mail: wdwangh@ yahoo. com
第 32 卷第 21 期
2012 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 21
Nov. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(41072139); 山东省自然科学基金项目(Y2008E15); 临沂大学博士启动基金项目(BS07014)
收稿日期:2011鄄09鄄19; 摇 摇 修订日期:2012鄄04鄄06
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail:synzxy@ sina. com
DOI:10. 5846 / stxb201109191378
赵兴云,李宝惠,王建,商志远,钱君龙.中国东部亚热带地区树轮 啄13C方位变化的谐波分析.生态学报,2012,32(21):6647鄄6660.
Zhao X Y, Li B H,Wang J, Shang Z Y, Qian J L. Analyzing the azimuth distribution of tree ring 啄13C in subtropical regions of eastern China using the
harmonic analysis. Acta Ecologica Sinica,2012,32(21):6647鄄6660.
中国东部亚热带地区树轮 啄13 C方位变化的谐波分析
赵兴云1,2,*,李宝惠3,王摇 建4,商志远4,钱君龙5
(1. 山东省水土保持与环境保育重点实验室, 临沂 摇 276000; 2. 临沂大学资源环境学院, 临沂摇 276000;
3. 临沂大学化学化工学院, 临沂摇 276000; 4. 南京师范大学地理科学学院,南京摇 210046;
5. 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊沉积与环境开放实验室,南京摇 210008)
摘要:对浙江天目山 2 株柳杉(Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr,分别简称为 CF鄄1,CF鄄3)及南京紫金山 8 株马尾松
(Pinus massoniana Lamb. ,分别简称为 PM鄄1—PM鄄4,PM鄄7—PM鄄10)树轮 啄13C平均值方位序列及 2 株柳杉树轮 啄13C方位平均值
年序列进行了谐波分析。 分析结果及相关性检验表明,树轮 啄13C值的方位变化有很强的谐波特征。 第 1 次谐波与第 2 次谐波
分量的方差贡献率占原序列总方差的百分比,除 PM鄄8与 PM鄄10 低于 70%外,其余均在 70%以上,其中,CF鄄 1与 PM鄄 9分别达
到了 93%和 96. 5% 。 第 1 次与第 2 次(或第 3 次)谐波的拟合序列与原序列的相关性极高,相关系数均在 0. 8 以上,都通过了
0. 05 的显著性检验,而且,两次谐波的拟合度均比较高,均在 75%以上,拟合效果较好。 分析结果表明,用 2仔 与 仔(PM鄄 1 与
PM鄄7为 2仔 / 3)两个主要谐波周期就可以较好地拟合各树轮 啄13C序列的方位变化。 初相位值的计算结果显示,第 1、2 次谐波的
初相位值存在明显差异,这表明:不同树体 2 次谐波振幅的峰值出现的方位区域不同,即以 2仔及以 仔(PM鄄1与 PM鄄 7为 2仔 / 3)
为周期的树轮 啄13C方位变化的极大值并不出现在固定方位区。 所以,两次谐波叠加的结果使树轮 啄13C极值出现的方位区域更
复杂。 对天目山 2 株柳杉树轮 啄13C各方位均值年序列的分析结果表明,2 树轮 啄13C极值均存在明显的年际漂移,其极大值出现
频率较高的方位随树木生长坡向而发生转移。 两树轮相比,多数年份其 啄13C的主极大值出现的方位区基本发生 45毅的方位转
移。 而主、次极大值叠加的结果却使 啄13C极值出现的方位基本发生 90毅的转移,这种极值转移的方向及转移度数与 2 株树所在
坡向的变化和坡向变化度数正好相一致。
关键词:谐波分析; 树轮; 啄13C; 方位变化规律
Analyzing the azimuth distribution of tree ring 啄13C in subtropical regions of
eastern China using the harmonic analysis
ZHAO Xingyun1,2,*, LI Baohui3,WANG Jian4, SHANG Zhiyuan4, QIAN Junlong5
1 Shandong Provincial Key Laboratory of Water and Soil Conservation & Environmental Protection, Linyi University, Linyi, Shandong 276000, China
2 College of Resources and Environment, Linyi University, Linyi, Shandong 276000,China
3 School of Chemistry & Chemical Engineering. Linyi University, Linyi, Shandong 276000, China
4 College of Geographical Science, Nanjing Normal University, Nanjing, Jiangsu 210046, China
5 Lake Sediment and Environmental Opening Laboratory of Nanjing Geography and Limnology Institute, Chinese Academy of Sciences, Nanjing,Jiangsu
210008, China
Abstract:The azimuth average sequence of 啄13C in tree rings of two Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr disks
(named CF鄄1, CF鄄 3, respectively) and eight Pinus massoniana Lamb disks ( named PM鄄 1—PM鄄 4, PM鄄 7—PM鄄 10,
respectively), as well as the average orientation annual series of 啄13C in tree rings of Cryptomeria fortunei, were investigated
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using harmonic analysis. Data related to Cryptomeria fortunei and Pinus massoniana were collected from Tianmu Mountain,
Zhejiang Province and Purple Mountain of Nanjing, Jiangsu Province, respectively. The analysis showed the azimuth
variations of 啄13C in tree鄄rings had very strong harmonic characteristics. The variance contribution of the first and second
harmonic components as a percentage of the total variance of the original sequence were mostly above 70% , including CF鄄1
and PM鄄 9 which reached 93% and 96. 5% , respectively, the two exceptions were PM鄄 8 and PM鄄 10. The correlation
coefficients were greater than 0. 8 (P < 0. 05) between the first and the second (or the third) harmonic fitting sequence,
and the original sequence. The two harmonic fitting sequences were relatively high, both above 75% , and exhibited a good
fit to the data. The azimuth variations of 啄13C in tree rings could be well explained by two harmonic cycles of 2 仔 and 仔
(PM鄄1 and PM鄄7 were 2 仔 / 3) . The initial phase values of the first and the second harmonics had clear differences. This
indicates that the doubling of the harmonic amplitude peak in different trees was present in different azimuth regions:the
maximum of the azimuth variations of 啄13C in tree rings with 2仔 and 仔 harmonic cycles were in different regions. When the
results of the two harmonic cycles were superimposed, the orientation of the maximum 啄13C in tree rings became complex.
Harmonic analysis of the average annual sequences of 啄13C in different azimuths of C. fortunei showed that the extremes have
obvious inter- annual drift. The azimuths of the 啄13C maximum changed with slope of tree growth. In most years, the
azimuth of the 啄13C maximum transferred 45毅, but when the main and secondary maximums were superimposed, it became
90毅. The change in the direction and magnitude of the 啄13C maximums are consistent with the slope changes in the growth of
the two trees.
