中国东部亚热带地区树轮δ13C方位变化的谐波分析

对浙江天目山2株柳杉(Cryptomeria fortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr,分别简称为CF-1,CF-3)及南京紫金山8株马尾松(Pinus massoniana Lamb.,分别简称为PM-1-PM-4,PM-7-PM-10)树轮δ¹³C平均值方位序列及2株柳杉树轮δ¹³C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δ¹³C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-8与PM-10低于70%外,其余均在70％以上,其中,CF-1与PM-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2π与π(PM-1与PM-7为2π/3)两个主要谐波周期就可以较好地拟合各树轮δ¹³C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2π及以π(PM-1与PM-7为2π/3)为周期的树轮δ¹³C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δ¹³C极值出现的方位区域更复杂。对天目山2株柳杉树轮δ¹³C各方位均值年序列的分析结果表明,2树轮δ¹³C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δ¹³C的主极大值出现的方位区基本发生45°的方位转移。而主、次极大值叠加的结果却使δ¹³C极值出现的方位基本发生90°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。     

树轮稳定碳同位素分析的采样方法——以天目山柳杉为例

树轮稳定碳同位素在重建气候和环境方面得到了越来越多的应用,可是采样的方法却是多种多样,限制和影响了不同结果之间的比较。究竟在几个方位采样,在什么方位采样,既经济方便又能比较好的反映一棵树的稳定碳同位素变化过程与趋势,还没有确切的答案。研究利用来自天目山的两个柳杉树盘的多方位的和整轮的碳同位素测试数据（共计642个）,通过不同方位和不同方位组合的平均碳同位素序列与整轮碳同位素序列的关系的多角度的考查、分析发现,并不是采样的方位数越多越好,选择2～4个方位采样合并分析树轮稳定碳同位素,既经济方便又能比较好的反映一棵树的δ^13C变化过程与趋势。在两个或者3个方位采样时,方位之间呈钝角关系时,其代表性最好。4个方位采样时,一般使用的“十字交叉法”并不是最好的选择,建议采样的方位之间尽可能多的成钝角关系。如果条件限制只能采集一个方位的样品,采集向阳一侧的树芯,其代表性最好。     

樟子松树轮δ13C的年内变化特征及其对气候要素的响应

对大兴安岭北部两株樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)树轮样品的年内稳定碳同位素比率(δ13C)进行测定,结果表明:樟子松树轮年内δ13C值在不同生长阶段总体表现出每年生长季中期最高、早期次之、晚期最低的变化特征.δ13C的年内变化趋势在幼龄期至速生期变化剧烈,成熟期至衰老期相对平缓.从幼龄期至衰老期的整个生长阶段,同时期年内δ13C的变动幅度基本为晚材大于早材.幼龄期年内晚材的δ13C一直明显高于早材,而成熟期年内早晚材δ13C的差别逐渐减小,至衰老期年内晚材δ13C已低于早材且无显著差别.树轮δ13C的年内变化主要体现在生长季中后期,即早晚材之间的过渡段至晚材.年内不同时段的d13C序列与同时段的宽度去除生长趋势序列(去趋势序列)之间的相关性随生长季节的推移而逐渐降低.当年早材宽度与前一年晚材宽度显著正相关,当年早材δ13C序列与前一年晚材宽度和当年早材宽度的去趋势合并序列呈现较显著的负相关性,与前一年晚材δ13C序列或宽度去趋势序列之间均未表现出显著的相关性.分析结果表明:早材的形成很可能来源于前一年光合作用的产物,在利用树轮年内不同材质宽度或δ13C序列进行气候环境重建时需要考虑这一点.年内早材、过渡段和晚材三个时段的δ13C分别对应于4月下旬至6月中旬土壤湿度较大、温度上升较快的时期,6月下旬至7月中旬降水增加、温度达到最高而相对湿度降低的时期,以及7月下旬至9月中旬降水增加、温度下降而相对湿度较大的时期.     

樟子松树轮不同组分的稳定碳同位素分析

对大兴安岭北部樟子松树轮中的全木、综纤维素和α纤维素3种组分按早晚材分别测定稳定碳同位素(δ¹³C)值,分析比较早晚材两种材质的3种组分δ¹³C值差异,探讨其对气候环境变化的响应。结果表明:从组分来看,樟子松树轮综纤维素的δ¹³C指标更接近于α纤维素;从材质来看,樟子松树轮晚材不同组分的稳定碳同位素信号对气候环境变化响应的一致性和敏感程度要大于早材。樟子松树轮晚材的综纤维素δ¹³C指标是研究过去气候或环境变化的理想载体,而α纤维素在提取过程中很可能丢失了部分气候信息。     

大兴安岭北部樟子松树轮δ13C的高向变化及其与树轮宽度的关系

通过对大兴安岭北部樟子松树轮样品高向的年轮宽度和稳定碳同位素比率(δ¹³C)进行测定,分析了高向上δ¹³C的变化特征及其与年轮宽度的关系.结果表明： 在木质部全轮、早材和树皮内皮3种成分中,样品高向δ¹³C均呈现由顶部至基部先显著增加,在冠层底部达到最大值,再向下迅速减少至谷值的变化趋势.早晚材平均宽度比由基部至顶部增大.高向上δ¹³C年均值序列与轮宽年均值序列呈现较为明显的反向对应关系,与早晚材宽度比年均值序列呈现在冠层以上较为一致的变化趋势.样本高向上年轮宽度序列及δ¹³C序列均存在不同程度的显著差异,δ¹³C值的高向变化与年际变化基本处于同一量级.树体高向δ¹³C序列逐年变化趋势基本一致,同一高度盘的δ¹³C序列与年轮宽度序列基本呈负相关,但不同高度的显著性有所差异.
     

大兴安岭北部樟子松树轮δ13C的高向变化及其与树轮宽度的关系

通过对大兴安岭北部樟子松树轮样品高向的年轮宽度和稳定碳同位素比率(δ13C)进行测定,分析了高向上δ13C的变化特征及其与年轮宽度的关系.结果表明:在木质部全轮、早材和树皮内皮3种成分中,样品高向δ13C均呈现由顶部至基部先显著增加,在冠层底部达到最大值,再向下迅速减少至谷值的变化趋势.早晚材平均宽度比由基部至顶部增大.高向上δ13C年均值序列与轮宽年均值序列呈现较为明显的反向对应关系,与早晚材宽度比年均值序列呈现在冠层以上较为一致的变化趋势.样本高向上年轮宽度序列及δ13C序列均存在不同程度的显著差异,δ13C值的高向变化与年际变化基本处于同一量级.树体高向δ13C序列逐年变化趋势基本一致,同一高度盘的δ13C序列与年轮宽度序列基本呈负相关,但不同高度的显著性有所差异.