1、,第三节 年轮测定及年轮信息应用,一、研究年轮的意义,树木年轮是生物界的历史书页，它的生长变化不仅取决于树木自身的生物学特性，而且还与生长环境密切相关。早在19世纪初就曾有科学家尝试建立树木年轮宽窄变异与气候要素变化的关系。近年来，树木年轮研究已广泛应用于病虫历史、降水量、温度、干湿度等多项外界环境因子的历史重建工作。作为自然历史的载体，年轮为众多学科提供了可供查考的数据依据。,二、年轮研究的历史 2.1国际方面 该领域的奠基者是美国科学家A.E.Douglass。 Graybill（1989）利用树木年轮重建了美国1000多年来的降水和温度。 Briffa（1990）利用树木年轮重建了芬诺斯
2、堪迪亚地区（挪威、瑞典、芬兰）从公元5001990年间的夏季温度变化。 Earle利用树木年轮宽度重建了美国加利福尼亚河川径流量的历史变化（1993）。,2.2国内方面 这方面的研究主要集中于新疆、内蒙等西北干旱、半干旱地区。 范敏杰等用树木年轮重建了伊犁南天山北坡西部的降水量序列。 王亚军等利用树轮资料重建黑河古径流变化。 王梦麦等利用树木年轮重建六盘山地区1900年以来的干湿变化周期。 崔明星等运用树木年轮气候学方法，研究了河北木兰围场油松的生长与气候要素之间的关系。 彭剑峰、张瑞波等利用树木年轮学方法，重建了天山、喜马拉雅山、祁连山等地的气候，研究的方法也从年轮宽度逐步深入到年轮密度（2
3、005，2008）。 该领域目前研究的前沿是在对年轮宽度分析的基础上，研究密度变化、细胞大小、数目等的变化对气候变化的响应，确定年轮变化序列，从而重建历史某个时期的气候变化。,三、年轮研究依据的理论,3.1 早晚材理论早晚材是对树木年轮来说的。在春季，树木开始生长，形成层开始分化次生木质细胞，这一时期形成的木质部细胞个大壁薄，称为早材（也称春材）。早材生长完成后形成层细胞体积变小，生成的木质部细胞个小壁厚，颜色变深，这部分称为晚材（也称秋材） ，晚材和早材加在一起为一年的生长宽度，即年轮。,3.2 同影响理论 即认为同样的气候现象在过去和现在对树木生长的影响是是相同的，一致的。这种影响的特定性
4、需要在年轮上仔细观察测量和研究确定。,3.3 限制因子理论 任何一种生物学过程都遵守这样一条基本原理，即它进行的生物学过程、变化速度都不可能超过主要限制因子所允许的程度。限制因子原理对树木气候学极其重要，因为只有明确了限制因子，才能从众多树木的年轮宽度或其它特征变化中找到依据，从而可根据这种年轮的规律变化反推出气候变化的情况。,3.4 环境灵敏性理论这一理论实际上是限制因子定律的延伸，我们在样本采集时，应挑选树木生长的位置和地点在受限制因子最大的小区域内（即灵敏性最高的区域内）。由此也可以认为：在采取样本时，尽量选择气候影响最大的那个地点上的树木，如林缘木，以避免那些非气候因素的影响。生态环境
5、选择原理对指导野外工作尤其是采样地点和采样标本树木的选择十分重要。,例如：研究干旱变化的样本应远离水源，研究温度变化的样本应处于林缘。,3.5 树种灵敏性理论不同树种对同一气候现象（比如干旱、气温等）的年轮生长敏感程度是不同的，因此研究气候就要找那些生长年限长，而又对特定气候敏感的树种做样本。,3.6交叉定年理论即通过对不同年轮变化趋势的比对进而得出正确的年轮变化分析结果。生长在同一生态环境下的树木，由于受到同样的限制因子作用，其年轮的宽窄变化应该是同步的。若两组以上的序列，甚至同一株树、不同方位采取的样本，所测出年轮序列无法重叠，则将两序列年轮宽度点在坐标带上，画出年轮变化曲线，可明显看出它
6、的错位，若将其中伪、缺轮进行删补，两个或更多序列就能重合起来，即能正确的检查出某序列每个年轮的正确年代，该种方法即成为交叉定年法。,交叉定年的原理图,3.6交叉定年理论（续）我国的树轮工作者结合我国树木生长的实际情况，总结出“三步定年法”：即样木定年示意图（骨架图）定年计算机定年（计算机程序）。在交叉定年以及年轮宽度量测完成之后，还需要对交叉定年的准确性加以检验，一般借助于COFECHA程序进行。,交叉定年骨架图的汇总,3.7 复本理论复本理论是指：利用树木年轮分析气候变化时，仅依靠一棵或几棵树建立起来的年轮序列来分析气候变化，其结果往往是值得怀疑的。如果没有足够的样本量，很难进行交叉定年，无
