年轮化学示踪环境重金属污染研究进展

年轮化学是利用树木年轮化学组成示踪环境污染历史以及元素在环境中运移特征的新兴学科．已经在反演高分辨率环境污染历史、再现污染物进入植被生态系统的空间途径、重金属污染源示踪．以及环境保护指导等方面取得了重要研究进展。文章概述了年轮化学示踪环境重金属污染基本原理,重金属元素进入树木的基本途径．及其在树轮中的迁移特性;并对树轮重金属元素径向迁移驱动机制提出了假设。     

长白山东坡植被指数变化及其对气候变化的响应

长白山地处温带针阔混交林的中心地带,对气候变化较为敏感.因此,探讨长白山区落叶松(Larix olgensis)树轮宽度和森林归一化植被指数(NDVI)与气候因子的关系,对于了解全球气候变暖背景下陆地生态系统的响应具有重要意义.以长白山自然保护区东坡为研究地点,利用东坡落叶松树轮宽度指数和选取1982-2006年UMD GIMMS NDVI数据及天池气候数据,在分析树轮宽度及NDVI与气候因子关系的基础上,重点探讨长白山东坡落叶松径向生长与NDVI之间的关系,并利用多元回归分析建立落叶松树轮指数与气候因子及年生物量生长量与NDVI的模拟回归方程.结果显示:(1)1957年以来该区温度呈极显著上升趋势,冬季升温最为显著,降水呈微弱下降趋势.(2)1982-2006年年均、夏季和生长季NDVI均呈缓慢下降趋势.(3)长白落叶松年表特征分析表明其生长对气候敏感,适用于进行年轮气候学分析.(4)NDVI与月平均温度相关性较强,且多以正相关为主,与月降水量多为负相关性.(5)落叶松径向生长受当年生长季的气候因子的影响强于上年,但是显著相关的月份略有差异,并且降水的影响要优于温度.(6)落叶松树轮宽度和年生物量生长量与NDVI以负相关为主,生长季NDVI与树轮年表相关性较差,而非生长季NDVI与年表相关性较好.(7)林分单位面积地上生物量为240.72 t/hm2,2009年林分生物量生长量约为2.91 t hm-2 a-1,即每公顷每年固碳约1.46 t,表明该地区老龄落叶松林仍具有较强的固碳能力.综上所述,在长白山地区,长时间序列的年轮宽度数据并不能很好地反映NDVI的长时期变化,利用树轮宽度指数重建该区NDVI有待进一步研究.     

树木年轮对大气污染历史过程的指示作用

本文利用油松年轮揭示了承德市向１７６０年以来大气ＳＯ＿２污染过程，结果认为：油松年轮内的硫自４４．４μｇｇ￣（－１）上升到最近１０年来的４２０．７μｇｇ￣（－１），从而揭示出大气中的ＳＯ＿２浓度从０．１μｇｍ￣（－３）上升到目前的＞３０μｇｍ￣（－３），增加了近３００倍。这一过程与承德市城市化，尤其是工业化过程密切相关。     

探索树木年轮中的地震秘密

<正>树木与地震可谓风马牛不相及的话题。然而,科学家却从树木年轮的变化中,揭开了我们人类尚不知晓的地震秘密。为我们了解过去的地震灾害事件积累了许多珍贵的资料……美国加州圣安德烈斯断层曾发生了伤亡严重的1906年旧金山大地震,并至今仍然威胁着     

长白山红松和臭冷杉树轮密度变化特征及其气候响应

本研究建立了长白山红松和臭冷杉的全轮、早晚材密度年表,并分析了2个树种的树轮密度变化特征及其与平均气温、平均最高气温、平均最低气温和降水量的相关关系。结果表明：两树种树轮密度变化具有一致性。红松树轮密度对气候变化更加敏感,而臭冷杉树轮密度变化相对稳定。两树种树轮密度年表与平均气温和平均最低气温整体呈显著正相关,而与平均最高气温和降水量的相关性相对较弱。其中,生长季早期（4—5月）的平均最低气温可能是影响树轮密度变化的主要因素。响应面分析结果表明：随着生长季早期的平均最低气温上升,两树种早材密度与平均最低气温呈现先减弱后增强的响应趋势,而与生长季早期的降水呈现先增强后减弱的响应趋势。滑动相关分析显示：随着气候变暖,两树种树轮密度年表均对生长季晚期（9—10月）平均气温和生长季早晚期平均最低气温的正响应显著增强,而对生长季晚期平均最高气温的正相关减小,与降水的响应相对稳定。臭冷杉的树轮密度年表对上年12月平均最高气温和当年4月平均最低气温的响应出现显著的正负转换现象。     

塔里木河下游应急输水前后胡杨年轮生长差异

1972年塔里木河下游大西海子水库建成,下游365km河道彻底断流。为拯救沿河植被,2000年5月启动了塔里木河下游应急输水工程,迄今已经完成了7次应急输水。文章通过对塔里木河中游英巴扎和下游输水河畔英苏、喀尔达依、阿拉干断面胡杨(Populus euphratica)一级枝年轮取样调查,运用统计方法比较不同离河距离输水前后胡杨生长量差异的大小,分析了下游应急输水河畔胡杨种群对输水的响应。结果表明:1)英苏断面和喀尔达依断面在离河0~1000m输水前后胡杨生长量差异极显著。阿拉干断面在离河0~300m输水前后胡杨生长量差异极显著,离河300~700m生长量差异显著,700~1000m生长量差异不显著。由输水前后胡杨年轮生长量均值差可得,同一断面不同离河距胡杨年均生长量随离河距增大而降低。2)输水后下游3个调查断面在离河0~300m胡杨生长量增长由大到小顺序为:喀尔达依>英苏>阿拉干;离河300~700m由大到小顺序为:喀尔达依>阿拉干>英苏。3)以中游胡杨同年生长量作为参照对下游胡杨生长量进行相关比较的结果表明:应急输水前输水河畔各离河距离胡杨生长量均小于中游参照河段的生长量。应急输水后,输水河畔离河0~300m生长量已超过中游的生长量;离河300~700m输水河畔的生长量接近中游生长量;离河700~1000m生长量小于中游参照河段生长量,应急输水明显地促进了胡杨生长。     

