祁连山东端青海云杉年轮宽度与气候因素关系

Journal of Gansu Forestry Science and TechnolgyVol. 43 No. 2Jun. 2018

文章编号：1006-0960（2018）02-0008-05

祁连山东端青海云杉年轮宽度与气候因素关系

唐佳琪

甘肃 兰州 730000）（兰州大学生命科学学院，

摘要：以祁连山东端夏玛林场青海云杉为样本，建立青海云杉树木年轮宽度年表，应用相关分析，研究青海云杉的年轮宽度变化对气候变化的响应。结果表明：青海云杉年轮宽度与当年2月份、3月份、4月份的降水量呈显著的正相关关系，特别是与3月份的降水量的相关性极显著（P<0.01）；青海云杉年轮宽度与当年生长季初期（3月份）时候的温度呈现正相关关系，与当年6月份的温度呈现出了显著的负相关关系。

关键词：青海云杉；年轮宽度；径向生长；降水量；温度中图分类号：A doi: 10.3969/j.issn. 1006-0960.2018.02.004S791.1.02 文献标识码：

The Relationship between Ring Width and Climate of Picea

crassifolia in Eastern of Qilian Mountain

TANG Jia-qi

(School of Life Science, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)

Abstract: Taking the Picea crassifolia as a sample, the annual chronology of the tree rings of Picea crassifolia was established, and the correlation analysis was applied to study the response of the changes in ring width of Picea crassifolia to climate change. The results show that the ring width of Picea crassifolia has a significant positive correlation with the precipitation in February, March and April of that year, especially with the precipitation in March (P<0.01); There is a positive correlation between the temperature in the early growing season (March) and a significant negative correlation with the temperature in June.

Keywords: Picea crassifolia; ring width; radial growth; precipitation; temperature树木在周围环境的影响下于不同季节形成深浅和宽窄不一的环状木质带，我们把这些环状木质带称为年轮，承载着树木的生长历史[1]。年轮不仅能够显示树木的年龄大小，生长年限，更是能够向我们呈现出树木生长地点的自然信息，因为一棵树木的生长经历了太多的日月精华和风霜雨

露。我们可以利用年轮上的信息来反演自然环境的一个历史变换过程，其中探索以气候变化为主，当然这其中也包括各种无法避免的自然灾害[2]。对于树木年轮的研究我们可以依照样品采集、预处理、测量、交叉定年、去趋势和计算年轮宽度与气候因子之间的相关性这六个步骤进行，这其中

收稿日期：2018-04-08

作者简介：唐佳琪（1994—），女，陕西华阴人，硕士研究生，主要研究方向为生理生态学和景观生态学。

第2期唐佳琪:祁连山东端青海云杉年轮宽度与气候因素关系

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每一个步骤都不能省略[3]。同时，树木的生长不仅仅只受环境的影响，还受到其他很多因素的影响，因此在选择采样地点时，要尽量选择树木生长比较集中，对环境变化比较敏感[4]，受人类活动影响比较小的地区。目前，我国年轮气候学已经取得了很多研究成果，从地域性来看，包括青海、、内蒙古等西北地区和湖南、湖北等中东部的大多省份[5]。

青海云杉Picea crassifolia属松科Pinaceae云杉属Picea，为常绿针叶乔木，塔型，高23~25 m，胸径30~60 cm，树干挺直，枝条平展，树皮灰褐色，常有薄片剥落[6]。青海云杉的生活习性是耐寒、耐旱、耐贫瘠，生长缓慢，适应性强，可耐－30 ℃低温，分布于甘肃、青海、宁夏及内蒙古等地。喜寒冷潮湿的环境，在阴坡、半阴坡多集中生长，往往有成片纯林，在半阳坡、潮湿的谷地也有分布，散生或孤立木，生长不良。

夏玛林场处于祁连山的东部地区，是石羊河流域源头水源涵养林区之一[7]，全林区林木种类简单，绝大部分为天然林木，天然林以乔木为主，灌木次之。乔木以青海云杉为主，多生长在阴坡、半阴坡、阴湿地带；灌木有小叶金露梅、银露梅、山生柳等。本文以青海云杉为研究对象，通过建立青海云杉年轮宽度年表，分析年轮生长量对气候变化的响应，以探究夏玛林场植被生长规律。

