树木年轮汞记录：进展、问题和展望

汞作为生物毒性较强的金属元素之一,通过食物链富集进而威胁生态系统健康。汞在森林生态系统中的通量以及储量变化成为汞地球化学循环的重要影响因素。受汞监测记录的时空分布限制,对汞的时空分布变化认识尚不全面。分布广泛的树木是环境汞污染的有效生物监测器之一,能够利用树轮中的汞记录开展汞的时空分布变化研究。环境中的汞通过根系、叶片、树皮等组织吸收富集,最终在树木年轮中得以保存。因此,树轮能够重建污染历史并根据同位素比率反映地球化学循环特征。本文综述树木年轮汞浓度和汞同位素比率测量方法以及树轮汞浓度重建的应用,探讨树轮汞同位素记录在环境重建中以及森林生态系统汞的地球化学循环研究潜力,指出今后研究需要关注的问题。     

树轮木质素甲氧基稳定氢同位素比率测定方法研究进展

在森林树木合成的有机化合物中,氢元素(H)主要源于大汽水,经植物光合与生理代谢参与生物地球化学循环。近年来,树轮木质素甲氧基稳定氢同位素比率(δ²H_LM)作为新的古气候和古环境研究的代用指标,重建了多个地区的降水稳定同位素比率及气候变化信息,展现了其特有的优势。本文综述了现有树轮δ²H_LM测定的详细分析方法和基本原理,从树轮木质素含量、单体组成等方面对树轮δ²H_LM测定方法的稳定性和有效性进行评价,阐述了树轮木质素甲氧基稳定同位素指标现有研究成果。中纬度地区森林树轮δ²H_LM在记录气温变化和降水稳定同位素变化等方面有着巨大的潜力。但是树轮δ²H_LM的研究尚处于起步阶段,主要表现为: 1) 研究区局限于北半球中纬度地区,研究对象局限于针叶树种;2) 高分辨率树轮δ²H_LM研究有待开展,以弥补硝化纤维稳定氢同位素记录的局限;3) 树轮δ²H_LM在植物生理和森林生态研究方面的潜力有待开发。     

药用植物商陆(Phytolacca acinosa Roxb.)根中异常次生结构的发育解剖学研究

本文报道了药用植物商陆根中异常次生结构的发生和发育过程。商陆根的初生结构和早期的次生结构都是正常的。但是,后来在维管柱的外围以离心的顺序先后产生5-7轮异常形成层.第一轮异常形成层起源于次生韧皮薄壁细胞和射线细胞。后一轮异常形成层在前一轮异常形成层向外产生的薄壁结合组织中发生。各轮异常形成层都以正常的活动方式产生同心环状排列的异常维管束以及它们之间丰富的薄壁结合组织,从而使根变成肉质状。薄壁结合组织细胞以及异常维管束内的薄壁组织细胞中贮藏有淀粉粒。     

闽东南地区马尾松古树对气候变化和虫灾的生态弹性

马尾松是我国南方地区广泛分布的先锋造林树种。在全球变暖、气候干旱化和虫灾频发的趋势下,研究马尾松对环境干扰的生态弹性对森林管理有重要意义。本文对福建省仙游县百松村的马尾松古树进行树木年轮样品采集,建立区域首个马尾松树轮宽度标准年表(1865—2014年)。结果表明: 当年7—9月低相对湿度和5—9月极端高温是树木生长的主要限制因素。根据树轮极端窄年确定1869、1889、1986、1991和1993是极端事件年。时序叠加分析发现,极端事件发生前两年的持续低值加剧了极端事件的影响。干旱年份更容易引发虫灾。1889年是受虫灾影响最严重的年份,1986和1991年受到虫灾和干旱气候的双重影响,其余极端年主要受干旱气候的影响。树木对虫灾的抵抗力弱于对干旱事件的抵抗力;除1991年外,树木对虫灾的相对弹性力高于对干旱事件的相对弹性力。1889年的相对弹性力最高,1991年受到连续极端事件的影响,相对弹性力最低。2000年以来研究区干旱化趋势加强,马尾松古树遭受干旱和虫灾的干扰加强,部分树木死亡。     

药用植物牛滕根中异常次生结构的发育解剖学研究

本文报道了药用植物牛滕根的异常次生生长。其初生结构和早期的次生结构类似于一般的草本双子叶植物根。后来,在维管柱的外围以离心的顺序发生多轮异常形成层。第一轮异常形成层起源于次生韧皮部的薄壁组织细胞和射线细胞。以后的每一轮由前一轮向外衍生的薄壁组织细胞产生。新的形成层常常以弧状片段与前一轮维管束之间的形成层相连接。每一轮形成层向内产生木质部,向外产生韧皮部,组成异常维管束。这些束排成不规则的同心环,包埋在薄壁结合组织中。     

