德令哈地区祁连圆柏树轮稳定碳同位素序列及其模拟研究

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树轮稳定碳同位素作为树轮年代学一种指标,对研究过去气候因子对树木生长的影响具有很大潜力,同时也可以反映树木长期水分利用效率的变化;另外,树轮稳定碳同位素序列对区域干湿状况的响应也比较敏感。MAIDENiso树轮生理模型可对树轮稳定同位素序列进行模拟,在未来对认识过去和现在气候变化对祁连圆柏生长的影响具有重要意义。  德令哈地区地处柴达木盆地东北缘,地形复杂,气候干旱,是我国树轮年代学研究开展的热点区域。到目前为止,该区域开展的树轮同位素研究依然不足,树轮稳定碳同位素的模拟研究尚未开展。因此,在该区域开展树轮稳定碳同位素的研究可为树轮碳同位素网络的建立提供基础资料,也有助于为该区域过去气候变化认识提供新的科学依据,另外,树轮稳定碳同位素的模拟研究将为该地区未来深入开展模拟研究提供基础。  通过本研究,得出以下主要结论:  1)通过对建立的公元1843-2011年德令哈地区祁连圆柏树轮稳定碳同位素序列的分析发现,树轮δ13C与生长季前期温度呈显著负相关,表明生长季前期较暖的气候有利于树木生长;树轮δ13C与降水具有反相关关系,反映了水分胁迫导致树轮δ13C升高。  2)以树轮δ13C为基础建立了树木长期水分利用效率变化历史,祁连圆柏的水分利用效率在近150年来具有明显的增加趋势,尤其是1960年之后上升趋势明显,且与大气二氧化碳浓度呈现较好的线性关系。但是,通过对比干旱时期与湿润时期的水分利用效率和Ci/Ca发现,在干旱时期,祁连圆柏通过提高水分利用效率来适应干旱胁迫,主要是通过气孔关闭的方式,光合速率并未提高,因此干旱时期长期水分利用效率的提高并未造成树木的生物量增加现象。  3)帕尔默干旱指数(PDSI)是反映区域干湿状况的良好指标,通过对祁连圆柏树轮Δ13C与帕尔默干旱指数逐月相关分析结果显示,自上年6月至当年9月二者之间均呈现显著正相关关系,相关系数均超过95%置信水平,说明树轮Δ13C值受区域温度和降水因子的共同作用。  4)树轮δ13C测量值与MAIDENiso模型的模拟值具有较高的相关关系,将二者进行线性回归分析后,拟合方程调整后的决定系数为0.64,一阶差后二者的相关系数为0.337。高低频上的显著相关表明MAIDENiso模型在研究区具有一定的模拟能力。  5)祁连圆柏标准化年表值与模拟的径向生长值在1956年至2000年间的相关系数为0.48,一阶差处理后二者的相关系数为0.41,相关性均达到显著水平。通过二氧化碳的敏感性试验分析发现,固定二氧化碳浓度值后树木生长量的模拟结果与二氧化碳真实值的模拟结果在长期趋势上保持一致,差异较小,说明大气二氧化碳浓度的增加并未对该地区祁连圆柏的生长产生肥化效应。
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