天山中西段不同地区雪岭云杉径向生长对气候变暖的响应差异

张艳静 郑宏伟 于瑞德 杨美琳 石冰冰 王 蕾

(1.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠环境研究室，乌鲁木齐 830011； 2.中国科学院大学，北京 100049； 3.新疆林业科学院现代林业研究所，乌鲁木齐 830011)

天山中西段不同地区雪岭云杉径向生长对气候变暖的响应差异

张艳静1,2郑宏伟1*于瑞德1杨美琳1石冰冰1,2王 蕾3

(1.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠环境研究室，乌鲁木齐 830011；2.中国科学院大学，北京 100049；3.新疆林业科学院现代林业研究所，乌鲁木齐 830011)

为研究乌苏和石河子地区雪岭云杉(Piceaschrenkiana)径向生长对气候变暖的响应差异状况，利用响应函数及滑动相关分析等树轮气候学方法，研究了2个地区森林下限雪岭云杉径向生长与气候因子的响应关系。结果表明：乌苏和石河子地区雪岭云杉生长均与生长季的气候因子呈显著相关关系。但乌苏和石河子地区雪岭云杉生长对当地气候因子的响应也存在差异，乌苏地区雪岭云杉径向生长与上一年7、9月平均气温呈显著负相关，与当年8月降水、上一年9月及当年8月平均相对湿度和上一年7～10月的scPDSI呈显著正相关。石河子地区雪岭云杉径向生长与当年1月平均湿度和当年1、2月的scPDSI呈显著正相关。此外，乌苏地区树轮宽度指数具有与温度升高而下降的“分离现象”，而石河子地区树轮宽度指数具有与温度升高相一致的趋势。升温导致的水分胁迫是造成乌苏地区雪岭云杉径向生长与温度变化趋势相反的重要因素。生长季的温度和降水的增加对石河子地区雪岭云杉径向生长有促进作用。乌苏地区雪岭云杉径向生长对5～7月平均气温和降水量变化敏感性上升；石河子地区雪岭云杉径向生长对5～7月降水量变化敏感性上升，而对5～7月平均气温变化敏感性下降。结果显示，气候变化的区域差异是造成乌苏和石河子地区雪岭云杉径向生长趋势不同以及各年表序列对温度和降水变化敏感性变化的主要气候因素。

