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《南京师范大学》 2011年
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树轮δ~(13)C变化特征的多角度分析

商志远  
【摘要】:树木年轮具有能够提供较高年际分辨率和确定均值与置信区间的独特优势,且其分布广泛、对环境变化敏感性强,因而在全球变化研究中发挥着重要而独特的作用。树轮稳定同位素指标比年轮宽度或密度对环境变化的敏感性更显著,因而能够更好地记录气候与环境变化信息,其中,稳定碳同位素研究开展的较早、进展较快,取得的成果也最多。然而,利用何种组分、哪个(些)取样方位和什么材质的树轮稳定碳同位素才能够更好地反映气候环境变化,目前还存在不同的意见。为解决上述这些问题,需要在同一研究地区对同一树种开展上述多个角度的综合分析,但至今尚未见到相关的研究。本文选取中国大兴安岭北部的樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica Litv.)为研究材料,对不同组分、不同取样方位、不同材质和不同树高的737个树轮样品进行了稳定碳同位素比率(δ13C)测定,并进行了方差分析、相关分析、回归分析和主成分分析等对比分析,为回答上述问题提供了第一手的数据,为科学利用树轮稳定碳同位素进行古气候和古环境重建工作提供了重要依据。主要研究结论如下: 1.树轮综纤维素δ13C中的气候信息在某些角度甚至比a纤维素更为显著,很可能意味着在a纤维素提取过程中丢失了部分气候信息,全木δ13c和气候变化的关系不明显。树轮晚材的综纤维素δ13C序列是研究过去气候环境变化的理想载体。 2.树轮多年δ13c平均值序列反应了大区域气候环境因素对其年际变异的影响是共同的,表现出同一时段的共同趋势变化,表明树轮δ13C确实能够反映区域气候的变化。树轮δ13C沿不同取样方位存在着显著的差异。与前人研究结果不同的是,本地区樟子松树轮δ13C序列在不同方位之间不仅存在正相关性,还有少量序列之间呈现负相关性。特别是其中相关系数达到显著性水平的序列多数呈对称方向或钝角方向。树轮不同方位δ13C序列进行气候因子提取的能力和程度差异很大,说明树轮周向δ13C并非等效一致地反映相关的气候要素变化。可以通过对树轮δ13C的多方位分析来提取更多的气候环境信息。 3.研究样本的δ13c值序列在生长的各个时段总体上表现出轮内生长早晚两时段之间的过渡时段δ13C值最高、早期时段次之、晚期时段最低的变化特征。与邻近气象站点气象指标多年旬平均值比较发现,轮内早期时段、过渡时段和晚期时段分别对应于4月下旬至6月中旬土壤湿度较大、温度上升较快的时期,6月下旬-7月中旬降水增加、温度达到最高而相对湿度降低的时期,以及7月下旬-9月中旬降水增加、温度下降而相对湿度较大的时期。δ13C的季节性变化趋势在幼龄期至速生期变化剧烈,成熟期至衰老期相对平缓。在整个生长期中,同时段轮内晚期时段δ13C的变动幅度基本都大于早期时段。幼龄时期,晚期时段的δ13C一直明显高于早期时段且呈同步变化趋势,而成熟时期早晚两时段δ13c的差别逐渐减弱,至稳定时期晚期时段的δ13C已低于早期时段且无显著差别。早晚两时段之间的过渡时段在树轮长期δ13C序列中的作用不容忽视。 4.全轮、早材和树皮三种成分均表现出树轮δ13C由顶部至基部先显著增加,在冠层底部附近达到最大值,再向下迅速减少,然后再增大再减小的特征,5年δ13C平均序列和5年宽度平均序列呈现较为明显的反向对应关系,而与5年早晚材宽度比序列在树体上半部呈现较为明显的一致变化趋势。樟子松样本δ13C序列在不同高度之间均存在不同程度的显著差异。 5.综合分析表明,樟子松不同组分、不同材质、不同方位和不同树高的δ13C的差异和变化都是显著的,并且和年际变化基本处于同一个数量级。从标准差来看,材质和方位的变化幅度相对较大,组分和高向的变化幅度相对较小。从检验统计量来分析,不同组分间的δ13C差异最为显著,δ13C在不同方位的差异比对应的年际差异更为显著,δ13C在不同高向的差异与对应的年际差异非常接近。因此,在利用树轮δ13C指标进行气候或环境变化研究中,应当充分考虑树轮组分、材质、采样方位以及树高等的不同而带来的差异。
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S791.253;Q948

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