广东阳春现代樟树树轮宽度变化及其对气候因子的响应

树木年轮方法定年准确、连续性强、分辨率高和易于获取复本等 ,成为全球气候变化研究的重要手段之一。在热带、亚热带地区 ,受树木生理特性的影响 ,树轮研究工作开展较少。通过广东阳春过渡热带现代樟树树木年轮宽度的变化 ,发现秋季降水是影响研究区樟树生长的重要因子。树轮记录的准 4～ 4 .92 a周期的树轮指数变化可能与厄尔尼诺的周期有关 ,即厄尔尼诺引起气候变化对树木生长产生影响。尽管樟树生长快 ,树轮不清晰 ,交叉定年困难 ,但由于研究区存在明显的旱季 ,樟树树轮仍然能够在一定程度上反映气候条件的影响。     

阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的分异响应

在全球气候变暖的背景下,北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象,但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larixsibirica)样本建立了树轮宽度年表,并对年表特征及树木径向生长–气候的动态关系进行了分析。结果表明:生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子;树木径向生长与当年4月的气温显著负相关,与当年6–7月的气温显著正相关;研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6–7月的气温发生了分异现象,表现为随着气候变化,树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强,而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感,适合开展树木生长–气候变化的研究;检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。     

阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的分异响应

在全球气候变暖的背景下, 北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象, 但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)样本建立了树轮宽度年表, 并对年表特征及树木径向生长-气候的动态关系进行了分析。结果表明: 生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子; 树木径向生长与当年4月的气温显著负相关, 与当年6-7月的气温显著正相关; 研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6-7月的气温发生了分异现象, 表现为随着气候变化, 树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强, 而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感, 适合开展树木生长-气候变化的研究; 检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。     

药用植物川牛膝根中异常次生结构的发育解剖学研究

药用植物川牛膝的根内具有异常的次生结构。其异常的次生生长是由维管柱外围发生的异常形成层通过正常的活动方式完成的。后一轮异常形成层起源于前一轮异常形成层向外产生的薄壁组织细胞,位于韧皮部的外侧。每一轮异常形成层向内产生木质部,向外产生韧皮部,组成异常维管束。其中,木质部最先开始分化。异常维管束排成螺旋状,分散在结合组织中。除最外轮一些木质部束之间的结合组织是厚壁组织外,其余结合组织都是薄壁的。由于初生结构和早期的次生结构是正常的,所以,这种异常结构可能是后起的特征。     

小兴安岭低山区红松生长的气候响应机制

基于小兴安岭红松的树轮资料,确定了Tree-Ring生态机理模型模拟红松树木生长的参数.应用Tree-Ring模型对小兴安岭红松的生长过程进行了模拟,结果显示Tree-Ring模型在该地具有较好的适用性.参数敏感性分析表明红松树木生长比较敏感的参数是光合最低温度、光合最适温度下限、最适土壤体积含水率上限和最大土壤体积含水率.模拟发现,红松树轮宽度变化主要受到生长季上一年10月份气温和当年4月份气温变化控制.形成层开始生长平均是在4月下旬,这时水分充足,而温度在光合最低温度和最适温度下限之间,温度愈高,光合速率愈大,储存的养料愈多,因此表现为与树轮宽度的正相关关系.形成层生长结束的时间平均在10月上旬,用于形成层细胞生长的光合产物的消耗减少,而光合速率随着温度的升高而增大,因此,10月份的气温越高为下一年储存的养料越多,翌年易形成宽轮.     

Relationship of tree growth and climatic factors at treeline of Picea likiangensis var. balfouriana forest in Basu County,Xizang

 与传统方法相比, 利用树木年轮学方法研究树线过渡区树木生长温度敏感性高低的问题更注重比较树木个体间的生长情况, 从各个树轮序列间的生长一致性程度和树轮序列对气候因素(气温、降水)的响应一致性程度可探讨树线过渡区树木生长的温度敏感性。为了认识高山树线过渡区内树木生长的温度敏感性问题, 选择西藏昌都地区八宿县的一条川西云杉树线过渡区为研究对象, 比较了过渡区内树木个体间的生长一致性, 分析了树木生长与气候因素的相关性及其在个体间的异同。结果显示: 树线过渡区内树轮生长在个体间的一致性较低, 树轮生长与气温的关系在树木个体间的一致性也较低, 而树轮生长与当年4-9月降水的关系相对较强。西藏八宿树线过渡区属于干旱区, 相对于气温而言, 降水对树木生长的影响更大。此外, 小生境的异质性及干扰事件的发生也有可能降低树木对温度的敏感性。在全球变暖及极端气候事件增加的背景下, 树木生长的温度敏感性被高估可能会导致对树线过渡区位置及树线过渡区内群落生产力等的预测产生偏差, 这一问题应该在区域生态模拟研究和相关林业经营与管理上得到重视。     

