全 文 ：第 wu卷 第 y期
u s s y年 y 月
林 业 科 学
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∏±qou s s y
树木年轮与气候变化关系研究 3
郑淑霞 上官周平
k中国科学院水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 杨凌 ztutssl
摘 要 } 综述树木年轮分析在温度 !降水序列和大气 ≤’u 浓度变化研究中的应用概况 o着重探讨气候变化对树轮
宽度 !密度和稳定同位素组成的影响 o如温度 !降水对树木生长的/滞后效应0 !/幼龄效应0 o并就树轮年代学在气候
变化研究中存在的问题和研究前景作简要探讨 o提出今后年轮气候学的研究应结合中 !小时间尺度的树木生理生
态学特性进行 o需阐明树木和环境各因子之间的相互作用机理及量化关系 o应加强各类代用资料与仪器观测记录
结果的对比分析 o并加强对年轮气候模型的验证 o研究方法应由经验性分析转向机理性研究 o并注重多学科知识的
综合运用 ∀
关键词 } 树轮年代学 ~气候变化 ~树轮宽度 ~树轮密度 ~稳定性同位素
中图分类号 }±|w{1ttu 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussylsy p stss p s{
收稿日期 }ussw p tu p uu ∀
基金项目 }国家 |zv计划项目kussu≤…tttxsul和国家自然科学基金项目kvsvzsuvsl资助 ∀
3 上官周平为通讯作者 ∀
Στυδψ ον Ρελατιονσηιπ βετωεεν Τρεε2Ρινγ ανδ Χλιµατιχ Χηανγε
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kΣτατε ΚεψΛαβορατορψοφ Σοιλ Εροσιον ανδ ∆ρψλανδ Φαρµινγ ον Λοεσσ Πλατεαυ o Ινστιτυτε οφ Σοιλανδ Ωατερ Χονσερϖατιον o Χηινεσε Αχαδεµψοφ Σχιενχε Ψανγλινγ ztutssl
Αβστραχτ} ×µ¨¨ªµ²º·«¬¶¶·µ²±ª¯¼ ¬±©¯∏¨±¦¨§¥¼ ±¨√¬µ²±°¨ ±·¤±§¦¯¬°¤·¬¦√¤µ¬¤¥¯ ¶¨q ׫¬¶³¤³¨µµ¨√¬¨º¨ §·«¨ ¤§√¤±¦¨¶¤±§
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Κεψ ωορδσ} §¨±§µ²¦«µ²±²¯²ª¼~¦¯¬°¤·¬¦¦«¤±ª¨ ~·µ¨ 2¨µ¬±ªº¬§·«¤±§§¨±¶¬·¼~¶·¤¥¯¨¬¶²·²³¬¦¦²°³²¶¬·¬²±
树轮年代学k§¨±§µ²¦«µ²±²¯²ª¼l是一门以植物生理学为基础 o以树木年轮生长特性为依据 o研究环境对年
轮生长影响的学科 o旨在获取代用资料 o重建环境因子的变化史实kƒµ¬·¶ot||tl ∀在全球气候变化的研究
中 o要了解年代尺度至世纪尺度的气候变化规律 o需要高分辨率 !长时间尺度的气候代用资料 o鉴于树木年轮
资料具有定年准确 !连续性强 !分辨率高和易于获取复本等特点 o树木年轮分析已成为研究过去全球气候变
化的重要技术之一 o长期以来在全球气候变化研究中得到了广泛的应用k⁄χ„µµ¬ª² ετ αλqot||| ~刘洪滨等 o
ussv¤~ussv¥~‹¤±¶ ετ αλqoussw ~梁尔源等 ousswl ∀
从研究深度来看 o已由初期的对年轮宽度 !密度和亮度等的物理分析的研究发展到了对年轮稳定同位
素 !化学组分和解剖结构等进行分子水平的研究 o有助于提取记录在年轮内部的更详细的环境信息 o从而为
气候变化的研究提供更多的依据 ∀从研究广度来说 o研究区已由干旱 !半干旱 !高寒和高海拔等特殊气候地
区逐渐转向温暖湿润的非典型气候地区 ∀随着研究理论和技术的改进 o树木年轮学研究已不再仅局限于气
候参数的恢复 o在重建厄尔尼诺k南方涛动lk‘¬√¤²µετ αλqoussw ~≥¦«²±ª¤µ·ετ αλqousswl !冰川进退kפ¼¯²µετ
αλqousswl !火山爆发k…µ¬©©¤ ετ αλqousswl和森林火灾史k°¬¨µ¦¨ ετ αλqousswl等研究领域中也发挥着重要作
用 ∀本文旨在阐述树木年轮分析在温度 !降水序列和大气 ≤’u 浓度变化研究中的应用状况 o分析气候变化
对树轮宽度 !密度和稳定同位素组成的影响 o并就树轮年代学在气候变化研究中存在的问题和研究前景作了
简要的探讨 ∀
t 树轮宽度分析
111 树轮宽度在研究温度 !降水变化中的应用
