徐成文，趙興云

(1.山東師范大學人口資源與環(huán)境學院，山東濟南 250014;2.臨沂大學資源環(huán)境學院，山東臨沂 276000)

山東沂山油松年輪寬度年表的建立及其氣候響應

徐成文1，2，趙興云2

(1.山東師范大學人口資源與環(huán)境學院，山東濟南 250014;2.臨沂大學資源環(huán)境學院，山東臨沂 276000)

以沂山油松為樣本，建立油松標準化年表，在此基礎上分析年輪寬度與氣候因子的關系.結果表明:當年5月份平均氣溫和平均最高溫都與油松年表呈顯著負相關(P＜0.05)，而當年6月份平均氣溫和平均最高溫都與油松年表呈極顯著負相關(P＜0.01);當年7月份降水量與油松生長呈顯著正相關(P＜0.05);當年5－6月平均相對濕度與油松年表呈顯著正相關(P＜0.05)，且當年8－10月平均相對濕度與油松年表呈極顯著正相關(P＜0.01).研究表明，在本地區(qū)樹木生長季內，降水越多，氣溫越低，越促進樹木生長.

沂山;油松;年輪寬度年表

樹木年輪作為良好的代用資料在過去氣候變化研究中發(fā)揮了重要作用.樹木年輪方法具有測年準確、連續(xù)性強、分辨率高和易于獲取復本等特點［1］.在年代長度上，已經出現千年尺度的研究［2－4］，英國和愛爾蘭建成了延伸8000年以上的橡樹年表［5－6］，北歐建成延伸7000年以上的松樹年表［7－8］，我國也建成延伸千年以上的年表［9－11］.在研究區(qū)域上，以往集中在中高緯度寒冷及干旱、半干旱地區(qū)［12－17］，在寒冷的東北地區(qū)［18］和溫暖濕潤的東南地區(qū)［19］也進行了相關研究，而以我國魯南地區(qū)的樹木為材料的研究工作相對較少，僅有沈長泗等人利用油松年輪寬度重建了山東沂山地區(qū)的相對濕度［20］.

魯南地區(qū)是山東省的重要地理單元，且正處于我國東部暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，是亞熱帶與溫帶之間的氣候過渡區(qū)和氣候變化敏感區(qū)，該區(qū)域的氣候與環(huán)境變化對山東省乃至我國東部季風氣候區(qū)的氣候與環(huán)境變化有重要影響和驅動作用.油松是沂山地區(qū)的地帶性樹種，它的年輪變化線清晰明顯，可進行可靠地年輪分析和定年，是山東地區(qū)重要的用于氣候和環(huán)境重建的樹木年代學代用資源.本研究利用山東沂山所采的油松樹輪樣本，建立了年輪寬度年表，在此基礎上分析年輪寬度與氣候因子之間的關系，探討了油松樹輪樣本作為亞熱帶與溫帶過渡帶的氣候代用資料的可靠性，研究結果可為研究暖溫帶季風氣候條件下氣候變化對油松的生長與分布提供了基礎資料.

1 材料與方法

1.1 樣本采集與處理

本研究所采集樣本為油松樹芯，采樣地點位于山東沂山國家森林公園里的古松林(36°11'N，118° 37'E)，海拔780米，坡度5°－45°.用生長錐在東坡和東南坡上采集樹芯，平均每個坡向8－9棵，在同一個坡向上采集時，盡量選取海拔高度相差不大的樣樹.為了便于回實驗室后交叉定年及方便查找大樹齡樹木的缺輪，采樣時盡量采集包括不同齡級和不同小生境的樣本.共采集17棵樹40根芯，標記為YS201A－C，YS202A－D，YS203A－D，YS204A－B，YS205A－C，YS206A－B，YS207A，YS208A－B，YS209A－B，YS210A，YS211A，YS212A－B，YS213A－B，YS214A－C，YS215A－C，YS216A－B，YS217A－C.依照樹輪樣本基本處理程序，對樣芯晾干、固定、打磨［21］，用AcuRite樹輪寬度儀的MeasuleJ2X測量系統(tǒng)(精度0.001mm)逐年測量輪寬.