树木年轮；径向生长；气候变暖；敏感性；天山；响应差异

树木年轮以其定年准确、分辨率高、连续性强以及重建精度好等特点，成为研究过去全球变化(PAGES)的重要技术途径之一[1]。大多数树木年轮的宽窄变化能够记录树木生长时的气候变化信息，探讨树木径向生长的主要限制因子不仅有助于解释植被对气候变化响应的规律性，也可以为预测未来气候变化及模拟未来气候变化条件下植被生长的潜在变化[2～4]。然而，年轮宽度与气候要素之间存在着复杂的关系，不同地域不同气候因子条件下，同一树种树木生长存在差异[5]，气候条件的变化也将会影响树木生长与气候要素的关系，并进一步影响树木径向生长的过程[6]。这一结果已得到国内外大量研究的证实，如自20世纪80年代以来，北半球高纬度高海拔地区树木生长对气温升高表现出敏感度降低的现象[7]。此外，在阿拉斯加地区，D’Arrigo等[8]报道了白云杉(Piceaglauca)生长与气温的关系在1970年前后出现差别，随着气温升高，生长与气温的关系减弱。在意大利地区，Carrer等[9]对意大利北部林线处欧洲落叶松(Larixdecidua)树木生长进行了研究，发现树木生长在19～20世纪对气候变化的敏感性发生了转变。在长白山地区，于健等[10]研究发现长白山落叶松(Larixolgensis)生长与气温的关系在1989年前后出现了不同的响应特征，发生了响应模式的改变。王淼等[11]报道了大气增温有利于长白山地区阔叶红松(Pinuskoraiensis)主要树种的径向生长。同时，一些研究表明不同坡向、树种、海拔和纬度树木生长会对气候变暖存在明显地响应差异，如Leonelli等[12]研究表明，高海拔地区南坡和西坡瑞士石松(Pinuscembra)生长对气温的敏感性在升温后下降，而北坡瑞士石松生长对气温敏感性却呈增加趋势。李广起等[13]研究发现长白山红松年轮宽度具有与温度升高相一致的趋势，而鱼鳞云杉(Piceajezoensisvar.komarovii)年轮宽度则出现随温度升高而下降的“分离现象”。郭滨德等[14]研究了川西不同坡向紫果云杉(Piceapurpurea)和岷江冷杉(Abiesfaxoniana)树木生长对气候变暖的响应差异，发现随着气温升高云杉生长显著增加，而冷杉生长降低，但不显著。此外，张文涛等[15]研究指出气温的升高不仅影响芦芽山不同海拔的华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)与气温因子关系的海拔差异，而且对其径向生长的海拔差异也有影响。刘敏等[16]研究了不同纬度红松径向生长趋势及其与气候因子的关系，掲示了不同纬度红松径向生长对气候因子响应的差异及其气候变化影响下红松的动态特征、适应性及敏感性。而雪岭云杉(Piceaschrenkiana)作为天山森林的主要建群树种之一，不同海拔雪岭云杉对气候因子的响应也存在差异[17～19]。但是，气候变暖对不同地区雪岭云杉生长的影响及树木生长对气候变化的时间动态响应特征是否均存在差异？目前，天山地区雪岭云杉有关这些问题的研究较少，因此，开展乌苏和石河子地区的不同区域树木生长对气候变暖响应差异的研究将是对不同区位气候条件下森林植被对气候因子响应研究的有益补充。

本文将利用树木年轮资料分析树木径向生长与气候因子的关系，掲示乌苏和石河子地区雪岭云杉径向生长的主要限制因子，并对比分析不同地区(乌苏和石河子)树木生长对气候因子的不同响应。在气候变暖背景下，我们探究天山中西部不同地区森林下限雪岭云杉树木生长对气候变化的响应差异，确定气候变化前后树木生长与气候因子相关关系的变化，以期了解气候变化对天山中西部不同地区雪岭云杉径向生长的影响，从而对天山地区气候变化背景下的森林植被管理提供理论依据。

1 研究区概况

乌苏与石河子地区位于天山北坡中西部，准噶尔盆地南缘，地理坐标为44°09′～43°47′N，84°21′～85°55′E。天山北坡中西部属温带大陆性半干旱气候，冬季寒冷，夏季炎热，春秋季较短，冬夏温差大，日照时间长，降水量少，蒸发量大。垂直地带性比较明显，海拔1 800～2 700 m分布着大量天然森林，以雪岭云杉为主，林内植被有灌木和草类，土壤为黑褐色。这两个地区的气候总体特征相似，但也存在一些不同，乌苏地区温度高于石河子地区，而其降水低于石河子地区。总体而言，石河子地区湿度高于乌苏地区。2个样地的雪岭云杉均有成片的天然林，林内没有人为的扰动和自然破坏。雪岭云杉是研究区的优势种，常组成纯林。该树种为地带性植被，属于耐荫树种，寿命长，喜欢生长在气候湿润的中山带阴坡、半阴坡及山中河谷[19]。雪岭云杉的年轮可形成明显界限，每一年的年轮较易辨认，对气候变化有很好的敏感性，已被证实是树轮气候学分析的理想树种[20]。

2 材料和方法

2.1 样本采集

2015年8月进行了样本的采集工作，采样点分布图如图1所示。按照树木年轮气候学的基本要求、原理和方法，在树木生长过程对气候变化更为敏感的森林下限采集样本[20]，两个采样点都分别随机采集了23(46根树芯)、22棵树(48根树芯)，每棵树用生长锥在胸径位置从南北、东西方向取两个完好的树芯作为样本，样本树都是健康树，采样点的基本情况见表1。