Key Words:harmonic analysis; tree鄄ring; 啄13C; law of azimuth variation
一些自然现象在时空上的变化规律会形成一种波形,产生一系列的“波参数冶,如波幅、相位、周期等。 波
谱分析主要就是阐明波参数之间的函数关系,如波幅与周期、相位与频率的变化关系等[1]。 波谱分析已在土
壤、气象、水文、植被等领域广泛应用[2鄄4],并在各种动态分析中取得很好结果[1]。
树木在光合作用过程中发生碳同位素的分馏,碳同位素分馏受植物遗传因素与各种环境因素的综合影
响[5鄄16]。 气候要素的周期性波动,影响植物的光合作用及树木生长[17鄄23],进而导致树木稳定碳同位素组成的
周期性变化;气候要素的年内变化及其在不同年份相同时段内的随机变化,会使树木年轮的稳定碳同位素组
成产生分布特征[24鄄26];气候长期趋势及人文因素的影响,使地表环境与植物生境发生演变,会影响树木的稳
定碳同位素组成而表现出一定的趋势性变化[27鄄28]。 可以认为树木生长过程中,树轮稳定碳同位素组成的变
化是一种波动规律的表现形式,是周期性波动与随机波动的迭加。 因此,可以用波谱分析法对树轮稳定碳同
位素组成的时空变化进行系统分析,以便从更深层次上探讨树轮稳定碳同位素组成的方位变化特点与规律。
国内外已有部分研究表明,树轮稳定碳同位素组成存在方位变化[29鄄34],但这种方位变化是否存在共同变
化规律? 目前,尚少见有报道。 本文拟采用谐波分析方法,对浙江天目山柳杉及南京紫金山马尾松树轮 啄13C
的方位序列(每个方位值是多年平均值)进行谐波分析,通过树轮 啄13C 方位分布的 2仔 及 仔 周期的初相位及
振幅的分析,探讨树轮稳定碳同位素组成的方位变化特点及规律以及这种变化与采样坡向的关系;对 2 株柳
杉树轮 啄13C的年序列(每一年的值是多个方位的平均值)进行谐波分析,通过 啄13C 序列初相位值的年际变化
特点,探讨树轮 啄13C 方位极值随时间的迁移规律及其与采样坡向的关系。 上述两个方面的研究分别从空间
与时间两个维度探讨树轮稳定碳同位素组成的方位变化及年变化规律与采样环境及坡向之间的关系,研究结
果可为今后树轮稳定碳同位素研究采样点的选择及树轮采样方位数的确定提供参考。
1摇 材料与方法
本研究所用材料为取自天目山林区内东坡和南坡的柳杉(Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr,
简称 CF)树盘样(台风刮倒)分别编号为 CF鄄 1 和 CF鄄 3;南京紫金山马尾松(Pinus massoniana Lamb. ,简称
PM)树盘样 8 株(均为染松线虫病后被伐木),分别编号为 PM鄄1—PM鄄4,PM鄄7—PM鄄10,树盘离地高度均约为
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50 cm。 另外采集 20 株柳杉的生长锥样 40 芯,用于定年与建立标准宽度年表。 样品的采集过程与定年均按
国际树轮数据库(International Tree鄄Ring Data Bank)标准完成。 2 个采样区均为亚热带温湿型季风气候区,区
域生态环境优越,植被生长好,土壤以黄壤、棕黄壤为主。 采样区内人类活动较少,树木生长受人为因素干扰
小,树木生长所记录的环境信息能反映生长区内的自然环境条件的变化[35]。 几种树轮样品基本信息如表 1。
表 1摇 采集样品基本信息一览表
Table 1摇 The basic information of the selected sections
采样点
Sampling
sites
树种
Species
样品编号
Sample No.
采样点
(区)位置
Sampling site
position
海拔高度 / m
Elevation
坡向 /坡度 / ( 毅)
Direction / Slope
树龄 Tree age / a,
采样时间 Sampling time
样品雕取年数
Sampling extracted years
雕取方位数
Extracted
azimuths
天目山狮子
口附近 柳杉 CF鄄1
30毅21忆N
119毅25忆E 1025 东坡 / 40
176(1822—1997), 1997鄄10
50(1947—1996) 8
天目山
老殿附近 柳杉 CF鄄3
30毅20忆N
119毅26忆E 1093 南坡 / 20
151(1833—1983), 1991鄄03
24(1955—1978)
7(缺 SE
方位)
南京
紫金山 马尾松
PM鄄1—
PM鄄4
PM鄄7—
PM鄄10
32毅01—
32毅06忆N
118毅25忆—
118毅53忆E
400
东南坡鄄
西南坡 /
10毅—25毅
PM鄄1:69(1934—2002), 2003鄄05
PM鄄2:64(1941—2002), 2003鄄05
PM鄄3:69(1934—2002), 2003鄄05
PM鄄4:48(1955—2002), 2003鄄05
PM鄄7:68(1935—2002), 2003鄄05
PM鄄8:80(1923—2002), 2003鄄05
PM鄄9:63(1940—2002), 2003鄄05
PM鄄10:80(1923—2002), 2005鄄05
8 棵树均雕刻 3a(2000—2002)
8
摇 摇 CF:Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr; PM:Pinus massoniana
树轮 琢鄄纤维素提取及其 啄13C测定流程[6, 29,36鄄37]:
(1)样品雕刻摇 先将树盘刨光,然后以 45毅角为间隔将树盘等分为 8 个方位区,每个区的中心方位,分别
为北(N)、北东(NE)、东(E)、南东(SE)、南(S)、南西(SW)、西(W)、北西(NW);在每个方位区内,以中心方
位为对称轴,在每一年轮上大约 5毅的范围内均匀雕刻木质样品 2 g 左右(各树盘的样品雕刻年数及雕刻方位
数见表 1。
(2)琢鄄纤维素提取摇 将雕刻的每个样品,在 70—80 益下干燥 3d,磨至 30—60 目,样品包装后,经过抽提、
氯化、漂白、碱洗 4 步骤,提取 琢鄄纤维素。
(3)CO2 气体制备及 啄13C的测定摇 将提取的 琢鄄纤维素与 CuO、Pt 丝在真空下密封于小石英管中,高温燃
烧使其产生供质谱仪分析用的 CO2 气体,并将收集的 CO2 气体在 MAT鄄252 型质谱仪上测定13C / 12C比值。 测
定结果以 啄13CPDB 表示,简写为 啄13C:
啄13C = [(啄13C sample / 啄13Cstandard) - 1] 伊 1000 (1)
单位为(译),分析误差臆0. 1译。
2摇 谐波分析的基本原理与方法
2. 1摇 建立谐波分析模型
谐波分析是根据傅立叶级数理论,将任一周期函数用不同振幅与位相的正弦波迭加而成[1鄄4]。 根据谐波
分析理论,对树轮 啄13C值 8 个方位构成的 啄13C( t) 序列( t代表方位序号, t =0,1,2,3,4,5,6,7),用下列谐波
迭加作周期估计:
啄^13C( t) =
a0
2
+ 移
n
k = 1
Ak·sin(棕k t + 渍k) (2)
或: 啄^13C( t) =
a0
2
+ 移
n
k = 1
(ak·cos棕k t + bk·sin棕k t) (3)
由于要分析的树轮 啄13C的方位数据为离散型随机序列,因此,要用随机序列的谐波分析原理进行分析。
9466摇 21 期 摇 摇 摇 赵兴云摇 等:中国东部亚热带地区树轮 啄13C方位变化的谐波分析 摇
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由矩形积分公式知:
a0 =
2
N移
N-1
t = 0
啄13C( t) (4)
ak =
2
N 乙
N
0
啄13C( t)·cos(2仔k
T
t)dt = 2
N移
N-1
t = 0
啄13C( t)cos 2仔k
T
t (5)
bk =
2
N 乙
N
0
啄13C( t)·sin(2仔k
T
t)dt = 2
N移
N-1
t = 0
啄13C( t)sin 2仔k
T
t (6)
式中,Ak 为各谐波振幅;棕k 为各谐波频率,棕k = 2仔k / T,T为基本周期,k 为各谐波分量的波数,k = 1,2,3,…,
n,一般为:1
Ak = a2k + b2k (7)
渍k = arctg(ak + bk) (8)
