树木年轮分析在全球变化研究中的应用

树木年轮的宽度、密度、图像分析、同位素含量等都与气候因子温度、湿度以及大气成分的变化成复杂的相关关系。本文总结了树木年轮分析的几种主要研究方法以及在全球气候变化、大气污染以及重建大气CO2浓度中的应用,同时利用树木年轮分析对全球变化研究中存在的问题、争议等作了简要的探讨,并对未来全球变化中的年轮年代学研究的方向作了展望。     

云南石林地区喀斯特山地萌生团花新木姜子年轮特征与环境因子的关系

树木年轮记录着树木生长过程中气候和环境因子的变化。该文采用树木年轮分析方法研究云南石林地区萌生生长的团花新木姜子树干年轮特征与环境因子之间的相互关系。结果表明：团花新木姜子萌生个体具有显著的差异性;其不同样树之间年轮宽度和年轮指数变化幅度较大,随着基径的增大,年轮指数与年轮宽度也逐渐增大;年轮指数与雨季降水呈正相关,而与干季降水和5、6、11和12月的温度呈负相关,但相关性均未达到显著水平。这表明退化迹地上萌生生长的团花新木姜子个体对降水和温度年间变化有较强适应能力和个体调节能力。     

沈阳福陵油松年轮对全球性气温波动的响应

研究了沈阳福陵油松年轮宽度变化与沈阳地区以气温为主的气候因子和1880年以来的全球气温、全球陆地和海洋温度以及北半球气温等温度变化的关系.结果表明:沈阳油松年轮宽度与全球气温变化、全球陆地和海洋温度变化和北半球气温变化有一定的相关性,而且3个大空间尺度的温度波动和沈阳当地气温对油松年轮宽度的影响较一致:冬季12、1月的气温和春季4、5月的气温对油松生长影响显著(P<0.05).油松年轮宽度和3个大尺度温度序列存在3～8年公共准周期变化,其19.3年和23.2年准周期可与3个大尺度温度变化均含有的20.8年的准周期对应.说明沈阳油松年轮宽度与不同尺度的温度波动呈正相关,升温变化在过去大部分时期对沈阳油松年轮生长存在积极的影响.     

缙云山四川大头茶树木年轮生长动态与气候因子关系的研究

应用相关分析、逐步回归、数字滤波以及功率谱方法对四川缙云山四川大头茶年轮生长动态进行了分析研究,通过数学模型滤除树木本身生长的遗传因素及定年后,建立了缙云山青龙寨和香炉峰的树木年轮年表．结果表明,四川大头茶年轮中保存的信息量较大,两地点年轮年表与其生长环境重庆地区的年降水量相关密切,可以用该年表表征重庆地区的降水情况．气象因子与四川大头茶年轮宽度间的统计数学模型为：Ｙ＝－２．１９＋０．００７４７Ｊ１＋０．００６１２Ｊ２＋０．００１４０Ｊ３＋０．００３８４Ｊ４＋０．００３７１Ｊ５＋０．０７３１Ｔ１＋０．０５６４Ｔ５,年轮的功率谱密度值随波数的分布不均匀,由年轮宽度变异的功率谱周期分析揭示了树木生长环境２、１１～１２、２２年左右的降水波动周期．树木年轮表的建立与分析,是研究森林生态系统动态及环境历史变迁的重要途径     

树木年轮宽度与气候因子的关系研究进展

树木的生长与立地环境密切相关并受气候变化的影响,树木年轮宽度作为反映气候与环境变化的一个重要参数,已被广大生态学家所重视并应用。本文综述了树木年轮宽度与温度(当年初春温度、前一年的夏季高温和冬季低温)、降水(生长季的降水和生长季前的降水)、太阳辐射、CO2浓度等气候因子的关系及其在古气候环境研究、环境预测等领域中的应用,并对该研究的量测方法和数据处理分析方法的进展作了概述。针对我国树木年轮宽度研究的现状,提出了扩大取样范围、拓宽研究领域、改善取样和分析方法、建立完善的树轮年表体系、加强与国外树轮研究工作者的信息交流等建议,为我国树木年轮宽度研究的进一步发展提供了理论参考。     