1.2 年表的建立與分析

經COFECHA軟件［22］進行交叉定年質量控制［21，23－27］，舍棄與主系列相關性低的樹芯，最終選取11棵樹的28根樣芯進行寬度量測(如表1)，COFECHA的檢驗結果是:主序列年限為181年(1831－2011年)，序列平均相關系數0.394，平均敏感度為0.321，平均長度為111.7年，一階自相關系數為0.895，標準差為11.682.通過ARSTAN［28］采用樣條函數和線性擬合的方法去掉樹木生長趨勢以及樹木間干擾競爭產生的抑制和釋放等，最后建成山東沂山油松年輪寬度年表(STD、RES和ARS年表)，為了盡可能多的保留樹輪年輪序列中的低頻變化信息，本文僅對標準化樹輪寬度年表進行特征分析，STD年表各項統(tǒng)計特征見表2和圖1.

表1 樣芯測量年份

圖1 沂山油松樹木年輪樹數及STD年表

表2 沂山油松年輪標準化年表統(tǒng)計特征值

1.3 氣象數據

氣象數據選自離采樣地最近的沂源氣象站(36°10'N，118°9'E)，包括月平均氣溫、月平均最高溫、月平均最低溫、相對濕度和降水(1958～2010年)等.從沂源氣象資料(圖2)看出，本地區(qū)屬于典型的溫帶季風氣候，雨熱同期，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春秋季節(jié)涼爽且降水較少.

圖2 沂源月平均降水量和月平均溫度變化圖(1958－2010年)

2 結果與分析

對STD年表與氣溫的相關分析發(fā)現(圖3－圖5)，在樹木生長季(3－8月)［20］，溫度和樹木輪寬的生長多呈現負相關，當年5月平均氣溫(19.4℃)和平均最高溫(25.6℃)都與油松年表呈顯著負相關(P﹤0.05)，而當年6月平均氣溫(23.5℃)和平均最高溫(29.4℃)都與油松年表呈極顯著負相關(P﹤0.01).因此，在山東沂山地區(qū)樹木生長季內，氣溫越低，越促進樹木生長.

對STD年表與降水(圖6)和相對濕度(圖7)的相關分析發(fā)現，當年7月降水量與油松年表呈顯著正相關(P﹤0.05)，當年5－6月平均相對濕度與油松年表呈顯著正相關(P﹤0.05)，且當年8－10月平均相對濕度與油松年表呈極顯著正相關(P﹤0.01).因此，在樹木生長季內，降水和濕度越多，越促進樹木生長.很多研究證明了這種樹輪氣候響應類型廣泛存在于東亞夏季風邊緣區(qū)的松屬針葉樹種.

劉成程［29］研究發(fā)現，山東嶗山地區(qū)赤松的徑向生長與當年3－5月和9月溫度呈顯著負相關，與當年8月份降水量呈顯著正相關，這與本文研究結果基本相符，即在樹木生長季內，輪寬生長與溫度呈負相關，與降水呈正相關.嶗山地區(qū)身處黃海海岸，海洋性氣候顯著，氣候資料顯示嶗山地區(qū)3、4、5月的溫度偏低，與沂山地區(qū)相差較大，赤松生長與低溫和降水相適應的情況下，由于溫度升高使得樹木呼吸作用加強，蒸騰加快，而光合作用受阻，從而抑制了樹木生長;另外，嶗山地區(qū)雨季在9月份基本結束，此時溫度升高，形成水分脅迫，影響樹木的生理代謝，從而樹木生長受到抑制，形成窄輪.而沂山地區(qū)較嶗山地區(qū)更加靠近內陸，受大陸性氣候影響更深，所以沂山地區(qū)的溫度和水分條件變化程度要比嶗山地區(qū)偏大，導致沂山的輪寬生長對氣候的響應關系與嶗山地區(qū)存在一定程度的差異.

