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.

树轮在过去气候变化研究中发挥着难以替代的作用,在树木生长条件较为适宜地区传统的树轮宽度指标存在短板.树轮蓝光强度作为树轮密度的替代性指标,成为树轮-气候研究的重要载体.然而,树轮蓝光强度这一新兴的指标在亚热带地区的研究仍十分不足.为进一步挖掘树轮蓝光强度在我国亚热带地区树轮气候学研究中的应用潜力,利用神农架地区树轮宽度、树轮早材蓝光强度、树轮晚材蓝光强度、树轮早晚材蓝光强度差以及巴东气象站资料,基于树轮气候学方法,分析了上述树轮指标与月降水量、月平均最低气温、月平均气温和月平均最高气温之间的相关关系,对比了不同树轮指标蕴含气候信号的能力.研究结果表明,与树轮宽度相比,神农架地区树轮蓝光强度蕴含更为丰富的气候信号,其中树轮晚材蓝光强度、树轮早晚材蓝光强度差能够很好反映8月平均气温变化.其中,在原序列上树轮早晚材蓝光强度差与8月气温的关系最为紧密,而在高频上树轮晚材蓝光强度与8月平均气温的关系则更为紧密.树轮蓝光强度与气温之间高频信号一致性的发现,有助于丰富树木生长条件较为适宜地区树轮气候学的研究,为进一步的过去气温重建工作提供参考和依据.

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.

全球变暖影响着树木的结构和功能,反之影响着树木生长对气候变化的响应.秦岭是我国南北方的分界线,同时也是亚热带气候和温带气候的过渡带,作为区域气候变化的敏感地带,已有许多学者在该地区开展树轮气候学研究.基于秦岭东缘伏牛山龙池曼顶部的华山松(Pinus armandii Franch.)树轮宽度建立了不同年表,分析该地区树木生长对嵩县站器测气象数据(SX)和格点气象数据(CHN)的响应.结果表明:(1)树轮差值年表(RES)的统计参数优于标准年表(STD),含有较丰富的环境信息,适于树轮气候学研究;(2)RES年表与SX器测数据和CHN格点数据的相关分析结果都表明,龙池曼顶部华山松径向生长受上一年的气候条件影响较大,且对气温的响应高于降水,与上年 7-8 月和当年 1 月的平均气温以及上年 5 月降水量呈显著负相关,与上年 8 月的降水呈显著正相关;(3)CHN格点数据能更全面地揭示月平均最高温对华山松径向生长的影响,RES年表对两个数据集当年夏季(7-9月)的降水量都呈负相关,但达到显著负相关的月份有差异;(4)多源气候数据均表明该地区存在暖干化趋势,升温不利于华山松的生长.若未来暖干化持续,秦岭东缘龙池曼地区华山松生长会进一步受限,从而影响该地区的森林植被生产力和固碳潜力.

在气候变暖背景下,升温对不同区域不同树木生长的影响存在差异,干扰森林生态系统的结构与功能.本研究选取管涔山地区优势种华北落叶松(Larix principis-rupprechitii)为对象,建立树轮宽度标准年表,利用Pearson相关分析和滑动分析探讨升温突变前后华北落叶松径向生长与气候因子的响应.结果表明:管涔山地区华北落叶松树轮宽度年表包含丰富的气候信息,适合树木年轮气候学分析.气温突变前后,华北落叶松径向生长与气候因子响应差异显著,气温突变前,华北落叶松径向生长主要受前一年8月和12月最低温、当年11月均温和最高温以及当年3月降水量的制约;气温突变后,华北落叶松径向生长主要受前一年和当年6月最低温、春季各月温度因子、当年10月最高温、前一年6月和当年1月及2月SPEI数值以及当年3月降水量的制约.长时间尺度滑动分析可知,在1993-2008年时间段后,月最高温升高利于华北落叶松生长发育,当年1月和2月树木生长受干旱胁迫.在气候变暖背景下,华北落叶松径向生长与气候变化趋势并未发生分异现象,树木生长弹性有一定的提升,利于扩展生境范围.

基于树木年代学方法,利用小兴安岭低海拔阔叶红松林优势树种红松和鱼鳞云杉树轮宽度资料,分别建立年轮宽度年表,探讨影响2个树种径向生长的关键气候因子.结果表明:2个树种对气候因子的响应存在差异,红松较鱼鳞云杉对气候因子的响应更加敏感,更适合用于年轮气候学研究;响应函数分析表明,红松径向生长与当年6月平均温度呈显著负相关,与当年6月降水量呈显著正相关,而鱼鳞云杉与气候因子未表现出显著相关关系;空间相关分析揭示,红松年表具有较大的空间代表性,相关性最高出现在研究区域附近;升温导致的干旱胁迫是限制红松树木生长的主要原因,如果未来全球气温进一步增加,将对红松产生不利的影响;一些大尺度的大气-海洋变化的耦合作用可能对小兴安岭红松径向生长产生影响.