树木年轮—环境气候的档案

本世纪初期,美国有一位天文学家常手执锯斧等工具,穿行在美国西南部干旱区,尤其是土著印第安人集居地的山林之中,风餐露宿;同时还冒着被人误解和危险,仔细观察着树木的年轮。经过十几年奋斗,他揭示出树木年轮生长与降水之间的对应关系,建立起比较完整的树木年轮学原理及方法,创立了从公元700年至1929年连续的年轮宽度年表及世界上最早的树木年轮研究实验室,被后人誉为“树木年轮学之父”,他就是A. E. 道格拉斯。年轮,又称生长轮,指的是树木茎或根次生木质部中的生长层,因为通常每年形成一轮,故称之为年轮。     

树木年轮宽度与气候变化关系研究进展

 树木的生长和立地环境密切相关并受多种气候因子的影响。树木年轮宽度的增加与温度、降水、太阳辐射、CO2浓度等气候因子有着复杂的相关关系。在干旱或半干旱地区,温度是限制树木生长的重要气候因子。生长季开始时最低温度的升高有利于延长生长季,与年轮宽度正相关;但是当生长季温度过高时,即使降水非常充裕,当年也只能形成窄年轮。生长季的温度过高则会加快土壤蒸发失水量并提高蒸汽压差,使土壤水分不足而不利于树木生长,因而生长季的高温多表现为与年轮宽度的负相关。生长期内降水量与树木的径向生长也成正相关,但当生长季的降水量充足或过多时,降水对树木径向生长不相关或负相关。受温度和降水共同调控的土壤湿度是树木径向生长的主要限制因子,良好的水分状况对树木生长起决定性作用。某一地区的太阳辐射能量高常会导致高温少雨,故高强度的太阳辐射使表土的湿度降低而不利于树木的径向生长。而在受季风影响的地区,树木年轮宽度的增加与当年雨季的气候变化关系不大。当年季风到来之前的气候（温度和降水）是树木生长的主要限制因子。有关CO2浓度的升高对树木生长的影响,研究的结果很不一致。一些温室实验及田间控制实验证明,CO2浓度的升高能对短命的一年生草本植物和植物幼苗产生“施肥效应”,并有利于其生长;还有些研究证明CO2浓度的升高能使高海拔地带的树木年轮宽度增加;但也有些研究认为CO2浓度的升高对生长在自然条件下的自然植被影响不大。近年来,有关树木径向生长和气候变化的研究越来越引起人们的关注,相关研究也取得了较大的进展。这些研究在帮助人们了解和研究古气候变化对森林植被的影响,以及预测未来全球变化对陆地生态系统的影响等方面有重要的理论和现实意义。综述了气候变化对树木年轮宽度影响的研究进展和应用,并概述了研究方法和发展前景,希望能加快和拓宽这一领域的发展。     

树木年轮对气候变化的响应研究及其应用

树木年轮的宽度、密度、亮度和同位素含量等都与气候因子光、温和湿度等的变化有复杂的相关关系, 对这种相关生理机理的研究也有较大的进展。综述了这方面的研究进展及这些成果在古气候和环境研究、生理生态学、林学、群落学甚至历史社会学等领域的应用。     

山东蒙山森林冠层绿度与树干径向生长的关系

森林冠层绿度和树木年轮宽度是描述森林生长过程的重要指标,它们之间存在怎样的关系以及这种关系的稳定性如何目前还没有清晰的回答。森林冠层绿度通过遥感影像计算,在空间上连续,而树木年轮宽度是树木健康的综合指标,样点上具有代表性。森林冠层绿度和树木年轮宽度的关系的研究能增进对森林生长的多角度理解和森林生长状况的尺度转换。在山东蒙山地区采集了4个赤松(Pinus densiflora)林样点的树木年轮样本,获得了树木年轮宽度数据,分析了增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)与树木年轮宽度的关系。结果显示:1)对于健康森林,4月和6月的冠层绿度与树木年轮宽度存在因果关系;森林不健康时,两者关系较为复杂;2)其他月份冠层绿度与树干径向生长不存在因果关系,而是共同受其他环境因子,如气候因子的驱动;3)弱冠层绿度降低后5年内有显著的径向生长恢复,但是恢复年份少;强冠层绿度降低之前,树干径向生长已经开始降低,之后的5年内有着持续的径向生长降低。这些结果表明森林冠层绿度的降低并不能反映树干径向生长降低的开始,只有健康的森林冠层绿度和年轮宽度有相关关系。冠层绿度的降低对森林健康有强烈的影响,冠层绿度降低导致的径向生长的降低很难恢复。     