树轮宽度分析是最早也是最常使用的树轮年代学分析方法之一 ∀环境变化会影响树木生长 o并反映在
年轮上 o利用树轮宽度的年际间变异 o重建历史气温 !降水序列 o已在全球气候变化研究中广泛应用并且取得
了重要进展kƒµ¬·¶ot||t ~ ¤±± ετ αλqot||| ~«¤±ª ετ αλqoussv ~°¤∏¯ ετ αλqoussw ~袁玉江等 oussxl ∀
根据树木年轮宽度对北美高纬地区重建的近 vss年kty{u ) t|y{l的温度变化表明 o与 tz !t{ !t|世纪相
比 ous世纪该地区处于异常温暖期k⁄χ„µµ¬ª² ετ αλqot|||l ∀刘晓宏等kusswl对祁连山中部圆柏k Σαβινα
πρζεωαλσκιιl建立了树轮宽度标准指数序列 o其反映的温度变化情况较好地表现了小冰期降温特征 o而且也显
示了 us世纪的全球气温持续变暖趋势 o且公元 t||{年为 us世纪的最暖年 ∀ °¤¯ °¨ µ等kusswl对新西兰过去
约 xss年ktwx| ) ussul的气温变化进行了深入分析 o认为 tx世纪 zs年代 !ty世纪 vs年代与 zs年代 !tz世纪
初期 !tzvs ) tz{s年 !t{us ) t{ws年 !t|世纪 zs年代 !t|us ) t|ws年和 us世纪 ys年代为暖期 otyvs ) ty{s
年 !tz|s ) t{ts年 !t{{s ) t|ts年和 t|xs年为冷期 o该结果与利用 ∆t{ ’重建的温度变化状况一致性较高 ∀上
述研究结果中 o冷暖期出现的时间基本一致 o但由于地理位置不同 o发生频率和持续时间存在一定的差异 ∀
刘洪滨等kussv¥l利用秦岭地区太白红杉k Λαριξ χηινενσισl !华山松k Πινυσ αρµανδιl !油松k Πινυσ ταβυλαεφορµισl
和铁杉k Τσυγα χηινενσισl年轮表资料重建了秦岭地区的初春温度 o认为近 vss年来初春温度存在明显的冷暖
时段 o升温快速 !降温缓慢 o西部初春的温度变幅大于中东部地区 o该重建序列与仪器实测记录结果的相关系
数可达 s1y以上 o说明重建序列能较好地反映秦岭地区的初春温度变化情况 o但是在 us世纪后期 o重建序列
及仪器测序列均未反映出该区具有明显的增温趋势 o其原因有待进一步分析 ∀
°¤∏¯等kusswl利用太平洋西北部的 t{个刺柏kϑυνιπερυσ οχχιδενταλισl年轮表重建了将近 uxs年ktzvv )
t|{sl的降水变化状况 o认为该区气候长期干旱 o是一个干旱核心区 ∀ ‹¤±¶等kusswl用欧洲赤松k Πινυσ
σψλϖεστρισl长达 vss年的树轮宽度年表对 tz{y ) usss年的气温和降水资料进行分析 o认为 t{tx ) t{vv年是过
去 vss年中最为干旱的时期 ∀ ‹∏ª«¨¶等kt||wl用树轮宽度分析过去 wss年华山地区季节性气温和降水的变
化情况 o结果表明 ous世纪 us年代中期和晚期是自 ty{v年以来最干旱的时期 ∀美国大西洋南部的 {ss年树
轮干旱指数序列表明 }自公元 tt{x年以来 o该区经历了显著的生长季水分变异 oty世纪干旱较为严重且持续
时间较长 ous世纪的水分条件变化处于正常范围之内k±∏¬µ¬±ªousswl ∀上述研究表明不同地区干旱事件发
生的时间 !频率 !强度和持续时间明显不同 o这主要与研究区域的地理位置及其地带性气候格局有关 ∀刘禹
等kussv¤l根据树木年轮序列分析了过去 tys年以来东亚夏季降水的演变历史 o分析了贺兰山北部 x ) z月及
内蒙古东部白音敖包地区 w ) z月上旬的降水变化k刘禹等 oussv¥~¬∏ ετ αλqousswl o反映了东亚夏季风锋面
的变化情况 ∀对伊犁地区降水变化进行分析 o发现 vss年来该区气候变化具有冷与湿 !暖与干相对应的特
点 o且偏干年多于偏湿年 o湿润期短 o干旱期相对增长 o在波动中存在着变干的趋势k叶玮等 ot|||l ∀上述结
果与毗邻地区的降水变化一致性较高 ∀
• ¬¯¶²±等kusswl对德国南部森林地区的挪威云杉k Πιχεα αβιεσl和白杉kΑβιεσ αλβαl的树轮资料建立了宽度
年表 o重建了过去 xss年ktw{s ) t|zsl的气候变化 o发现 us世纪以前ktw{s ) t{||lu个树种的树轮年表变化
趋势相似 o利用云杉树轮年表重建 t{zu ) t|vs年 v ) {月的降水序列的效果比白杉要好 ot|vs年以后白杉年
轮出现异常变化 ous世纪 zs年代中期云杉年表与降水的相关性减小 o这与工厂大量排放 ≥’u 有关 o因此利用
云杉年轮只能较精确地重建该区 t{zt ) t|z{年的降水序列 ∀
由于树木生长取决于许多因素 o气候状况只是其中之一 o因此利用树轮宽度重建的气候要素能否精确地
