第21卷第9期2012年9月长江流域资源与环境
ResourcesandEnvironmentintheYantzeBasin g
Vol.21No.9
Set.2012p
13
南京紫金山马尾松树轮δC对气候变化响应敏感性的研究
王 建1,贺清艳1,商志远1*,钱君龙2,杨海燕1,赵兴云3
(南京师范大学地理科学学院,江苏南京2中国科学院南京地理与湖泊研究所,1.10046;2.
)江苏南京2临沂大学资源与环境学院,山东临沂210008;3.76005
摘 要:树木年轮宽度指标在气候重建中发挥了重要的作用,可是在温暖湿润的地区,利用树木年轮宽度重建古气候遇到了困难。因此寻找其他代用指标就成为一项急迫而重要的任务。一些研究发现,树轮稳定碳同位素可以发是否所有的树种的树轮碳同位素对气候的响应都同样的敏感,还需要通过大量的研究分析挥重要的作用。但是,
13
工作来验证。为了了解温暖湿润的亚热带季风区马尾松树轮δ选取了南京紫金山的两个C对气候响应的敏感性,1313 马尾松树盘,进行了树轮δ建立了1温C的分析,939~2002和1955~2002年两个树轮δC变化序列。与降水、13
()度、相对湿度、光照时数、风速等气候指标进行了相关分析。结果表明:马尾松树轮δ1C对于气候的响应是敏感1313
()可以作为气候变化的代用指标;坡向对于马尾松树轮δ树轮δ的,2C对气候的响应敏感性也有一定的影响,C13
()平均值西南坡比东南坡高,西南坡比东南坡对月平均最低和最高温度的响应更敏感;紫金山马尾松树轮δ3C与
该地区生长季(尤其是夏、秋季)的月平均气温、月平均最高气温和日照时数呈正相关,而与月平均最低气温、降水量、空气相对湿度呈负相关。
关键词:南京;亚热带;树轮;碳同位素;响应;敏感性;坡向;影响;气候意义()中图分类号:Q948.11 文献标识码:A 文章编号:10048227201209110606---
树木年轮宽度指标在气候重建中发挥了重要的
1~5]
,作用[可是在温暖湿润的地区,利用树木年轮宽度重建古气候遇到了困难
[6~11]
1 地理背景与样品采集
两个马尾松树盘采自南京紫金山南区(32°03′N,,海拔约4118°51′E)00m。其中PM-1采于东南坡
(,。坡向S坡向S30°E)PM-4采于西南坡(40°W) 。共6PM-1树轮序列时段为1935~2002年,8a
。共5PM-4树轮序列时段为1948~2002年,5a
马尾松是我国分布最广、数量最多的一种松树。产于秦岭、淮河流域以南,东起沿海低山丘陵,西至川西大相岭东坡,南达华南南部,遍布于华中、华南
16]
。喜光,各地,台湾省有少量分布[喜温暖湿润的
。因此寻找其他代
用指标就成为一项急迫而重要的任务。一些研究发
12~15]
。但现,树轮碳同位素可以发挥重要的作用[
是否所有的树种的树轮碳同位素对气候的响应是,
都同样的敏感,还需要通过大量的研究分析工作来验证。
在我国温暖湿润的亚热带地区,树轮稳定碳同位素研究还相对较少。树木种类目前也只涉及到柳
12,13]14]15]
、。对于这个地区分布最杉[雪松[和樟树[
广的马尾松,其树轮稳定碳同位素对于气候的响应
13
对于紫金山马尾松树轮δ还缺乏研究。因此,C的13
气候意义的探讨,不仅可以为该地区利用树轮δC
耐寒性差,在-1幼树叶端受凉枯气候,3℃以下时,萎。对土壤要求不严,喜上层深厚、肥沃、酸性、微酸性的土壤。在钙质土、粘重土上生长不良。耐干旱瘠薄,不耐水涝及盐碱土。深根性,穿透力强。天然更
恢复古气候提供依据,而且可以为探索亚热带季风
13区树轮δC的成因机制提供典型案例。
;收稿日期:修回日期:2011112320120319----
););基金项目:国家自然科学基金项目(教育部长江学者创新团队基金项目(江苏省地理学优势学科项目41271204YST2006006-,:作者简介:王 建(男,山东省昌邑人,教授,博士,主要研究方向为地表过程与环境变迁.1962~ )E-mailwannu.edu.cn@njgj:ailsz268@163.com*通讯作者E-my
13
等:南京紫金山马尾松树轮δC对气候变化响应敏感性的研究 第9期 王 建,
1107
17]
。新能力强[
水平(以后均用r表示相关系数,p表示显著性水。这说明了两棵树对其环境条件的响应是基本平)
一致的。但是从图中也可以看出,PM-1的平均值比PM-其中14的平均值明显偏高(975~2002年,,两者平均值差为1而两者的立地条件中最.03‰)显著的差异为坡向不同。PM-坡向S1位于东南坡(,。坡向S30°E)PM-4位于西南坡(40°W)
紫金山地处北亚热带季风气候区。气候温湿,
四季分明,气候冬季严寒而夏季酷热,春秋短暂的特点。南京气象站的记录表明,南京年平均温度为最冷月1月份平均气温为-12.4℃~15.1℃,2.9℃~
最热月7月份平均气温为25.1℃,4.9℃~30.5℃。
年太阳日照时数为1694.2~2446.7h。每年6月 中旬至7月初,进入江南的梅雨季节。年均降水量532~1828mm。
2 样品处理与测试
2.1 树轮样品的雕取
先将采回的树轮样本置于阴凉通风处风干,然用不同粒级的砂纸将样本表面磨光至年轮后刨光,
即细胞纹在显微镜下清晰可见。随后进行树轮样品雕刻过程中,剔除树皮,从最外轮开始,用雕的雕刻,
刀由外向内一薄片一薄片地均匀雕刻,分别逐年雕刻采集木质样2g左右,用来测定每一轮的δC值。
本文所研究的马尾松的雕刻年限分别为:1号
13
13
图1 树轮δC的年序列
13
Fi.1 ChanesoftheδCinTreerinofNanin - gggjg
),马尾松(髓心部分去掉4年,雕刻从2PM-1002年。4号马尾松(,共6髓心部分到1939年,4aPM-4)
。雕刻从2共4去掉7年,002年到1955年,8a
将逐年雕刻好后的每个样品在70℃~80℃下磨至3干燥3昼夜,0~60目。
2.2 α-纤维素的提取
纤维素的提取,主要分为抽提、氯化、碱洗3个])。步骤(详细步骤见参考文献[282.3 二氧化碳的制备