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

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(δ13C)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δ13C组成变化范围为-23.33‰—-26.31‰,平均值为-24.91‰,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δ13C组成在年际变化中较为稳定。(2)低海拔的岷江冷杉树轮δ13C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(P0.05);高海拔岷江冷杉树轮δ13C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(P0.05);中海拔的岷江冷杉树轮δ13C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(P0.05),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"。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。     

树木年轮火历史研究进展

树木年轮火灾学作为树木年轮学和林火生态学的一个重要交叉学科, 主要利用树轮火疤准确确定火灾发生年代, 从而研究过去和现在的火灾变化规律。树轮火灾学以其定年准确、分辨率高和时间久远等特点在森林火灾研究中具有极其重要的作用。该文对树木年轮火历史国内外 研究现状进行了简要评述, 国内树木年轮火历史研究尚处在起步阶段, 国外树木年轮火历史研究主要集中在以下几个方面:1) 火历史的时空格局特征, 主要包括林火发生的时间间隔、空间范围、强度、林火发生的时空关联、林火发生与立地条件的关系、林火发生与物种演替以及树轮火疤与其他方法相结合的火灾判 断等内容;2) 火灾历史与全球气候变化的关系, 主要包括火灾与温度和降水关系, 如一般在当年干旱而前几年相对湿润时火灾发生;火灾发生与大尺度气候事件也有一定的关联, 火灾一般发生在厄尔尼诺 (ElNiño) 向拉尼娜 (LaNiña) 转换的年代, 而且相位组合比单个事件更容易引发火灾;3) 火历史与人为活动及土地利用的关系, 战争和人口增加容易引发火灾, 而放牧活动却降低火灾发生频率, 20世纪以来的森林火抑制降低了火灾发生频率却增加了大火发生的可能性。最后对树木年轮火历史的未来进行了展望, 主要包括火灾时空格局的尺度效应、火历史变化的气候与人为驱动机制以及火历史研究方法的拓展等内容。     

西藏八宿川西云杉树线过渡区树木生长与气候关系的一致性

与传统方法相比, 利用树木年轮学方法研究树线过渡区树木生长温度敏感性高低的问题更注重比较树木个体间的生长情况, 从各个树轮序列间的生长一致性程度和树轮序列对气候因素(气温、降水)的响应一致性程度可探讨树线过渡区树木生长的温度敏感性。为了认识高山树线过渡区内树木生长的温度敏感性问题, 选择西藏昌都地区八宿县的一条川西云杉树线过渡区为研究对象, 比较了过渡区内树木个体间的生长一致性, 分析了树木生长与气候因素的相关性及其在个体间的异同。结果显示: 树线过渡区内树轮生长在个体间的一致性较低, 树轮生长与气温的关系在树木个体间的一致性也较低, 而树轮生长与当年4-9月降水的关系相对较强。西藏八宿树线过渡区属于干旱区, 相对于气温而言, 降水对树木生长的影响更大。此外, 小生境的异质性及干扰事件的发生也有可能降低树木对温度的敏感性。在全球变暖及极端气候事件增加的背景下, 树木生长的温度敏感性被高估可能会导致对树线过渡区位置及树线过渡区内群落生产力等的预测产生偏差, 这一问题应该在区域生态模拟研究和相关林业经营与管理上得到重视。     

尾穗苋茎的异常加厚

尾穗苋茎中多轮散生维管束的产生是由起源于原形成层的异常形成层连续活动的结果。异常形成层由１─２层细胞组成,在早期的活动中,通常以单向方式向内交替产生维管束原束和薄壁结合组织;而后期则以双向活动方式向内产生木质部和其间的厚壁结合组织,韧皮部较晚在异常形成层的外缘发生。原形成层束分化为具束中形成层的外韧维管束,但无束间形成层分化。中央维管束和各轮异常维管束中的束中形成层能产生一些次生维管组织。     

树木年轮在干扰历史重建中的应用

干扰是影响森林生态系统结构和功能的重要因子,重建森林群落干扰历史可以掌握干扰发生的机制和规律,对森林经营有重要意义。年轮记载了树木逐年的生长历史,利用年轮可以重建不同尺度上干扰的时空格局,具有重建历史长、定年准确和材料容易获得的优点,是森林动态历史研究不可替代的资料。干扰对树木个体的影响可以分为伤害干扰和生长干扰两种类型。不同类型的干扰的特点和对树木的生长影响不同所以重建方法也不同,对树干造成直接伤害的干扰可以利用树干的疤痕重建,如火灾和泥石流等;生长干扰对树木的生长势造成影响,可以通过识别年轮中的生长抑制和释放发生和持续的时间来确定干扰的时间和强度。但是对破坏性的干扰事件要通过群落中个体的建成时间高峰来判断。欧洲和北美地区利用树木年轮重建森林干扰历史的研究已经很广泛,主要包括火灾、虫灾、地质灾害和气象灾害等干扰类型,在中国利用年轮重建群落干扰的研究还处于起步阶段。本文探讨了应用树木年轮重建不同森林干扰事件的方法,总结了不同的重建方法和干扰重建取得的进展,并指出了以后研究的方向,为以后的干扰重建提供了参考。     