反映当地的气候状况 o是值得考虑的问题之一 ∀树轮宽度在重建气候的精度和可靠性方面很大程度上取决
于定年的准确性 !样本量是否充足以及能否最大限度地剔除非气候因子对树木生长的影响 ∀研究中应加强
根据代用资料建立的温度 !降水量 !∆tv ≤ !∆t{ ’等记录进行对比研究 o寻找内部的联系 o使其能更准确地反映
气候波动规律 ∀
tst 第 y期 郑淑霞等 }树木年轮与气候变化关系研究
112 温度 !降水变化对树轮宽度的影响
树木年轮的形成受当年及生长前期气候因子k主要是温度和降水l的综合影响 o年轮宽度与气候因子之
间存在着复杂的关系 ∀一般来讲 o在生长季 o降水量对树木的影响最大 o年轮宽度往往与降水量正相关
k„®®¨ °¬®ousss ~朱海峰等 ousswl o可能与降水可加快光合产物积累并促进植物的后期生长有关k«¤±ª ετ
αλqoussvl ∀一些研究还表明当生长季降水充足或过多时 o年轮宽度与降水量呈负相关kƒµ¬·¶ot||t ~ •¬°°¨ µ
ετ αλqot||zl ∀温度对年轮宽度的影响较复杂 o在生长季开始时 o最低温度的升高有利于延长生长季 o故温度
与年轮宽度呈正相关k„®®¨ °¬®ousss ~¤®¬±¨ ± ετ αλqoussv ~刘洪滨等 oussv¥l ~而在生长旺季 o温度升高会导
致蒸散加剧 o土壤含水量降低 o从而抑制树木的生长 o故多表现出与年轮宽度负相关k¤¦²¥¼ ετ αλqoussw ~袁
玉江等 oussxl ∀
树木生长阶段不同以及环境条件改变时 o树轮宽度的制约因素也会发生变化 ∀ ‹¤±¶等kusswl认为欧洲
赤松树木生长与 x ) y月降水呈高度正相关 o但在旱季 o尤其是 t|世纪末期 o树木生长与 y ) z月的气温呈负
相关 ∀ ¤®¬±¨ ±等kussvl认为德国东部挪威云杉的径向生长与 x月温度呈正相关 o当温度适宜时 o水分成了
树木生长的主要限制因子 o当温度过高导致水分胁迫时 o降水量与树木径向生长呈显著正相关 ∀秦岭东端建
立的华山松树轮年表说明华山松的生长主要受 w月温度和 w ) z月k特别是 x ) y月l降水的影响 o且与 y月
温度密切相关k邵雪梅等 ot||wl ∀…²∏µ¬¤∏§等kusswl对同一林地的 xx年生的法国山毛榉k Φαγυσ σψλϖατιχαl建
立了 vs条树轮序列 o分析认为树轮宽度与土壤水分相关 o且对生长季后期气候变化较为敏感 ∀对巴塔戈尼
亚北部安第斯地区k海拔 t uss ∗ t zxs °ltx个假山毛榉k Νοτηοφαγυσ πυµιλιοl样本的研究发现 o树木年轮宽度
不仅与春夏季的温度及降水有关 o还受海拔和积雪覆盖程度的影响k∂¬¯¯¤¯¥¤ ετ αλqoussvl ∀ Ž¬µ§¼¤±²√ 等
kussvl认为西伯利亚高纬度地区的夏季初期温度 !冬季降水以及冰雪融化期对树轮结构有重要影响 ∀
一些研究还表明 o温度和降水对树轮的影响具有明显的滞后效应 o降水对树轮的滞后效应更大一些
kƒµ¬·¶ot||t ~¤µ¶¨± ετ αλqot||x ~李江风等 ousss ~ ¤®¬±¨ ± ετ αλqoussvl ∀对北美白云杉k Πιχεα γλαυχαl和美
国短叶松k Πινυσβανκσιαναl进行研究时发现 o其径向生长量与上一年 z ) {月的降水量成正相关 o因为 z ) {月
降水充足会导致土壤水分状况良好 o树木落叶减少 o有利于光合作用k• ²¯ ¤¯±§ot||v ~¤µ¶¨± ετ αλqot||xl ∀一
些学者也认为上一年 { ) |月的高温能减缓树木第二年的生长速率 o因为这段时间的高温会使土壤含水量减
少 o降水量不能满足树木蒸腾作用的需求 o树木只能动用体内储存的水 o因而影响了下一年的生长k• ²¯ ¤¯±§o
t||v ~ ¤®¬±¨ ± ετ αλqoussvl ∀上一年冬季的温度状况也影响着树木第二年的生长 o当冬季温度偏低时 o植物
叶细胞内原生质脱水 o根系可能被冻死 o以致来年光合作用减弱 o且树木生长期缩短 o从而形成窄年轮k李江
风等 ousss ~朱海峰等 ousswl ∀而温暖的冬季则可以避免叶组织冻结 o保证代谢活动正常 o有利于树木来年的
生长k邵雪梅等 ot|||l o温暖的冬季还会延长来年的生长期 o有利于光合作用 o为下一年的生长积累较多的能
量kƒµ¬·¶ot||t ~Š∏·¬iµµ¨½ot||tl ∀当秋末和冬季的温度过高时 o树木的呼吸和代谢作用加强 o这加速了储存
营养的消耗 o对植物的次年生长不利k• ²¯ ¤¯±§ot||v ~≤«¨µ∏¥¬±¬ετ αλqot||zl ∀
树木的生长除了受温度 !降水 !光照等因子的影响外 o一些异常变化如大气 ≤’u 浓度升高 !旱灾 !火灾 !