树木径向生长对气候因子的响应是树轮气候学的基础.在我国西北地区,虽然已有大量的树轮-气候响应研究,但是响应分析多基于数理统计结果,缺乏对树木生长过程的理解.基于此,于2013年到2015年在祁连山东部吐鲁沟国家森林公园内通过Dendrometer连续监测了树轮气候重建中常用树种青杆的径向生长,通过平均值法提取2013到2015年生长季内不同时间尺度(1天、7天、10天)的平均径向生长量及对应时间段的平均气候状况.不同时间尺度径向生长量和气候因子的相关分析结果表明,时间尺度的延长削弱了树干水分昼夜变化的干扰,但水分仍然是青杆径向生长的限制因子.为了进一步分析青杆径向生长与气候关系随时间的变化情况,以31天为窗口将日径向生长量与气候要素每隔一天进行滑动相关,结果显示:5、7月青杆的径向生长与降水的关系稳定,都呈显著正相关,但是6月降水的年际变率较大,导致树木可利用水分的变幅也较大,因而树木径向生长与6月水分的响应关系不稳定,存在较大的年际差异,而这可能是一些树轮-气候响应研究中轮宽与6月降水关系不显著的原因.

运用树木年轮气候学方法,研究原始阔叶红松林分布区内白石砬子自然保护区(40.9° N)、长白山自然保护区(42.4° N)、凉水自然保护区(47.2° N)和胜山自然保护区(49.4° N)4个纬度样地的2个径级红松径向生长对气候变化的响应,分析不同径级红松对气候因子响应的异同,以及影响不同纬度红松径向生长的关键气候因子,探讨气候变化显著的40多年中红松径向生长的变化动态.结果表明:2个径级红松对气候因子的响应具有很大的相似性,但是小径级(胸径为10～20 cm)红松对当年生长季的平均最低气温以及上一年的气候因子更敏感,而大径级(胸径＞40 cm)红松对当年生长季的平均最高气温和平均相对湿度更敏感.影响4个纬度样地红松径向生长的关键气候因子存在一定差异:在最南端的白石砬子自然保护区是当年生长季的季均气温和季均最高气温;最北端的胜山自然保护区是低温因子,包括所有季节的平均最低气温、冬季的平均最高气温,以及除上一年生长季末期和当年生长季以外所有季节的平均气温;中间纬度的长白山自然保护区是当年生长季和生长季末期的帕尔默干旱指数(PDSI)和当年生长季的降水量;凉水自然保护区是当年生长季的平均气温.在气温不断上升的40多年,最南端的2个径级红松径向生长均显著下降,最北端均显著上升,中间2个纬度样地变化均不显著.

树轮作为反映气候变化的一个重要介质,在年代学、古气候学和古生态学研究中具有独特的优势.树轮是形成层细胞分裂和分化的结果,一般形成层对外界环境比较敏感.在恶劣的环境条件下,树木形成层活动和细胞分化受阻,导致树体的结构和功能发生改变.异常轮结构就是树木为适应环境突变产生的特殊痕迹,伪年轮或多层轮、霜轮、缺轮、浅轮、断轮、火疤、应力木、创伤性树脂道等异常轮的发生与温度、降水、光照等气候因子的变化密切相关.因此,通过分析这些树轮异常结构可探讨其产生的气候背景并用于重建森林干扰的历史以及预测未来森林变化动态,也是对基于树轮资料探究各类极端事件和自然灾害发生史等内容的补充.文章综述了异常轮的主要类型、成因、特征及其在极端事件中的应用和相关研究进展,以探讨其在重建过去气候变化中的潜在优势.

研究人工林径向生长与气候变化的关系对全球气候变暖背景下人工林合理经营有着重要的意义.该文对在辽东山区广泛栽培的黄花落叶松(Larix olgensis)和日本落叶松(Larix kaempferi)人工林,运用树木年轮气候学方法建立了辽宁草河口和湾甸子林场落叶松人工林年表,分析了落叶松径向生长对气候变化的响应以及气候条件、树种、立地条件和林分因子(林龄、密度、蓄积量等)的相对影响程度.结果 发现在影响年轮-气候关系的因素中,气象因子的潜在蒸发散(PET)的影响力最大;林龄、密度和蓄积量同时也具有重要的影响作用.中龄落叶松人工林径向生长主要与气温呈正相关关系,成熟落叶松人工林径向生长主要与气温呈负相关关系;而其他因素,如树种、立地条件等的影响作用不大.这表明在气候变暖背景下随着林龄增加,林分会逐渐受到气温升高导致的水分亏缺的限制,导致明显的生长下降趋势,因而气候变暖对成熟落叶松人工林威胁更为严重,所以要注重对成熟林的优先保护,同时可以预测,随着东北地区今后气候进一步变暖,可能将逐步影响到林龄更小的林分的生长,因此需要进一步研究如何在落叶松人工林经营中采取科学的措施来更好地应对未来气候变化.