图1 树轮采样点位置示意图Fig.1 Location of the tree-ring sampling site

采样点Samplingsites树种Treespecies纬度Latitude(N)经度Longitude(E)海拔Elevation(m)样本数(株)Samplenumber坡向Aspect坡度Slope(°)乌苏Wusu雪岭云杉Piceaschrenkiana44°09′84°21′190442(23)NE30．9石河子Shihezi雪岭云杉Piceaschrenkiana43°47′85°55′228038(22)NE⁃NW35．9

2.2 建立年表

样本带回实验室后，进行加工处理：自然干燥、固定、打磨，直至在显微镜下能够清晰的辨认出早材、晚材细胞及轮界分明为止[21]。在显微镜下用画骨架法对样本进行目视交叉定年，然后使用测量精度为0.01 mm的LINTAB宽度测量仪进行轮宽测量[22]。为保证定年和测量的准确性，用国际年轮库的COFECHA程序[23]进行交叉定年质量检验，确保每一年轮具有准确的日历年龄，本研究保留了年轮序列之间高度相关的树芯数据，即42根树芯(乌苏)以及38根树芯(石河子)参与制定两地区各自最终的年表。

树轮宽度年表的建立是由国际年轮库ARSTAN程序[24]完成，所有样芯的去趋势方法均选取相对保守的负指数函数，以去除树木本身生长趋势与非气候因素对树木生长的影响，然后用双权重平均法对测量的轮宽曲线进行标准化，并得出标准化年表(STD)、差值年表(RES)和自回归标准化年表(ARS)。由于差值年表中保存了较高质量的高频信息[25]，最终选取差值年表作为分析对象。

2.3 气候资料

气候资料来自乌苏气象站(44°25′N，84°40′E，海拔478.7 m)和石河子气象站(44°19′N，86°03′E，海拔442.9 m)1954～2012年的气象数据，此数据来自中国气象科学数据共享网服务网(http://cdc.cma.gov.cn)。采用Mann-Kandell方法[26]和double-mass analysis方法[27]对2个气象站的气温和降水进行了均一性检验。检验结果表明：2个气象站的气候数据无随机突变和明显不均匀分布情况，代表了自然界的主要气候变化特征。所选指标包含2个气象站点的月平均气温、月均降水量和月平均相对湿度(图2)，另外，本文还采用了更能精确评估干旱变化的基于改进帕尔默干旱指数(scPDSI)，数据来源于英国东英格利亚大学气候研究中心(climatic research unit,CRU)，可从英国气象数据中心下载(http://www.badc.rl.ac.uk)[28]。scPDSI数据时间段为1961～2012年，空间分辨率为0.5°×0.5°，选取离乌苏和石河子采样点最近格点(44°15′N,84°45′E;44°15′N,86°15′E)的scPDSI数据。

图2 乌苏(A、B)和石河子地区(C、D)的月均温度、月均降水量、平均相对湿度和scPDSI指数Fig.2 Monthly mean precipitation,monthly mean temperature,relative humidity and scPDSI of Wusu(A,B) and Shihezi(C,D)

气象资料显示乌苏地区年平均温度以1969年为分界点划分为平稳期(stable)和升温期(warmer)，年平均温度从5.91℃(1969年)增至8.15℃(2012年)，升温速度大于2.5℃·50 a-1，而石河子地区自1954年以来处于升温期，年平均温度从5.75℃(1954年)增至7.17℃(2012年)，升温速度大于1.2℃·50 a-1(图3)。乌苏和石河子地区年降水量表现出缓慢增加的变化趋势，两研究区年降水量最小和最大分别为84.7 mm(1965年)、124.9 mm(1978年)和339.1 mm(2010年)、351.8 mm(2010)。对比分析发现，乌苏和石河子地区自1969年以来都属于明显的升温期，但乌苏地区的年平均温度均高于石河子地区，升温速度也大于石河子地区；而石河子地区年降水量高于乌苏地区，相对乌苏地区而言，石河子地区气候条件较湿润。