将提取出的αuO,Pt丝在真空下密-纤维素与C产生供质谱分析的C封于小石英管中高温燃烧,O2气体。
13
2.4 树轮纤维素δC的测定
18]
傅抱璞[通过实地 关于坡向对小气候的影响,
测量详细讨论了南京方山(位于32°08′N,118°48′E,
与紫金山有非常相似的气候、水文等背景条件)不同方位对土壤和空气温、湿度等各要素的影响。主要表现为:极端最高气温,西南坡比东南坡高约,日平均气温(地面1西南坡比东3.5℃;50cm高处)
土壤湿度西南坡比东南坡低约南坡高约0.3℃;空气相对湿度,西南坡比东南坡低约22.5%;.5%。
强光和高温会使光合速率增大和导通数的降低,使
13
从而使植物δ进入叶片的COC增大。土2值降低,
壤湿度和空气相对湿度较低时,会使树木关闭气孔,
[9~2131]
。气孔导通数的降低,树轮δC值增大1
13
所以本文研究的紫金山马尾松树轮δC序列
((平均值PM-比PM-高14S40°W)1S30°E).03‰, 主要原因可以归结为坡向差异。
去除趋势后,两个序列的变化如图2所示。可以看出两者的变化波动比较一致,可以在一定程度上反映该地区气候的变化。3.2 与气候指标的相关分析
本章所使用气象数据来自南京气象站,表1给出了相关分析所使用的部分气象资料概况。
考虑到气候条件对树木生长的滞后影响(如前所,述)在作树轮△序列与气候要素相关时,分别分析了当年、前1年各气候要素与树轮△序列的相关性。其中黑体加单下划线的数据表示通过信度为0.05的检
将收集到的COT252质谱仪上测-2气体在MA
312
/得树轮的1实验系统误差小于CC同位素比值,
13
简写为0.2‰。树轮纤维素组成以δCPDB表示(
13
,单位为‰。δC)
3 结果与讨论
3.1 坡向的影响
从图1可以看出PM-1、PM-4的高频变化和长期变化趋势基本一致,经相关分析得出,两者为显著正相关,相关系数为0通过了0.47,.005的显著性
1108
1卷 长江流域资源与环境 第2
13
所降低,造成δC增大。这也说明自然生长条件下[9,1320]
。的植物δC与温度主要呈正相关1
验,黑体加双下划线的数据表示通过信度0.01的检验
。
通过表3可以看出树轮△序列与月平均最高气
温的相关性比其与月平均气温的相关性更为显著,前1年3月及前1年81与当年8月、9月、△PM-
月平均最高气温显著正相关,△PM-4与当年5月、6月、8月、10月及前1年6月平均最高气温显著正相关。另外,如表3所示,将相邻月份的最高气温进行平均处理后,再计算相关系数,发现两△序列与5,6月平均、7~9月平均、8~10月平均、9,10月平均和9~1两△1月平均最高气温都呈显著正相关,序列与全年平均最高气温也呈显著正相关。并且与当年的相关性明显好于前一年和前两年。
13表3 紫金山树轮△δC序列与月平均最高气温的相关分析
13
Tab.3 CorrelationsoftheδCwiththe
13
图2 树轮△δC序列
13
Fi.2 TreerinCSeuencesofthe- ggδ q
fromitsAveraeDifference g
表1 本章所使用部分气象资料(均为逐月观测资料)
Tab.1 DescritionoftheClimaticDataUsed p
气候要素月平均气温月平均最高气温月平均最低气温月平均降水量月平均空气相对湿度
日照时数月平均风速
资料时段1951~2002年1946~2002年1948~2002年1951~2002年1950~2002年1949~2002年1951~2002年
样本数(年)
52575552535452
MonthlMeanHihestTemeratures ygp
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
1△PM-
当年
前1年前2年
当年
4△PM-
前1年前2年
-0.07-0.16-0.11080707 0. 0. 0.0.0903-0.1717-0.01-0.02 0. 0.0.1410081207 0. 0. 0. 0.0.02-0.06-0.13-0.06-0.15-0.240.0708033607-0.08 0. 0. 0.0.0.221522383305 0. 0. 0.0.0.0.172013081200 0. 0. 0. 0. 0.0.3124-0.033210-0.040. 0.0.0.24-0.07-0.1426-0.1112 0. 0.0.1604-0.051300 0. 0. 0.0.0908-0.0200-0.18-0.15 0. 0.-0.16-0.12-0.1502-0.12-0.13 0.0.18151524-0.03 0. 0. 0.17-0.0304040. 0. 0.09-0.1103050. 0. 0.0.27-0.04-0.1438-0.0209 0. 0.
13
从表2树轮△δC序列与逐月平均气温的相关分析可以看出,树轮△PM-1与当年8月平均气温和前1年3月平均气温呈显著正相关;4与当△PM-
年6月平均和前1年6月平均气温呈显著正相关,说明生长季和生长前期的平均气温对树轮δC均有影响,且随着平均气温的升高,碳同位素的分馏有
13
5,6月平均
79月平均~
8~10月平均
,910月平均
表2 紫金山树轮△δC序列与逐月平均气温的相关分析
13
Tab.2 CorrelationsoftheδCwiththe
MonthlMeanTemeratures py
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年平均
1△PM-
当年
前1年
前2年
当年
4△PM-前1年0.040.16
前2年-0.06-0.030.08-0.09-0.06-0.040.04-0.07-0.25-0.07-0.23-0.18
13
01-0.12-0.10000. 0.9~11月平均04-0.09-0.2316-0.04-0.05 0.12~2月平均-0.全年平均
0.2717-0.094306-0.06 0. 0. 0.