树轮记录的贺兰山区近百年来的干旱事件

利用采自东亚夏季风最北缘、地处干旱-半干旱地区的贺兰山区的树轮样芯,建立了贺兰山地区最近93年来的树轮宽度年表。与气象观测记录的相关分析结果表明,降水是限制贺兰山区树木生长的主要因素,其中5~7月份的降水与树轮宽度呈显著正相关关系,相关系数为0.522(通过95%的信度检验)。在贺兰山的树轮宽度记录中有两个主要的低生长期即20世纪20年代和70年代末到90年代末,这两个低生长期均与该区域的干旱事件相对应。通过分析还发现在干旱事件中不仅出现低降水而且同时与高气温相伴。也就是说在干旱时期内,高温和低降水的水热组合对树木影响十分显著,从而由单纯降水减少变为一种低降水高蒸发的环境,加剧了气候的干旱程度从而使树木生长出现低的生长期,形成窄轮。这种水热组合引起树轮宽度的变化对于理解过去干旱事件及其过程具有重要意义。     

气候变暖背景下云南西北部大果红杉径向生长衰退及其气候驱动因子分析

气候变化背景下森林生态系统的内部结构和功能发生转变,并减弱了其固碳能力,评估与预测森林生态系统对气候变化响应势在必行。基于采自云南西北部的大果红杉树木年轮样本,建立树轮宽度标准化年表,运用相关分析、空间相关、波谱分析等方法,探讨了滇西北大果红杉径向生长的主控因子及其对气候变化的响应。结果表明：(1)温度是限制滇西北大果红杉树轮径向生长的主要因素,季节性高低温变化交替影响大果红杉树轮径向生长。(2)相对湿度变化与滇西北大果红杉树轮的径向生长紧密关联,对滇西北大果红杉树轮的径向生长起促进作用。(3)波谱分析结果显示滇西北大果红杉径向生长呈周期性变化,受ENSO等外强迫影响显著。(4)气候变暖背景下,滇西北大果红杉的径向生长出现衰退趋势。研究结果为加强云南西北部天然林保护和构建西南绿色生态屏障提供了基础性资料。     

林窗研究进展

本文从林窗的形成、林窗内微环境特点、林窗内树木更新、以及树轮分析与干扰重建,阐述了国内外在该领域的研究动态和取得的成果,以期推动和促进我国的林窗研究工作。根据欧美学者的研究报告,林窗的面积不仅与林冠和树径的大小成正比,而且与树木的倒伏方式有关;林窗的形成与特征主要受制造林窗树林的种类、树龄、海拔和气候带等因素的影响。林窗内微环境特点随林窗的大小、形状、纬度及所处位置的不同而变化。林窗是推动森林演替和更新的重要因素之一,林窗的形成、大小影响和控制着林内树种的组成和树木的更新。树轮分析可用于检测树木的生长释放,研究表明,在样本数量较大时,树木生长释放对重建过去的森林干扰是很有用的。     

灌木年轮学研究进展

灌木往往分布在树线以上或以北的高海拔和高纬度地区以及干旱、半干旱区,是把传统上以乔木为主的树轮研究扩展至森林分布界限以外的唯一选择.尽管灌木具有以上研究潜力,迄今用于树木年代学研究的灌木种类仅有30种左右.介绍了灌木年轮研究方法,综述了过去几十年来环北极高纬度地区,干旱、半干旱区以及高海拔地区的灌木年轮研究的主要进展.主要研究进展如下:(1)发掘一些灌木的树木年代学潜力;(2)揭示限制灌木生长的主要环境因子,并尝试利用灌木年轮宽度等指标重建过去区域气候变化历史;(3)探讨全球变暖的背景下,灌木的生长或分布范围的变化;(4)通过人为控制增温来揭示变暖对灌木生理特征和生长的影响.这些研究展示了灌木在扩展传统乔木树轮研究网络方面的潜力,也是树木年代学研究中最有前景的研究方向之一.目前的灌木年轮学研究多集中于环北极苔原带.作为地球的第三极,青藏高原具有广泛的高山灌木分布,具有把青藏高原边缘区以乔木为主的树木年轮网络扩展至更高海拔和高原内部的潜力.青藏高原高山灌木的年轮学研究并没有引起足够的重视.青藏高原高山灌木的生长是如何适应极端环境条件的,全球变暖的背景下,青藏高原高山灌木的分布和生长正在发生哪些变化等,都有待深入研究.