Vaganov-Shashkin(VS)和VS-Lite模型是当前国际上应用最广泛的树木年轮宽度生理过程模型,它们能够揭示树轮宽度变化与外界气候要素之间的内在响应机制.VS模型主要用于气候重建、木质部物候预测和形成层细胞活动的模拟,VS-Lite模型则主要用于预测生长趋势.本文收集2005-2023年发表的VS和VS-Lite模型的相关文献,综述了两个模型的基本原理、参数设置和发展历史,及其在树木年轮气候学、木质部物候学和森林生态学等领域的研究进展.最后,总结了目前模型存在的问题,提出未来研究需要进一步优化模型参数调整方法,关注多种环境因素对树木生理过程的影响,并加强与其他植被生态模型的对比研究,以提高模拟结果的可信度.

高山林线区域树木径向生长对气候变化的响应尤为敏感.本研究对四川亚丁国家级自然保护区高山林线区域方枝柏、川滇冷杉和大果红杉3个针叶树种进行年轮采样与处理,建立标准化年表,研究不同林线树种径向生长对气候变化的响应差异.结果表明:2000年后,大果红杉的径向生长呈现出显著上升的趋势,川滇冷杉自2002年后呈现出显著下降的趋势,近10年来,方枝柏也表现出显著下降的趋势.不同林线树种径向生长对气候因子的响应方式存在差异.方枝柏径向生长对温度响应较为敏感,与上年10月—当年8月平均最低温度、上年11月—当年4月和当年7-10月平均温度均呈显著正相关,与当年7-10月相对湿度呈显著负相关;川滇冷杉径向生长与当年5-6月平均温度和平均最高温度呈显著负相关,与当年5-6月相对湿度和帕默尔干旱指数呈显著正相关;大果红杉径向生长与上年11-12月平均温度和平均最高温度、当年3月平均最高温度和当年8月平均温度均呈显著正相关.不同林线树种径向生长对气候因子响应的时间稳定性存在差异,方枝柏和川滇冷杉径向生长与温度的正相关关系逐渐减弱,而大果红杉径向生长与温度的正相关关系逐渐增加.未来气候变暖背景下,温度升高可能促进大果红杉的径向生长,抑制川滇冷杉和方枝柏的径向生长,改变区域林线位置.

胡杨作为我国西北干旱区重要的树种资源,对气候环境变化较为敏感,然而西北干旱区近期出现"暖湿化"现象,将对胡杨生长及发展态势带来何种影响尚未明确.本研究以塔里木盆地南缘策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林为对象,利用树木年轮技术手段,采集年轮材料,分析了该地区胡杨在1984-2021年间的径向生长对主要气候要素及其变化的响应.结果表明:胡杨年轮宽度指数与当年2月、5月和上一年9月温度呈显著负相关,而与当年3月、5月和上一年9月降水量呈显著正相关,与当年2月、5月标准化降水蒸散指数(SPEI)具有显著正相关关系.年轮宽度指数与组合月份气候要素的关系更为明显.滑动相关分析表明,年轮宽度指数与生长季温度的相关性整体趋于增强,而与降水量、SPEI之间的相关性整体趋于下降或保持平稳.与单月气候要素相比,组合月份气候要素与年轮宽度指数之间相关性的动态变化趋势更为明显.当前区域暖湿化特征有利于策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林的生长发展及其生态防护功能的提升.

为揭示不同种源水曲柳径向生长对气候因子的响应,采用树木年轮学方法,构建了帽儿山种源试验林内来自20个种源地的水曲柳标准年表,分析不同种源水曲柳径向生长的差异以及与气候因子之间的相关性.结果表明:20个种源水曲柳年表整体变化趋势基本相似,而生长幅度存在差异,其中带岭、露水河和三岔子3个种源水曲柳径向生长均值最大.20个种源水曲柳径向生长均与当年7月最高温呈显著正相关.除辉南外,水曲柳径向生长均与当年7月平均温度呈显著正相关.方正、临江和露水河等14个种源水曲柳径向生长与当年8月降水量呈显著正相关.水曲柳径向生长均受到生长季温度与降水的制约.干旱胁迫下不同种源水曲柳径向生长存在差异,汪清、带岭和海林种源有更强的抵抗干旱的能力,而弯甸子、沾河和兴隆种源水曲柳在干旱后具有较好的恢复能力.