-0.0901 0.0.07-0.030.09 -0.03-0.020.0404 0. 0.1807 0. 0.1717 0. 190.0.08-0.03 -0.0500 0.0.07-0.02 -0.15-0.160.0907 0.
-0.0307 0. 0.0511 0.
-0.1611-0.04 0.-0.06-0.13-0.110.0324-0.01 0.0.15 0.1405 0. -0.0622 0. -0.1400 0.
0.04 0.090.09
13
表4为月平均最低气温与树轮△δC序列的相
与平均气温和平均最高气温相比,平均关分析结果,
13
最低气温与树轮δC的相关性较弱。△PM-1与月
平均最低气温的相关性不明显。只有△PM-4与当年、910月及相邻月份的平均最低气温呈显著负相关。
13
降水量是影响树轮δ有C又一重要气候因素,
13
关研究表明树轮δC与降水量是呈负相关关18,32]
。本文也证实了这个结论,如表5所示,树系[
0.03-0.05-0.060.04-0.04-0.05-0.13-0.11-0.17
轮△序列与降水量呈显著负相关性,1与当△PM-年6、8和10月降水量显著负相关,4与当年△PM-另外分析还发5、6、9和10月降水量显著负相关。
-0.0611-0.001-0.20 0.
13
等:南京紫金山马尾松树轮δC对气候变化响应敏感性的研究 第9期 王 建,
1109
13
表4 紫金山树轮△δC序列与月平均最低气温的相关分析
13
Tab.4 CorrelationsoftheδCwiththe
通过表6可以看出,与降水量一样,空气相对湿
13
度也与树轮△δC序列显著负相关。两△序列都
MonthlMeanLowestTemeratures yp
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
1△PM-
当年
前1年
前2年
当年
4△PM-前1年0.070.22
前2年-0.07-0.020.000.16-0.07-0.14-0.05-0.19-0.10-0.12-0.210.01
与当年8、9、10月、8~10月平均及全年平均空气相对湿度呈显著负相关,4还与当年5、6、5~6△PM-月平均空气相对湿度显著负相关。尽管△PM-1序、、列与前1年789月、810月平均相对湿度,M~△P-、有一定的相关性,但4与前1年56月平均相对湿度,
是没有与当年相对湿度的相关性那么显著。
13
表6 紫金山树轮△δC序列与月平均
-0.0412 0.0.04-0.080.0831 0. 0.0012 0. 0.0008 0. 0.13-0.100.0909 0. 0.1405 0.0.0700 0.-0.20-0.010.06-0.05 0.0010 0.
-0.0404 0. 0.0009 0.
-0.1500-0.09 0.0.01-0.14-0.05 0.0901-0.10 0.-0.0106 0. 0.12-0.02 -0.1803 0. -0.17-0.270.140.010.000.01
空气相对湿度的相关分析
13 Tab.6 CorrelationsoftheδCwiththe
-0.18-0.27-0.070.11-0.06-0.02-0.0702-0.11 0.
MeanAirHumiditiesMonthl y
月份1号1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月
1△PM-
当年
前1年前2年
当年
4△PM-
前1年前2年
13
表5 紫金山树轮△δC序列与月降水量的相关分析
1.0000 1. 0.0204 0.0.04-0.04 0.03-0.12-0.08-0.03 0.00-0.02 -0.19-0.22-0.26-0.26-0.28-0.32-0.07-0.1211 0.
1.000000 1. 1.
-0.190508-0.08 0. 0.0.0402-0.06-0.04 0.-0.0310-0.03-0.13 0.0.06-0.09-0.0217 0.0.03-0.30-0.19-0.06-0.16-0.32-0.22-0.08-0.16-0.07-0.13-0.050.0-0.0904 0.-0.1-0.20-0.14-0.003-0.090.0.22-0.0921-0.17 0.-0.011007-0.06 0. 0.-0.0-0.08-0.0-0.11-0.09Tab.5 CorrelationsoftheδCwiththe
MeanPreciitationsMonthl py
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月3~6月总4~6月总5~7月总6~8月总8~10月总9~11月总9~12月总1△PM-
当年
前1年前2年
当年
4△PM-
前1年前2年
0.070.120.090.000.070.070.060.030.040.07
13
0.1416041106-0.07 0. 0. 0. 0.0.010509-0.0704 0. 0. 0. -0.081714-0.17-0.08 0. 0. -0.16-0.10-0.06-0.11 -0.17-0.05-0.21 -0.240011-0.22010. 0. 0. 03-0.06-0.29-0.030. 0.0906222333 0. 0. 0. 0. 0.2123-0.1005-0.02 0. 0. -0.15-0.06-0.19 -0.13-0.02-0.22 0.00-0.12-0.130605-0.10 0. 0.
0.03-0.15-0.1303-0.19-0.23 0.-0.14-0.16-0.08-0.29-0.23-0.22
12月0.08 5,6月平均-0.11-0.148~10月平均13
表7 紫金山树轮△δC序列与日照时数的相关分析13 Tab.7 CorrelationsoftheδCwiththeSunshineHours
-0.23-0.23-0.14-0.27-0.14-0.20-0.07-0.24-0.13-0.0701-0.13-0.04 0.-0.25-0.0701-0.27-0.03-0.10 0.-0.1900-0.02-0.26-0.03-0.09 0.
0.11
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月8~10月总10月总9,1△PM-
当年0.120.10 0.11 0.080.13 0.15 0.24 0.04 -0.040.52前1年前2年-0.2012 0.0.1402 0. -0.0502 0. 0.0203 0. 0.1925 0.0.28120.-0.05 0.21 -0.06-0.01 0.07-0.04-0.1807 0.0.2109 0. 0.0817 0. 当年
4△PM-前1年
前2年
-0.04-0.18-0.010.0801 0. -0.0703 0. 110. 0.1420 0.
0.080.210.000.07
10~12月总-0.121806-0.0520 0. 0. 0.