另外，陳鋒等［30］研究了蒙山黑松幼林樹輪寬度與氣候的響應關系，發(fā)現蒙山黑松徑向生長變化與當年4－9月降水量呈顯著正相關，當年5－7月異常高溫也對蒙山黑松徑向生長變化產生顯著抑制.蒙山地區(qū)多為淺薄土層，且坡度變化導致土壤含水率很低，樹木所依賴的水分主要來自降水.樹輪早材的生長處于當年生長期的早期，此時，較多的降水可以促進樹輪細胞分裂，形成較寬的早材.因此，黑松徑向生長變化和4－9月降水量顯著相關關系所包含樹木生理關系是明確的.5－7月溫度的升高會導致土壤水分蒸發(fā)增加，土壤含水量降低，從而導致已經存在的水分脅迫增強，樹木根系得不到充足水分的補給.同時，當年生長季的高溫會導致樹木蒸騰作用加劇，導致干旱脅迫作用加劇.

趙業(yè)思等［31］研究了九連山馬尾松樹輪寬度與氣候因子的響應關系發(fā)現，樹輪年表與生長季中晚期(7－10月)氣溫顯著負相關，與降水和相對濕度顯著正相關.九連山屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，7－10月期間由于高溫干旱而導致水分脅迫，限制輪寬生長.

總之，在山東沂山地區(qū)，在油松生長季內，降水越多氣溫越低，對樹木生長越有利.這是因為在暖溫帶季風氣候下，水分充足時，利于樹木營養(yǎng)物質的輸送和吸收，年輪寬度與水分條件成明顯的正相關關系;而在樹木生長期內，氣溫對樹木生長的影響表現在當氣溫超過一定臨界值時，會破壞光合作用和呼吸作用的平衡，葉片氣孔不閉，蒸騰加劇，使水分散失加快，增加了養(yǎng)分內耗，從而影響了樹木體內養(yǎng)分的積累，導致輪寬變窄［32］，再有，高溫會對樹體產生直接的危害，強烈輻射可以灼傷葉片組織，且土壤溫度過高會灼傷樹木根須組織，從而影響樹木生長，產生窄輪.

圖3 STD年表與月平均氣溫相關系數

圖4 STD年表與月平均最高溫相關系數

圖5 STD年表與月平均最低溫相關系數

圖6 STD年表與月降水量相關系數

圖7 STD年表與月平均相對濕度相關系數

3 結論

本研究建立了山東沂山地區(qū)油松年輪標準化年表，對樹木徑向生長對氣候的響應進行了探討，得到以下結論:

(1)標準化年表能夠良好的反映氣候因子對各生境樹木生長特征的影響，在去除生長趨勢的同時保留了大量的氣候信息.

(2)該地樹木生長對樹木生長季的溫度和降水變化響應較敏感:當年5月和6月較低的氣溫可以促進樹木的生長;當年7月降水量的增加使樹木生長加快;同樣當年5－6月和8－10月平均相對濕度增加也促進了樹木的生長.

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Response of Pine Tree Ring W idth Chronology to Climate in Yishan Mountain in Shandong Province

XU Cheng－wen1，2，ZHAO Xing－yun2
(1.School of Population，Resource and Environment，Shandong Normal University，Jinan，250014; 2.School of Resource and Environment，Linyi University，Linyi，276000，China)

Taking pine tree in Yishan mountain as a simple，we establish the tree ring width standard chronology，and analyse the relationship between the tree ringwidth and the climate factor.The results showed that the pine tree ring width chronology had significant negative correlationswith the average temperature and the averagemaximum temperature in May of that year(P＜0.05)，and significant negative correlations were observed between the pine tree ring width chronology and the average temperature and the averagemaximum temperature in June of that year(P＜0.01).The precipitation in July of that year had a significant positive correlation with the growth of pine tree(P＜0.05).The tree ring width chronology had significant positive correlations with the average relative humidity in May－June of that year(P＜0.05).Besides，significant positive correlationswere observed between the pine tree ringwidth chronology and the average relative humidity in August－October of that year(P＜0.01).Our study indicates thatmore precipitation and lower temperature can promote the tree growth.

Yishan mountain;pine tree;tree ring width chronology

P467

A

1672－2590(2015)03－0070－07

2015－04－02

徐成文(1988－)，男，山東曲阜人，山東師范大學人口資源與環(huán)境學院碩士研究生.