全球气候变暖会对青藏高原地区树木生长产生显著影响,然而,目前有关气候变化对西藏乔松径向生长的影响尚不清楚.本研究以西藏珠峰地区乔松为对象,开展树木年轮采样与处理,采用修正的负指数函数法、区域曲线标准法和断面积增量法去除生长趋势,建立年表,运用相关分析、滑动相关分析方法探究乔松径向生长与气候因子的关系.结果表明:在1980s后,该区域温度出现显著上升趋势,帕默尔干旱指数(PDSI)出现降低趋势,而相对湿度在2004年前后由显著上升转变成下降趋势,区域气候呈现暖干化.相关分析表明,乔松径向生长与当年4-6月和7-9月的最低温度呈显著正相关,与当年6-8月相对湿度呈显著负相关,与当年1-4月降水量呈显著正相关.1983年升温突变后,乔松径向生长与当年7月和9月最低温度的关系由不相关变为显著正相关,而与当年8月相对湿度和9月降水量的关系由不相关变为显著负相关.滑动相关分析表明,乔松径向生长与当年7-9月最低温度表现出较为稳定的正相关关系.在未来气候变暖的背景下,温度升高将促进乔松径向生长.

研究建立了祁连山东部青海云杉(Picea crassifolia)存活个体与死亡个体的树轮宽度年表和断面生长增量(BAI)序列,对青海云杉存活个体与死亡个体的径向生长特征及其对气候要素的响应关系进行了比较,尝试厘清青海云杉径向生长与气候要素之间的响应机制.结果表明:青海云杉死亡个体的径向生长速率明显低于存活个体(P＜0.001),尤其是在 20 世纪 80 年代快速升温后,这一差距进一步加大,青海云杉死亡率也大幅增加.在 1951-1986 年期间,青海云杉径向生长主要受生长季前(上一年 9 月到当年 2 月)干湿状况的影响;而在 1987-2020 年期间,青海云杉径向生长则更多受生长季(当年 6-8 月)干湿状况的影响.并且与活树相比,死树对区域干湿状况表现出更高的敏感性,对气温的负响应也更强.随着气候变暖加剧,高温及其带来的干旱胁迫已成为区域内限制青海云杉径向生长的主要气候因素,青海云杉的死亡率可能会继续升高.

老龄树不仅记载着气候与环境的变化信息,同时也见证了社会的变迁历史.了解老龄树的生长变化和干扰历史对准确评估全球变暖背景下老龄树的健康并为其制定合理的保护计划具有现实的意义.该研究利用树木年轮生态学方法分析了北京西山地区油松(Pinus tabuliformis)的干扰历史及其原因.结果发现:在1820-2021年间,该地区油松生长释放的高峰期主要是5个,分别是 1820-1830、1869-1881、1909-1918、1947-1959和2004-2010年间.树木生长抑制事件多集中在 1831-1837、1855-1868、1882-1891、1920-1930、1960-1970和1980-1986年间.该地区油松生长与气候因素的响应分析以及相关的历史资料显示,干旱事件及随后的气候条件好转是导致该地区森林生长抑制及释放事件的重要原因.进一步研究发现,老龄树在1840年前的平均径向生长速率可达到2.70 mm·a-1,随后出现生长速率逐渐下降的趋势;1980年以后出现明显生长抑制现象,年平均径向生长速率下降到0.38 mm·a-1,下降幅度达85％.1965年后生长速率和气温出现了更强的负相关关系,生长速率和帕尔默干旱指数(PDSI)出现了显著的正相关关系.以上结果表明,1980年后北京地区加剧的暖干化趋势对该地区老龄树的生长产生负面影响.该研究结果有助于认识北京地区历史时期森林干扰发生的规律,对准确评估气候变化背景下老龄树的健康状况具有重要意义.

基于黄土高原中部地区降水梯度上(绥德 447mm,延安 531mm,宜君 603mm)的乔灌木年轮材料,通过树木年轮气候学方法分析了不同降水条件下,乔木刺槐(Robinia pseudoacacia)、山杏(Armeniaca sibirica),灌木酸枣(Ziziphus jujuba)、白刺花(Sophora davidii)径向生长的气候敏感性差异.结果表明:(1)绥德、宜君酸枣标准年表的相关统计参量明显偏低,个体生长一致性较差,年轮材料中包含的气候信息较少,这表明绥德和宜君地区的酸枣对本地气候条件已高度适应,径向生长受气候影响较小.(2)刺槐、山杏、酸枣、白刺花均在森林草原过渡带(延安)表现出较高的气候敏感性,气候要素对各物种径向生长的解释率在该地区最高.除绥德、宜君酸枣外,各样点的乔灌木气候——生长关系均存在"时滞效应".整体上研究区内酸枣气候敏感性最差.在绥德和宜君地区,灌木气候敏感性明显弱于乔木.(3)乡土物种山杏、酸枣、白刺花在三个采样点均对长期干旱胁迫不敏感,对当地环境具有较强的生态适应性.人工物种刺槐在延安地区,从上年生长季末至当年生长季结束持续对干旱胁迫响应敏感,而在绥德和宜君地区则对干旱胁迫不敏感.刺槐、山杏、白刺花在宜君地区与温度的响应特征整体上发生明显趋势转换,温度对刺槐、白刺花的负反馈减弱正反馈增强,而对山杏的正反馈减弱负反馈增强.

