秦 進，白紅英,*,李書恒, 王 俊，甘卓亭，黃 安

1 西北大學城市與環(huán)境學院，西安 710127 2 寶雞文理學院地理與環(huán)境學院，寶雞 721000

?

太白山南北坡高山林線太白紅杉對氣候變化的響應差異

秦 進1，白紅英1,*,李書恒1, 王 俊1，甘卓亭2，黃 安1

1 西北大學城市與環(huán)境學院，西安 710127 2 寶雞文理學院地理與環(huán)境學院，寶雞 721000

氣候變化對秦嶺植被生長的影響已經(jīng)引起了人們的廣泛關注，在相同的立地條件下，植被對氣候變化的響應會因坡向不同而產(chǎn)生差異，秦嶺的分水嶺太白山尤為典型，為更進一步揭示不同坡向太白紅杉(Larixchinensis)對氣候變化響應的差異，以樹木年代學為依據(jù)，利用采自太白山南、北坡相同海拔的太白紅杉樹芯樣本分別建立了樹輪年表，并分析了兩者的年表特征，探討了樹輪寬度指數(shù)與氣候因子之間的相關性及逐步線性回歸方程。結(jié)果表明：太白山南、北坡太白紅杉年表的平均敏感度、樣本間平均相關系數(shù)、樣本總體代表性等特征值較高, 表明兩個不同坡向年表中皆含有豐富的環(huán)境信息，相對而言，北坡樣地植被對氣候的響應較南坡樣地敏感；由相關性分析可知，南北坡太白紅杉差值年表對氣溫和降水響應顯著的月份有所差異，北坡樣地輪寬指數(shù)與當年和前一年1—6月平均氣溫皆為顯著正相關關系，而南坡樣地輪寬指數(shù)僅與當年5—6月平均氣溫通過顯著性檢驗。南、北坡太白紅杉徑向生長都明顯受到前一年6月降水“滯后效應”的一致影響，但北坡僅與當年8月的降水呈顯著正相關，南坡與當年1—4月的平均降水量存在十分顯著的負相關；多元線性逐步回歸模型顯示，氣溫因子對回歸方程的貢獻最大值均大于降水因子的貢獻最大值,表明氣溫因子的變化更易引起太白紅杉樹輪寬度的變化，另外，氣溫因子對北坡樣地回歸模型的貢獻值比氣溫因子對南坡樣地回歸模型的貢獻值大，表明北坡樣地處樹輪寬度指數(shù)對氣溫因子更敏感，并且與相關分析結(jié)果一致。

氣候變化；不同坡向；樹輪寬度；太白紅杉；氣候響應

隨著近年來氣候極端事件的頻繁發(fā)生, 全球氣候變化對生態(tài)環(huán)境的影響越來越深，已經(jīng)被世界各國廣泛關注。作為研究過去氣候變化的主要代用資料之一，樹木年代學具有定年精確，連續(xù)性強和分辨率高等特點,是揭示氣候和環(huán)境變化的重要技術途徑之一[1- 4]。樹木徑向生長的主要特征是樹木年輪的形成和變異,它除了受樹木本身遺傳因素影響外,還受到外界生態(tài)環(huán)境的制約,并且樹木年輪寬窄能夠真實地記錄下一定區(qū)域內(nèi)每年有利或不利的氣候因素[5- 7]。

太白山位于秦嶺中部，是秦嶺乃至我國東部地區(qū)的最高峰，該地區(qū)高山林線作為高山帶一條重要的生態(tài)界限,相對其他區(qū)域更容易捕捉到氣候變化的信號，更具有典型性，對全球和區(qū)域氣候變化的反應十分敏感[8- 10]。太白紅杉屬紅杉組分布的最東界種，屬國家二級保護植物[11]，垂直分布于海拔2850—3500m的秦嶺高山、亞高山地帶，是該地區(qū)森林線地區(qū)唯一可成純林的樹種[12],很少受到人為影響，是研究氣候變化的理想樹種之一,能夠較好的反映氣候變化[13]。