图3 乌苏和石河子地区1954～2012年平均温度和降水量的变化Fig.3 Variation of annual average temperature and total precipitation of Wusu and Shihezi in 1954-2012

2.4 数据分析

年轮宽度指数与气候要素之间的相关关系和2个年表与气候因子的滑动相关系数的计算，本研究分别选用了Dendroclim 2002软件和SPSS软件[29]，旨在揭示不同地区树木生长与气候要素的关系，评估乌苏和石河子地区雪岭云杉生长节律的地区差异及其对气候变暖的响应差异。同样计算2个年表与月气候因子之间的相关系数和滑动相关系数，从而得到不同地区树木生长与气候因子的关系，以及关系的稳定性。气候因子选自距采样点最近的乌苏、石河子气象站自建站以来(1968～2012年)的前一年6月至当年10月的月平均气温、月降水量、月平均相对湿度和scPDSI指数。

3 结果与分析

3.1 年表的基本统计特征

表2给出了两研究区雪岭云杉年表的统计参数，其中平均敏感度介于0.236～0.334,在年表所要求的0.15～0.80，所分析年表属于敏感系列范围[14]。标准差介于0.248～0.512，第一主成分的解释量达到59.6%～62.9%，年表序列间、树间和树内相关系数达到0.533～0.613，表明2个采样点的样本均对群体的代表性较好即序列的共性较强，年表中的环境信息含量较大[30]。然而，2个采样点的信噪比达到23.416～40.148，均大于3，EPS达到0.979～0.985,均超过了0.85的最低阈值[30]，说明本次研究采样较成功，年表中包含的气候信息较多，树木生长受气候因子的影响较强，两研究区的雪岭云杉对气候变化的响应敏感，从表2可知，乌苏地区的年表各项统计参数均较高，其树木生长对气候变化的响应更敏感[31]。

表2 天山中西部采样点的差值年表(RES)的统计特征值

注：R1.不同序列间的平均相关系数；R2.不同树间的平均相关系数；R3.同一棵树不同样本之间的平均相关系数；M.S..平均敏感度；S.D..标准差；SNR.信噪比；EPS.样本总体代表性；PCA1.第一主成分解释量

Note:R1.Inter-series mean correlation; R2.Mean correlations between trees; R3.Mean correlation within the same tree; M.S..Mean sensitivity; S.D..Standarad deviation; SNR.Signal to noise ratio; EPS.Expressed population signal; PCA1.The variance expressed by the first principal component

3.2 雪岭云杉径向生长与气候因子的相关关系

为了建立可靠的年表，本研究中采纳了样本总体代表性EPS(Expressed population signal)[32]大于0.85的年份作为年表的起始点，这样高于该起点的年表序列才是可靠的，乌苏地区有效年表的起始年为1968年，而石河子地区有效年表的起始年为1941年，其2个采样点的差值年表如图4所示。

图4 研究区雪岭云杉年轮宽度(RES)年表和样本量实线代表轮宽指数；虚线为样本量；粗竖线条是样本总体代表性EPS>0.85的样本量起点，表示年表在该起点之后是可靠的Fig.4 P.schrenkiana tree-ring width chronology(RES)and the amount of samples Solid line stands for the ring-width index,and dash line for numbers of core samples;Thick line for the start of expressed population signal(EPS>0.85),the chronology is reliable after the start.

