木材微纤丝角对气候变化响应机理的研究

Forestry plays a significant role for dealing with climate change that is one of the most important political, economic and environmental issues. Picea crassifolia at timberline in the Qilian Mountains, would be investigated based on our preliminary studies. We would like to implement this project as the below four aspects. Firstly, investigate the climate response mechanism of microfibril angle that is the most sensitive wood parameter. Secondly, investigate the relationships among microfibril angle, density and radial growth and the climate response of these relationships for revealing the influence of climate change on wood quantity and quality. Thirdly, investigate the influence of abnormal climate on microfibril angle, density and radial growth. Last but not least, investigate the response of cell characteristics to abnormal climate at the macro and micro levels for exploring the effect of abnormal climate on wood formation. The results of this project could provide scientific data for enriching wood science libraries and expanding new research areas under climate change, and offer a scientific basis for developing forestry strategies that deal with ongoing climate change, and help to inform international negotiations on climate change issues.

鉴于气候变化这一政治、经济、环境热点问题及林业在应对气候变化中的战略地位，本项目拟在前期研究工作的基础上，继续对祁连山青海云杉木材开展研究，将林线处青海云杉作为新增研究点，以对气候变化响应敏感的木材微纤丝角为重点和纽带，密切联系能表征木材质量和产量的木材密度和径向生长量，系统研究木材微纤丝角对气候变化的响应机理，并进一步探索木材微纤丝角、密度和径向生长量三者之间的关系及其与气候变化间的联系，揭示气候变化对木材质量和产量的影响规律。同时，研究极端气候事件对木材微纤丝角、密度、径向生长量的影响，并从微观和超微观水平探明极端气候事件对木材细胞结构的影响，揭示木材形成对极端气候事件的响应机制。为丰富木材科学文库和气候变化背景下新型领域的研究提供基础数据，为林业应对气候变化制定对策及国际谈判提供科学依据。

选取祁连山四个海拔的青海云杉木材为研究对象，采用澳大利亚联邦科学与工业研究院的木材性质快速测定仪（SilviScan-3®）测定了年轮细胞径向直径、细胞壁厚，年轮微纤丝角、年轮宽度、年轮密度，在分析研究区气候变化特征和各个木材性质参数随海拔和时间变化的基础上，建立了各个木材性质参数年表，采用相关分析和响应函数分析方法，分析了木材性质对温度和降雨量的响应。结果表明，尽管不同海拔高度上木材性质参数与温度和降雨量的响应有所差别，但总体上符合这样的规律：木材细胞壁厚度和木材密度与温度正相关，与降雨量负相关；相反，细胞径向直接和年轮宽度与温度负相关，与降雨量正相关。细胞径向直径对气候的敏感性强于木材密度和年轮宽度，细胞壁厚度与气候的敏感性强于年轮宽度，说明木材细胞结构是很有用的气候代用资料。纵观研究区温度发现在1987-2009年间具有明显的增温，此增温效应对木材微纤丝角产生了很强的影响，并降低了微纤丝角与年轮宽度的相关性，随着温度的增加，木材微纤丝角的气候敏感性增强；同时，树木可以通过协调木材微纤丝角与年轮宽度的关系来适应气候变暖，此结论有利于解释当今树木年代气候学遇到的温度重建“分歧”问题。 并且，微纤丝角和管胞径向直径的年际变化中包含了很强的高频气候信息。微纤丝角和管胞径向直径均与温度负相关，与降雨量正相关。温度对不同海拔微纤丝角和管胞径向直径的影响相似，而降雨量的影响随海拔高度的增加而减弱。微纤丝角与管胞径向直径负相关，并且它们之间的这种负相关关系也具有年际变化，温度和降雨量对这种负相关关系也有很强的影响。温度对微纤丝角与管胞径向直径内在关系的影响要强于降雨量对其的影响，温度对其有正影响，这种影响强度随着海拔高度的增加而增强；降雨量对其有负影响，这种影响强度随着海拔高度的增加而减弱。对于极端干旱和极端湿润年对比研究发现，干旱可能直接影响到形成层细胞的分裂，进而导致细胞个数极具减少，最后形成的年轮很窄。 以第一标注共发表期刊论文4篇，SCI收录3篇，其中1篇获梁希青年论文三等奖。