森林病虫害 !火山喷发 !地震和冰川运动以及人为环境污染等都会影响树木生长 o进而影响树轮宽度重建气
候序列的精度 ∀重建的气候序列与实测值之间往往存在很大偏差 o重要原因就是未考虑到异常气候 !环境变
化对树木年轮的影响 ∀今后研究中 o应灵活运用树木年轮气候学理论 o要对年轮气候模型进行检验和修正 o
以获得更精确的气候 !环境变化信息 ∀
u 树轮密度分析
木材密度不仅能间接反映出树轮细胞直径 !木质部细胞壁厚度和细胞腔大小等 o而且对气候变化极为敏
感 o包含了从年轮宽度中无法提取的环境信息 o这就使得年轮分析更为深入 o应用范围更为广泛k •¬°°¨ µετ
αλqot||z ~⁄. „µµ¬ª² ετ αλqot||| ~≥¦«∏°¨ ετ αλqoussw ~何吉成等 oussxl ∀将秦岭地区华山 !太白 !佛坪和镇安
的树轮样本建立的年轮宽度年表k‹∏ª«¨¶ot||w ~刘洪滨等 oussv¤~ussv¥l和年轮密度年表k邵雪梅等 ot||wl进
行比较时 o发现年轮密度年表所包含的气候信息量高于宽度年表 ∀
…µ¬©©¤等kusswl利用最大晚材密度重建了过去长时间尺度的温度kw ) |月l变化 o表明北半球 tx和 ty世
纪的气温比 t sss年前的重建温度k¤±± ετ αλqot|||l要更低一些 ∀ …¤µ¥¨µ等kusswl利用白云杉的最大晚材
ust 林 业 科 学 wu卷
密度和 ∆tv ≤重建了美国阿拉斯加州近 uss年kt{ss ) t||yl的夏季kx ) {月l气温 o认为该地区最冷期为
t|ty ) t|vz年 o最暖期为 t|zw ) t||y年 o且树轮径向生长与夏季气温高度相关 ∀刘洪滨等kussv¤l对秦岭南
坡佛坪冷杉kΑβιεσ χηενσιενσισl !油松和铁杉建立树轮宽度 !密度年表 o重建了佛坪 tz{|年以来 t ) w月的月平
均温度 o发现各样点的树木生长明显受生长季前期温度影响 o且与温度呈显著的正相关关系 ∀王丽丽等
kussxl认为黑龙江漠河兴安落叶松kΛαριξ γ µελινιιl与樟子松k Πινυσσψλϖεστρισ √¤µq µονγολιχαl的晚材密度受 z !{
月的最高温控制 o与生长季后期的温度显著相关 ∀
树轮密度研究更注重从生理解剖特征 ) ) ) 细胞尺度研究气候因子对树木生长的影响 o因而利用树轮密
度重建的温度 !降水序列较利用树轮宽度的重建结果更为精确 ∀由于密度分析所用仪器价格昂贵 o操作过程
比较繁琐 o其应用受到了一定限制 ∀随着图像分析技术的不断完善以及先进的树轮分析仪器的发明和应用 o
运用 ÷ 射线衍射仪 !微密度计 !年轮密度测定仪等研究年轮密度 o运用图像分析仪测定解剖因子中细胞大
小 !细胞壁厚度等 o可同时得到年轮宽度 !密度 !亮度等多个指标 o在精度上能满足科研需求 ∀但是 o可做密度
分析的树种不一定能直接做反射亮度的图像分析 o图像分析也有其局限性 ∀对那些不仅具有早 !晚材颜色变
化 o还具有其他颜色变化的树种 o如心材和边材的颜色不同 o图像技术就无法代替密度分析 o因此研究中还应
注重图像技术 !树轮密度分析和宽度分析的综合运用 ∀
v 树轮稳定性同位素分析
树体内碳 !氢和氧稳定性同位素组成记录了温度 !湿度 !降水量等气候信息kƒ ±¨ª ετ αλqot||x ~≥¤∏µ¨µo