式中,a0 为序列平均值,是各谐波振动的轴线。 Ak 大小表示序列曲线的变化幅度,其最大值为 Ak+ a0,最小值
为 a0-Ak,渍k 大小表示曲线在横坐标上的位移,决定周期波动出现的早晚。
图 1摇 树轮 8 个方位的 t值及相应方位的方位度数
Fig. 1摇 The t鄄value of eight orientation and the azimuth values
根据上述原理,可对柳杉及马尾松共 10 株树轮
啄13C的累年方位平均值序列进行谐波分析。 分析时, t
所代表的方位序列号,均以北(N)方位为起点,即北方
位对应的 t=0,然后按顺时针方向确定其它各方位的 t
值;同时以北方位为方位 ( A) 度量的起点,即北方
位 A=0毅,然后按顺时针方向确定其它各方位的方位度
数,如图 1。 由于每株树轮最多只有 8 个方位,所以,每
株树都主要分析 2 个谐波分量,即 k =1,2。
另外,CF鄄3只有 7 个方位的 啄13C资料,对其方位变
化的谐波振幅和初位相的计算采用多元回归方法进行
计算,其谐波表达式为:
啄^13C( t) = a0 + Aksin((2仔k / T) + 渍k) (9)
当 k =1,2 时,(9)可展开为:
啄^13C( t) = a0 + Aksin((2仔kt / 8) + 渍k))
= a0 + A1sin(仔t / 4)cos渍1 + A1cos(仔t / 4)sin渍1 + A2sin(仔t / 2)cos渍2 + A2cos(仔t / 2)sin渍2 (10)
令 A1sin 渍1 = a1,A1 con 渍1 = b1,A2 sin 渍2 = a2,A2 con 渍2 = b2;
sin(仔t / 4) = X1, cos(仔t / 4) = X2, sin(仔t / 2) = X3, cos(仔t / 2) = X4
则可建立一个四元线性回归模型:
啄^13C( t) = a0 + b1X1 + a1X2 + b2X3 + a2X4 (11)
利用这一回归模型,建立 CF鄄3 树轮 7 个方位 啄13C序列与相应方位 t值(各方位的 t值与 8 个方位观测资
料的 t值确定法相同)之间的回归方程,用矩阵法求解系数 a1,b1,a2,b2,然后计算 A1,A2,渍1,渍2。
计算式为: A21 = b21+a21,A22 = b22+a22,渍1 = arctg(a1 / b1),渍2 = arctg(a2 / b2) (12)
2. 2摇 谐波分析的方差检验
第 k个谐波的方差计算式为:
S2k = (a2k + b2k) / 2 = A2k / 2 (13)
那么,谐波分析的回归方差可表示为各谐波方差贡献之和,即:
0566 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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S2y =
1
N移
N-1
t = 0
( 啄^13C( t) - 軃啄13C( t)) 2 (14)
原序列的总方差为:
S2 = 1
N移
N-1
t = 0
(啄13C( t) - 軃啄13C( t)) 2 (15)
第 k个谐波的方差对于总方差的相对贡献,即 S2k / S2 是衡量第 k个谐波重要性的度量。
显著性检验的统计量 F为:
F = ((1 / 2)(a2k + b2k) / 2) / [(S2 - (a2k + b2k) / 2) / (N - 2 - 1)] (16)
它服从分子自由度为 2,分母自由度为 N-2-1 的 F 分布。 通过显著性检验的谐波所对应的周期可定为
原序列的主周期,利用通过检验的谐波数迭加就可得到原序列的拟合序列。 计算拟合度,拟合度越高,说明模
拟效果越好。
R =移
k
k = 1
S2k / S2y (17)
2. 3摇 树轮 啄13C方位序列的谐波计算
根据上述方法,对天目山及南京中山陵的树轮 啄13C 平均值方位序列分别作谐波计算。 计算所得各谐波
参数、方差贡献及相关系数,如表 2。
3摇 结果分析
3. 1摇 树轮 啄13C平均值方位序列分析
3. 1. 1摇 各树轮 啄13C平均值方位序列的谐波差异及周期变化
对各树轮 啄13C平均值方位序列的分析表明,各树轮 啄13C 的方位变化存在明显的谐波差异。 (1)从各个
谐波方差对 啄13C原方位序列总方差的相对贡献看,除了 PM鄄2与 PM鄄7,各树轮 啄13C均以第 1 次谐波的方差贡
献较大,第 2 次谐波的方差贡献较小(表 2 中 S21 / S2 与 S22 / S2 行);而 PM鄄2第 2 次谐波分量和 PM鄄7第 3 次谐
波分量均大于第 1 次谐波分量,表明它们的谐波主周期不同;(2)从两次谐波分量的方差贡献率占原序列总
方差的百分比看,除 PM鄄8与 PM鄄 10 低于 70%外,其余树轮均在 70%以上,其中,CF鄄 1与 PM鄄 9分别达到了
93%和 96. 5% ,PM鄄4为 88郾 1% ,PM鄄7为 80. 3% 。 (3)谐波分析的相关性检验表明,PM鄄 2与 PM鄄7第 1 次谐
波分量与原序列的相关性未通过 0. 1 的显著性检验,但 PM鄄2第 2 次谐波分量与 PM鄄7第 3 次谐波分量都通
过 0. 05 的检验,PM鄄1和 PM鄄4的第 1 次谐波分量都通过 0. 1 的显著性检验,CF鄄1, CF鄄 3、PM鄄 3、PM鄄 8、PM鄄 9
和 PM鄄10 均通过 0. 05 的显著性检验,其中 PM鄄9还通过了 0. 001 的显著性检验。 (4)第 1 次与第 2 次(或第
3 次)谐波的合成结果与原序列的相关性极高,相关系数均在 0. 8 以上(表 2 中 r12 行),都通过 0. 05 的显著性
检验,其中,CF鄄1、CF鄄3、PM鄄2、PM鄄4、PM鄄9和 PM鄄10 还达到了 0. 001 的显著水平。
各树轮 啄13C平均值方位序列均由 8 个方位(CF鄄3为 7 个方位)组成,从各谐波方差分量对原序列总方差
的相对贡献及各谐波分量与原序列的相关性看,除了 PM鄄 2与 PM鄄 7外,各树轮 啄13C 平均值方位序列的第 1
次谐波方差的贡献率和相关性都较大,表明各树轮 啄13C 平均值方位序列均存在 2仔(即 360毅,对应 8 个方位)
为主周期的方位变化。 第 2 次谐波方差与原序列总方差及相关性也较大,表明各树轮 啄13C 平均值方位序列
也存在以 仔(即 180毅,对应 4 个方位)为次周期的方位变化。 此外,PM鄄 2的第 2 次谐波方差对原序列总方差
的相对贡献大于第 1 次谐波,所以,PM鄄 2树轮 啄13C 平均值方位序列变化的主周期是 仔,次周期是 2仔,同样,
PM鄄7,第 3 次谐波方差对原序列总方差的相对贡献大于第 1 次谐波,所以,PM鄄7树轮 啄13C平均值方位序列变
化的主周期是 2仔 / 3(即 120毅,对应 3 个方位),次周期是 2仔,还有 PM鄄1,第 3 次谐波方差对原序列总方差的相
对贡献大于第 2 次谐波,所以,PM鄄1树轮 啄13C平均值方位序列的变化主周期是 2仔,次周期是 2仔 / 3。
由于各树轮 啄13C平均值方位序列第 1 次与第 2 次(或第 3 次)谐波的方差贡献率占原序列总方差的百分
比均较高,且两次谐波的合成序列与原序列的相关性极高,因此,用 2仔(PM鄄2为 仔,PM鄄7为 2仔 / 3)与 仔(PM鄄
2与 PM鄄7为 2仔,PM鄄1为 2仔 / 3)两个谐波周期就可以较好地拟合各树轮 啄13C的方位变化。
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由此可知,在树轮 啄13C的研究中,对同一株树可等角距采 8 个芯、4 个芯或 3 个芯都能比较好地反映树轮
啄13C的方位变化,但从经济实惠和对树木保护的角度考虑,每株树等角距采 4 个芯或 3 个芯最好。
表 2摇 树轮 啄13C方位变化的谐波参数、方差贡献及相关系数表
Table 2摇 Harmonic parameters, variance contribution and correlation of the 啄13C azimuth variation in tree鄄rings
参数
Parameter
树轮 Tree鄄ring
CF鄄1 CF鄄3 PM鄄1 PM鄄2 PM鄄3 PM鄄4 PM鄄7 PM鄄8 PM鄄9 PM鄄10