很多學者利用樹木年代學原理對秦嶺地區(qū)不同區(qū)域高山地區(qū)開展了研究工作，比如邵雪梅[14]等，根據(jù)秦嶺東部華山地區(qū)采集的華山松建立了3種樹木年輪年表并分析了樹木生長對氣候變化的響應關系,認為華山松的生長主要受當年4月氣溫和4—7月降水的影響,并與6月氣溫具有密切的關系；康永祥等[15- 16]，研究了高山林線區(qū)與不同海拔太白紅杉年輪寬度序列對氣候變化的響應，發(fā)現(xiàn)太白紅杉生長對氣溫具有較強的敏感性，降水的滯后現(xiàn)象較溫度明顯；王婷等[17]，利用位于秦嶺余脈伏牛山的華山松樹芯樣本，研究了華山松徑向生長與氣候變化的關系，認為樹輪年表對區(qū)域溫度變化響應敏感，與研究區(qū)生長季前期的溫度及生長季降水呈顯著正相關,這些工作側(cè)重于研究一定區(qū)域范圍內(nèi)植被對氣候的響應或不同海拔植被對氣候變化的響應；Dang等[18]，以佛坪和周至自然保護區(qū)為南北對照，對秦嶺南北坡油松生長對氣候的響應的差異性進行了研究，發(fā)現(xiàn)在低中海拔，初春和夏季的溫度是植物徑向生長的主要限制因子，在高海拔，主要的限制因子為當年夏季降水，前一年生長季氣候?qū)δ掀聵漭唽挾鹊挠绊懘笥诒逼?；劉禹等[19]，以南五臺和木王兩地為南北對照，對秦嶺南北坡巴山冷杉生長對氣候響應的差異性進行了研究，認為南坡樹輪寬度對于上一年9月到當年4月氣溫有較強響應，而北坡樹木對于當年初夏氣溫響應敏感。

以上所開展的工作對秦嶺地區(qū)南、北坡植被對氣候變化響應的差異研究提供了大量的經(jīng)驗和依據(jù)，然而，秦嶺山脈東西跨度較大，南北地形復雜多變，局地氣候差異明顯，位于秦嶺主脊和最高點的太白山是我國重要的分水嶺，太白紅杉作為該地區(qū)的林線樹種極少受到人為影響，因此，開展太白山森林上線相同海拔不同坡向太白紅杉對氣候響應的差異研究對于認識太白山乃至秦嶺山脈南北坡高山林線植被對氣候響應的差異性具有重要補充作用。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

圖1 采樣點與氣象站分布圖 Fig.1 Location of tree-ring sampling sites and meteorological stations

秦嶺是我國地理最重要的南北分界線，它的隆起阻擋了夏季來自南方的東亞季風及冬季來自偏北方向的干冷氣流,使得秦嶺地區(qū)南、北坡向的景觀和氣候條件產(chǎn)生了比較顯著的差異，山脈以北氣候相對干燥，而山脈以南的地區(qū)氣候較為溫暖濕潤[20]。太白山位于秦嶺山脈之中部地區(qū)(圖1)，地處周至、眉縣和太白縣行政邊界的交界處，海拔3767m，地理坐標為(33°49′—34°10′N，107°19′—107°58′E),該地區(qū)年平均氣溫1.8—2.1℃，降雨量800—900mm，屬大陸性季風氣候區(qū)。太白山植被帶垂直分布特點明顯，林線以上為第四季冰期形成的冰川遺跡和高山草甸，以下接巴山冷杉群系，土壤類型以森林草甸土為主[21]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集與年表建立

本項目組于2013年秋季在太白山拔仙臺附近海拔3100—3200m之間生長茂盛的太白紅杉林上線開展了采樣工作，2個采樣點分別設立于太白山主脊線以南和以北的冰川遺跡與太白紅杉林交界處,土層厚度均在(20±10)cm范圍內(nèi)，立地坡度均在(30±15)°范圍內(nèi)，皆在同一氣候區(qū)且受人為影響較小。采樣的方法依據(jù)國際樹輪數(shù)據(jù)庫的標準(ITRDB)，綜合了敏感性原則、生態(tài)環(huán)境原則和復本原則等，在每個采樣點30棵健康樹上取樣，使用生長錐在胸高位置從垂直方向上取2個樹芯作為樣本，每個方向取到樹心處附近，將取得的樹芯裝入提前卷好的樣本筒中，并做好編號。在北坡進行的采樣點被命名為SBS(上板寺)，在南坡進行的采樣點被命名為YWD(藥王殿)(圖1)。

樣本的基本處理過程是按照Stokes和Smiley的方法[22]，對樹心進行晾干，固定，磨平，直到樹芯表面光滑清晰達到樹木年輪學分析要求，然后采用德國Frank Rinn公司生產(chǎn)的LINTAB輪寬分析儀測量樹輪寬度，其精度為0.01mm。為確保測量的準確性，最后利用COFECHA[23]程序?qū)徊娑旰蜏y量結(jié)果進行檢驗，剔除不能正常交叉定年的序列。通過Arstan[24]程序采用負指數(shù)函數(shù)或者樣條函數(shù)擬合去掉樹木本身遺傳因子產(chǎn)生的生長趨勢和樹木之間干擾競爭產(chǎn)生的抑制和釋放等的生長趨勢，達到去趨勢化和標準化的目的[25]，并得到3種年表：STD、RES 和ARS 年表。本文采用插值年表(RES)進行研究。

1.2.2 氣象資料與數(shù)據(jù)分析

圖2 太白山南、北坡氣象站50年逐月平均氣溫和總降水量 Fig.2 Monthly mean temperature and total precipitation of northern and southern slopes of Mount Taibai in the past 50 years

