樹木年輪對生態(tài)環(huán)境變化的響應(yīng)及應(yīng)用研究

李羚菱 李明

摘要：樹木年輪的寬度、密度、亮度和同位素含量等都與氣候因子如光、溫度和濕度等的變化有復(fù)雜的相關(guān)性，目前對這種相關(guān)生理機(jī)理的研究也有較大的進(jìn)展。綜述了這方面的研究進(jìn)展及這些成果在生態(tài)環(huán)境變化領(lǐng)域的應(yīng)用。旨在強(qiáng)調(diào)開展樹輪研究的必要性。

關(guān)鍵詞：樹輪；樹輪氣候?qū)W；生態(tài)環(huán)境變化

由于樹輪相關(guān)研究技術(shù)如交叉定年技術(shù)的建立，樹木年輪學(xué)作為一種定量分析手段不斷發(fā)展成熟，不僅在學(xué)術(shù)研究上的價值突出，還可提供重要的環(huán)境信息要素，作為環(huán)境變化的指南針。樹木年輪生態(tài)學(xué)通過探討樹木年輪一環(huán)境作用關(guān)系.為樹木年輪氣候重建提供基礎(chǔ)，當(dāng)然，樹木年輪一環(huán)境關(guān)系本身也指示環(huán)境演變，樹木年輪氣候?qū)W可能是樹木年代學(xué)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域，現(xiàn)在這種大空間范圍和長時間尺度的氣候重建正從美洲和歐洲逐步擴(kuò)展到其他樹木年輪重建相對不足的地區(qū)。

1年輪生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展

1.1國外的研究

cafl von L inne曾研究了生長于瑞典最北界的橡樹，發(fā)現(xiàn)夏季的高低氣溫與年輪的寬窄有關(guān)。嘗試建立年輪寬窄變化與某種生態(tài)環(huán)境要素變化之間可能的聯(lián)系。他發(fā)明了樹木年輪研究領(lǐng)域中極為重要的、最基本的工作方法一交叉定年，延伸了資料序列，論證了樹木年輪與氣候之間的關(guān)系。

在過去全球氣候變化研究中，樹輪年代學(xué)愈來愈廣泛的受到重視，并在近期內(nèi)取得了長足的進(jìn)展。采用改進(jìn)的樹輪氣候?qū)W方法，建立青藏高原東北部自公元前2637年到公元2011年間的祁連圓柏樹輪寬度年表。研究表明，最近10年、25年和50年都是過去3500年以來青藏高原東北部最濕潤的時段，而該地區(qū)顯著的干旱階段主要發(fā)生在公元前4世紀(jì)和15世紀(jì)后半葉。研究還發(fā)現(xiàn)，該結(jié)果與北半球千年溫度序列在年代際至百年尺度上都存在著顯著相關(guān)。研究人員根據(jù)，如果未來北半球溫度繼續(xù)升高，該區(qū)域降水將更加豐沛。早在20世紀(jì)初，樹木年輪寬度變化與降水量之間的關(guān)系就已得到了論證，并在30年代創(chuàng)建了專門研究樹木年輪的實驗室。此后，年輪氣候?qū)W家對年輪、溫度、降水三者的關(guān)系作了相關(guān)研究，在樹種的選擇和年輪序列的統(tǒng)計分析技術(shù)方面取得進(jìn)展，建立起年輪氣候?qū)W的基本原理和分析方法。

1.2國內(nèi)的研究

關(guān)于國內(nèi)在這氣候年輪學(xué)方面的研究，是從20世紀(jì)30年代開始的。通過研究我國華北和西北廣大地區(qū)的樹木年輪樣本，成功分析并了解了歷史時期的氣候變遷，尤其在用以反映降水量的變化方面。但由于樹輪學(xué)在我國的發(fā)展時間較短，各研究的領(lǐng)域發(fā)展緩慢，隨著新技術(shù)和新方法的普遍應(yīng)用，我國對樹輪生態(tài)學(xué)的發(fā)展正向綜合研究方向發(fā)展。