从图4可以看出，乌苏与石河子地区雪岭云杉年表的树轮指数变化比较大，说明其受气候变化的影响比较大[33]。为了探讨乌苏和石河子地区树木生长与气候因子的关系，本文选择了2个地区1968～2012年的月平均气温、月降水量、月平均相对湿度和scPDSI等气候因子与采样点的年表进行了相关分析，分析结果如图5所示。

图5 树轮度年表与各月气象要素之间的相关统计 P6～P12.上一年4～12月；1～10.当年1～10月；RH.平均相对湿度；scPDSI.基于改进帕尔默干旱指数 *P<0.05Fig.5 The correlation coefficients between the tree-ring chronology and the climate factors P6～P12. Previous June-December; 1～10. Current year January-October; RH. Average relative humidity; scPDSI. Self-calibrating palmer drought severity index *P<0.05

统计结果表明(图5)，乌苏和石河子地区雪岭云杉树木生长对当地气候因子的响应有一致的地方，但也存在响应差异。2个采样点雪岭云杉径向生长均对生长季的气候因子敏感，相对于石河子地区而言，乌苏地区对水分和温度更敏感。具体表现为：乌苏地区雪岭云杉径向生长与上一年7、9月和当年5～7月平均气温呈显著负相关，与当年5～8月降水量、上一年9月及当年5～8月平均相对湿度和上一年7～10月及当年3～10月scPDSI呈显著正相关；石河子地区雪岭云杉树木生长与当年5～7月平均气温呈显著负相关，与当年5～7月降水量、当年1、5、7月平均相对湿度和当年1～10月scPDSI呈显著正相关。可见，乌苏和石河子地区雪岭云杉森林下限树木生长并不是主要受降水的影响，这两个地区森林下限的雪岭云杉径向生长对水热条件均呈现明显的相关关系，树木生长均受温度、降水综合的影响(图5)。

3.3 树木生长与重要气候因子的动态关系

相关分析的结果显示两地区雪岭云杉树木生长对生长季5～7温度和降水具有较高的敏感性。我们进一步对乌苏和石河子地区雪岭云杉径向生长与生长季5～7月平均气温和降水量关系的时间动态进行了分析(图6)。结果表明，自1969年随着温度升高，这两个地区的雪岭云杉径向生长与气候因子的关系均不稳定。详细地讲，乌苏地区雪岭云杉年表与生长季5～7月平均气温和降水量的关系均逐渐增强，该年表与生长季温度呈显著负相关，与生长季降水呈显著正相关，滑动相关系数都逐渐增大；与乌苏地区不同，石河子地区雪岭云杉年表与生长季5～7月平均气温的关系逐渐减弱，而与生长季5～7月降水量的关系逐渐增强，该年表与生长季温度呈负相关，但该滑动相关系数逐渐减小，由显著性变为不显著性的气候因子，与生长季降水呈显著正相关，滑动相关系数也逐渐增大。这些分析结果表明在气候变暖背景下乌苏地区和石河子地区雪岭云杉径向生长对气候因子的响应呈现不同，说明气候条件的改变可以引起树木生长与气候因子关系的变化，以及径向生长的区域差异。

图6 乌苏和石河子地区年表序列与气象数据的滑动相关分析，滑动窗口为20年Fig.6 Moving correlation between ring-width chronology and meteorological inWushu and Shihezi,the moving window is 20 years.

3.4 增温对雪岭云杉径向生长的影响

年表和温度序列的趋势对比(图7)显示：乌苏地区森林下限雪岭云杉年表序列具有随温度升高而降低的趋势，乌苏地区雪岭云杉年表中明显地体现了温度上升的“分离现象”，升温导致树木的水分胁迫加剧是出现分离现象的主要原因；但石河子地区森林下限的雪岭云杉与温度之间表现出一定的“吻合现象”，即随着温度的升高，该地区的雪岭云杉径向生长呈上升趋势，这与石河子地区的气候条件相对于乌苏地区较湿润有关，乌苏地区年平均温度均高于石河子地区，乌苏地区近50年来升温速度大于2.2℃·50 a-1，石河子地区升温速度大于1.2℃·50 a-1，而石河子近50年来年降水量均高于乌苏地区(图3)。

图7 1954～2012年乌苏和石河子地区雪岭云杉年表序列与年平均温度一致性分析 黑实线代表年表序列；灰实线为年平均温度；短划线为相应时间序列的拟合趋势线Fig.7 Consistency analysis between ring-width chronologies of Wusu and Shihezi and annual temperature in 1954-2012 Black solid line stands for the ring-width chronology,and the gray solid line for the annual average temperature.Dash line is the trend line.