k a0 -23. 5 -22. 7 -22. 8 -21. 9 -22. 1 -22. 2 -21. 5 -24. 1 -24. 0 -25. 5
k=1 a1 0. 424 0. 225 -0. 03 -0. 18 0. 136 -0. 05 -0. 07 -0. 18 0. 44 0. 045
b1 0. 370 0. 103 -0. 27 -0. 10 -0. 30 -0. 18 -0. 12 0. 106 -0. 13 0. 182
A1 0. 563 0. 225 0. 268 0. 204 0. 329 0. 189 0. 138 0. 212 0. 458 0. 188
渍1 48. 89 2. 45 186. 3 240. 4 155. 6 194. 9 209. 2 329. 9 106. 1 13. 97
S21 0. 159 0. 025 0. 036 0. 021 0. 054 0. 018 0. 009 0. 023 0. 105 0. 018
S2 0. 204 0. 044 0. 083 0. 089 0. 083 0. 042 0. 041 0. 046 0. 111 0. 037
S21 / S2 0. 775 0. 583 0. 433 0. 233 0. 651 0. 429 0. 232 0. 496 0. 944 0. 478
r1 0. 923 0. 908 0. 686 0. 551 0. 818 0. 688 0. 524 0. 724 0. 983 0. 754
k=2 a2 0. 145 0. 009 0. 081 -0. 09 -0. 03 -0. 03 0. 160 -0. 09 0. 051 0. 070
b2 -0. 20 0. 023 -0. 21 -0. 28 0. 117 -0. 19 -0. 15 -0. 03 -0. 05 0. 089
A2 0. 251 0. 106 0. 223 0. 294 0. 121 0. 193 0. 217 0. 092 0. 068 0. 113
渍2 144. 6 12. 59 158. 5 199. 4 345. 4 187. 9 132. 5 248. 2 131. 7 37. 96
S22 0. 031 0. 006 0. 025 0. 043 0. 007 0. 019 0. 023 0. 004 0. 002 0. 006
S2 0. 204 0. 044 0. 083 0. 089 0. 083 0. 042 0. 041 0. 046 0. 111 0. 037
S22 / S2 0. 154 0. 128 0. 300 0. 485 0. 088 0. 452 0. 571 0. 093 0. 021 0. 174
r2 0. 376 0. 548 0. 509 0. 717 0. 373 0. 655 0. 715 0. 364 0. 094 0. 46
总和 Total S2y 0. 217 0. 041 0. 050 0. 073 0. 070 0. 042 0. 038 0. 031 0. 122 0. 028
r12 0. 996 0. 97 0. 853 0. 903 0. 897 0. 949 0. 884 0. 810 0. 986 0. 883
R 0. 875 0. 758 0. 874 0. 874 0. 874 0. 865 0. 873 0. 878 0. 876 0. 875
(S21 +S21) / S2 / % 93 71 73. 3 71. 8 73. 8 88. 1 80. 3 58. 7 96. 5 65. 1
3. 1. 2摇 各树轮 啄13C平均值方位序列的拟合模型建立
通过对各树轮 啄13C平均值方位序列第 1 次、第 2 次(或第 3 次)谐波及两波合成与原序列的相关性分析,
结果表明,除 PM鄄2与 PM鄄7的第 1 次谐波外,其余的相关性皆较高。 所以,利用通过相关性检验的第 1
次与第 2 次(或第 3 次)谐波所对应的周期定为各树轮 啄13C 平均值方位序列变化的主周期,利用通过检验的
谐波数迭加可得到原序列的拟合序列。 各树轮 啄13C平均值方位序列的拟合模型分别为:
CF鄄1摇 啄^13C( t) = - 23. 5 + 0. 563sin( 仔
4
t + 48. 89 毅 ) + 0. 251sin( 仔
2
t + 144. 6 毅 ) (18)
CF鄄3摇 啄^13C( t) = - 22. 7 + 0. 225sin( 仔
4
t + 2. 45 毅 ) + 0. 106sin( 仔
2
t + 12. 59 毅 ) (19)
PM鄄1摇 啄^13C( t) = - 22. 8 + 0. 268sin( 仔
4
t + 186. 3 毅 ) + 0. 223sin(3仔
4
t + 158. 5 毅 ) (20)
PM鄄2摇 啄^13C( t) = - 21. 9 + 0. 294sin( 仔
2
t + 199. 4 毅 ) + 0. 204sin( 仔
4
t + 240. 4 毅 ) (21)
PM鄄3摇 啄^13C( t) = - 22. 1 + 0. 329sin( 仔
4
t + 155. 6 毅 ) + 0. 121sin( 仔
2
t + 345. 4 毅 ) (22)
PM鄄4摇 啄^13C( t) = - 22. 2 + 0. 189sin( 仔
4
t + 194. 9 毅 ) + 0. 193sin( 仔
2
t + 187. 9 毅 ) (23)
PM鄄7摇 啄^13C( t) = - 21. 5 + 0. 217sin(3仔
4
t + 132. 5毅) + 0. 138sin( 仔
4
t + 209. 2 毅 ) (24)
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PM鄄8摇 啄^13C( t) = - 24. 1 + 0. 212sin( 仔
4
t + 329. 9 毅 ) + 0. 092sin( 仔
2
t + 248. 2 毅 ) (25)
PM鄄9摇 啄^13C( t) = - 24. 0 + 0. 458sin( 仔
4
t + 106. 1 毅 ) + 0. 068sin( 仔
2
t + 131. 7 毅 ) (26)
PM鄄10摇 啄^13C( t) = - 25. 5 + 0. 188sin( 仔
4
t + 13. 97 毅 ) + 0. 113sin( 仔
2
t + 37. 96 毅 ) (27)
拟合度是对谐波拟合效果进行检验的一个指标,根据式(17)计算拟合度,计算结果见表 2 中的 R 行。 计
算结果显示,除 CF鄄3的拟合度为 0. 758 外,其余的均在 0. 85 以上,表明,两次谐波的拟合度均比较高,拟合的
效果较好。
各树轮 啄13C实测方位序列与两次谐波的拟合序列图(a)及谐波曲线图(b)分别如图 2—图 11 所示。
图 2摇 天目山柳杉树轮 CF鄄1各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 2摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in CF鄄1 at Tianmu Mountain (a) and the harmonic curves (b)
图 3摇 天目山柳杉树轮 CF鄄3各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 3摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in CF鄄3 at Tianmu Mountain (a) and the harmonic curves (b)
图 4摇 紫金山马尾松树轮 PM鄄1各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 4摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in PM鄄1 at Purple Mountain (a) and the harmonic curves (b)
3. 1. 3摇 谐波参数及其所反映的树轮 啄13C方位变化特点
零波摇 零波(即 a0)值的大小反映不同树木个体 啄13C方位分布的平均状况。 由表 2 中的 a0 值知,PM鄄 10