我国西南地区喀斯特森林树木年轮对气候变化的响应

利用贵州省2个典型喀斯特地区与1个非喀斯特地区的6个优势树种(化香树Platycarya strobilacea为重复树种)的树轮宽度资料,建立了6个树轮宽度年表,研究了不同地区不同树种的树木年轮对近50年来气候变化的响应异同,探讨了影响6个优势树种生长的气候限制因素。结果表明,季风期前的水热条件是喀斯特地区针叶树和阔叶树径向生长的最主要的气候限制因素。季风期前降水减少、月均温升高,导致土壤水分蒸发加快,加强了水分胁迫,不利于喀斯特地区针叶树和阔叶树的生长。帕尔默干旱指数虽表明喀斯特地区未达到干旱胁迫程度,但实际上水分渗漏加剧了喀斯特地区针叶树和阔叶树生长的水分胁迫。非喀斯特地区采样点的高海拔导致的低温,减少了春冬季节土壤水分蒸发。并且非喀斯特地区土壤和地形有利于水分涵养,同时,较高海拔的地形改变了季风期前的降水格局,消除了季风到来前树木生长的降水限制,因此,降水并不是喀斯特地区树木生长的限制因子;但其针叶树的径向生长受到上一年12月的温度控制,产生正响应信号,阔叶树径向生长仅受到生长季温度、降水增加带来的较小促进。     

树轮稳定氧同位素重建东大山过去205年来水汽压变化

对采自河西走廊东大山的青海云杉（Picea crassifolia）树轮样本提取纤维素并测定其稳定氧同位素比率（δ¹⁸O）,建立过去205年来树轮δ¹⁸O年表序列。与观测数据相关分析发现树轮δ¹⁸O年表与周边7—8月平均水汽压具有显著的负相关关系（r=?0.643,n=59,p＜0.001）,因此重建了河西走廊东大山周边过去205年的7—8月平均水汽压变化序列,重建方程方差解释量达41.4%,分段检验表明水汽压重建结果稳定可靠。在重建的205年中,水汽压力偏大阶段有6个,偏低阶段有7个。该重建序列与周边地区的水文气候重建的干湿阶段变化及西北地区极端干旱历史事件具有一定的同步性,并可代表大区域范围水汽压变化,进一步证明了本文重建序列的准确性。空间相关分析结果暗示研究区7—8月水汽主要受亚洲季风影响,同时伴有少量西风水汽传输。     

大别山1846 — 2010年干湿变化记录——来自树轮宽度的证据

中国亚热带地区树轮气候学研究已取得较大进展,但气候重建基本都集中在温度方面,基于树轮宽度的水文气候研究鲜有成果,不利于全面理解亚热带地区历史气候变化特征。本文基于北亚热带大别山地区黄山松树轮宽度年表与气候要素的相关分析,发现树轮宽度指数与上一年4—7月平均相对湿度显著负相关（r=?0.68,p<0.01）。在此基础上,重建了大别山地区1846—2010年4—7月平均相对湿度变化历史。重建序列方差解释量达到46.4%（调整自由度后为45.3%）。在整个重建时段中存在3个湿润期（1891—1903,1905—1921和1950—1993年）和3个干旱期（1868—1890,1922—1934和1994—2005年）。同时,重建序列与采样地周边区域旱涝指数以及天目山的相对湿度重建序列在年代际尺度上高度相关,说明过去165年间中国东南亚热带较大区域范围内的干湿变化在年代际尺度上较为同步。空间分析结果表明重建序列也能够在一定程度上指示研究区及周边较大区域范围内的土壤湿度变化。综上,利用树轮宽度指标重建的大别山的相对湿度变化为研究亚热带地区干湿演化历史提供了参考依据,完善了时间尺度上亚热带地区相对湿度数据,同时也证实了亚热带1990年以后干旱化趋势的出现。     

中国西南典型山地地区重金属时空分布特征：基于树木年轮反演解析

为探究中国西南部年轮重金属的时空变化特征与主要影响因素,本文测定了沿印度西南季风传播路径上的西双版纳番龙眼、哀牢山滇木荷、大理苍山云杉、白马雪山冷杉和贡嘎山冷杉年轮中12种重金属的含量,重点探讨了铅(Pb)、铬(Cr)、镉(Cd)和砷(As)4种元素的时空变化特征。结果表明：人为活动导致树木年轮中Pb、Cr、Cd和As含量年际变化波动较大。1950年前,中国西南部树木年轮中的Pb、Cr、Cd和As含量变化主要受控于欧美发达国家工业排放重金属的远距离传输,而改革开放以来,西南区域工业化快速发展导致的人为源排放急剧增加是引起年轮中Pb、Cr、Cd和As含量变化的主要原因。树轮中Pb和As含量沿季风传播路径逐渐降低,其中Pb的降低趋势最为明显,这种空间变化特征主要受树种差异、沿季风重金属沉降及土壤背景的综合影响。本研究可为近两百年来中国西南部重金属的时空变化提供数据佐证,为认识偏远地区重金属的累积提供了新视角。