4 讨论

4.1 雪岭云杉生长与气候因子关系的区域差异

目前普遍认为森林上限的树木生长主要受温度的影响而森林下限的树木生长主要受降水的影响[19]，而侯爱敏、彭剑锋等[34～35]认为森林下限树木生长受温度、降水等气候因子综合影响，森林下限树轮宽度与气候因子有着复杂的相关关系，这种关系受气候因子之间的相互制衡和因物种而异的树木生长节律的影响。通过乌苏和石河子地区的森林下限年表与气候因子的相关分析，发现乌苏和石河子地区树木径向生长限制因子并不是单一受降水的影响，而是受温度、降水综合影响的。但这两个地区雪岭云杉树木生长对气候因子的响应存在很多的异同点，可能与这两个地区的生态环境的不同有关。详细分析如下:

共同之处表现为2个方面：①乌苏和石河子地区雪岭云杉径向生长都与当年5～7月平均气温呈显著负相关，与当年5～7月降水量、5、7月平均相对湿度和当年3～10月scPDSI呈显著正相关，而雪岭云杉生长期集中于5～8月，表明生长季的气候因子对雪岭云杉的径向生长影响很大。从树木生长的生理学角度来理解，森林下限土壤湿度对树木生长起到关键性的控制作用，在干旱半干旱地区，温度和降水共同调控引起的土壤湿度变化在树木径向生长中起着很重要的作用[29]。乌苏和石河子地区5～7月的降水量相对树木生长需要来说还不充足，生长季5～7月的高温加重了土壤水分的匮乏[16]。土壤干旱胁迫会降低树木叶水势，使叶肉细胞对水分的吸附力增大，限制了叶内水分的运动，从而使树木的光合作用速率减弱，影响到树木的生长[36]。此外，雪岭云杉是喜湿树种，分布在土壤湿度和空气湿度较大的阴沟与阴坡，自然更新与生长发育均较好[19]，雪岭云杉对土壤湿度非常敏感。②乌苏和石河子地区雪岭云杉径向生长与scPDSI指数的相关性均为正相关(图5)，这一结果与天山北坡中部[18]、内蒙古东部[37]、贺兰山北部[38]树木径向生长对PDSI的相关相同，scPDSI指数使用彭曼公式计算蒸散发，更适合代表干旱半干旱地区的自然干旱程度，更好地指示土壤水分变化，表征土壤对树木生长的可供水量[39]。

不同之处表现为：乌苏地区雪岭云杉径向生长对温度和水分的响应更敏感，除了2个采样点均对生长季5～7的气候因子存在显著关系外，乌苏地区树木生长与上一年7、9月平均气温呈显著负相关，与当年8月降水、上一年9月及当年8月平均相对湿度和上一年7～10月的scPDSI呈显著正相关。石河子地区树木生长与当年1月平均湿度和1～2月的scPDSI呈显著正相关。乌苏地区，温度高、降水量少使土壤蒸发量增大，其scPDSI较低，说明土壤比石河子地区干旱。温度对乌苏地区树木生长的影响具有明显的“滞后效应”，上一年7、9月气温过高，将会导致该地区生长季前的降水大量蒸发，减少土壤含水量的积累，易形成水分胁迫，不利于树体在生长季后期营养物质的积累，从而影响来年生长季初期的营养物质的供给，继而影响树木生长[31]。7～10月是雪岭云杉树木生长季中末期，此时湿润的条件有利于积累更多的光合产物及木质化的过程，继而影响影响来年树木生长的营养物质的供给及当年树木生长[35]。正如结果显示乌苏地区树木生长与当年8月降水量、平均相对湿度和上一年7～10月scPDSI呈显著正相关。与乌苏地区不同，石河子地区温度较低，降水量较多，平均相对湿度和scPDSI高，说明土壤比乌苏地区湿润。1～2月是雪岭云杉树木生长季前期，是其早材形成的关键时期，该时段湿润的条件对快速生长的早材有促进作用[40]，故当年1月平均相对湿度和1～2月的scPDSI均与树木生长呈显著正相关。