0.06-0.04-0.23
现,两△序列与春、夏和秋季的降水总量都呈显著负尤其与6月及其相邻月份的总降水量相关性相关,
更为显著。这可能是因为每年6月中旬至7月初,进入江南的梅雨季节,降水量多于别的季节。树轮△序列与降水量呈负相关性主要是由于水分胁迫导
13
致气孔关闭,树轮δ反之,降水量增加,C值增大,
13 加速树木蒸腾作用,气孔导通数增大,树轮δC值19,21]
。减小[
-0.0111-0.01 0.0.2000-0.12 0.140. -0.07-0.22
-0.08-0.04
0.10
-0.15-0.07-0.100.46020. 020. 0.020.12
1110
1卷 长江流域资源与环境 第2
structionsinceAD1640usinnondetrendedstablecarboni - -g inesotoeratiosfromtreesinnorthernFinland[J].The pp,():Holocene2007,174435~446.
[,7]OADERNJMCCARROLLD,GAGEN M,etal.Extrac L -
,tinclimaticinformationfromstableisotoesintreerins gpg //stableisotoesastracersofecoloicalchane[M]DAW- pgg)SON TE,SIEGWOLFRT W(Eds.A Volumeintheterres -:,trialecoloseries.LondonAcademicPress2007:27~48. gy
[,8]CCARROLLD,GAGEN M H,LOADERNJetal.Correction M
treerinstablecarbonisotoechronoloiesforchanesintheof gpgg []carbondioxidecontentoftheatmoshereJ.GeochimicaetCos -p,,():mochimicaActa20097361539547. ~1
[,,9]OBERTSONIROLFEJSWITSURV R,etal.Sinal R g
13/2
strenthandclimaterelationshiintheC1Cratiosoftree gp
13
已有C的重要因素之一, 光照也是影响树轮δ
13
调查表明树轮δ夏季C值随光照强度增加而增大,[3]13
。表7显示,日照时数与树轮δ两△C值正相关3
序列与日照时数呈显著正相关,主要表现为与当年秋季日照时数及全年总日照时数显著正相关,夏、
M-1与80月总日照时数相关系数高达0.52△P~1
(),0.01M-4与910月总日照时数相关系数△P~p<
(),高达0这与已有结论是一致的。另外,.530.01p<M-1显示了生长季内日照时数的强烈滞后效应,△P
说明充足的光照使树木进行光合作用积累的有机物,直接影响树木下一年甚至更长时间的生长。
4 结论
通过以上研究,我们可以初步得出以下结论:
13
)(马尾松树轮δ1C对于气候的响应是敏感可以作为气候变化的代用指标;的,
13 ()坡向对于马尾松树轮δ2C对气候的响应敏13
感性也有一定的影响,树轮δC平均值西南坡比东
[]cellulosefromoakinsouthwestFinlandJ.Geohsicalrin pyg ,ResearchLetters1997,24:1487~1490.
[],10EN M,MCCARROLLD.Latewoodwidthmaximum GAG
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13 重建天目[]吕 军,屠其璞,等.用树轮α12C 钱君龙,-纤维素δ
西南坡比东南坡对月平均最低和最高温度南坡高,的响应更敏感;
13
)(紫金山马尾松树轮δ3C与该地区生长季
(尤其是夏、秋季)的月平均气温、月平均最高气温和
],:山地区近1中国科学(60年气候[J.D辑)2001,31(4)334~340.
13 重建[]王 建,陈君龙.用树轮δ13C1685年以来的大 赵兴云,
日照时数呈正相关,而与月平均最低气温、降水量、空气相对湿度呈负相关。
13
)紫金山马尾松树轮δ(4C对当年的气候的
响应更敏感。
]气C第四纪研究,OJ.2005,5:545~551.2浓度变化趋势[
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13
等:南京紫金山马尾松树轮δC对气候变化响应敏感性的研究 第9期 王 建,
1111
13
SENSITIVITYOFTHEPINETREEδCON MT. ZIJINATNANJINGTOCLIMATICCHANGE
111
,HE,,WANGJianQinanSHANGZhiuan - -ygy213
,QIANJunlonYANG HaiZHAOXinanun --y -g,gy
(,,;1.SchoolofGeorahicalSciencesNaninNormalUniversitNanin210046,China gpjgyjg
,,;2.NaninInstituteofGeorahandLiminoloChineseAcademofSciencesNanin210008,China jggpygyyjg
,,)3.SchoolofResourceandEnvironmentLiniUniversitLini276005,China yyy
:AbstractTreerinwidthissensitivetothechanesofclimateinthecoldoraridreionsandlesssensitive ggg
13
,inthehumidandwarmclimaticreions.HoweversomestudiesshowthatthetreerinCofsomese -ggδ pciesoftreesinthehumidandwarmsubtroicalreionofChinaissensitivetotheclimatechanes.Whether pgg
13
thePinusmassoniana Lamb,asthewidestdistributedtreeinthereion,itsisalsosensitivetoclimate δC g,chanesandtowhichclimaticindicatorsisstillnotclear.TwotreesofPinusmassoniana LambonMt.Zi -g
13
,inatNaninareselectedandanalzedinordertodetectthesensitivitofitsδCtoclimaticchane.The jjgyyg
13
,,,reciitation,ofthetreeδCwiththelocaltemeratureairhumiditandsunshinetimeisanrelationshi -pppyp
13
,alzed.TheresultssuestthattheδChasclosercorrelationwiththeclimaticindicatorsofthesameear yggy13
thanthatoftheearbefore.Thetreefromthesouthwesternsloofthemountainhasahihervalueof δypg
13
C,andtheδCisbettercorrelatedwithmonthlmeanlowerorhihtemeraturethanfromthesoutheast -ygp 13
,ernsloTheinetreeisositivelcorrelatedwiththemonthlmeantemeraturemonthlmeanhih δC p.ppyypyg
,,reciitatemeratureandsunshinetimeandneativelcorrelatedwithmonthlmeanlowertemerature -pppgyyp
,tionandairhumidit. y
13
:;;;;;;;KewordscarbonisotoeC;massoninetreerinclimateimlicationsensitivitsubtroics δ ppgpypy
warmandhumidreion g
第21卷第9期2012年9月长江流域资源与环境
ResourcesandEnvironmentintheYantzeBasin g
Vol.21No.9
Set.2012p
13
南京紫金山马尾松树轮δC对气候变化响应敏感性的研究
王 建1,贺清艳1,商志远1*,钱君龙2,杨海燕1,赵兴云3
(南京师范大学地理科学学院,江苏南京2中国科学院南京地理与湖泊研究所,1.10046;2.