１　　　材料与方法

1.1 研究区概况

夏玛林场位于天祝藏族自治县北部毛毛山北

麓km，2祁连山国家自然保护区的边缘地区，面积187 ；境内山峦起伏，地势南高北低，落差悬殊，海拔在2 632~4 074 m之间[8]，属于高寒温带性气候，平均气温－1.5 ℃，年降水量350~400 mm，无霜期130 d，年降水量70%集中在秋后。取样地位于甘肃省武威市天祝藏族自治县西大滩乡附近叉叉山，取样点平均海拔2 732 m。

１．１．１　　　样本的采集

确定好的取样地设置一个20 m×20 m的样

方，以样方法在样方内对一系列大小不同的青海云杉进行取样，取样时依据国际树木年轮库的标准，用生长锥在胸高处钻取树芯，每棵树钻取一个树芯，共采集了132个树芯，将树芯带回实验室经

过干燥、固定、打磨等处理后，剔除掉一些问题较

大的样本，选择正常的60个树芯，利用游标卡尺测定树木年轮宽度，测量完成后，用COFECHA软件对样芯进行交叉定年和测量结果的检验，然后使用ARSTAN软件利用负指数或线性函数拟合去掉树木遗传性决定的的生长趋势，以及树木之间因为竞争环境资源形成的生长趋势[9]，采用年轮的生长趋势拟合建立青海云杉年轮宽度标准化的年表（STD）。

１．１．２　　　气象资料来源

本文选取与研究区温度、降水、地理位置和海拔高度最接近取样地的乌鞘岭气象站气候记录资料，共含1953~2012年间的月降水量、月均温度、月均最低温度、月均最高温度、月日照时数[10]。从图1中可以看出：降水量在年内严重分布不均，大部分集中分布在7月、8月、9月这3个月份，月均温度变化也比较明显11 ℃左右，最低温度能达到，月均最高温度能够达到－11 ℃左右。

图1 乌鞘岭站台1953~2012年月降水量和月均温度

２　　　结果与分析

2.1 青海云杉年表的基本统计信息

年表的统计特征量是用来显示树木在生长过

程中的一些基本特征，以及一节树轮年表包含的信息量的多少。表1青海云杉标准年表中计算出来的统计量特征表明，树间相关系数为0.352，说明这些样本之间具有一定的相关性。年表中的平均敏感度是0.4，平均敏感度一般是用来反映气候的短期变化和高频变化，数值反映出青海云杉对本地区环境变化很敏感，年表的样本所反映出的整体代表性是0.956，是高于可接受水平的

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表１　　　青海云杉标准年表的统计特征

（p>0.85）。年轮信噪比也比较高，说明我们采集的样本量具有足够的代表性。

2.2 青海云杉年轮指数序列与年降水量和年均温度的变化

对年轮指数及年降水量和年平均温度的二次多项式拟合如图2和图3。青海云杉的年轮指数

拟合曲线在这60年间，表现出的是先上升后下降，而年降水量和年平均温度则分别表现为先下降后上升和逐渐上升的趋势，年轮指数的变化趋势和年降水量及年平均温度的变化趋势不一致，

[3]

表现出了明显的“分离现象”。综合分析表明，年轮指数的变化并不是由于单一气象因子的变化造成的，而是受到多个气象因子共同作用的影响。

图2 研究区60年来青海云杉年轮指数序列与年降水量的变化趋势

图3 研究区60年来青海云杉年轮指数序列与年均温度的变化趋势

注：图中分别表示对年轮指数序列、年降水量序列和年平均温度序列进行的2次多项式拟合曲线。

2.3 青海云杉年轮宽度和气候要素的相关性

２．３．１　　　青海云杉年轮宽度与降水量的关系

从图4中可以看出来青海云杉的年轮宽度

指数与当年2月、3月、4月的降水量是正相关，其中2月份的降水量与年轮宽度指数显著相关，3月份和4月份的降水量与年轮宽度指数极显著相关，与其他月份的降水量有相关性，但相关系数比较小，可以忽略不计。降水对树木年轮宽度

[11]

的影响具有明显的“滞后效应”，因此也分析了

上年10月份、11月份、12月份与青海云杉年轮

的相关性。对比温度这一影响因素，降水对树木年轮生长的滞后影响要更大一些，若是上一年降水的条件提供的好，树木体内储存的养分就比较多，即使来年降水很少，也往往只是形成正常的或者是较窄的年轮，但是如果连续2年或者3年降水量持续很少，那么必然形成窄年轮[12]。降水量的多少对于形成的树木年轮宽窄有着非常重要的影响，这种现象在干旱、半干旱地区表现最为明显[13]。树木生长季后期光合作用产生的营