的 啄13C方位平均值最低,其次为 PM鄄8与 PM鄄 9;PM鄄 7 的 啄13C 值的方位平均值最高,其次为 PM鄄 2、PM鄄 3 和
PM鄄4。 a0 值的大小反映了不同树种或同一树种的不同个体,其树轮 啄13C值总体水平存在差异。
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图 5摇 紫金山马尾松树轮 PM鄄2各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 5摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in PM鄄2 Purple Mountain (a) and the harmonic curves (b)
图 6摇 紫金山马尾松树轮 PM鄄3各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 6摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in PM鄄3 at Purple Mountain (a) and the harmonic curves (b)
图 7摇 紫金山马尾松树轮 PM鄄4各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 7摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in PM鄄4 at Purple Mountain (a) and the harmonic curves (b)
图 8摇 紫金山马尾松树轮 PM鄄7各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 8摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in PM鄄7 at Purple Mountain (a) and the harmonic curves (b)
波幅摇 波幅(即 A1、A2)的大小反映 啄13C值方位变化的幅度。 由各树轮 啄13C 平均值方位序列的谐波曲线
图(图 2(b)—图 11(b))知:CF鄄1与 PM鄄9的第 1 次谐波的波幅最大,其次是 PM鄄 3,说明这几株树轮 啄13C 值
的方位变化较显著。 第 1 次谐波幅值最小的是 PM鄄7,说明其树轮 啄13C值的方位变化幅度较小。 其余几株树
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图 9摇 紫金山马尾松树轮 PM鄄8各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 9摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in PM鄄8 at Purple Mountain (a) and the harmonic curves (b)
图 10摇 紫金山马尾松树轮 PM鄄9各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 10摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in PM鄄9 at Purple Mountain (a) and the harmonic curves (b)
图 11摇 紫金山马尾松树轮 PM鄄10 各方位 啄13C实测值序列与拟合值序列(a)及谐波曲线(b)
Fig. 11摇 The measured and fitted sequence of 啄13C in PM鄄10 at Purple Mountain (a) and the harmonic curves (b)
的第 1 次谐波幅相近,表明它们的树轮 啄13C值的方位变化幅度相似。 第 2 次谐波的波幅除 PM鄄2与 PM鄄4外,
均小于第 1 次谐波幅。 PM鄄1与 PM鄄7较特殊,其第 3 次谐波幅大于它的第 2 次谐波幅,且 PM鄄 7的第 3 次谐
波幅还大于它的第 1 次谐波幅。 说明这 2 棵树轮 啄13C值方位变化的主周期不同于其它几棵树轮 啄13C 值方位
变化的主周期。
初相位摇 初相位值(即 渍1、渍2)的大小反映各谐波波幅峰值出现的早晚。 由各树轮 啄13C 方位变化的谐波
曲线图知:第 1、2 次谐波的初相位值存在明显差异,表明不同树体 2 次谐波振幅的峰值出现的方位区域不同。
统计结果显示:除 270毅-315毅的方位区外,第 1 次谐波初相位值在各方位区均有出现,只是某些方位出现的机
率较高些。 例如,第 1 次谐波的初相位值出现在 E鄄N方位区(即第一象限角)的有 CF鄄1、CF鄄3和 PM鄄10;出现
于 S鄄W方位区(即第三象限角)的有 PM鄄 1、PM鄄 2、PM鄄 4 和 PM鄄 7;出现于 S鄄E 方位区(即第四象限角)的有
PM鄄8;出现于 W鄄N方位区(即第二象限角)的有 PM鄄3和 PM鄄9。 表明,以 2仔 为周期的树轮 啄13C 方位变化的
极大值并不固定地出现于某些方位区域,而是在多数方位区都有出现。 第 2 次谐波的初位相值,除 270毅—
315毅(即 W鄄WN方位区)和 45毅—90毅(即 EN鄄N方位区)两个方位区外,其余 6 个方位区均有出现。 说明,以 仔
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(PM鄄1与 PM鄄7为 2仔 / 3)为周期的树轮 啄13C 方位变化的极大值也不固定地出现某些方位区。 那么,由于第
1、2 次谐波峰值出现的方位区不同,所以,两次谐波叠加的结果会使树轮 啄13C极值出现的方位区更加复杂。
3. 2摇 树轮 啄13C极值的年际漂移
为了探讨同一树种不同年份各方位 啄13C 均值序列极值的年际迁移规律,特对天目山柳杉树轮 CF鄄 1
(50a)与 CF鄄3(24a)的 啄13C各方位平均值年序列作谐波分析,谐波分析的原理同 2. 1 所述,不同的是各树轮
不同年份各方位 啄13C值的 啄13C( t)年序列中的 t代表的年份数不同,其中,对 CF鄄1: t =0,1,2,…,49;对 CF鄄3:
t =0,1,2,…,23。
图 12 是柳杉树轮 CF鄄1、CF鄄 3 每年各方位 啄13C 均值构成的年序列第 1、2 次谐波初相位值的年际变化
曲线。
图 12摇 天目山柳杉 CF鄄1和 CF鄄3各方位 啄13C初相位角年际变化曲线图
Fig. 12摇 The Initial phase inter鄄annual variability curves of 啄13C in Cryptomeria fortunei tree rings CF鄄1 and CF鄄3
由图知,CF鄄1树轮 啄13C主极大值的初相位角 渍1,在 1949—1994 年,变化于 30毅—90毅之间,即主要由 E 偏
N方位逐渐向 N方位漂移,且多数年份出现于 45毅—90毅之间,即 NE鄄N方位区。 次极大值的初相位角 渍2 变化
于 90毅—180毅之间,即 N鄄W 方位区,且多数年份出现于 145毅—180毅之间,即 NW鄄W 方位区(如 1954—1985
年)。 从 1949—1961 年,次极大值由 N方位逐渐漂移到 W 方位,从 1962—1977 年,次极大值基本稳定于 W
略偏 N方位,从 1978—1988 年,又逐渐由 W方位漂回 N方位,1988 年后,又逐渐偏离 N方位向 W方位变化。
这表明:CF鄄1树轮 啄13C主极大值与次极大值均存在年际漂移。 主、次极大值叠加使 CF鄄1的 啄13C 极值出现于
NW鄄NE方位区的机率较高。 CF鄄3树轮各方位 啄13C极大值初相位角也存在明显的年际变化,主极值的初相位
角 渍1 主要变化于-30毅—45毅之间,即 SE鄄NE方位区,且多数年份出现于 0毅—45毅之间,即 E鄄NE 方位之间。 次
极大值的初相位角 渍2 变化于 0毅—90毅之间,即 E鄄N方位区。 表明了 CF鄄3树轮各方位 啄13C的极值也存在较明
显的年际漂移。 从 1957—1975 年,CF鄄3树轮 啄13C的主大极值由 NE方位逐渐漂移到 SE方位,而次极大值逐
渐由 NE方位漂移到 E方位。 主、次极大值叠加,使 CF鄄3的 啄13C极值出现于 NE鄄SE方位区的年份较多。