)江苏南京2临沂大学资源与环境学院,山东临沂210008;3.76005
摘 要:树木年轮宽度指标在气候重建中发挥了重要的作用,可是在温暖湿润的地区,利用树木年轮宽度重建古气候遇到了困难。因此寻找其他代用指标就成为一项急迫而重要的任务。一些研究发现,树轮稳定碳同位素可以发是否所有的树种的树轮碳同位素对气候的响应都同样的敏感,还需要通过大量的研究分析挥重要的作用。但是,
13
工作来验证。为了了解温暖湿润的亚热带季风区马尾松树轮δ选取了南京紫金山的两个C对气候响应的敏感性,1313 马尾松树盘,进行了树轮δ建立了1温C的分析,939~2002和1955~2002年两个树轮δC变化序列。与降水、13
()度、相对湿度、光照时数、风速等气候指标进行了相关分析。结果表明:马尾松树轮δ1C对于气候的响应是敏感1313
()可以作为气候变化的代用指标;坡向对于马尾松树轮δ树轮δ的,2C对气候的响应敏感性也有一定的影响,C13
()平均值西南坡比东南坡高,西南坡比东南坡对月平均最低和最高温度的响应更敏感;紫金山马尾松树轮δ3C与
该地区生长季(尤其是夏、秋季)的月平均气温、月平均最高气温和日照时数呈正相关,而与月平均最低气温、降水量、空气相对湿度呈负相关。
关键词:南京;亚热带;树轮;碳同位素;响应;敏感性;坡向;影响;气候意义()中图分类号:Q948.11 文献标识码:A 文章编号:10048227201209110606---
树木年轮宽度指标在气候重建中发挥了重要的
1~5]
,作用[可是在温暖湿润的地区,利用树木年轮宽度重建古气候遇到了困难
[6~11]
1 地理背景与样品采集
两个马尾松树盘采自南京紫金山南区(32°03′N,,海拔约4118°51′E)00m。其中PM-1采于东南坡
(,。坡向S坡向S30°E)PM-4采于西南坡(40°W) 。共6PM-1树轮序列时段为1935~2002年,8a
。共5PM-4树轮序列时段为1948~2002年,5a
马尾松是我国分布最广、数量最多的一种松树。产于秦岭、淮河流域以南,东起沿海低山丘陵,西至川西大相岭东坡,南达华南南部,遍布于华中、华南
16]
。喜光,各地,台湾省有少量分布[喜温暖湿润的
。因此寻找其他代
用指标就成为一项急迫而重要的任务。一些研究发
12~15]
。但现,树轮碳同位素可以发挥重要的作用[
是否所有的树种的树轮碳同位素对气候的响应是,
都同样的敏感,还需要通过大量的研究分析工作来验证。
在我国温暖湿润的亚热带地区,树轮稳定碳同位素研究还相对较少。树木种类目前也只涉及到柳
12,13]14]15]
、。对于这个地区分布最杉[雪松[和樟树[
广的马尾松,其树轮稳定碳同位素对于气候的响应
13
对于紫金山马尾松树轮δ还缺乏研究。因此,C的13
气候意义的探讨,不仅可以为该地区利用树轮δC
耐寒性差,在-1幼树叶端受凉枯气候,3℃以下时,萎。对土壤要求不严,喜上层深厚、肥沃、酸性、微酸性的土壤。在钙质土、粘重土上生长不良。耐干旱瘠薄,不耐水涝及盐碱土。深根性,穿透力强。天然更
恢复古气候提供依据,而且可以为探索亚热带季风
13区树轮δC的成因机制提供典型案例。
;收稿日期:修回日期:2011112320120319----
););基金项目:国家自然科学基金项目(教育部长江学者创新团队基金项目(江苏省地理学优势学科项目41271204YST2006006-,:作者简介:王 建(男,山东省昌邑人,教授,博士,主要研究方向为地表过程与环境变迁.1962~ )E-mailwannu.edu.cn@njgj:ailsz268@163.com*通讯作者E-my
13
等:南京紫金山马尾松树轮δC对气候变化响应敏感性的研究 第9期 王 建,
1107
17]
。新能力强[
水平(以后均用r表示相关系数,p表示显著性水。这说明了两棵树对其环境条件的响应是基本平)
一致的。但是从图中也可以看出,PM-1的平均值比PM-其中14的平均值明显偏高(975~2002年,,两者平均值差为1而两者的立地条件中最.03‰)显著的差异为坡向不同。PM-坡向S1位于东南坡(,。坡向S30°E)PM-4位于西南坡(40°W)
紫金山地处北亚热带季风气候区。气候温湿,
四季分明,气候冬季严寒而夏季酷热,春秋短暂的特点。南京气象站的记录表明,南京年平均温度为最冷月1月份平均气温为-12.4℃~15.1℃,2.9℃~
最热月7月份平均气温为25.1℃,4.9℃~30.5℃。
年太阳日照时数为1694.2~2446.7h。每年6月 中旬至7月初,进入江南的梅雨季节。年均降水量532~1828mm。
2 样品处理与测试
2.1 树轮样品的雕取
先将采回的树轮样本置于阴凉通风处风干,然用不同粒级的砂纸将样本表面磨光至年轮后刨光,
即细胞纹在显微镜下清晰可见。随后进行树轮样品雕刻过程中,剔除树皮,从最外轮开始,用雕的雕刻,
刀由外向内一薄片一薄片地均匀雕刻,分别逐年雕刻采集木质样2g左右,用来测定每一轮的δC值。
本文所研究的马尾松的雕刻年限分别为:1号
13
13
图1 树轮δC的年序列
13
Fi.1 ChanesoftheδCinTreerinofNanin - gggjg
),马尾松(髓心部分去掉4年,雕刻从2PM-1002年。4号马尾松(,共6髓心部分到1939年,4aPM-4)
。雕刻从2共4去掉7年,002年到1955年,8a
将逐年雕刻好后的每个样品在70℃~80℃下磨至3干燥3昼夜,0~60目。
2.2 α-纤维素的提取
纤维素的提取,主要分为抽提、氯化、碱洗3个])。步骤(详细步骤见参考文献[282.3 二氧化碳的制备
将提取出的αuO,Pt丝在真空下密-纤维素与C产生供质谱分析的C封于小石英管中高温燃烧,O2气体。
13
2.4 树轮纤维素δC的测定
18]
傅抱璞[通过实地 关于坡向对小气候的影响,
测量详细讨论了南京方山(位于32°08′N,118°48′E,