本研究的采樣點由于分布于太白山的南、北兩坡，缺乏長期的器測數(shù)據(jù)，為了更能體現(xiàn)該區(qū)域代表性，選取了太白山北坡太白縣與南坡佛坪縣氣象站1960—2009年以來逐月平均氣溫和總降水的平均值進行分析(圖2)，分析之前，使用Mann-Kendall法對氣象數(shù)據(jù)進行均一性檢驗[26]?？紤]到氣候?qū)χ参飶较蛏L的“滯后效應”即樹木生長不僅與當年的氣候條件有關，也受上年氣候因子的影響[5]，因此選取了上年1月至當年12月的月均溫和月總降水量以及不同的月份組合與兩個樣地的RES年表進行分析。

相關性分析和多元回歸模型分析[27- 28]是研究樹木生長與氣候因子之間相互關系的常用方法，但是相關分析只考慮單個氣候要素與樹木生長的關系，樹木年輪寬度與氣候因子的復雜關系很難得到表達，因此選擇進一步結(jié)合多元線性回歸分析，以描述太白山南、北坡太白紅杉上線樹輪寬度指數(shù)與氣候因子之間的關系。

本文利用Dendroclim2002[29]和SPSS軟件對年表以及氣候因子作相關分析和多元線性回歸分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 年表與序列的基本統(tǒng)計特征

由表1可知，太白山南、北坡太白紅杉差值年表統(tǒng)計特征值差異明顯，平均敏感度代表年輪寬度逐年變化的狀況，樹木的年輪寬窄變化越大，則樹木對環(huán)境變化的敏感度越高[25]，北坡SBS差值年表的平均敏感度和標準偏差均高于南坡YWD，表明北坡太白紅杉樹木年輪寬度生長對環(huán)境更加敏感，受氣候因子的限制作用強于南坡。另外，兩個采樣點樹與樹間相關系數(shù)以及第一向量百分比都較高，表明太白紅杉徑向生長能夠很好地反應氣候變化的一致性[5]，北坡SBS一階自相關系數(shù)高于南坡YWD，反映了北坡SBS受到上一年氣候影響強于南坡YWD，南坡YWD的信噪比大于北坡SBS，說明南坡YWD的太白紅杉生長環(huán)境所受的干擾相對較少[30]。

表1 SBS(北坡)與YWD(南坡)樹輪寬度序列RES年表統(tǒng)計特征

通過分析圖3和圖4，發(fā)現(xiàn)北坡SBS樣地的太白紅杉年齡比南坡YWD樣地相對要大，但是兩者的大多數(shù)樣本都超過了50a，SBS和YWD寬度指數(shù)序列具有相似的波動狀況，峰值和谷值的時間基本重合，反映太白山南北坡具有相似的氣候變化過程,SBS寬度指數(shù)序列的波動幅度明顯比YWD大, 表明年輪在SBS處對外界環(huán)境變暖的反應比YWD更為敏感，這一點與年表統(tǒng)計值的對比結(jié)果一致。

根據(jù)上述分析可知北坡SBS和南坡YWD年表都含有較多的氣候信息，適合做樹木氣候?qū)W分析，但在空間尺度上，兩個坡向的年表特征有所差異，北坡SBS采樣點的太白紅杉徑向生長對氣候變化的響應更為敏感。

圖3 SBS與YWD樹輪寬度RES年表比較Fig.3 Comparison of the residual chronolgies between SBS and YWD

圖4 SBS與YWD樣本量示意圖Fig.4 Sample depth of SBS and YWD

2.2 年輪年表與單月氣候因子相關分析

如圖5所示，太白山南坡和北坡兩個采樣點的樹輪寬度指數(shù)與氣候要素的相關性表現(xiàn)出相對一致的特點：南、北坡兩個采樣點太白紅杉的樹輪寬度指數(shù)均與當年2、3、5、6月的氣溫呈正相關，與7月和8月的氣溫均呈負相關，其中，北坡SBS與2月和6月氣溫的相關性顯著，南坡YWD與5、6月氣溫的相關系數(shù)較高，但均未達到顯著性水平，表明南、北坡太白紅杉徑向生長皆對初春的氣溫比較敏感,這與以往研究認為初春溫度是亞高山地區(qū)樹木徑向生長的主要氣候因子的觀點一致，因為生長季前期的高溫有助于減少冬季植物的睡眠水平，提升土壤和樹葉的溫度，并能加快根系和發(fā)芽速率，提早樹木形成層細胞的分裂，從而產(chǎn)生較寬年輪，而隨著氣溫升高，溫度不再是限制樹木生長的主要因子，所以相關性下降或者表現(xiàn)為不顯著[31- 32]；兩個采樣點的樹輪寬度指數(shù)均與上年6月份和當年7、8、9月的降水呈正相關，與當年3、4、5、6月的降水量呈負相關，原因可能是相對于溫度而言，降水對樹木年輪的滯后影響要大一些[33- 34]，上年6月降水豐富，土壤水分狀況良好，使樹木落葉減少且有利于樹木進行光合作用并積累養(yǎng)分，有助在當年形成較寬輪[35]。同時，氣候變化對亞高山森林的影響主要依賴于冬季積雪的積累厚度和春季雪融化的速度[36],3—6月降水過多會造成溫度下降，光合作用速率降低，不易于積雪融化，因此限制了植物的徑向生長，與樹輪寬度指數(shù)的相關關系呈負相關。