树木年代学的研究进展

我国树木年代学研究自20世纪90年代以来取得了长足进展,尤其是树木年轮气候学研究已经在国际上有一定影响.然而,我国树木年代学研究发展相对不均衡,其他树木年轮分支学科的发展相对较弱.本文综述国内外树木年代学不同分支学科研究进展,对比我国树木年代学研究现状和国际研究概况,为我国树木年代学不同分支学科的研究提出建议.我国未来树木年轮气候学研究应在开展大量不同区域树木年轮气候学重建基础上,尝试选用不同数理方法和多树木年轮指标(宽度、密度、同位素和木材解剖学指标)进行长时间尺度和大空间范围重建工作,并通过诊断方法和过程模拟方式讨论重建时段的气候机制.     

东北南部蒙古栎径向生长对气候变化的响应——以千山为例

蒙古栎是东北森林中最重要的阔叶树种之一.本研究利用树木年代学方法研究中国东北南部千山地区蒙古栎的径向变化,结合1951—2010年的温度和降水等气象数据,利用相关函数分析了树木生长与气候变化的关系,揭示蒙古栎径向生长对气候响应规律.结果表明：研究区4—7月的降水量与蒙古栎年轮宽度呈显著正相关,是限制该地区蒙古栎径向生长的主要限制因子;5月极端最高温度与蒙古栎年轮宽度呈显著负相关,也是影响蒙古栎生长的关键因素.研究期间,蒙古栎年轮宽度与4月降水量的相关显著且稳定,自20世纪80年代开始蒙古栎径向生长对夏季温度的响应敏感性逐渐减弱,对温度的响应表现出从响应夏季温度向响应春季温度的转变.     

大兴安岭山地樟子松径向生长对气候变暖的响应——以满归地区为例

基于树木年代学的理论和方法,建立了大兴安岭满归地区樟子松年轮宽度年表,分析了标准化年表与该区主要气候因子(温度和降水)之间的相关关系,揭示了气候因子对树木径向生长的影响.结果表明:当年4-8月的各月平均温度是研究区樟子松径向生长的主要限制因子;4-8月各月温度的不断升高对樟子松径向生长产生了不利影响.利用4-8月平均温度的变化模拟樟子松径向生长变异(1958 -2008年),发现随着区域气候暖干化趋势的加强,该区樟子松生长将呈现出衰退的特征.     

Tree‐ring analysis and modeling approaches yield contrary response of circumboreal forest productivity to climate change

Circumboreal forest ecosystems are exposed to a larger magnitude of warming in comparison with the global average, as a result of warming‐induced environmental changes. However, it is not clear how tree growth in these ecosystems responds to these changes. In this study, we investigated the sensitivity of forest productivity to climate change using ring width indices (RWI) from a tree‐ring width dataset accessed from the International Tree‐Ring Data Bank and gridded climate datasets from the Climate Research Unit. A negative relationship of RWI with summer temperature and recent reductions in RWI were typically observed in continental dry regions, such as inner Alaska and Canada, southern Europe, and the southern part of eastern Siberia. We then developed a multiple regression model with regional meteorological parameters to predict RWI, and then applied to these models to predict how tree growth will respond to twenty‐first‐century climate change (RCP8.5 scenario). The projections showed a spatial variation and future continuous reduction in tree growth in those continental dry regions. The spatial variation, however, could not be reproduced by a dynamic global vegetation model (DGVM). The DGVM projected a generally positive trend in future tree growth all over the circumboreal region. These results indicate that DGVMs may overestimate future wood net primary productivity (NPP) in continental dry regions such as these; this seems to be common feature of current DGVMs. DGVMs should be able to express the negative effect of warming on tree growth, so that they simulate the observed recent reduction in tree growth in continental dry regions.     

树木年轮年内高分辨率稳定同位素记录:方法、进展和展望

树轮稳定同位素比率能有效地记录树木生长过程中气候环境变化信息及树木的生理响应机制。年内高分辨率树轮稳定同位素比率则能够提供更为详细的气候环境信息,揭示树木对季节尺度气候环境变化的生理生态响应机制,在古气候和全球变化生态学研究方面显示出巨大的潜力。本文收集了1990年以来发表的树轮年内高分辨率稳定同位素比率研究论文,从样品剥离方法、α-纤维素化学提取方法以及应用等方面综述了其研究进展,展望了年内高分辨率树轮稳定同位素记录研究的潜力和未来发展方向。     