4.2 气候变化对雪岭云杉生长的影响

分布于不同地区森林下限的雪岭云杉生境条件随着气候变化而发生变化，即树木分布范围内的水热条件的增加，生境条件的变化对树木径向生长有显著的影响作用[13]。滑动相关(图6)结果表明乌苏和石河子地区森林下限雪岭云杉径向生长与生长季气候因子的关系并不稳定，而是随着时间推移表现出一定的变化,这一滑动相关的结果与芦芽山华北落叶松、长白山红松和鱼鳞云杉的滑动相关研究结果一致[6,13,15]。滑动相关(图6)的结果显示乌苏和石河子地区生长季的水热条件的增加，使得气候因子对树木生长的限制作用也产生了明显的变化。值得注意的是，随着温度升高，乌苏地区年表与生长季温度呈显著负相关，与生长季降水呈显著正相关，相关系数都逐渐增大(图6)，树木生长受水分限制作用逐渐增强。随着气温升高，植物体的蒸腾作用以及土壤水分的蒸散都会加快，加快了水分散失和养分消耗，从而影响树木径向生长[13]，升温造成的水分缺失是乌苏地区树木生长与温度上升趋势相背离的最主要原因。石河子地区年表与生长季温度呈负相关，但该相关系数逐渐减小，树木生长与温度的响应由显著逐渐变为不显著；与生长季降水呈显著正相关，相关系数也逐渐增大(图6)，而气候变化促进了该地区树木生长。

乌苏和石河子地区温度、降水量增加引起了当地雪岭云杉径向生长与气候因子关系的变化，进一步引起了生长节律的区域差异。乌苏地区近50年温度上升幅度显著，升温速度大于2.5℃·50 a-1，而该地区雪岭云杉年轮指数呈下降趋势，表明温度上升阻碍了该地区雪岭云杉的径向生长。乌苏地区树木生长与生长季温度显著负相关以及受水分限制逐渐增强结果与长白山的鱼鳞云杉、岳桦和落叶松[5,13,41]的研究结果一致。随着温度过高，将会导致该地区的降水大量蒸发，减少土壤含水量的积累，而同期的降水比较丰富，则可以起到补偿作用[30]；且乌苏地区降水量增加不显著(图3)，温度升高土壤含水量加剧蒸发，降水量增加的补偿作用不足，树木呼吸作用和代谢作用增强，生长所需的养料开始增加，从而导致树木生长缓慢[14]；而石河子地区升温速度大于1.2℃·50 a-1，石河子地区降水量明显高于乌苏地区，而温度明显低于乌苏地区(图3)，该地区雪岭云杉年轮指数呈上升趋势，桑卫国等[31]也发现，随着温度的升高，天山昭苏地区和小渠子地区也呈上升趋势。石河子地区降水量增加对温度升高起到了补偿作用，石河子地区雪岭云杉的生长受温度的限制作用由显著转变为不显著，随着气候变化，径向生长与温度的关系减弱。石河子地区树木生长对温度的敏感度降低的现象与北半球高纬度高海拔地区、阿拉斯加地区[7～8]树木生长的研究结果一致。结果表明，温度和降水量的改变引起了乌苏和石河子地区森林下限雪岭云杉树木生长与气候因子关系的不同变化。

5 结论

不同地区的雪岭云杉径向生长对气候因子的响应具有明显差异。乌苏地区树木生长与上一年7、9月平均气温呈显著负相关，与当年8月降水、上一年9月及当年8月平均相对湿度和上一年7～10月的scPDSI呈显著正相关；而石河子地区树木生长与当年1月平均湿度和1～2月的scPDSI呈显著正相关。与石河子地区对比分析发现，乌苏地区雪岭云杉径向生长受水热条件的限制更强，该响应差异的存在与两个地区生态环境不同有关。