t||z ~马利民等 oussv ~•¤©©¤¯ ¬¯p⁄¨ ¯¨µ¦¨ ετ αλqoussw ~郑淑霞等 oussx¤~ussx¥l ∀°¤¶¦¤¯¨等kusswl认为热带地区
的树轮不清晰 o气候重建会受到限制 o而树轮纤维素 ∆t{ ’可以较好地指示出气候变化情况 ∀
311 树轮稳定性同位素在气候要素重建中的应用
树轮稳定性同位素分析作为一种新颖的高分辨率分析方法 o已在重建历史时期大气 ≤’u 浓度k Χαl !温
度 !降水变化 !灾害以及环境污染等过程中发挥了重要作用 o是获取古气候变化信息的重要途径k蒋高明等 o
t||z ~钱君龙等 ousst ~•¤©©¤¯ ¬¯2⁄¨ ¯¨µ¦¨ ετ αλqousswl ∀
v1t1t 重建大气 ≤’u 浓度变化 Χα变化的研究是全球气候变化研究中的热点问题 ∀树轮中碳稳定同位素
能反映树木生长时的 Χα o因此测定树轮碳同位素组成已成为研究 Χα 变化的重要手段 ∀自工业革命以来 o
Χα迅速增加 o而相应的 ∆tv ≤减少 o其主要原因是化石燃料的大量燃烧 ∀ Χα 的增加必然对树木的生长产生
影响 o而树轮的 ∆tv ≤很好地记录了 Χα的增加趋势 ∀在已进行的树轮碳同位素研究中 o几乎遍及全球的树轮
∆tv ≤的记录都呈现出自工业革命以来明显的下降趋势 ∀ ƒ¤µ°¨ µkt|z|l发现英国橡树k Θυερχυσ ροβυρl年轮中
∆tv ≤含量由 t{|s年的 p us1x ϕ下降到 t|zs年的 p uu1s ϕ ~°¨ ¤µ°¤±等kt|zyl报道塔斯码尼亚松树k Αρτηροταξισ
σελαγινοιδεσl纤维素及木质部中的 ∆tv ≤ 含量由 t{{s年的 p uw1v ϕ下降到了 t|xs年的 p ux1u ϕ ~李正华等
kt||wl得出工业革命以来大气 ≤’u 的 ∆tv ≤ 约下降了 u1t ϕ o均反映出了 Χα 逐渐升高的趋势 ∀蒋高明等
kt||zl通过油松年轮 ∆tv ≤的变化推测出我国北方 Χα 已由工业革命前的 uz{1w Λ°²¯#°²¯ p t上升到了 |s年代
初期的 vws Λ°²¯ # °²¯ p t ∀ ƒ ±¨ªkt||{l利用天然森林年轮中 ∆tv ≤ 的变化 o预测了在 t{ss ) t|{x 年 oΧα 由
u{s Λ°²¯#°²¯ p t上升到了 vws Λ°²¯#°²¯ p t o与蒋高明等kt||zl的研究结果基本一致 ∀≥·¨√¨ ±kt||wl发现南美洲
树轮的 ∆tv ≤有着与北半球一致的下降趋势 o且与大气 ≤’u 中 ∆tv ≤ 的下降趋势一致 ~•¤©©¤¯ ¬¯2⁄¨ ¯¨µ¦¨ 等kusswl
对法国西部生长的 w个橡树kt{z| ) t||{l测定树轮宽度 !∆tv ≤ 和 ∆t{ ’ o并结合气象k自 t{{x年l和水文资料
k自 t|xt年l进行分析 o发现在近一个世纪中 o碳稳定同位素分辨率k ∃l呈下降趋势 ~郑淑霞等kussx¤l研究了
黄土高原区狼牙刺k Σοπηορα ϖιχιιφολιαl !辽东栎k Θυερχυσ λιαοτυνγενσισl !虎榛子k Οστρψοπσισ δαϖιδιαναl和酸枣
k Ζιζψπηυσϕυϕυβα ¬¯¯ q√¤µq σπινοσυσlw种植物叶片的 ∆tv ≤ o发现近 zs年中它们分别下降了 tw1yx h !tw1wy h !