7、法完全判定出一个采样点存在的缺失年轮及伪年轮。通过大样本量可以消除读数过程中个别样本出现的偶然误差，并判定个别样本或某个时段内可能存在的若干非气候因素造成的异常变化，从而可以将非气候因子的影响减至最小，有利于更准确的推断过去气候变化。复本原理的具体做法，一方面要求在一个地点采集尽可能多的样本，另一方面要在每棵树的不同方向上取样。在实际工作中，我们常常在一个采样点采集20棵树以上，每棵树在不同位置取两根树芯。如果该地区没有已有的树轮年表作为参照，样本量还应该相应的增加。,四、树轮研究分支学科,树轮年代学 树轮考古学 树轮气候学 树轮生态学 树轮水文学 树轮地貌学 树轮冰川学 树轮化学 树轮火灾学
8、 树轮灾害学,五、年轮采样、定年及测量,5.1采样 5.1.1截取圆盘法圆盘标本易于观察，容易查找变异轮，利于全方位的进行分析，同时还可以规避腐朽部位、偏心轮、连续缺轮等，可以选择有利于读数测量的方面。但是利用圆盘标本成本较高，尤其在边远地区采取样本时，受交通条件限制，木材下运困难。,5.1.2钻取木芯法木芯样本采集省时、省力，运输较方便，易于保存，更为重要的是可以为复本提供方便条件，一般采样时只需用生长锥这一种工具，而采集圆盘时需要油锯、机油、锯手等配备。,5.2 定年及测量 5.1.1普通定年及测量法利用肉眼定年、直尺测量法进行测定。,5.1.2年轮分析仪定年及测量法用Lintab 5 进
9、行年轮定年并测量宽度。,5.1.3计算机定年法用国际年轮库的Cofecha程序进行交叉定年。,年轮分析仪Lintab 5 使用操作步骤：,将样本放在工作台上，调整显微镜， 打开软件中“new measurement”选项，点击“start measurement”录入相关内容，开始进行测量， 按左键恢复原位，点击右键进行长度的确认， 测量完成后，点击“stop measurement”停止测量， 保存数据， 关闭电源。,六、年表编制,经过交叉定年检验后,采用Arstan研制的程序建立年表。虽然树木生长并非同步，但Arstan能够将每个轮宽序列的内部扰动信息提取出来，从而保留采点树轮样本共有的同
10、步信息。年表一般有两种，它们是：标准化年表 （STD ）和差值年表 (RES）。,6.2差值年表（RES） 是在标准化年表的基础上，去掉树木个体特有的和由前期生理条件对后期生长造成的持续性影响而建立的年表，它只含有群体共有的高频变化。,6.1标准化年表（STD） 是通过轮宽的标准化剔除与树龄有关的生长趋势以及树木个体差异的影响，得出树木年轮指数，然后再根据指数序列与主序列间的相关系数，剔除与多数序列相关性差的标本，最后采用双权重平均法合并得到的年表，它是常规意义上的树轮年表。,姜倩倩2012年在徂徕山对赤松、麻栎和侧柏进行了生长锥法样芯采样，用40年步长的样条函数对树木轮宽生长趋势进行拟合，并
11、对去趋势的序列以双重平均法合成了标准年表(STD)。 研究中，考虑到采样点为人工林，树株分布均匀且郁闭度较大，树与树之间的相互竞争与协调会导致年轮宽度上的低频变化，因此标准化后又进行了再次标准化 ，从而剔除了与树龄相关的生长趋势和树株之间的低频波动。在此基础上，还以同样方法合成了差值年表(RES)和自回归年表（ARS），并对年表进行了共同区间分析。 通过比较这三个年表的数据，发现STD年表各项统计量最高，能更好的代表总体特征，因此以STD年表为例进行了分析。,年表编制案例：,年表编制案例：,徂徕山赤松生长年表,姜倩倩 2012.6,姜倩倩以该年表为基础研究了徂徕山赤松对气候的历史响应情况和适地
12、适树问题。,七、年轮学研究展望及建议,全球气候变化在中、小尺度上的研究主要是通过对生态系统尤其是生物因子的反应来进行研究的。由于树木年轮资料具有定年准确、连续性强、分辨率高和易于获取的优点，故已成为气象学、生态学等领域研究中的一种重要手段。在我国，年轮学的研究开展较晚，主要集中在青藏高原和西北地区，到目前为止，我国还未形成一个系统的树木年轮年表序列，其研究有待加强和深入。在以后的树木年轮研究中，可以对我国广大区域的优势树种进行采样分析，利用树轮信息分析各区域各历史时期的温度、降水、河流径流量、干湿度等多项要素的变化，从而使其得到科学的历史数据重建。随着科学的发展，学科交叉研究已成为一种趋势，在今后的年轮研究中，除林学之外，应注重气象学、植物学、化学及环境学等学科知识的综合运用，从而增加研究的精确性和实用性。,