与紫金山有非常相似的气候、水文等背景条件)不同方位对土壤和空气温、湿度等各要素的影响。主要表现为:极端最高气温,西南坡比东南坡高约,日平均气温(地面1西南坡比东3.5℃;50cm高处)
土壤湿度西南坡比东南坡低约南坡高约0.3℃;空气相对湿度,西南坡比东南坡低约22.5%;.5%。
强光和高温会使光合速率增大和导通数的降低,使
13
从而使植物δ进入叶片的COC增大。土2值降低,
壤湿度和空气相对湿度较低时,会使树木关闭气孔,
[9~2131]
。气孔导通数的降低,树轮δC值增大1
13
所以本文研究的紫金山马尾松树轮δC序列
((平均值PM-比PM-高14S40°W)1S30°E).03‰, 主要原因可以归结为坡向差异。
去除趋势后,两个序列的变化如图2所示。可以看出两者的变化波动比较一致,可以在一定程度上反映该地区气候的变化。3.2 与气候指标的相关分析
本章所使用气象数据来自南京气象站,表1给出了相关分析所使用的部分气象资料概况。
考虑到气候条件对树木生长的滞后影响(如前所,述)在作树轮△序列与气候要素相关时,分别分析了当年、前1年各气候要素与树轮△序列的相关性。其中黑体加单下划线的数据表示通过信度为0.05的检
将收集到的COT252质谱仪上测-2气体在MA
312
/得树轮的1实验系统误差小于CC同位素比值,
13
简写为0.2‰。树轮纤维素组成以δCPDB表示(
13
,单位为‰。δC)
3 结果与讨论
3.1 坡向的影响
从图1可以看出PM-1、PM-4的高频变化和长期变化趋势基本一致,经相关分析得出,两者为显著正相关,相关系数为0通过了0.47,.005的显著性
1108
1卷 长江流域资源与环境 第2
13
所降低,造成δC增大。这也说明自然生长条件下[9,1320]
。的植物δC与温度主要呈正相关1
验,黑体加双下划线的数据表示通过信度0.01的检验
。
通过表3可以看出树轮△序列与月平均最高气
温的相关性比其与月平均气温的相关性更为显著,前1年3月及前1年81与当年8月、9月、△PM-
月平均最高气温显著正相关,△PM-4与当年5月、6月、8月、10月及前1年6月平均最高气温显著正相关。另外,如表3所示,将相邻月份的最高气温进行平均处理后,再计算相关系数,发现两△序列与5,6月平均、7~9月平均、8~10月平均、9,10月平均和9~1两△1月平均最高气温都呈显著正相关,序列与全年平均最高气温也呈显著正相关。并且与当年的相关性明显好于前一年和前两年。
13表3 紫金山树轮△δC序列与月平均最高气温的相关分析
13
Tab.3 CorrelationsoftheδCwiththe
13
图2 树轮△δC序列
13
Fi.2 TreerinCSeuencesofthe- ggδ q
fromitsAveraeDifference g
表1 本章所使用部分气象资料(均为逐月观测资料)
Tab.1 DescritionoftheClimaticDataUsed p
气候要素月平均气温月平均最高气温月平均最低气温月平均降水量月平均空气相对湿度
日照时数月平均风速
资料时段1951~2002年1946~2002年1948~2002年1951~2002年1950~2002年1949~2002年1951~2002年
样本数(年)
52575552535452
MonthlMeanHihestTemeratures ygp
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
1△PM-
当年
前1年前2年
当年
4△PM-
前1年前2年
-0.07-0.16-0.11080707 0. 0. 0.0.0903-0.1717-0.01-0.02 0. 0.0.1410081207 0. 0. 0. 0.0.02-0.06-0.13-0.06-0.15-0.240.0708033607-0.08 0. 0. 0.0.0.221522383305 0. 0. 0.0.0.0.172013081200 0. 0. 0. 0. 0.0.3124-0.033210-0.040. 0.0.0.24-0.07-0.1426-0.1112 0. 0.0.1604-0.051300 0. 0. 0.0.0908-0.0200-0.18-0.15 0. 0.-0.16-0.12-0.1502-0.12-0.13 0.0.18151524-0.03 0. 0. 0.17-0.0304040. 0. 0.09-0.1103050. 0. 0.0.27-0.04-0.1438-0.0209 0. 0.
13
从表2树轮△δC序列与逐月平均气温的相关分析可以看出,树轮△PM-1与当年8月平均气温和前1年3月平均气温呈显著正相关;4与当△PM-
年6月平均和前1年6月平均气温呈显著正相关,说明生长季和生长前期的平均气温对树轮δC均有影响,且随着平均气温的升高,碳同位素的分馏有
13
5,6月平均
79月平均~
8~10月平均
,910月平均
表2 紫金山树轮△δC序列与逐月平均气温的相关分析
13
Tab.2 CorrelationsoftheδCwiththe
MonthlMeanTemeratures py
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年平均
1△PM-
当年
前1年
前2年
当年
4△PM-前1年0.040.16
前2年-0.06-0.030.08-0.09-0.06-0.040.04-0.07-0.25-0.07-0.23-0.18
13
01-0.12-0.10000. 0.9~11月平均04-0.09-0.2316-0.04-0.05 0.12~2月平均-0.全年平均
0.2717-0.094306-0.06 0. 0. 0.
-0.0901 0.0.07-0.030.09 -0.03-0.020.0404 0. 0.1807 0. 0.1717 0. 190.0.08-0.03 -0.0500 0.0.07-0.02 -0.15-0.160.0907 0.