基于日均温度的华山松径向生长敏感温度研究

树干木质部形成周期与温度密切相关,存在影响形成层活动的敏感温度,但是尚未研究尝试从树木年轮中探索影响径向生长的敏感温度。华山主峰的华山松径向生长对气候变化较敏感,且华山西峰的气象站记录了1953年以来气象资料,这为探索树木径向生长与温度的关系提供了宝贵的材料。以华山主峰的华山松年轮资料和日值温度资料为基础,通过分析历年日平均温度的变化过程和年轮宽度、早材宽度、晚材宽度、最小密度以及最大密度的相关性,尝试探索华山松径向生长与日均温度变化的关系。结果表明春季一定温度的初日时间对华山松径向生长有较大的影响,其中3 ℃和8 ℃初日时间和持续时间对年轮宽度的促进作用最明显,而3 ℃对早材宽度影响较大,8℃初日时间对晚材的影响较大;高于11 ℃的温度会对华山松的径向生长造成限制,其中以11 ℃的作用最明显;而温度的终日时间对年轮特征影响较小。说明3 ℃是早材形成的敏感温度,8 ℃是晚材形成的敏感温度,温度高于11 ℃会对华山松的径向生长构成胁迫。这证明华山松年轮特征中包含了较多的气候信息,形成层活动和木质部的生长存在阈值温度,通过分析不同温度的生长期与年轮特征的关系可以找到影响华山松径向生长的敏感温度。这些敏感的温度是通过什么生理过程影响木质部的形成尚无法得知,但是这为解释树木生长对全球温度升高的响应以及利用华山松年轮重建历史气候提供了重要依据。     

广东鼎湖山马尾松年轮元素含量及其相关性研究

马尾松 (Ｐｉｎｕｓｍａｓｓｏｎｉａｎａ)是我国目前造林数量最多的树种之一 ,研究其体内各种矿质元素的含量变化及相关性关系有助于了解该物种的选择性吸收、积累和分配各种元素的能力 ;而且对年轮元素含量的分析使我们有可能研究树木生命史中内外因子的变化对树木的元素吸收和积累的影响 ;同时 ,植物元素的含量又不可避免地打上了区域的烙印 ,因此 ,此类研究对区域植物地球化学的研究具有重要意义。1　材料和方法鼎湖山自然保护区位于广东省肇庆境内 ,距广州市 86ｋｍ ,位于 2 3°0 8′Ｎ ,112°35′Ｅ ,地处南亚热带的南缘。马尾松采自…     

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。     

Seasonal cambium activity in the subtropical rain forest tree Araucaria angustifolia

Information on the timing and dynamics of tree ring formation is essential to assess the seasonal behavior of secondary wood growth and its associated environmental influences. Araucaria angustifolia is a dominant species in highland pluvial ecosystems of southeastern South America. Previous investigations indicated that their growth rings are formed annually, but no information exists about the timing of growth ring formation and the environmental triggers influencing cambium activity. In this paper we examine inter- and intra-annual cambial activity in A. angustifolia, through anatomical and dendrochronological evidence at two study sites, and model the relationships between regional climate variation and intra-annual tree ring formation. The results confirm the annual growth ring formation in A. angustifolia and indicate that its growth season extends from October to April. Day length and temperature were the main environmental factors influencing the seasonal cambium activity. Our results evidence the dendrochronological potential of A. angustifolia for ecological and climatological studies in southeastern South America.     

Modelling variability of wood density in beech as affected by ring age,radial growth and climate

Although it has been recognized as a key parameter of wood quality and a good source of information on growth, annual wood density has been little studied within diffuse-porous trees such as beech ( Fagus sylvatica Liebl.). In this paper we examine the variability encountered in beech ring density series and analyze the influences of ring age, ring width, climate and between-tree variability on density. Thirty ring sequences were sampled from 55-year- old dominant beech trees growing within the same stand; ring density and width were measured using radiography. Ring density proved to be less variable through time than ring width. The relationship between these two variables was less than observed in ring-porous trees and it showed great variation between trees. The sensitivity of ring width and density to climate was also different; width was strongly linked to soil water deficit whereas density was correlated to temperature and August rainfall. Unlike ring width, wood density showed sensitivity towards climatic characteristics of the late growing season. A large part of annual density variability remains unexplained, even using advanced modelled water balance variables. We hypothesize that a significant part of the tree ring is under internal control. We also demonstrated great inter-tree variability (the tree effect) in ring density, which has an influence on density but not on trees response to climate.