2.樹木年輪寬度與氣候因子的基本關(guān)系

在利用樹木年輪資料分析氣候與環(huán)境變化的研究中，最常用的研究因子就是年輪寬度，年輪寬度易獲取、較準(zhǔn)確，更重要的是它能夠直觀地反映氣候因子的變化情況。氣候變化對樹木年輪的影響是復(fù)雜的，受樹木種類、立地因子，如土壤、污染、蟲害、風(fēng)害、地震、火災(zāi)等因素的影響，必須通過較長時間的連續(xù)資料，對各個因子進(jìn)行詳細(xì)的研究，才能找出其主導(dǎo)因子及規(guī)律。

2.1樹木年輪寬度與溫度的關(guān)系

年輪寬度對溫度的響應(yīng)較為復(fù)雜，相同的樹種，因其生長在不同的海拔地區(qū)，或者由于采樣季節(jié)的不同，會呈現(xiàn)出正相關(guān)、負(fù)相關(guān)、也可能不相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，初春溫度與年輪寬度呈正相關(guān)。但吳祥定等卻在研究中發(fā)現(xiàn)高海拔地區(qū)的樹木生長與初春溫度呈負(fù)相關(guān)，這種響應(yīng)關(guān)系是由于樹木生理過程所決定的。在高海拔地區(qū)，由于初春的低溫，樹木在生長季前幾乎沒有光合作用，可能發(fā)生的生理過程為呼吸作用和蒸騰作用。植物的蒸騰生理調(diào)控機(jī)制開始運(yùn)作，氣候溫暖，光照強(qiáng)度高，氣溫高，相對濕度大，桉葉蒸騰效率與光合速率高，從而造成初春溫度與樹木生長呈負(fù)線性關(guān)系。而當(dāng)溫度升高到光合作用已占主導(dǎo)地位時，氣溫才與樹木生長呈正線性關(guān)系。在低海拔地區(qū)，這種機(jī)制就相反，所以初春溫度與年輪寬度呈正相關(guān)。

2.2樹木年輪寬度與降水的關(guān)系

降水對年輪寬度的影響較大。降水量越少，越不利于年輪生長，研究發(fā)現(xiàn)降水量與年輪寬度通常呈正相關(guān)。這是由于植物生長季節(jié)的光照、溫度、降水豐富，加快了光合作用效率，年輪就更寬：反之就窄。研究發(fā)現(xiàn)春季降水量與當(dāng)年樹輪寬度呈正相關(guān)，原因在于樹木在春材形成的關(guān)鍵時期需水量大，降水不足會嚴(yán)重影響樹木的生長，易形成窄輪：而且降水不足可能還會影響到樹木新枝葉的生長，進(jìn)而影響到以后樹木的光合作用以及年輪的生長，形成偏窄輪。

從生理學(xué)角度講，生長季前長時間維持少雨，光合作用會降低或者呼吸作用速度會加快，造成生長季中樹木體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的減少。但是，值得注意的一點是，年輪寬度可能由于光合因素或水分因素影響植物后期的生長，從而形成窄輪。

2.3溫度和降水對樹木年輪寬度的綜合影響

溫度和降水存在著相關(guān)關(guān)系，它們之間相互影響、相互制約。隨著降水量的變化，溫度對輪寬的影響不同。當(dāng)降水量低于一定值時，溫度（通常5～8月）和樹木輪寬的生長呈明顯的負(fù)相關(guān)；當(dāng)降水量在一段時期內(nèi)均衡的情況下，對年輪寬度的影響則不明顯。這表明，由于溫度的增高導(dǎo)致土壤含水量降低，而樹木的生長對溫度的需求又較高，這種正負(fù)子相反的影響在某種情況下可相互抵消。

溫度和降水對年輪寬度的共同影響作用還表現(xiàn)在土壤濕度方面。土壤水分不足阻礙樹木根系對土壤養(yǎng)分的吸收，抑制對樹干養(yǎng)分的傳輸，從而影響樹木進(jìn)一步的生長發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，在半干旱地區(qū)，云杉的生長明顯受生長期溫度和降水的影響。而這兩個氣候因子，在某種程度上可以認(rèn)為是通過對土壤含水量的制約，而直接影響樹木的生長速度。因此，只分析單個氣候因子對年輪寬度的影響具有局限性，應(yīng)通過濕潤指數(shù)、干燥指數(shù)、干旱日數(shù)等復(fù)合指標(biāo)來度量氣候變化，以反映溫度和降水的綜合效應(yīng)?？傊?，影響年輪寬度的因素是多種多樣的，在研究年輪對氣候響應(yīng)時應(yīng)綜合多種因子進(jìn)行分析。