-0.0307 0. 0.0511 0.
-0.1611-0.04 0.-0.06-0.13-0.110.0324-0.01 0.0.15 0.1405 0. -0.0622 0. -0.1400 0.
0.04 0.090.09
13
表4为月平均最低气温与树轮△δC序列的相
与平均气温和平均最高气温相比,平均关分析结果,
13
最低气温与树轮δC的相关性较弱。△PM-1与月
平均最低气温的相关性不明显。只有△PM-4与当年、910月及相邻月份的平均最低气温呈显著负相关。
13
降水量是影响树轮δ有C又一重要气候因素,
13
关研究表明树轮δC与降水量是呈负相关关18,32]
。本文也证实了这个结论,如表5所示,树系[
0.03-0.05-0.060.04-0.04-0.05-0.13-0.11-0.17
轮△序列与降水量呈显著负相关性,1与当△PM-年6、8和10月降水量显著负相关,4与当年△PM-另外分析还发5、6、9和10月降水量显著负相关。
-0.0611-0.001-0.20 0.
13
等:南京紫金山马尾松树轮δC对气候变化响应敏感性的研究 第9期 王 建,
1109
13
表4 紫金山树轮△δC序列与月平均最低气温的相关分析
13
Tab.4 CorrelationsoftheδCwiththe
通过表6可以看出,与降水量一样,空气相对湿
13
度也与树轮△δC序列显著负相关。两△序列都
MonthlMeanLowestTemeratures yp
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
1△PM-
当年
前1年
前2年
当年
4△PM-前1年0.070.22
前2年-0.07-0.020.000.16-0.07-0.14-0.05-0.19-0.10-0.12-0.210.01
与当年8、9、10月、8~10月平均及全年平均空气相对湿度呈显著负相关,4还与当年5、6、5~6△PM-月平均空气相对湿度显著负相关。尽管△PM-1序、、列与前1年789月、810月平均相对湿度,M~△P-、有一定的相关性,但4与前1年56月平均相对湿度,
是没有与当年相对湿度的相关性那么显著。
13
表6 紫金山树轮△δC序列与月平均
-0.0412 0.0.04-0.080.0831 0. 0.0012 0. 0.0008 0. 0.13-0.100.0909 0. 0.1405 0.0.0700 0.-0.20-0.010.06-0.05 0.0010 0.
-0.0404 0. 0.0009 0.
-0.1500-0.09 0.0.01-0.14-0.05 0.0901-0.10 0.-0.0106 0. 0.12-0.02 -0.1803 0. -0.17-0.270.140.010.000.01
空气相对湿度的相关分析
13 Tab.6 CorrelationsoftheδCwiththe
-0.18-0.27-0.070.11-0.06-0.02-0.0702-0.11 0.
MeanAirHumiditiesMonthl y
月份1号1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月
1△PM-
当年
前1年前2年
当年
4△PM-
前1年前2年
13
表5 紫金山树轮△δC序列与月降水量的相关分析
1.0000 1. 0.0204 0.0.04-0.04 0.03-0.12-0.08-0.03 0.00-0.02 -0.19-0.22-0.26-0.26-0.28-0.32-0.07-0.1211 0.
1.000000 1. 1.
-0.190508-0.08 0. 0.0.0402-0.06-0.04 0.-0.0310-0.03-0.13 0.0.06-0.09-0.0217 0.0.03-0.30-0.19-0.06-0.16-0.32-0.22-0.08-0.16-0.07-0.13-0.050.0-0.0904 0.-0.1-0.20-0.14-0.003-0.090.0.22-0.0921-0.17 0.-0.011007-0.06 0. 0.-0.0-0.08-0.0-0.11-0.09Tab.5 CorrelationsoftheδCwiththe
MeanPreciitationsMonthl py
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月3~6月总4~6月总5~7月总6~8月总8~10月总9~11月总9~12月总1△PM-
当年
前1年前2年
当年
4△PM-
前1年前2年
0.070.120.090.000.070.070.060.030.040.07
13
0.1416041106-0.07 0. 0. 0. 0.0.010509-0.0704 0. 0. 0. -0.081714-0.17-0.08 0. 0. -0.16-0.10-0.06-0.11 -0.17-0.05-0.21 -0.240011-0.22010. 0. 0. 03-0.06-0.29-0.030. 0.0906222333 0. 0. 0. 0. 0.2123-0.1005-0.02 0. 0. -0.15-0.06-0.19 -0.13-0.02-0.22 0.00-0.12-0.130605-0.10 0. 0.
0.03-0.15-0.1303-0.19-0.23 0.-0.14-0.16-0.08-0.29-0.23-0.22
12月0.08 5,6月平均-0.11-0.148~10月平均13
表7 紫金山树轮△δC序列与日照时数的相关分析13 Tab.7 CorrelationsoftheδCwiththeSunshineHours
-0.23-0.23-0.14-0.27-0.14-0.20-0.07-0.24-0.13-0.0701-0.13-0.04 0.-0.25-0.0701-0.27-0.03-0.10 0.-0.1900-0.02-0.26-0.03-0.09 0.
0.11
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月8~10月总10月总9,1△PM-
当年0.120.10 0.11 0.080.13 0.15 0.24 0.04 -0.040.52前1年前2年-0.2012 0.0.1402 0. -0.0502 0. 0.0203 0. 0.1925 0.0.28120.-0.05 0.21 -0.06-0.01 0.07-0.04-0.1807 0.0.2109 0. 0.0817 0. 当年
4△PM-前1年
前2年
-0.04-0.18-0.010.0801 0. -0.0703 0. 110. 0.1420 0.
0.080.210.000.07
10~12月总-0.121806-0.0520 0. 0. 0.