圖5 太白山林線南、北坡太白紅杉與逐月平均氣溫和總降水量相關分析結(jié)果Fig.5 Correlations of tree-ring width and residual chronologies with variables in Larix chinesis of forest margin in southern and northern slopes from Mt.Taibai

分別位于太白山的北坡(陰坡)和南坡(陽坡)的兩個采樣點由于地理位置和環(huán)境狀況的差異使得兩個采樣點太白紅杉樹輪寬度指數(shù)與氣候要素的相關性也表現(xiàn)出了一定的差異性：北坡樹輪寬度指數(shù)與溫度的相關性更強，與當年2月和7月的氣溫有顯著相關性，雖然南坡太白紅杉樹輪寬度與當年逐月氣溫的相關性與北坡有相似的規(guī)律，但是相關系數(shù)相對比較小，沒有通過顯著性檢驗的月份，從區(qū)域氣候角度來看，太白山地區(qū)屬于我國典型的季風氣候區(qū)，但是海拔高，溫度低，年均溫7℃左右，而降水比較豐富，達到700mm[13]，溫度成為該地區(qū)太白紅杉生長的主要限制因子，溫度較高有助于山頂冰雪的融化和光合作用對有機質(zhì)的積累，從而促進樹輪寬度增長[37]，YWD、SBS采樣點分別位于太白山南、北兩側(cè)，南坡溫度相對較高，溫度對植物徑向生長的限制作用較北坡弱，因此，太白山北坡樹木徑向生長受氣溫的限制性比南坡強,這與劉禹等[19]，對秦嶺南北坡巴山冷杉對氣候變化響應研究的結(jié)論一致。

南坡YWD輪寬指數(shù)僅與當年4月份降水的相關系數(shù)達到顯著性水平，且為負相關,北坡SBS輪寬指數(shù)則僅與當年8月份的降水有較高的正相關，此結(jié)果與南北坡的位置差異有密切關系，由于4月份太白山南坡溫度高于北坡(圖2)，導致南坡的積雪融化較快，此時降水過多就會造成溫度下降、光照減少，植物光合作用速率也會隨之下降，不利于植物營養(yǎng)物質(zhì)的積累，容易產(chǎn)生窄輪[38- 39]，而北坡溫度較低，積雪融化稍遲于南坡，因此在該月份降水沒有對北坡樹木的徑向生長產(chǎn)生顯著的限制作用，康永祥等[15]，在對太白山不同海拔太白紅杉的研究中也發(fā)現(xiàn)南坡3100m處采樣點樹輪寬度指數(shù)序列與4月降水量顯著負相關。8月份接近生長季末期，秋冬季的降水量比較豐富，樹木體內(nèi)就可以儲存足夠的水分供生長所需，同時也可促進生長季后期光合作用產(chǎn)物的積累和植物后期生長[40]，南坡的降水相對于北坡更充足(圖2)，導致該月份的降水對北坡太白紅杉有比較明顯的促進作用，對南坡太白紅杉的生長影響則不明顯。

可見，太白山地區(qū)南、北坡樹木徑向生長都主要受到春季氣溫的制約，并且前一年6月的降水對該地區(qū)太白紅杉的“滯后效應”都十分明顯，但是由于南、北坡位置的差異，溫度、降水以及積雪消融的時間皆有所差異，導致兩個坡向的樹輪寬度指數(shù)受降水限制的月份有所不同，北坡太白紅杉徑向生長對氣候變化的敏感性較南坡更強。

2.3 年輪年表與氣候因子月份組合的相關分析

由于季節(jié)的氣候狀況對樹木生長的影響有更好的代表性,并考慮太白紅杉生長習性和該地區(qū)氣候特點，進一步對單月氣候因子進行月份組合[41](表2)，發(fā)現(xiàn)北坡SBS與當年2—6月和前一年1—6月平均氣溫的相關性均達到了0. 01的極顯著水平(0.401)，南坡YWD僅與當年5—6月氣溫的相關性達到了0.05 的顯著性水平(0.308)且與前一年氣溫的相關性較低；北坡SBS與當年1—4月的降水相關性較低，但與前一年1—6月平均降水量的相關性通過了顯著性檢驗(P<0.05)，南坡YWD與當年1—4月的平均降水量呈顯著的負相關(P<0.01)達到0.390，但卻與前一年月份組合的降水量相關性較差。