tt1|| h和 u1ww h o远远大于 ƒ¤µ°¨ µkt|z|l和 °¨ ¤µ°¤±等kt|zyl观测的植物体内 ∆tv ≤的下降幅度 o较好地反映
出了近一个世纪以来 Χα升高的趋势 ∀以上结果都可清楚地表明 o大量化石燃料的燃烧 o导致自工业革命以
来 Χα 急剧增加 o进而对全球的气候及生态环境产生了巨大影响 ∀但是 o也有少数地区如芬兰k•²¥¨µ·¶²± ετ
αλqot||zl !瑞士k„±§¨µ¶²± ετ αλqot||{l及美国塔斯马尼亚地区kƒµ¤±¦¨¼ ot|{tl的树轮 ∆tv ≤ 与 Χα 还存在相
反的变化趋势 o并未指示出 Χα 升高的趋势 ∀
vst 第 y期 郑淑霞等 }树木年轮与气候变化关系研究
目前通过树木年轮 ∆tv ≤的研究来重建 Χα 变化 o主要依据 ƒ¤µ´∏«¤µ等kt|{ul的计算公式 }∆tv ≤ € ∆tv Χα p
αp kβ p αl ≅ ΧιΠΧα o式中 }∆tv ≤ !∆tv Χα分别为植物体内和大气稳定性碳同位素的比率 ~α !β分别为 ≤’u 扩散
到气孔时产生的分部效应和光合羧化酶 • ˜…°对碳同位素的分部效应 ~Χα !Χι 分别为大气和胞间 ≤’u 浓度 ∀
利用这一公式定量重建 Χα的前提是 Χι 保持恒定 o但侯爱敏等kusssl对南亚热带几种主要树种的分析时发
现 oΧι 值受环境和物种特性的影响 o在环境变化较大的情况下 oΧι 值不能保持稳定 oΧι 仅仅t Λ°²¯#°²¯ p t的
变化 o即会导致 Χα 有较大幅度的变化 ∀目前通过树木年轮 ∆tv ≤ 的分析难以精确地重建区域性 Χα 的变化 ∀
ƒµ¤±¦¨¼kt|{tl通过总结不同区域 !不同时间段的 ∆tv ≤ 变化趋势 o对年轮 ∆tv ≤ 能否反映 Χα 变化也提出了质
疑 ∀
许多研究表明年轮 ∆tv ≤值与降水量 !温度 !湿度及光强等也存在一定的关系k≥¤∏µ¨µετ αλqot||z ~ƒ ±¨ªo
t||{ ~刘晓宏等 oussu ~ •¤©©¤¯ ¬¯2⁄¨ ¯¨µ¦¨ ετ αλqousswl ∀同一棵树不同半径上的 ∆tv ≤ 值存在差别 o可达 w ϕ o而
同一群落中的不同植株之间的差别可达 u ϕ ∗ v ϕ o造成这些差别的原因尚不明确k¨¤√¬· ετ αλqot|{w ~孙谷
畴等 ot||vl ∀
v1t1u 重建温度 !降水序列 ƒ ±¨ª等kt||xl通过对不同地区树轮 ∆tv ≤的研究 o认为 us世纪的气候变化将比
t|世纪更加明显 o近一 !二百年中树轮的氢同位素k∆⁄l随温度上升而升高 o并指出全球变暖的趋势在 t|世
纪末期 o甚至中期就已经开始了 o且寒冷地区较温暖地区更快kƒ ±¨ªot||{l o该结论与 ⁄χ„µµ¬ª²等kt|||l和刘
晓宏等kusswl利用树轮宽度重建的温度变化序列所得的结论基本一致 ∀钱君龙等kusstl根据浙江天目山柳
杉k Χρψπτοµερια φορτυνειl树轮 o重建了天目山地区近 tys年的气候变化 o认为树轮的 ∆tv ≤变化与厄尔尼诺事件
存在基本一致的周期kw1w年l o树轮 ∆tv ≤的高频振荡与气温 !降水等显著相关 o并有滞后效应 o∃值较精确地
记录了东亚季风的变化情况 o能较好地反映冬季风的强弱变化 ∀秦岭西部冷杉和铁杉年轮中纤维素 ∆tv ≤ 的
历史变化指示了夏季风的强弱程度 o夏季风越强 o雨水越丰盛 o∆tv ≤ 值就越低 ~t|us年陕西省发生特大干旱 o
∆tv ≤升高 ~t|vs ) t|xs年 o∆tv ≤较低 o说明该期间盛行东南季风 o为相对温暖潮湿期k刘禹等 oussv¤l ∀因此 o
树轮 ∆tv ≤分析方法更为灵敏 o所得气候信息量更多 ∀ •¤©©¤¯ ¬¯2⁄¨ ¯¨µ¦¨ 等kusswl认为法国橡树树轮纤维素 ∆t{ ’
比树轮宽度和 ∆tv ≤能更精确地重建夏季气象参数 o长期kt{z| ) t||{l以来 o该区夏季温度和年均降水量呈增
加趋势 o夏季干旱事件每隔 z年发生 t次 o但干旱发生频率与气象资料记载的夏季温度变化不一致 o气象资
料表明 us世纪 vs !ys和 zs年代气候较为湿润 o而 us世纪初期 !ws和 |s年代气候较为干旱 ∀采用树轮稳定
性同位素组成分析的结果较采用树轮宽度 !密度的测定结果更为准确 !可靠 o今后研究中应加强 ∆tv ≤ !∆⁄!