刺槐是广泛分布于黄土高原的典型水土保持植物.以黄土丘陵区甘肃天水吕二沟小流域为研究区,分析了刺槐径向生长过程及其对气候因子的响应,并开展了利用刺槐年轮估算小流域年径流量、年输沙量的适用性评估.研究表明:(1)吕二沟刺槐人工林的径向生长随林龄呈明显的下降趋势,在幼龄林阶段(1-10 a)刺槐处于快速径向生长期((4.17±0.74)mm/a),之后逐渐下降,中龄林、成熟林、过熟林阶段(11-40 a)平均生长速率为(2.31±0.41)mm/a,较前期下降了 44.60％.刺槐胸高断面积增量(BAI)在1-10 a平均以(5.46±2.13)cm2/a的速度生长,在11-40 a仍保持上升趋势但年际间生长波动较大,生长速率平均为(10.80±1.95)cm2/a,流域刺槐生长并未发生明显衰退.(2)刺槐的径向生长与温度多呈负相关,与降水、相对湿度及帕默尔干旱指数(PDSI)多呈正相关.其中刺槐径向生长与上年8月、9月(P＜0.05)及当年7月均温、最高温呈显著负相关(P＜0.01),与当年5月最低温呈显著正相关(P＜0.05);与当年6月、7月降水量和上年8月、当年7月相对湿度呈显著正相关(P＜0.05),与当年3月相对湿度显著负相关(P＜0.05);与上年6月、上年10月—当年1月及当年3月—8月PDSI显著正相关(P＜0.05),干旱胁迫明显抑制流域刺槐生长.(3)1978-2017年吕二沟流域年径流量、年输沙量呈减少趋势,年际间波动较大,存在明显丰枯阶段.流域径流输沙受降水量影响显著,且径流输沙显著正相关(P＜0.001).(4)利用刺槐年轮估算吕二沟流域年径流量、输沙量效果良好(P＜0.02),方法可行.比较而言,相对自然条件下即人类干扰较少时径流输沙估算优于人类活动影响时期.利用树轮宽度反演水文过程可为缺乏水文观测资料区域提供参考.

为探究澜沧江源区气候变化对高山柏(Sabina squamata)径向生长的影响,在该区巴青县、杂多县和囊谦县分别对高山柏进行采样.运用树木年轮学方法测定3个样地高山柏逐年树轮宽度和胸高断面积增量(BAI),建立高山柏树轮宽度标准年表并分析其对气候变化的响应.研究结果表明,1986-2019年,澜沧江源区年平均温度呈快速上升趋势(0.43℃/10a,P＜0.01),年平均最低气温(0.57℃/10a,P＜0.01)的上升速率明显高于年平均最高气温(0.33℃/10a,P＜0.01),而年降水量呈不显著的上升趋势(2.39 mm/a,P＞0.10).气候变暖背景下,澜沧江源区高山柏树轮宽度呈上升趋势(P＜0.01),2000-2019年生长速率((0.37±0.16)mm/a)较 1986-1999 年((0.20±0.09)mm/a)增加了 85％;BAI 亦上升显著,在 1986-1999 年一直呈上升趋势((12.16±5.16)mm2/a),2000-2019年处于平稳快速生长阶段((22.49±8.84)mm2/a),表现出稳定且持续的生长能力.高山柏树轮宽度标准年表与气候因素的相关性显示:澜沧江源区高山柏径向生长对温度的响应明显强于降水,与多数月份(上年6月—当年10月)的降水呈不显著正相关,而与多数月份的温度呈显著正相关.与月平均最高温度和平均温度相比,高山柏径向生长与月平均最低温度的相关性更为显著(P＜0.01).在气候暖湿化背景下,近30年澜沧江源区高山柏径向生长进入快速生长时期,树轮宽度和BAI均呈快速生长特征,表明该区域气候条件更加适宜高山柏生长.