表2 太白山林線南、北坡太白紅杉RES年表與氣候要素月份組合分析結(jié)果

Table 2 Correlations between tree-ring residual chronology and seasonal climate variables inLarixchinesisof forest margin in southern and northern slopes of Mount Taibai

氣候因子Climatefactors月份組合SeasonalcombinationSBSYWD平均氣溫C2—C60．357??0．202MeanairtemperatureC5—C60．2470．308?P1—P40．401??0．139P1—P50．366??0．129P1—P60．351??0．109平均總降水量C1—C4-0．222-0．390??TotalmeanprecipitationC2—C4-0．238-0．382??C3—C4-0．242-0．383??P1—P60．318?0．191P2—P60．324?0．188P3—P60．298?0．160P4—P60．308?0．200

* 代表達到 0.05 顯著性水平，**代表達到 0.01 顯著性水平；C代表當年，P代表前一年，字母后數(shù)字代表月份

綜上所述，南、北坡太白紅杉對不同月份組合氣候因子的響應差異相對與單月因子分析的結(jié)果更明顯，結(jié)果與年表統(tǒng)計結(jié)果、單月氣候因子的響應結(jié)果比較一致：太白山北坡太白紅杉的生長主要受春夏生長季氣溫的影響，且對前一年1—6月降水的“滯后效應”比南坡明顯,南坡太白紅杉在生長過程中主要受到夏季氣溫的促進以及冬春冷濕季節(jié)降水的抑制，受 “滯后效應”影響相對較小。

2.4 年輪年表與氣候因子的多元線性逐步回歸分析

相關分析完成后，選取前一年1月至當年12月，24個月的平均氣溫和總降水量，共48個氣候因子作為研究對象與樹輪寬度指數(shù)進行線性回歸模型的建立，首先對所有氣候因子進行標準化處理，統(tǒng)一所有氣候因子間的量綱，隨后再與SBS和YWD兩個采樣點的樹輪寬度指數(shù)分別進行逐步回歸分析(表2，表3)。

表3 線性回歸分析模型R2和標準估計誤差

逐步回歸方程判定系數(shù)R2(表3)可反映各因子擬合逐步回歸方程的可信度，逐步回歸分析結(jié)果顯示：當置信區(qū)間達到95%時，兩個樣點處進入模型擬合的因子數(shù)分別為10和9，其R2隨著進入模型因子數(shù)的增加而增大，標準化誤差系數(shù)逐漸減小；當擬合因子達到9時，SBS樣點R2為0.728，大于YWD樣點處R2，其值為0.677，SBS標準化誤差系數(shù)為0.102，小于YWD樣點處標準化誤差系數(shù)，其值0.111，說明SBS樣點樹輪寬度指數(shù)對氣候因子之間擬合度優(yōu)于YWD樣點，并且這與年表特征分析中信噪比、 樣本總體解釋量、 樣本間相關系數(shù)和第一分量方差的變化趨勢基本一致。

為了更好得對比南北坡樹輪寬度指數(shù)與氣候因子的轉(zhuǎn)換方程，本文以列表的形式進行表示(表4)，其中B為各顯著因子的系數(shù)，t為各因子的貢獻值，Sig為顯著性值。

由表4可知：兩個樣點多元回歸模型中, 均包含了降水和氣溫因子, 說明太白山南北坡太白紅杉均受到了降水和氣溫因子的綜合影響。由SBS樣點逐步回歸模型分析結(jié)果可知：當年8月的氣溫對模型擬合貢獻最高，其t值為6.034,前一年5月降水貢獻位居第二，t值為5.491，兩者顯著性檢驗均達到0.05水平(Sig=0.000)，進入模型貢獻最小的氣候因子為當年9月溫度值。YWD樣點逐步回歸分析結(jié)果顯示：前一年8月的氣溫因子對模型擬合貢獻最高(t=4.712)，當年4月降水因子對模型擬合貢獻位居第二(|t|=3.930)，兩者顯著性檢驗均達到0.05水平(Sig=0.000)，貢獻最小值為當年10月的溫度因子(|t|=2.145)。SBS氣溫因子對回歸模型的貢獻值比YWD氣溫因子對回歸模型的貢獻值大，說明北坡SBS樣地處樹輪寬度指數(shù)對氣溫因子更敏感，這與相關分析所得的結(jié)果一致。另外，兩樣地回歸模型中氣溫因子貢獻最大值均大于降水因子的貢獻最大值，SBS處氣溫因子最大貢獻值為T8(t=6.034)>P-5(t=5.491)，YWD處氣溫因子最大貢獻值為T-8(t=4.712)>P4(|t|=3.930)，表明太白山地區(qū)太白紅杉徑向生長對氣溫因子的響應較降水因子敏感, 氣溫因子的變化更易引起太白紅杉樹輪寬度的變化[28]。