本研究采用树木气候学方法分析了气候变暖对乌苏和石河子地区森林下限雪岭云杉径向生长的影响，结果表明温度升高抑制了乌苏地区雪岭云杉的生长，而促进了石河子地区雪岭云杉的生长，气候条件的不同引起了乌苏和石河子地区树木生长与气候因子的区域差异和雪岭云杉径向生长节律的区域差异。气候变暖造成了乌苏地区雪岭云杉年表序列对温度和降水变化敏感性上升，造成了石河子地区雪岭云杉年表了序列对降水变化敏感性上升，对温度变化敏感性下降。

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“One thousand plan” from Chinese academy of sciences(Y474161;Y672141)；“Young scholars of western” from Chinese academy of sciences(2015-XBQN-B-22)；International(regional) cooperation and the exchange program(41361140361)

introduction：ZHANG Yan-Jing(1991—),female,postgraduate,engaged in the research of dendroclimatology.

date:2016-12-20

ResponseDifferencesofRadialGrowthofPiceaschrenkianatoClimateWarminginMidwesternTianshanMountains

ZHANG Yan-Jing1,2ZHENG Hong-Wei1*YU Rui-De1YANG Mei-Lin1SHI Bing-Bing1,2WANG Lei3

(1.Laboratory of Environment Change in Arid Lands,Xinjiang Institute of Ecology and Geography Chinese Academy of Sciences,Urumqi 830011；2.University of Academy of Sciences,Beijing 100049；3.Insititute of Modern Forestry,Xinjiang Academy of Forestry Science,Urumqi 830011)

The experiment was conducted to study the response differences of radial growth ofPiceaschrenkianato climate warming in Wusu and Shihezi regions. Dendrochronological methods including response function and evolutionary intervals analysis method were applied to study the relationships between radial growth and climatic factors ofP.schrenkianaat the lower forest border of the two regions. The radial growth ofP.schrenkianaat two regions was significantly correlated to the local climatic factors in the growing season, but the differences in response were statistically significant. In Wusu, the radial growth ofP.schrenkianawas significantly negatively correlated to the average temperature in previous July and September but significantly positively correlated to precipitation in current August, the average relative humidity in previous September and current August, and scPDSI from July to October last year. In Shihezi, the radial growth ofP.schrenkianawas significantly positively correlated to the average relative humidity in current January, and scPDSI in current January and February. The tree ring width index in Wusu showed a decreasing trend namely “separation phenomenon” with the increasing of temperature, while that in Shihezi was increased with the increasing temperature. ForP.schrenkianain Wusu, water stress caused by temperature rising was the main factor causing the opposite tendency between radial growth and temperature change. The increase of temperature and precipitation in the growing season mutually enhanced theP.schrenkianagrowth in Shihezi. The sensitivity of radial growth ofP.schrenkianato average temperature and precipitation from May to July was increasing in Wusu. The sensitivity of radial growth ofP.schrenkianato precipitation from May to July was increased in Shihezi, while the sensitivity to average temperature was decreased from May to July. Therefore, the regional differences in climate change were the main factor in the radial growth difference at two regions and the sensitivity change to temperature and precipitation in chronological series.

tree rings;radial growth;climate warming;sensitivity;Tianshan Mountains;response difference

中国科学院千人计划科研项目(Y474161；Y672141);中国科学院“西部青年学者”项目(2015-XBQN-B-22);国际(地区)合作与交流项目(41361140361)

张艳静(1991—)，女，硕士研究生，主要从事树木年轮气候学研究。

* 通信作者：E-mail：hzheng@ms.xjb.ac.cn

2016-12-20

* Corresponding author：E-mail：hzheng@ms.xjb.ac.cn

Q948

A

10.7525/j.issn.1673-5102.2017.03.004