天目山 2 株柳杉树轮相比,多数年份其 啄13C的主极大值出现的方位区不同,基本上发生了 45毅的方位转
移,即由 N鄄NE方位区(CF鄄1)转移到 NE鄄E方位区(CF鄄3)。 主、次极大值叠加的结果使 啄13C 极值出现的方位
基本发生了 90毅的转移,即从 NW鄄NE方位区(CF鄄1)转移到 NE鄄ES 方位区(CF鄄 3)(顺时针方向转移)。 这种
极值转移的方向及转移度数与 CF鄄1(东坡)和 CF鄄3(南坡)所在坡向的转移方向与转移度数正好相一致。 由
于所研究的样品仅来自东坡与南坡两个坡向的同一树种,那么在西坡与北坡或更多的其它坡向的相同树种,
树轮 啄13C极值的年际漂移是否也有这种对应变化,有待深入研究。
3. 3摇 讨论
已有研究表明,树轮 啄13C值存在方位变化,也有学者对不同方位的树叶 啄13C的变化作过研究,结果表明,
不同方位树叶 啄13C值不同。 由于树轮内的 啄13C 来源于叶片,所以,影响树冠叶片 啄13C 方位变化的因素也是
影响树轮 啄13C方位变化的因素。 光照、温度、湿度、土壤盐度、大气 CO2 浓度、风等环境因素都会影响树冠叶
片 啄13C发生方位变化[38鄄39],因而也是影响树轮 啄13C方位变化的主要因素。 相同的影响因素因不同植物存在
6566 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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生理差异,而其碳同位素组成相差较大,同种植物的不同个体,碳同位素组成也因环境因素的差异而使其 啄13C
相差达 3译—5译[38]。 本文所分析的 10 棵树 2 个树种的树轮 啄13C累年平均值方位序列存在以第 1 谐波周期
(2仔)变化的就有 8 棵树,而且 PM鄄2与 PM鄄7的第 2 谐波周期为 2仔,这就是说 10 棵树实际上都有以 2仔为周
期的变化,这种 360毅的周期变化应该是与光照的周期变化有关。 对同一地区而言,大气 CO2 浓度在短时间内
变化不大,可以不考虑大气 CO2 浓度变化对树轮 啄13C方位变化的影响,而对树轮 啄13C产生影响的是大气 CO2
的 啄13Ca 趋势变化对树轮 啄13C总体趋势的影响,这种趋势变化对同一个地区树轮 啄13C 的影响是共同的。 所
以,对同一个地区的不同树木个体来说,影响其树轮 啄13C产生 360毅周期变化的主导因素应该是一个地区长期
而稳定的光照条件。
由计算知,天目山地区昼长变化于 10h(冬至)—14h(夏至)之间,水平面上的日出方位角变化于-62. 6毅
(冬至)—116. 8毅(夏至)之间,日出时角变化于-75. 4毅(冬至)—-104. 7毅(夏至)之间,日出时刻变化于 7:00
(冬至)—5:00(夏至)之间。 该区水平面上的日落方位、时角及时刻与日出时的方位、时角及时刻相对称。 所
以,太阳周期性运动及其太阳辐射的周期性变化以及与太阳辐射变化密切相关的温度的周期变化是导致不同
树木个体树轮 啄13C方位序列普遍存在 360毅周期变化的主导因素。 在山区,每个树木个体又有其独特的立地
小环境,如坡向、坡度、空气湿度及土壤水分养分等环境条件存在差异,还有在山体遮挡下,不同坡向受光时刻
的早晚及时段不同,同一坡向上受光时刻的早晚及时长还与坡度及坡位(如坡麓与坡顶的差异)有关,不同的
立地小环境,其各种环境因素皆因光照条件的周期性变化而发生相应的变化,这些变化可能是造成树轮 啄13C
方位变化又存在以 180毅或 120毅为次周期变化的原因,其变化机制有待于进一步探讨。 这些环境因素的差异
也是造成不同立地小环境中的树木,其树轮 啄13C总体水平、方位差异及其极值迁移的重要原因。 由谐波计算
知,不同树木个体,其树轮 啄13C总体平均值不同、方位变化幅度及其极值出现的方位区也不同。 这些差异均
与树木立地小环境条件的差异有关。
就 CF鄄1与 CF鄄3比较而言,两者为同一地区同一树种,但因两者所处坡向及坡度不同,其树轮 啄13C 存在
总体差异及方位差异。 对 CF鄄1,地处山体东坡,坡度达 44毅,坡面接受光照的初始时刻冬半年与水平面日出时
刻相同;夏半年应略晚于水平面日出时刻,但因该区纬度较低,从春分—夏至—秋分,太阳倾斜升起的方位角
偏离正东向北仅 10毅—26毅,太阳周日运行时,相对于水平面的高度较大,所以,计算结果是夏半年该区东坡的
初始受光时刻也与水平面日出时刻相同。 计算知,该区东坡坡面初始受光时刻变化于为 5:00(夏至)—7:00
(冬至),结束受光时间冬至为 14:08,夏至为 15:26。 所以,该区东坡一年中每日接受日照的时间变化于 7(冬
至)—10. 5h(夏季)之间。 同理,计算知,CF鄄3所处的南坡,从冬至到夏至,每日接受光照的时间变化于 9(冬
至)—14h(夏至)之间,每日受光时间南坡比东坡长约 2—4h,而且,CF鄄 3接受光照的时间段里能经历一天中
光照较强的时段。 McCarroll等[40]研究发现,夏季日照时数与树轮 啄13C值正相关,日照时间越长,树轮 啄13C 的
值偏高。 Zhang等[41]研究认为,在光合作用适宜的光强范围内,向光的树叶接受较多的光照,叶片光合速率相
对较高,细胞内的 CO2 浓度会降低,而且,光照变强时叶片气孔数目减少或关闭,气孔导通率降低,进入细胞
内的 CO2 减少,进一步造成细胞内 CO2 浓度降低,导致叶片 啄13C 值增大。 所以,该区南坡受光时间长受光强
度大是造成 CF鄄3树轮 啄13C总体水平及各方位值高于 CF鄄1的重要原因。
对南京紫金山 8 株马尾松,采样点位于东南坡到西南坡,但缺少每株树所在坡向的记录,无法对 8 株树轮
啄13C的方位变化进行一一对比和解释,但 8 株树轮的 啄13C 平均方位序列的主、次谐波变化周期、总体变化水
平、变化幅度及极值随方位的迁移都是存在的,所有这些变化同样与该区光照条件长期而稳定的变化及树木
立地小环境条件的差异有关。
对 CF鄄1与 CF鄄3树轮 啄13C方位平均值年序列进行的谐波分析,由第一、第二次谐波的初相位角的变化
知,树轮 啄13C的方位极值存在明显的年际迁移,这种年际迁移的趋势变化同样与该区光照条件及其气候条件
的长期趋势变化有关。 但是,太阳辐射及气候要素还存在周期性(年际)波动,这些波动变化又会影响到光合
作用及其树木生长,进而影响树木稳定碳同位素组成产生周期性波动;太阳辐射及气候要素的年内变化及随
7566摇 21 期 摇 摇 摇 赵兴云摇 等:中国东部亚热带地区树轮 啄13C方位变化的谐波分析 摇
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机变化,也会影响树轮稳定碳同位素组成产生分布特征。
对同一棵树而言,利用谐波分析法分析树轮 啄13C平均方位序列年变化时,其谐波特征反映的是树轮稳定
碳同位素多年平均值随方位的变化特征或平均特征,对具体年份而言,会有随机波动。
4摇 结论
(1)对树轮 啄13C平均值方位序列的谐波分析表明,树轮 啄13C 值的平均方位序列存在明显的以 2仔(360毅)
和 仔(180毅)为周期的变化,这两个周期谐波就能较好地描述各树轮 啄13C值的方位变化。 但以 2仔为周期的树
轮 啄13C方位变化的极大值和以 仔(PM鄄1与 PM鄄7为 2仔 / 3)为周期的树轮 啄13C方位变化的极大值均不固定地
出现于某些方位区域,而是在较多方位区出现。 这个特点表明,在树轮 啄13C 长序列研究中,在同一个采样区,
对同一株树采集样芯可以等角距采 3—8个树芯,但从经济与对树木保护角度考虑,每株树等角距采 3—4个
方位的芯即可。
(2)由零波及各谐波波幅分析表明,树轮 啄13C值总体水平及其方位变化幅度因不同区域的树种及不同树
木个体而异。 初相位值计算表明,树轮 啄13C 存在方位变化,但其极值存在明显的方位漂移,而不固定出现于
一个或几个方位,但极值出现较多的方位,与采样的坡向方位有一致性,如分析的 10 株树中,只有 CF鄄 1地处
东坡,其余 9 株分别位于从 SE鄄S鄄SW的偏南坡向,树轮 啄13C极值出现较多的方位也在 S鄄E方位区与 S鄄W方位
区,而在从 NW鄄N鄄NE的这些偏北方位区则较少出现。 树轮 啄13C 的这些方位变化特点表明,在树轮同位素研
究中,采样大区域及区域内的坡向差异、采样树种及树木个体生长微环境等都是要注意的因素。 特别是在通
过树轮 啄13C变化研究树木生理生态等方面的变化特点时,树木的立地小环境是不可忽视的重要因素。
