山东沂山油松年轮宽度年表的建立及其气候响应

徐成文，赵兴云

(1.山东师范大学人口资源与环境学院，山东济南 250014;2.临沂大学资源环境学院，山东临沂 276000)

山东沂山油松年轮宽度年表的建立及其气候响应

徐成文1，2，赵兴云2

(1.山东师范大学人口资源与环境学院，山东济南 250014;2.临沂大学资源环境学院，山东临沂 276000)

以沂山油松为样本，建立油松标准化年表，在此基础上分析年轮宽度与气候因子的关系.结果表明:当年5月份平均气温和平均最高温都与油松年表呈显著负相关(P＜0.05)，而当年6月份平均气温和平均最高温都与油松年表呈极显著负相关(P＜0.01);当年7月份降水量与油松生长呈显著正相关(P＜0.05);当年5－6月平均相对湿度与油松年表呈显著正相关(P＜0.05)，且当年8－10月平均相对湿度与油松年表呈极显著正相关(P＜0.01).研究表明，在本地区树木生长季内，降水越多，气温越低，越促进树木生长.

沂山;油松;年轮宽度年表

树木年轮作为良好的代用资料在过去气候变化研究中发挥了重要作用.树木年轮方法具有测年准确、连续性强、分辨率高和易于获取复本等特点［1］.在年代长度上，已经出现千年尺度的研究［2－4］，英国和爱尔兰建成了延伸8000年以上的橡树年表［5－6］，北欧建成延伸7000年以上的松树年表［7－8］，我国也建成延伸千年以上的年表［9－11］.在研究区域上，以往集中在中高纬度寒冷及干旱、半干旱地区［12－17］，在寒冷的东北地区［18］和温暖湿润的东南地区［19］也进行了相关研究，而以我国鲁南地区的树木为材料的研究工作相对较少，仅有沈长泗等人利用油松年轮宽度重建了山东沂山地区的相对湿度［20］.

鲁南地区是山东省的重要地理单元，且正处于我国东部暖温带大陆性季风气候区，是亚热带与温带之间的气候过渡区和气候变化敏感区，该区域的气候与环境变化对山东省乃至我国东部季风气候区的气候与环境变化有重要影响和驱动作用.油松是沂山地区的地带性树种，它的年轮变化线清晰明显，可进行可靠地年轮分析和定年，是山东地区重要的用于气候和环境重建的树木年代学代用资源.本研究利用山东沂山所采的油松树轮样本，建立了年轮宽度年表，在此基础上分析年轮宽度与气候因子之间的关系，探讨了油松树轮样本作为亚热带与温带过渡带的气候代用资料的可靠性，研究结果可为研究暖温带季风气候条件下气候变化对油松的生长与分布提供了基础资料.

1 材料与方法

1.1 样本采集与处理

本研究所采集样本为油松树芯，采样地点位于山东沂山国家森林公园里的古松林(36°11'N，118° 37'E)，海拔780米，坡度5°－45°.用生长锥在东坡和东南坡上采集树芯，平均每个坡向8－9棵，在同一个坡向上采集时，尽量选取海拔高度相差不大的样树.为了便于回实验室后交叉定年及方便查找大树龄树木的缺轮，采样时尽量采集包括不同龄级和不同小生境的样本.共采集17棵树40根芯，标记为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.依照树轮样本基本处理程序，对样芯晾干、固定、打磨［21］，用AcuRite树轮宽度仪的MeasuleJ2X测量系统(精度0.001mm)逐年测量轮宽.

1.2 年表的建立与分析

经COFECHA软件［22］进行交叉定年质量控制［21，23－27］，舍弃与主系列相关性低的树芯，最终选取11棵树的28根样芯进行宽度量测(如表1)，COFECHA的检验结果是:主序列年限为181年(1831－2011年)，序列平均相关系数0.394，平均敏感度为0.321，平均长度为111.7年，一阶自相关系数为0.895，标准差为11.682.通过ARSTAN［28］采用样条函数和线性拟合的方法去掉树木生长趋势以及树木间干扰竞争产生的抑制和释放等，最后建成山东沂山油松年轮宽度年表(STD、RES和ARS年表)，为了尽可能多的保留树轮年轮序列中的低频变化信息，本文仅对标准化树轮宽度年表进行特征分析，STD年表各项统计特征见表2和图1.

表1 样芯测量年份

图1 沂山油松树木年轮树数及STD年表

表2 沂山油松年轮标准化年表统计特征值

1.3 气象数据

气象数据选自离采样地最近的沂源气象站(36°10'N，118°9'E)，包括月平均气温、月平均最高温、月平均最低温、相对湿度和降水(1958～2010年)等.从沂源气象资料(图2)看出，本地区属于典型的温带季风气候，雨热同期，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春秋季节凉爽且降水较少.