表4 線性回歸模型顯著因子的系數(shù)、貢獻值和顯著性表

T、P分別代表氣溫和降水，數(shù)字代表當年的月份，負值代表前一年，如T5代表當年5月的氣溫，P-2代表前一年2月份的降水；B:回歸系數(shù),t:統(tǒng)計量,Sig為顯著性

3 結(jié)論

本文基于樹木年代學方法對太白山森林上線相同海拔不同坡向太白紅杉對氣候響應的差異進行了對比以探究不同坡向植被對氣候變化響應的差異，得到了以下結(jié)論：

(1)太白山南北坡森林上線3100m至3200m處太白紅杉樹輪寬度對氣候變化的響應都比較敏感，但是由于坡向的差異，北坡(陰坡)太白紅杉對氣候的響應的敏感度較南坡(陽坡)強。

(2)太白山南、北坡樹木生長都主要受到初春至夏季氣溫的限制，但是北坡相對于南坡更敏感。南、北坡太白紅杉的樹輪寬度指數(shù)都與前一年6月份的降水呈顯著正相關關系，北坡太白紅杉受前一年2—6月平均降水量的“滯后效應”明顯，南坡則受當年1—4月平均降水的限制作用尤為顯著，南坡對當年降水變化響應的敏感性較北坡強。

(3)南、北坡樹輪寬度指數(shù)與氣候因子的回歸模型有較好的擬合度，并揭示出南、北坡太白紅杉的生長過程均受到了氣溫和降水的綜合影響，但樹木生長對氣溫因子的敏感性較降水因子強，氣溫因子的變化更易引起樹輪寬度的變化。

(4)太白山位于秦嶺中部，是秦嶺的最高點和分水嶺，同時，太白紅杉位于這一帶森林的最上限，特殊的地理位置使得該地區(qū)植被在不同坡向上對氣候變化的響應存在天然的差異性，雖然本文研究不足以揭示我國南北地區(qū)植被對氣候響應的差異，但是卻在對于不同坡向亞高山林線植被對氣候變化的響應研究有一定的代表性。

致謝：感謝寶雞文理學院地理與環(huán)境學院周旗老師領導下的陜西省災害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室為本次實驗提供了LINTAB樹輪分析儀和實驗室，以及包光老師在對年輪樣品的處理及分析過程中給予的極大技術幫助。

[1] 吳祥定. 樹木年輪與氣候變化. 北京: 氣象出版社, 1990: 65- 75.

[2] Fritts H C, Swetnam T W. Dendroecology: a tool for evaluating variations in past and present forest environments. Advances in Ecological Research, 1989, 19: 111- 188.

[3] Rigling A, Waldner P O, Forster T, Br?ker O U, Pouttu A. Ecological interpretation of tree-ring width and intraannual density fluctuations inPinussylvestrison dry sites in the central Alps and Siberia. Canadian Journal of Forest Research, 2001, 31(1): 18- 31.

[4] Copenheaver C A, Abrams M D. Dendroecology in young stands: case studies from jack pine in northern lower michigan. Forest Ecology and Management, 2003, 182(1/3): 247- 257.

[5] Fritts H C. Tree Rings and Climate. London: Academic Press, 1976.

[6] Kienast F, Schweingruber F H, Br?ker O U, Sch?r E. Tree-ring studies on conifers along ecological gradients and the potential of single-year analyses. Canadian Journal of Forest Research, 1987, 17(7): 683- 696.

[7] Villalba R, Boninsegna J A, Veblen T T, Schmelter A, Rubulis S. Recent trends in tree-ring records from high elevation sites in the Andes of Northern Patagonia. Climatic Change, 1997, 36(3/4): 425- 454.

[8] Brown S L, Schroeder P, Kern J S. Spatial distribution of biomass in forests of the eastern USA. Forest Ecology and Management, 1999, 123(1): 81- 90.

[9] Villalba R, Veblen T T, Ogden J. Climatic influences on the growth of subalpine trees in the Colorado Front Range. Ecology, 1994, 75(5): 1450- 1462.

[10] Liu H Y, Tang Z Y, Dai J H, Tang Y X, Cui H T. Larch timberline and its development in north China. Mountain Research and Development, 2002, 22(4): 359- 367.

[11] 狄維忠, 仲銘錦. 陜西省國家珍稀、瀕危保護植物的分布規(guī)律. 西北大學學報: 自然科學版, 1989, 19(1): 63- 68.

[12] 張文輝, 王延平, 康永祥, 劉祥君. 太白紅杉種群結(jié)構與環(huán)境的關系. 生態(tài)學報, 2004, 24(1): 41- 47.