(3)对 CF鄄1与 CF鄄3树轮 啄13C极值的年际漂移分析结果表明,两树轮 啄13C极值均存在明显的年际漂移,
其极大值出现频率较高的方位随树木生长坡向而发生转移,转移方向及转移度数与树木生长的坡向转移方向
及转移度数相一致。
(4)由于采样的区域及坡向较少,且采样坡向主要在偏南方位区,所以,树轮 啄13C的这种时空变化的特点
及规律是否在其它区域及坡向上也有表现,还需要进一步研究。
致谢: 感谢南京信息工程大学屠其璞教授对谐波分析方法给予的指导。
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0666 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 21 November,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Widespread of anaerobic ammonia oxidation bacteria in an eutrophic freshwater lake wetland and its impact on nitrogen cycle
WANG Shanyun, ZHU Guibing, QU Dongmei, et al (6591)
………
………………………………………………………………………
Responds of soil enzfyme activities of degraded coastal saline wetlands to irrigation with treated paper mill effluent
XIA Mengjing, MIAO Ying, LU Zhaohua, et al (6599)
…………………
……………………………………………………………………………
Wetland ecosystem health assessment of the Tumen River downstream ZHU Weihong,GUO Yanli,SUN Peng,et al (6609)…………
An index of biological integrity:developing the methodology for assessing the health of the Baiyangdian wetland
CHEN Zhan, LIN Bo, SHANG He,et al (6619)
………………………
……………………………………………………………………………………
MODIS鄄based analysis of wetland area responses to hydrological processes in the Dongting Lake
LIANG Jie, CAI Qing, GUO Shenglian, et al (6628)
………………………………………
………………………………………………………………………………
The diversity of invasive plant Spartina Alterniflora rhizosphere bacteria in a tidal salt marshes at Chongming Dongtan in the Yangtze
River estuary ZHANG Zhengya, DING Chengli, XIAO Ming (6636)………………………………………………………………
Analyzing the azimuth distribution of tree ring 啄13C in subtropical regions of eastern China using the harmonic analysis
ZHAO Xingyun, LI Baohui,WANG Jian, et al (6647)
………………
……………………………………………………………………………
In the process of grassland degradation the spatial pattern and spatial association of dominant species
GAO Fuyuan, ZHAO Chengzhang (6661)
…………………………………
……………………………………………………………………………………………
Activities of soil oxidordeuctase and their response to seasonal freeze鄄thaw in the subalpine / alpine forests of western Sichuan
TAN Bo, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (6670)
………
………………………………………………………………………………
Simulating the effects of forestry classified management on forest biomass in Xiao Xing忆an Mountains
DENG Huawei, BU Rencang,LIU Xiaomei, et al (6679)
…………………………………
…………………………………………………………………………
The simulation of three鄄dimensional canopy net photosynthetic rate of apple tree
GAO Zhaoquan,ZHAO Chenxia, ZHANG Xianchuan, et al (6688)
………………………………………………………
………………………………………………………………
The effect of Phomopsis B3 and organic fertilizer used together during continuous cropping of strawberry (Fragaria ananassa Duch)
HAO Yumin, DAI Chuanchao, DAI Zhidong, et al (6695)
…
…………………………………………………………………………
Temporal and spatial variations of DOC, DON and their function group characteristics in larch plantations and possible relations
with other physical鄄chemical properties SU Dongxue,WANG Wenjie,QIU Ling,et al (6705)……………………………………
Comparisons of quantitative characteristics and spatial distribution patterns of Eremosparton songoricum populations in an artificial
sand fixed area and a natural bare sand area in the Gurbantunggut Desert, Northwestern China
ZHANG Yongkuan, TAO Ye, LIU Huiliang, et al (6715)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Comparison study on macroinvertebrate assemblage of riffles and pools:a case study of Dong River in Kaixian County of Chongqing,
China WANG Qiang,YUAN Xingzhong,LIU Hong (6726)…………………………………………………………………………
Nekton community structure and its relationship with main environmental variables in Lidao artificial reef zones of Rongcheng
