从树木年轮异常特征来研究我国中部极端气候事件

Dendrochronology plays a vital role in investigating extreme climate events and has been widely used in this field due to the fact that increased frequency of extreme climates has been observed with climate warming but there are limited climate observations available. Tree-ring width and density are mostly used features to achieve such a goal. However, traditional tree-ring-based studies on extreme climates using frost rings, false rings and pale rings are scarce, while these tree-ring features have been shown to be a valid indicator for past climate extremes. At the meantime, tree ring features can be measured and quantified at a cell level with recent development in wood anatomy. Therefore this project aims to 1) investigate the growth anomalies in central China based on the combinations of both dendrochronology and wood anatomy, and 2) to identify the main characteristics of anomalous growth rings based on measurements of total ring width, earlywood width, latewood width, as well as wood anatomical parameters including annual total cell numbers, mean annual cell diameter and mean annual cell wall thickness,3)and further quantify its relationships with climate, ultimately exploring the main characteristics of extreme climates occurred in the region such as timing, types, frequency and amplitudes. We believe this project will certainly contribute to an improved regional ecological protection and forest and agriculture management.

针对目前极端气候事件频发而器测资料有限的情况，树木年轮学在研究过去的极端气候事件中得到了广泛的应用。但是目前应用较多的是树轮宽度和树轮密度。传统树轮学对于异常的树轮特征，例如霜轮、伪轮、浅轮等的研究较少。有研究显示这些异常的树轮特征可以反映过去的极端气候事件。且近年来随着树轮解剖学的发展，通过在细胞尺度上的观察和测量，我们可以定量化研究异常树轮的特征。因此我们将通过传统树轮学与树轮解剖相结合的方式，研究我国中部地区过去树轮的异常特征，通过测量树轮的宽度、早晚材宽度、年细胞数量、年平均细胞直径和年平均细胞壁厚度等数据定量研究异常树轮，和气候因子相结合，从而研究过去极端气候事件的特征，包括其发生的时间、类型、强度和频率等。本研究将为我国中部地区生态保护、农林生产等提供参考。

森林的生长受到气候的影响。极端气候会使树木生长过程中产生异常特征的树轮，例如极窄轮、伪轮等。通过对异常树轮进行分析，我们也可以对过去的极端气候事件进行研究。在本项目的资助下，项目组成员在湖北和陕西地区采集了马尾松树轮样本，测量了树轮宽度，记录了九种类型异常特征树轮的发生频率。建立树轮宽度年表和异常特征年表后，与气候进行了分析，结果发现树轮异常特征年表存在有效的气候信息。树木最早生长时主要受到水分影响，而晚材窄轮和浅轮也与秋季的温度和降水有关，这些特征均与林分的地理位置无关。而其他类型的异常特征都受到所处地理位置的影响，即湖北地区是温度限制树木生长，那么异常特征的发生多与温度有关，陕西地区是降水限制树木生长，则其异常特征多与水分有关。通过分析湖北地区1882-2017年间的树轮异常特征年表，我们发现1900年前后的春季低温事件频发。在1942年出现大量晚材窄轮，反映当年极端干旱事件。进入21世纪后，晚材伪轮的频率开始增多，表明秋季多雨的现象逐渐增多。相关结果为历史极端气候事件的研究提供了新思路。. 另一个影响森林生长的主要因子是竞争。我们在采集马尾松样本的同时，对马尾松周围的树木做了每木检尺，构建了竞争指数。结果发现亚热带地区马尾松径向生长主要受到竞争的作用，竞争压力主要来自较大个体的密度，且随着纬度上升，竞争作用逐渐降低，气候作用逐渐增强。该结果表明通过控制竞争个体的密度，可以有效提高森林生长，增加森林固碳速率。可以据此制定科学合理的森林抚育措施，最大化森林固碳速率，为经济、高效实现碳中和提供帮助。