∆t{ ’ !∆tx‘等多种稳定性同位素技术的综合运用 o以提高重建温度 !降水序列的精度和可比性 o获得更为客
观 !可信的气候与环境变化信息 ∀利用树轮稳定性同位素重建温度 !降水变化时 o应首先考虑不同生境下影
响树木生长的主导气候因子 o尤其是在具有特殊气候环境的地区更应该重视这一点 ∀
312 温度 !降水变化对树轮稳定性同位素的影响
≥¤∏µ¨µ等kt||zl对最近 xs年不同水分条件下的法国山毛榉进行研究 o发现每年 x ) z月的降雨量对年轮
纤维素中 ∆tv ≤的影响最大 o且干燥地区比湿润地区更明显 ∀对德国白杉晚材进行分析时发现 o∆tv ≤ 与 {月
份气温和降水显著相关 o而 ∆⁄与气候要素的相关性较差k¬³³ ετ αλqot||tl o但对美国加州白皮松k Πινυσ
αλβιχαυλισl建立的 t sss年 ∆⁄序列与当地 z月份的 °¤¯ °¨ µ干旱指数显著正相关k≥·¨√¨ ± ot||wl ∀徐海等
kussul认为安图红松k Πινυσ κοραιενσισl树轮的 ∆tv ≤ 与 ∆t{ ’对气候变化的响应明显 o对复合温湿指标的响应
更加敏感 ∀因此 o研究中应加强对 ∆tv ≤ !∆⁄与 ∆t{ ’等多种稳定性同位素的对比分析 ∀马利民等kussvl发现
自 t|xs年以来 o贺兰山油松树轮纤维素 ∆tv ≤含量呈下降趋势 o且与 t ) z月的总降水量显著负相关 o与 y ) {
月的平均气温呈显著正相关 ∀ • ¥¨¨·¨½等kussvl测定的晚材树轮纤维素 ∆t{ ’ 含量仅与 x ) {月气温显著相
关 ∀刘晓宏等kussul认为西藏林芝云杉k Πιχεα λικιανγενσισ √¤µqλιντζιενσισl年轮的 ∃值与秋季k| ) tt月l的气
温 !降水和空气相对湿度密切相关 ∀郑淑霞等kussx¥l对 us世纪 vs ) {s年代不同区域内辽东栎叶片 ∆tv ≤ 的
时空变异规律进行了研究 o从时间角度来看 o上世纪 vs ) {s年代 o暖温带落叶阔叶林和亚热带常绿阔叶林中
辽东栎 ∆tv ≤的持续降低比较明显 o青藏高原高寒植被区域中辽东栎 ∆tv ≤ 含量呈增加趋势 o这可能与青藏高
原的高海拔 !高温以及强光照的特殊气候条件有关 ~从空间分布角度来看 ovs年代 o暖温带落叶阔叶林 !亚热
带常绿阔叶林以及青藏高原高寒植被区中 ∆tv ≤含量依次递减 oxs年代 o暖温带落叶阔叶林 !温带针阔叶混交
wst 林 业 科 学 wu卷
林 !亚热带常绿阔叶林和青藏高原高寒植被区域间辽东栎叶片 ∆tv ≤含量差异不大 ~{s年代 o由暖温带落叶阔
叶林至温带草原区 o∆tv ≤含量呈降低趋势 ∀
已有研究表明树轮 ∆tv ≤含量在生长前期存在/幼龄效应0 o即树木幼年期年轮 ∆tv ≤ 含量较高kƒµ¨¼¨ µετ
αλqot|{vl o且树轮内部碳同位素组成不均一 o早材和晚材之间 ∆tv ≤值最多可相差 t ϕ o这种现象在森林地区
尤为明显 o其原因可能是树木自身生理活动造成局部大气 ≤’u 的 ∆tv ≤ 值偏小 o进而影响树轮自身的 ∆tv ≤
k‘¨¬¯ ετ αλqot||wl ∀由于树木生长受气候的影响极为复杂 o而树轮 ∆tv ≤ 对环境变化十分敏感 o其碳同位素
分馏机制受一系列内部和外部因素的影响 o影响机理仍不是很清楚 ∀因此 o目前的研究方法仍以经验性相关
分析为主 o而机理性的研究和模拟仍处于探索之中 ∀
w 问题与展望
树木年轮作为气候变化的代用资料 o在全球气候变化研究中 o已受到愈来愈广泛的重视 ∀树木年轮特征
所反映的信息相对准确 !可靠 o故而年轮分析已成为研究古气候变化及预测未来全球气候变化的一个重要手
段 ∀影响年轮的因素具有复杂性 o今后年轮气候学的研究应从以下几个方面考虑 }
tl利用树木年轮重建气候的精度和可靠性 o取决于树轮定年的准确性以及能否最大限度地剔除非气候
因子的影响 o因此研究中应重视非气候因素对树轮的影响作用 o加强年轮宽度 !密度 !稳定性同位素特征以及
年轮内解剖因子等多个指标的综合分析 o完善取样方法 o提高分析精度 o应加强各类代用资料与仪器观测记
录结果的对比分析 o并加强对年轮气候模型的验证 ∀
ul年轮气候学方法应结合中 !小时间尺度的树木生理生态学特性 o从大的时空尺度上综合分析影响树木
生长的气候环境因素 o阐明树木和环境之间的相互作用机理 o以便获得精确度高的过去的气候变化信息 ∀
vl研究方法应由经验性分析转向机理性研究 o同时注重气象学 !植物学 !化学及环境学等学科知识的综
合运用 ∀
参 考 文 献
何吉成 o王丽丽 o邵雪梅 qussx q漠河樟子松树轮指数与标准化植被指数的关系研究 q第四纪研究 oux kul }uxu p uxz