WU Zhongxin,ZHANG Lei,ZHANG Xiumei,et al (6737)
………
…………………………………………………………………………
Zooplankton diversity and its variation in the Northern Yellow Sea in the autumn and winter of 1959, 1982 and 2009
YANG Qing, WANG Zhenliang, FAN Jingfeng, et al (6747)
………………
………………………………………………………………………
Building ecological security pattern based on land use:a case study of Ordos, Northern China
MENG Jijun,ZHU Likai,YANG Qianet al (6755)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………
Additive partition of species diversity across multiple spatial scales in community culturally protected forests and non鄄culturally
protected forests GAO Hong, CHEN Shengbin, OUYANG Zhiyun (6767)…………………………………………………………
Environmental perception of farmers of different livelihood strategies: a case of Gannan Plateau ZHAO Xueyan (6776)………………
Application and comparison of two prediction models for groundwater dynamics
ZHANG Xia,LI Zhanbin,ZHANG Zhenwen, et al (6788)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Pollination success of Phaius delavayi in Huanglong Valley, Sichuan HUANG Baoqiang, KOU Yong, AN Dejun (6795)……………
Mechanism of nitrification inhibitor on nitrogen鄄transformation bacteria in vegetable soil
YANG Yang, MENG Denglong, QIN Hongling, et al (6803)
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Archaea diversity in water of two typical brackish lakes in Xinjiang DENG Lijuan, LOU Kai, ZENG Jun, et al (6811)……………
Abundance and biomass of heterotrophic flagellates in Baiyangdian Lake, as well as their relationship with environmental factors
ZHAO Yujuan,LI Fengchao,ZHANG Qiang,et al (6819)
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Effects of bisphenol A on the toxicity and life history of the rotifer Brachionus calyciflorus
LU Zhenghe, ZHAO Baokun, YANG Jiaxin (6828)
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Effect of incubation temperature on behavior and metabolism in the Chinese cornsnake, Elaphe bimaculata
CAO Mengjie, ZHU Si, CAI Ruoru, et al (6836)
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Functional and numerical responses of Mallada besalis feeding on Corcyra cephalonica eggs
LI Shuiquan, HUANG Shoushan, HAN Shichou,et al (6842)
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Stability analysis of mutualistic鄄parasitic coupled system GAO Lei, YANG Yan, HE Junzhou, et al (6848)…………………………
Effect of ultra鄄micro powder qiweibaishusan on the intestinal microbiota and enzyme activities in mice
TAN Zhoujin,WU Hai,LIU Fulin,et al (6856)
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Review and Monograph
The effects of nitrogen deposition on forest carbon sequestration:a review
CHEN Hao, MO Jiangming, ZHANG Wei, et al (6864)
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Effect of enhanced CO2 level on the physiology and ecology of phytoplankton
ZHAO Xuhui, KONG Fanxiang, XIE Weiwei, et al (6880)
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Transboundary protected areas as a means to biodiversity conservation SHI Longyu, LI Du, CHEN Lei, et al (6892)………………
Scientific Note
The energy storage and its distribution in 11鄄year鄄old chinese fir plantations in Huitong and Zhuting
KANG Wenxing,XIONG Zhengxiang,HE Jienan,et al (6901)
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Spatial pattern of sexual plants and vegetative plants of Stipa krylovii population in alpine degraded grassland
REN Heng, ZHAO Chengzhang, GAO Fuyuan, et al (6909)
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《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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