[13] 楊文峰, 李兆元, 吳素良, 董亞非, 吳祥定, 尹訓鋼, 湛緒志. 秦嶺太白山樹木年輪對氣候變化的響應分析. 陜西氣象, 1993, (5): 9- 11.

[14] 邵雪梅, 吳祥定. 華山樹木年輪年表的建立. 地理學報, 1994, 49(2): 174- 181.

[15] 康永祥, 劉婧輝, 代拴發(fā), 何曉軍. 太白山不同海拔太白紅杉年輪生長對氣候變化的響應. 西北農(nóng)林科技大學學報: 自然科學版, 2010, 38(12): 141- 147.

[16] 康永祥, 劉婧輝, 孫菲菲, 代栓發(fā), 何小軍. 太白山高山林線區(qū)太白紅杉林年輪寬度對氣候變化的響應. 東北林業(yè)大學學報, 2010, 38(8): 11- 13, 44- 44.

[17] 王婷, 沈連峰, 葉永忠, 高海強, 徐萌. 伏牛山華山松徑向生長對氣候變化的響應. 河南科學, 2010, 28(12): 1549- 1551.

[18] Dang H S, Jiang M X, Zhang Q F, Zhang Y J. Growth responses of subalpine fir (Abiesfargesii) to climate variability in the Qinling Mountain, China. Forest Ecology and Management, 2007, 240(1/3): 143- 150.

[19] Liu Y, Linderholm H W, Song H M, Cai Q F, Tian Q H, Sun J Y, Chen D L, Simelton E, Seftigen K, Tian H, Wang R Y, Bao G, An Z S. Temperature variations recorded inPinustabulaeformistree rings from the southern and northern slopes of the central Qinling Mountains, central China. Boreas, 2009, 38(2): 285- 291.

[20] 劉禹, 劉娜, 宋慧明, 蔡秋芳, 包光, 王偉平. 以樹輪寬度重建秦嶺中段分水嶺地區(qū)1—7月平均氣溫. 氣候變化研究進展, 2009, 5(5): 260- 265.

[21] 任毅, 劉明時, 田聯(lián)會, 田先華, 李智軍. 太白山自然保護區(qū)生物多樣性研究與管理. 北京: 中國林業(yè)出版社, 2006.

[22] Stokes M A, Smiley T L. An Introduction to Tree Ring Dating. Chicago, USA: the University of Chicago Press, 1968.

[23] Holmes R L. Dendrochronology Program Library Users manual. Laboratory of Tree-Ring Research, Tucson: University of Arizona, 1994.

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

[25] Cook E R, Shiyatov S, Mazepa V. Estimation of the Mean Chronology // Cook E R, Kairiukstis L A, eds. Methods of Dendrochronology: Applications in the Environmental Sciences. Boston: Kluwer Academic Publishers, 1990: 123- 132.

[26] Fritts H C. Reconstructing Large-Scale Climatic Patterns from Tree-Ring Data: T Diagnostic Analysis. Tucson, AZ: The Arizona University Press, 1991.

[27] 張文濤, 江源, 董滿宇, 楊艷剛, 楊浩春. 蘆芽山不同海拔華北落葉松徑向生長與氣候因子關系的研究. 北京師范大學學報: 自然科學版, 2011, 47(3): 304- 309.

[28] 張瑞波, 尚華明, 魏文壽, 何清, 袁玉江, 張同文, Bakytbek E, 趙勇. 吉爾吉斯斯坦西天山上下林線樹輪對氣候的響應差異. 沙漠與綠洲氣象, 2013, 7(4): 1- 6.

[29] Biondi F, Waikul K. DENDROCLIM2002: a C++ program for statistical calibration of climate signals in tree-ring chronologies. Computers & Geosciences, 2004, 30(3): 303- 311.

[30] Fritts H C, Shatz D J. Selecting and characterizing tree-ring chronologies for dendroclimatic analysis. Tree-Ring Bulletin, 1975, 35: 31- 46.

[31] Yoo S J, Wright B D. Persistence of growth variation in tree-ring chronologies. Forest Science, 2000, 46(4): 507- 520.

[32] 劉洪濱, 邵雪梅. 秦嶺南坡佛坪1789年以來1—4月平均溫度重建. 應用氣象學報, 2003, 14(2): 188- 196.

[33] Lara A, Aravena J C, Villalba R, Franke W A, Luckman B H, Wilson R J S. Dendroclimatology of high-elevationNothofaguspumilioforests at their northern distribution limit in the central Andes of Chile. Canadian Journal of Forest Research. 2001, 31(6): 925- 936.

[34] 王婷, 于丹, 李江風, 馬克平. 樹木年輪寬度與氣候變化關系研究進展. 植物生態(tài)學報, 2003, 27(1): 23- 33.