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图4 青海云杉的年轮宽度年表与月均温度、月均降水量和月均日照时数的相关分析

注：“-”表示前一年；“*”，“**”，P<0.05；P<0.01。

养被储备在当年木质部中，以供应来年重建叶幕

和形成层活动。年轮分春材和秋材，以春材为主要部分。春材由开春后形成层活动产生，期间如果土壤水分充足，根系生长旺盛会促进形成层活动产生较宽的春材。3月份、4月份的降水恰恰增加了土壤水分含量。年轮生长量与3月份、4月份降水量极显著正相关，恰恰证明了上述推论[14]

。因此3月份和4月份的降水对植物的生长起到一定的促进作用。4月份的降水与月树轮标准化年表相关最显著，研究也表明当植物处在当年生长季时，降水量的多少会直接对年轮的形成结果造成影响。

２．３．２　　　青海云杉年轮宽度与温度的关系

生长过程中，尤其是在6月份，林间温度会升高，此时是树木春材形成盛期，温度过高会加速土壤水分的散失，从而树木的生长。秋季温度过高时，树木的呼吸作用和代谢作用加强，树体内存储的用来供给次年树木生长的营养物质加速消耗，不利植物生长[13]，因此树木年轮宽度与秋季气温高温呈负相关。

2.3.3 青海云杉年轮宽度与月日照时数的关系

从图4中可以看出4月份、5月份、11月份这3个月日照时数与青海云杉的年轮宽度之间有显著关系，其中4月份和11月份的日照时数与其呈现极显著的相关关系。4月份时青海云杉还处在休眠期，温度升高使得水分散失也不利于植物生长，同时太阳辐射如果过于强烈，树木吸水速率会跟不上蒸腾速率，会导致蒸汽压的不连续，使水分不能满足树木生长的需要[10]。

从图4中可以看出除了3月份的月均温度与年轮宽度之间是负相关关系之外，其余月份月均温度与年轮宽度指数之间均呈现负相关关系，其中3月份与其有着极显著的正相关关系，4月份、5月份、6月份和11月份与其有显著的负相关关系，其中6月份的温度对其影响极其显著。月均最低气温对年轮生长影响主要体现在4~6月份和9~11月份这2个阶段，月均最高气温对年轮生长影响主要体现在3~6月份生长季阶段和11月份这2个时间内。初春树木生命活动还未开始，温度升高有利于树木内部组织液免受伤害，而且在生长季来临之前可以迅速地在树体内进行一系列的生理活动，为接下来能够使年轮宽度较宽做准备；同时早春温度升高会提前树木的生命活动周期，为植物根茎主动运输提供能量，给树木形成层细胞壁快速提供了有利条件，从而形成宽年轮[13]，因此3月份的月均温度和月均最高温度与年轮宽度指数之间都是极显著的正相关关系。在

３　　　结论与讨论

树木生长与气候要素变化的关系是利用树木年轮进行气候研究的基础。从青海云杉年轮指数序列与气候要素的相关分析中可以看出，气温对于树木生长的影响最显著，由其在3月、4月、5月份期间，温度对于年轮宽度的影响最为显著；降水量也是影响年轮宽度的重要气候因子，年轮指数与当年3月份降水量呈显著的正相关关系，说明在换季期间气温会促进植物的生长，而降水量如果达不到要求青海云杉的生长会很受影响，因此降水量也是影响青海云杉年轮宽度的重要因素，这与祁连山区春季少雨的气候特点也吻合；

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与日照时数呈负相关关系，说明过多的日照会抑

制植物的径向生长。

综上所述，青海云杉的生长受到气温、降水和日照的综合影响。总体来说，温度和降水2个气候因子综合起来是影响青海云杉的径向生长的主要因素，在春季初期气温升高，温度升高使得阴坡的积雪融化并且提早了植物形成层的活动，土壤中的水分含量升高，促进了青海云杉根系从土壤中吸收水分，加快植物生长，而且温度升高有助于植物进行光合作用，再配合生长期一定的降水量，极大地促进了青海云杉的径向生长。但是在降水量不足且高温时，过强的光照会导致土壤含水量和空气湿度的下降，从而抑制植物的生长。

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