图2 沂源月平均降水量和月平均温度变化图(1958－2010年)

2 结果与分析

对STD年表与气温的相关分析发现(图3－图5)，在树木生长季(3－8月)［20］，温度和树木轮宽的生长多呈现负相关，当年5月平均气温(19.4℃)和平均最高温(25.6℃)都与油松年表呈显著负相关(P﹤0.05)，而当年6月平均气温(23.5℃)和平均最高温(29.4℃)都与油松年表呈极显著负相关(P﹤0.01).因此，在山东沂山地区树木生长季内，气温越低，越促进树木生长.

对STD年表与降水(图6)和相对湿度(图7)的相关分析发现，当年7月降水量与油松年表呈显著正相关(P﹤0.05)，当年5－6月平均相对湿度与油松年表呈显著正相关(P﹤0.05)，且当年8－10月平均相对湿度与油松年表呈极显著正相关(P﹤0.01).因此，在树木生长季内，降水和湿度越多，越促进树木生长.很多研究证明了这种树轮气候响应类型广泛存在于东亚夏季风边缘区的松属针叶树种.

刘成程［29］研究发现，山东崂山地区赤松的径向生长与当年3－5月和9月温度呈显著负相关，与当年8月份降水量呈显著正相关，这与本文研究结果基本相符，即在树木生长季内，轮宽生长与温度呈负相关，与降水呈正相关.崂山地区身处黄海海岸，海洋性气候显著，气候资料显示崂山地区3、4、5月的温度偏低，与沂山地区相差较大，赤松生长与低温和降水相适应的情况下，由于温度升高使得树木呼吸作用加强，蒸腾加快，而光合作用受阻，从而抑制了树木生长;另外，崂山地区雨季在9月份基本结束，此时温度升高，形成水分胁迫，影响树木的生理代谢，从而树木生长受到抑制，形成窄轮.而沂山地区较崂山地区更加靠近内陆，受大陆性气候影响更深，所以沂山地区的温度和水分条件变化程度要比崂山地区偏大，导致沂山的轮宽生长对气候的响应关系与崂山地区存在一定程度的差异.

另外，陈锋等［30］研究了蒙山黑松幼林树轮宽度与气候的响应关系，发现蒙山黑松径向生长变化与当年4－9月降水量呈显著正相关，当年5－7月异常高温也对蒙山黑松径向生长变化产生显著抑制.蒙山地区多为浅薄土层，且坡度变化导致土壤含水率很低，树木所依赖的水分主要来自降水.树轮早材的生长处于当年生长期的早期，此时，较多的降水可以促进树轮细胞分裂，形成较宽的早材.因此，黑松径向生长变化和4－9月降水量显著相关关系所包含树木生理关系是明确的.5－7月温度的升高会导致土壤水分蒸发增加，土壤含水量降低，从而导致已经存在的水分胁迫增强，树木根系得不到充足水分的补给.同时，当年生长季的高温会导致树木蒸腾作用加剧，导致干旱胁迫作用加剧.

赵业思等［31］研究了九连山马尾松树轮宽度与气候因子的响应关系发现，树轮年表与生长季中晚期(7－10月)气温显著负相关，与降水和相对湿度显著正相关.九连山属于亚热带季风气候区，7－10月期间由于高温干旱而导致水分胁迫，限制轮宽生长.

总之，在山东沂山地区，在油松生长季内，降水越多气温越低，对树木生长越有利.这是因为在暖温带季风气候下，水分充足时，利于树木营养物质的输送和吸收，年轮宽度与水分条件成明显的正相关关系;而在树木生长期内，气温对树木生长的影响表现在当气温超过一定临界值时，会破坏光合作用和呼吸作用的平衡，叶片气孔不闭，蒸腾加剧，使水分散失加快，增加了养分内耗，从而影响了树木体内养分的积累，导致轮宽变窄［32］，再有，高温会对树体产生直接的危害，强烈辐射可以灼伤叶片组织，且土壤温度过高会灼伤树木根须组织，从而影响树木生长，产生窄轮.

图3 STD年表与月平均气温相关系数

图4 STD年表与月平均最高温相关系数

图5 STD年表与月平均最低温相关系数

图6 STD年表与月降水量相关系数

图7 STD年表与月平均相对湿度相关系数

3 结论

本研究建立了山东沂山地区油松年轮标准化年表，对树木径向生长对气候的响应进行了探讨，得到以下结论:

(1)标准化年表能够良好的反映气候因子对各生境树木生长特征的影响，在去除生长趋势的同时保留了大量的气候信息.

(2)该地树木生长对树木生长季的温度和降水变化响应较敏感:当年5月和6月较低的气温可以促进树木的生长;当年7月降水量的增加使树木生长加快;同样当年5－6月和8－10月平均相对湿度增加也促进了树木的生长.

［1］潘娅婷，袁玉江，喻树龙，等.采用树轮图像分析法重建过去气候变化［J］.干旱区研究，2007，24(2):255－260.

［2］Helama S.Millennia－long tree－ring chronologies as records of climate variability in Finland［M］.Yliopistopaino:University of Helsinki，2004.

［3］杨保，康兴成，施雅风.近2000年都兰树轮10年尺度的气候变化及其与中国其它地区温度代用资料的比较［J］.地理科学，2000，20(5):397－402.