[35] Rolland C. Tree-ring and climate relationships forAbiesalbain the internal Alps. Tree-Ring Bulletin, 1993, 53: 1- 11.

[36] Larsen C P S, MacDonald G M. Relations between tree-ring widths, climate, and annual area burned in the boreal forest of Alberta. Canadian Journal of Forest Research, 1995, 25(11): 1746- 1755.

[37] Peterson D W, Peterson D L. Effects of climate on radial growth of subalpine conifers in the North Cascade Mountains. Canadian Journal of Forest Research, 1994, 24(9): 1921- 1932.

[38] Fritts H C, Dean J S. Dendrochronological modeling of the effects of climatic change on tree-ring width chronologies from the Chaco Canyon area, southwestern United States. Tree Ring Bulletin, 1992, 52: 31- 58.

[39] Wimmer R, Grabner M. Effects of climate on vertical resin duct density and radial growth of Norway spruce [Piceaabies(L.) Karst.]. Trees, 1997, 11(5): 271- 276.

[40] Brantley C G, Day Jr J W, Lane R R, Hyfield E, DayJ N, Ko J Y. Primary production, nutrient dynamics, and accretion of a coastal freshwater forested wetland assimilation system in Louisiana. Ecological Engineering, 2008, 34(1): 7- 22.

[41] 董志鵬, 鄭懷舟, 方克艷, 嚴容, 鄭立偉, 楊玉盛. 福建三明馬尾松樹輪寬度對氣候變化的響應. 亞熱帶資源與環(huán)境學報, 2014, 9(1): 1- 7.

Differences in growth response of Larix chinensis to climate change at the upper timberline of southern and northern slopes of Mt. Taibai in central Qinling Mountains, China

QIN Jin1, BAI Hongying1,*, LI Shuheng1, WANG Jun1, GAN Zhuoting2, HUANG An1

1 College of Urban and Environment Science, Northwest University, Xi′an 710127, China 2CollegeofGeographyandEnvironmentScience,BaojiUniversityofArtsandSciences,Baoji721000,China

The impact of climate change on the plant growth has gained attentions, especially for those boreal trees growing at the timberline area. Topographical character such as slope aspect may affect the response of plants growth to climate even if with the same stand condition. This is especially significant between southern and northern slopes of Mt. Taibai, the main geographical watershed of Qinling Mountains. In this study, the chronologies were established by exploitingLarixchinensistree-ring samples that collected from both northern and southern slopes of Mt. Taibai with a similar elevation of 3100—3200 meters. The characteristics of the chronologies were compared and the correlations between tree ring width indices and climatic factors were analyzed for both slopes of Mt. Taibai, respectively. The mean sensitivity, sample inter-correlation coefficients, overall sample representative and other values of the chronology characteristics are all very high, indicating that the tree-ring samples collected from both slopes of Mt. Taibai contained enough environmental information, and the plants at the timberlines were more sensitive to climate change on the northern than on the southern slope. According to the correlation analysis, radial growth of theLarixchinensisin different slopes were mainly affected by different aspects of the climatic factors from different months. Residual chronology was correlated positively with mean air temperature during January to June on the northern slope, while only with that during May to June on the southern slope. TheLarixchinensis′ growth on both northern and southern slopes were correlated positively with the precipitation occurred in June of the previous year. However, the tree-ring width indices had a significant positive correlation with precipitation occurred in August of current year on the northern slope,while had a significant negative correlation with the mean precipitation from January to April of current year on the southern slope. The multi-variant liner step-wise regression modeling showed that the maximum contribution values of the air temperature factor in both regression functions are greater than that of the maximum value of attribution from precipitation, indicating that the change in tree-ring width ofLarixchinensiswas due to the variations in temperature than in precipitation in Mt.Taibai. Moreover, the tree-ring width residual chronology was more sensitive to temperature on the northern slope than on the southern slope since the temperature contribution to the function on the northern slope was higher than that on the southern slope which is also confirmed by the correlation analysis between the residual chronologies and the climate factors.

climate change; slope aspect; tree-ring width;Larixchinensis; response to climate change

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201304309)；太白山林線樹種年輪指數(shù)與氣候變化響應的時空差異性研究(2014JQ5172)

2015- 02- 06;

日期:2015- 12- 14

10.5846/stxb201502060304

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hongyingbai@163.com

秦進，白紅英,李書恒, 王俊，甘卓亭，黃安.太白山南北坡高山林線太白紅杉對氣候變化的響應差異.生態(tài)學報,2016,36(17):5333- 5342.

Qin J, Bai H Y, Li S H, Wang J, Gan Z T, Huang A.Differences in growth response ofLarixchinensisto climate change at the upper timberline of southern and northern slopes of Mt. Taibai in central Qinling Mountains, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(17):5333- 5342.