树木年轮对生态环境变化的响应及应用研究

李羚菱 李明

摘要：树木年轮的宽度、密度、亮度和同位素含量等都与气候因子如光、温度和湿度等的变化有复杂的相关性，目前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生态环境变化领域的应用。旨在强调开展树轮研究的必要性。

关键词：树轮；树轮气候学；生态环境变化

由于树轮相关研究技术如交叉定年技术的建立，树木年轮学作为一种定量分析手段不断发展成熟，不仅在学术研究上的价值突出，还可提供重要的环境信息要素，作为环境变化的指南针。树木年轮生态学通过探讨树木年轮一环境作用关系.为树木年轮气候重建提供基础，当然，树木年轮一环境关系本身也指示环境演变，树木年轮气候学可能是树木年代学应用最为广泛的领域，现在这种大空间范围和长时间尺度的气候重建正从美洲和欧洲逐步扩展到其他树木年轮重建相对不足的地区。

1年轮生态学研究进展

1.1国外的研究

cafl von L inne曾研究了生长于瑞典最北界的橡树，发现夏季的高低气温与年轮的宽窄有关。尝试建立年轮宽窄变化与某种生态环境要素变化之间可能的联系。他发明了树木年轮研究领域中极为重要的、最基本的工作方法一交叉定年，延伸了资料序列，论证了树木年轮与气候之间的关系。

在过去全球气候变化研究中，树轮年代学愈来愈广泛的受到重视，并在近期内取得了长足的进展。采用改进的树轮气候学方法，建立青藏高原东北部自公元前2637年到公元2011年间的祁连圆柏树轮宽度年表。研究表明，最近10年、25年和50年都是过去3500年以来青藏高原东北部最湿润的时段，而该地区显著的干旱阶段主要发生在公元前4世纪和15世纪后半叶。研究还发现，该结果与北半球千年温度序列在年代际至百年尺度上都存在着显著相关。研究人员根据，如果未来北半球温度继续升高，该区域降水将更加丰沛。早在20世纪初，树木年轮宽度变化与降水量之间的关系就已得到了论证，并在30年代创建了专门研究树木年轮的实验室。此后，年轮气候学家对年轮、温度、降水三者的关系作了相关研究，在树种的选择和年轮序列的统计分析技术方面取得进展，建立起年轮气候学的基本原理和分析方法。

1.2国内的研究

关于国内在这气候年轮学方面的研究，是从20世纪30年代开始的。通过研究我国华北和西北广大地区的树木年轮样本，成功分析并了解了历史时期的气候变迁，尤其在用以反映降水量的变化方面。但由于树轮学在我国的发展时间较短，各研究的领域发展缓慢，随着新技术和新方法的普遍應用，我国对树轮生态学的发展正向综合研究方向发展。

2.树木年轮宽度与气候因子的基本关系

在利用树木年轮资料分析气候与环境变化的研究中，最常用的研究因子就是年轮宽度，年轮宽度易获取、较准确，更重要的是它能够直观地反映气候因子的变化情况。气候变化对树木年轮的影响是复杂的，受树木种类、立地因子，如土壤、污染、虫害、风害、地震、火灾等因素的影响，必须通过较长时间的连续资料，对各个因子进行详细的研究，才能找出其主导因子及规律。

2.1树木年轮宽度与温度的关系

年轮宽度对温度的响应较为复杂，相同的树种，因其生长在不同的海拔地区，或者由于采样季节的不同，会呈现出正相关、负相关、也可能不相关。研究发现，初春温度与年轮宽度呈正相关。但吴祥定等却在研究中发现高海拔地区的树木生长与初春温度呈负相关，这种响应关系是由于树木生理过程所决定的。在高海拔地区，由于初春的低温，树木在生长季前几乎没有光合作用，可能发生的生理过程为呼吸作用和蒸腾作用。植物的蒸腾生理调控机制开始运作，气候温暖，光照强度高，气温高，相对湿度大，桉叶蒸腾效率与光合速率高，从而造成初春温度与树木生长呈负线性关系。而当温度升高到光合作用已占主导地位时，气温才与树木生长呈正线性关系。在低海拔地区，这种机制就相反，所以初春温度与年轮宽度呈正相关。

2.2树木年轮宽度与降水的关系

降水对年轮宽度的影响较大。降水量越少，越不利于年轮生长，研究发现降水量与年轮宽度通常呈正相关。这是由于植物生长季节的光照、温度、降水丰富，加快了光合作用效率，年轮就更宽：反之就窄。研究发现春季降水量与当年树轮宽度呈正相关，原因在于树木在春材形成的关键时期需水量大，降水不足会严重影响树木的生长，易形成窄轮：而且降水不足可能还会影响到树木新枝叶的生长，进而影响到以后树木的光合作用以及年轮的生长，形成偏窄轮。

从生理学角度讲，生长季前长时间维持少雨，光合作用会降低或者呼吸作用速度会加快，造成生长季中树木体内营养物质的减少。但是，值得注意的一点是，年轮宽度可能由于光合因素或水分因素影响植物后期的生长，从而形成窄轮。

2.3温度和降水对树木年轮宽度的综合影响

温度和降水存在着相关关系，它们之间相互影响、相互制约。随着降水量的变化，温度对轮宽的影响不同。当降水量低于一定值时，温度（通常5～8月）和树木轮宽的生长呈明显的负相关；当降水量在一段时期内均衡的情况下，对年轮宽度的影响则不明显。这表明，由于温度的增高导致土壤含水量降低，而树木的生长对温度的需求又较高，这种正负子相反的影响在某种情况下可相互抵消。

温度和降水对年轮宽度的共同影响作用还表现在土壤湿度方面。土壤水分不足阻碍树木根系对土壤养分的吸收，抑制对树干养分的传输，从而影响树木进一步的生长发育。研究发现，在半干旱地区，云杉的生长明显受生长期温度和降水的影响。而这两个气候因子，在某种程度上可以认为是通过对土壤含水量的制约，而直接影响树木的生长速度。因此，只分析单个气候因子对年轮宽度的影响具有局限性，应通过湿润指数、干燥指数、干旱日数等复合指标来度量气候变化，以反映温度和降水的综合效应。总之，影响年轮宽度的因素是多种多样的，在研究年轮对气候响应时应综合多种因子进行分析。