［4］姚檀栋，杨梅学，康兴成.从古里雅冰芯与祁连山树轮记录看过去2000年气候变化［J］.第四纪研究，2001，21(6):514－519.

［5］Leuschner H H，Saas－Klassen U，Jansma E，et al.Subfossil European bog oaks:Population dynamics and long－term growth depressions as indicators of changes in the Holocene hydro－regime and climate［J］.The Holocene，2002(12):695－706.

［6］Spurk M，Leuschner H H，Baillie M G L，et al.Depositional frequency of German subfossil oaks Climatically and non－climatically induced fluctuations in the Holocene［J］.The Holocene，2002(12):707－715.

［7］Samuli Helama，Matti Vartiainen，Jari Holopainen，et al.The supralong Scots pine tree－ring record for Finnish Lapland Part1:Chronology construction and initial inferences［J］.The Holocene，2002(12):673－680.

［8］Grudd H，Briffak R，Karlled W，etal.A 7400－year tree－ring chronology in northern Swedish Lapland:Natural climatic variability expressed on annual tomillenial time scales［J］.The Holocene，2002(12):657－665.

［9］康兴成，程国栋，梁尔泗，等.利用树轮资料重建黑河近千年来出山口径流量［J］.中国科学·D辑，2002，32(8):675－685.

［10］刘晓宏，秦大河，邵雪梅，等.祁连山中部过去近千年温度变化的树轮记录［J］.中国科学·D辑，2004，34(1):89－95.

［11］邵雪梅，黄磊，刘洪滨，等.树轮记录的青海德令哈地区千年降水变化［J］.中国科学·D辑，2004，34(2):145－153.

［12］吴祥定，邵雪梅.中国树木年轮气候学研究动态与展望［J］.地球科学进展，1993，8(6):31－35.

［13］袁晴雪，叶芝祥，王丽丽，等.乌鲁木齐河山区流域树轮宽度年表特征及其对气候的响应［J］.干旱区地理，2010，5(3):394－403.

［14］彭剑峰，李金豹，陈发虎，等.天山北坡中东部高海拔树轮宽度年表的建立［J］.干旱区地理，2005，8(4):490－496.

［15］史江峰，刘禹，杨银科，等.内蒙古准格尔旗树轮年表的建立及其气候意义［J］.海洋地质与第四纪地质，2004，8(3):123－128.

［16］张同文，袁玉江，魏文寿，等.阿勒泰柯姆地区树轮宽度年表与灰度年表的建立［J］.沙漠与绿洲气象，2007，6(3):9－14.

［17］鲁瑞洁，夏虹.腾格里沙漠南缘油松树轮宽度变化及其对气候因子的响应［J］.中国沙漠，2006，5(3):399－402.

［18］邵雪梅，吴祥定.利用树轮资料重建长白山区过去气候变化［J］.第四纪研究，1997(1):76－85.

［19］李玲玲，史江峰，侯鑫源，等.中国东南高海拔黄山松生长对气候的响应——以浙江省九龙山和安徽省牯牛降为例［J］.应用生态学报，2014，25(7):1849－1856.

［20］沈长泗，陈金敏，张志华，等.采用树木年轮资料重建山东沂山地区200多年来的湿润指数［J］.地理研究，1998，17(2):150－156.

［21］Cook E R，Kairiukstis SA.Methods of Dendrochronology［M］.Norwell:Kluwer Academic Publishers，1990.

［22］Holmes R L.Computer－assisted quality control in tree－ring dating and measurement［J］.Tree－Ring Bull，1983(43):69－78.

［23］Cook E R.A time series analysis approach to tree－ring standardization［M］.Tucson:University of Arizona，1985.

［24］Fritts H C.Tree rings and climate［M］.London:Academic Press，1976.

［25］PM Kelly，Hugh W Ellsaesser.Climate from Tree Rings［J］.Kluwer Academic Publishers，1981，3(2):217－219.

［26］Schweingruber FH.Tree Rings:Basics and Application of Dendrochronology［M］.Dordrecht Holland:D.Reidel Publishing Company，1987.

［27］吴祥定.树木年轮分析在环境变化中的应用［J］.第四纪研究，1990(2):188－196.

［28］Cook E R，Holmes R L.Usersmanual for program ARSTAN［G］.Tucson:University of Arizona，1986.

［29］刘成程.山东省常用恢复树种径向生长与气候关系的研究［D］.济南:山东大学，2007.

［30］陈峰，喻树龙，袁玉江.暖温带幼林树轮宽度气候变化响应分析——以山东蒙山黑松树轮气候研究为例［J］.西部林业科学，2014，43(6):57－65.

［31］赵业思，商志远，王建，等.马尾松树轮宽度与气候因子关系的地域差异——以九岭山和九连山为例［J］.亚热带资源与环境学报，2014，9(4):1－8.

［32］陈振举，孙雨，何兴元，等.千年油松年轮宽度年表的建立及其与气候的关系［J］.应用生态学报，2007，18(10):2191－2201.

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，山东曲阜人，山东师范大学人口资源与环境学院硕士研究生.