0.06-0.04-0.23
现,两△序列与春、夏和秋季的降水总量都呈显著负尤其与6月及其相邻月份的总降水量相关性相关,
更为显著。这可能是因为每年6月中旬至7月初,进入江南的梅雨季节,降水量多于别的季节。树轮△序列与降水量呈负相关性主要是由于水分胁迫导
13
致气孔关闭,树轮δ反之,降水量增加,C值增大,
13 加速树木蒸腾作用,气孔导通数增大,树轮δC值19,21]
。减小[
-0.0111-0.01 0.0.2000-0.12 0.140. -0.07-0.22
-0.08-0.04
0.10
-0.15-0.07-0.100.46020. 020. 0.020.12
1110
1卷 长江流域资源与环境 第2
structionsinceAD1640usinnondetrendedstablecarboni - -g inesotoeratiosfromtreesinnorthernFinland[J].The pp,():Holocene2007,174435~446.
[,7]OADERNJMCCARROLLD,GAGEN M,etal.Extrac L -
,tinclimaticinformationfromstableisotoesintreerins gpg //stableisotoesastracersofecoloicalchane[M]DAW- pgg)SON TE,SIEGWOLFRT W(Eds.A Volumeintheterres -:,trialecoloseries.LondonAcademicPress2007:27~48. gy
[,8]CCARROLLD,GAGEN M H,LOADERNJetal.Correction M
treerinstablecarbonisotoechronoloiesforchanesintheof gpgg []carbondioxidecontentoftheatmoshereJ.GeochimicaetCos -p,,():mochimicaActa20097361539547. ~1
[,,9]OBERTSONIROLFEJSWITSURV R,etal.Sinal R g
13/2
strenthandclimaterelationshiintheC1Cratiosoftree gp
13
已有C的重要因素之一, 光照也是影响树轮δ
13
调查表明树轮δ夏季C值随光照强度增加而增大,[3]13
。表7显示,日照时数与树轮δ两△C值正相关3
序列与日照时数呈显著正相关,主要表现为与当年秋季日照时数及全年总日照时数显著正相关,夏、
M-1与80月总日照时数相关系数高达0.52△P~1
(),0.01M-4与910月总日照时数相关系数△P~p<
(),高达0这与已有结论是一致的。另外,.530.01p<M-1显示了生长季内日照时数的强烈滞后效应,△P
说明充足的光照使树木进行光合作用积累的有机物,直接影响树木下一年甚至更长时间的生长。
4 结论
通过以上研究,我们可以初步得出以下结论:
13
)(马尾松树轮δ1C对于气候的响应是敏感可以作为气候变化的代用指标;的,
13 ()坡向对于马尾松树轮δ2C对气候的响应敏13
感性也有一定的影响,树轮δC平均值西南坡比东
[]cellulosefromoakinsouthwestFinlandJ.Geohsicalrin pyg ,ResearchLetters1997,24:1487~1490.
[],10EN M,MCCARROLLD.Latewoodwidthmaximum GAG
,ineandstablecarbonisotoeratiosofasclimateindensit -ppy,dicatorsinadrsubalineenvironmentFrenchAls[J]. ypp ,():AntarctAlRes2004,362166~171.Arct p
13[]11CHLESERG H.InvestiationsoftheCatternsinleaves S δ gp
],ofFausslaticaL[J.JournalofExerimentalBotan pygyy():1990,415565~572.
13 重建天目[]吕 军,屠其璞,等.用树轮α12C 钱君龙,-纤维素δ
西南坡比东南坡对月平均最低和最高温度南坡高,的响应更敏感;
13
)(紫金山马尾松树轮δ3C与该地区生长季
(尤其是夏、秋季)的月平均气温、月平均最高气温和
],:山地区近1中国科学(60年气候[J.D辑)2001,31(4)334~340.
13 重建[]王 建,陈君龙.用树轮δ13C1685年以来的大 赵兴云,
日照时数呈正相关,而与月平均最低气温、降水量、空气相对湿度呈负相关。
13
)紫金山马尾松树轮δ(4C对当年的气候的
响应更敏感。
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13
等:南京紫金山马尾松树轮δC对气候变化响应敏感性的研究 第9期 王 建,
1111
13
SENSITIVITYOFTHEPINETREEδCON MT. ZIJINATNANJINGTOCLIMATICCHANGE
111
,HE,,WANGJianQinanSHANGZhiuan - -ygy213
,QIANJunlonYANG HaiZHAOXinanun --y -g,gy
(,,;1.SchoolofGeorahicalSciencesNaninNormalUniversitNanin210046,China gpjgyjg
,,;2.NaninInstituteofGeorahandLiminoloChineseAcademofSciencesNanin210008,China jggpygyyjg
,,)3.SchoolofResourceandEnvironmentLiniUniversitLini276005,China yyy
:AbstractTreerinwidthissensitivetothechanesofclimateinthecoldoraridreionsandlesssensitive ggg
13
,inthehumidandwarmclimaticreions.HoweversomestudiesshowthatthetreerinCofsomese -ggδ pciesoftreesinthehumidandwarmsubtroicalreionofChinaissensitivetotheclimatechanes.Whether pgg
13
thePinusmassoniana Lamb,asthewidestdistributedtreeinthereion,itsisalsosensitivetoclimate δC g,chanesandtowhichclimaticindicatorsisstillnotclear.TwotreesofPinusmassoniana LambonMt.Zi -g
13
,inatNaninareselectedandanalzedinordertodetectthesensitivitofitsδCtoclimaticchane.The jjgyyg
13
,,,reciitation,ofthetreeδCwiththelocaltemeratureairhumiditandsunshinetimeisanrelationshi -pppyp
13
,alzed.TheresultssuestthattheδChasclosercorrelationwiththeclimaticindicatorsofthesameear yggy13
thanthatoftheearbefore.Thetreefromthesouthwesternsloofthemountainhasahihervalueof δypg
13
C,andtheδCisbettercorrelatedwithmonthlmeanlowerorhihtemeraturethanfromthesoutheast -ygp 13
,ernsloTheinetreeisositivelcorrelatedwiththemonthlmeantemeraturemonthlmeanhih δC p.ppyypyg
,,reciitatemeratureandsunshinetimeandneativelcorrelatedwithmonthlmeanlowertemerature -pppgyyp
,tionandairhumidit. y
13
:;;;;;;;KewordscarbonisotoeC;massoninetreerinclimateimlicationsensitivitsubtroics δ ppgpypy
warmandhumidreion g