侯爱敏 o彭少麟 o周国逸 o等 qusss q通过树木年轮 ∆tv ≤重建大气 ≤’u 浓度的可靠性探讨 q科学通报 owxktvl }twxt p twxy
蒋高明 o黄银晓 o万国江 o等 qt||z q树木年轮 ∆tv ≤值及其对我国北方大气 ≤’u 浓度变化的指示意义 q植物生态学报 outkul }txx p tys
李江风 o袁玉江 o由希尧 qusss q树木年轮水文学研究与应用 q北京 }科学出版社
李正华 o刘荣谟 o安芷生 o等 qt||w q工业革命以来大气 ≤’u 浓度不断增加的树轮稳定碳同位素证据 q科学通报 ov|kuvl }utzu p utzw
梁尔源 o邵雪梅 o黄 磊 o等 qussw q中国中西部地区树木年轮对 us世纪 us年代干旱灾害的指示 q自然科学进展 otwkwl }wy| p wzw
刘 禹 o°¤µ® • Žo蔡秋芳 o等 qussv¤q公元 t{ws年以来东亚夏季风降水变化 ) 以中国和韩国的树轮记录为例 q中国科学 } ⁄辑 ovvkyl }xwv p
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刘 禹 o蔡秋芳 o°¤µ® • Žo等 qussv¥q内蒙古锡林浩特白音敖包 t{v{年以来树轮降水记录 q科学通报 ow{k|l }|xu p |xz
刘洪滨 o邵雪梅 qussv¤q秦岭南坡佛坪 tz{|年以来 t ) w月平均温度重建 q应用气象学报 otwkul }t{{ p t|y
刘洪滨 o邵雪梅 qussv¥q利用树轮重建秦岭地区历史时期初春温度变化 q地理学报 ox{kyl }zz| p {{w
刘晓宏 o秦大河 o邵雪梅 o等 qussu q西藏林芝冷杉树轮稳定碳同位素对气候的响应 q冰川冻土 ouwkxl }xzw p xz{
刘晓宏 o秦大河 o邵雪梅 o等 qussw q祁连山中部过去近千年温度变化的树轮记录 q中国科学 }⁄辑 ovwktl }{| p |x
马利民 o刘 禹 o赵建夫 qussv q贺兰山油松年轮中稳定碳同位素含量和环境的关系 q环境科学 ouwkxl }w| p xv
钱君龙 o吕 军 o屠其璞 o等 qusst q用树轮 Αp纤维素 ∆tv ≤重建天目山地区近 tys年气候 q中国科学 }⁄辑 ovtkwl }vvv p vwt
邵雪梅 o范金梅 qt||| q树轮宽度资料所指示的川西过去气候变化 q第四纪研究 oktl }{t p {|
邵雪梅 o吴祥定 qt||w q华山树木年轮年表的建立 q地理学报 ow| kul }tzw p t{t
孙谷畴 o林植芳 o林桂珠 qt||v q亚热带人工松林tv ≤Πtu ≤比率和水分利用效率 q应用生态学报 ow }vux p vuz
王丽丽 o邵雪梅 o黄 磊 o等 qussx q黑龙江漠河兴安落叶松与樟子松树轮生长特性及其对气候的响应 q植物生态学报 ou|kvl }v{s p v{x
徐 海 o洪业汤 o朱咏煊 o等 qussu q安图红松树轮稳定 ∆tv ≤ !∆t{ ’ 序列记录的气候变化信息 q地质地球化学 ovskul }x| p yy
叶 玮 o袁玉江 qt||| q新疆伊犁地区现代气候特征与 vss¤来的干湿变化规律 q中国沙漠 ot|kul }|z p tsv
袁玉江 o邵雪梅 o魏文寿 o等 qussx q乌鲁木齐河山区树木年轮 p积温关系及 ∴x1z ε 积温的重建 q生态学报 oux kwl }zxy p zyu
郑淑霞 o上官周平 qussx¤q近 zs年来黄土高原典型植物 ∆tv ≤值变化研究 q植物生态学报 ou|kul }u{| p u|x
郑淑霞 o上官周平 qussx¥q辽东栎叶片气孔密度及 ∆tv ≤值的时空变异 q林业科学 owtkul }vs p vy
朱海峰 o王丽丽 o邵雪梅 o等 qussw q雪岭云杉树轮宽度对气候变化的响应 q地理学报 ox| kyl }{yv p {zs
„®®¨ °¬® …qusss q ⁄¨ ±§µ²¦¯¬°¤·²¯²ª¼ ²©∏°¥µ¨¯¯¤³¬±¨ k Πινυσ πινε ql ¬± Œ¶·¤±¥∏¯ o×∏µ®¨ ¼ q×µ¨ 2¨•¬±ª…∏¯¯¨·¬±oxy }tz p us
xst 第 y期 郑淑霞等 }树木年轮与气候变化关系研究
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yst 林 业 科 学 wu卷
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k责任编辑 于静娴 张君颖l
zst 第 y期 郑淑霞等 }树木年轮与气候变化关系研究