研究过去气候变化及其规律对了解近代气候变化的自然背景和预测未来气候变化的前景都具有重要意义(IPCC，2007)，但存在气象观测时间较短、资料不齐全的问题。而树木年轮作为树木生长量的一种标志，记录了大量的气候信息，具有定年准确、分布广泛、分辨率高等优点(Fritts，1976；吴祥定，1990)，因此，可用由树木年轮得到的某些特征指数在一定程度上提取和重建历史气候(Fritts，1976；Briffa et al.，1998；Cook et al.，2004；李军龙等，2011)。目前，这种方法已在全球范围使用(Watson et al.，2004；Wang et al.，2009；冀春雷等，2010；Fritts，1976；李军龙等，2011；孙军艳等，2011；Briffa et al.，1998；Mann et al.，1998；Cook et al.，2004；王晓明等，2011)。

川西亚高山森林是我国气候敏感区，是典型的生态环境脆弱地带，同时又是一个具有世界意义的、典型的、有代表性的自然综合体。川西亚高山针叶林是我国西南林区的主体部分，是长江上游的重要生态屏障，对涵养长江上游水源、维护和调节区域生态环境以及保护生物多样性等都具有重要意义(四川植被协作组，1980；徐庆等，2005；Xu et al.，2011)。前人对川西亚高山森林植物对气候变化响应的研究，主要集中在岷江冷杉(Abies faxoniana )等典型代表植物水分利用策略及对降水变化的响应(Xu et al.，2011)、利用川西大雪山和沙鲁里山的川西云杉( Picea balfouriana)树轮资料重建川西地区1650—1994年冬季平均最低气温序列(邵雪梅等，1999)、四川缙云山大头茶(Gordonia acuminata)树木年轮生长动态与气候因子关系(孙凡等，1999)、利用川西云杉的树轮资料重建川西高原378年的初夏(6月份)最高气温(秦宁生等，2008)以及生长在海拔3 450 m处的岷江冷杉在特定的生长时期其树轮物理特性(宽度)对降水、温度变化响应的异质特征(李宗善等，2010a；2010b)。这些研究大多是对川西云杉树轮的研究，并侧重采用对单一树种的研究和分析，而基于不同树种树木年轮对气候要素的响应研究还不够深入。为了加强川西地区树轮气候学研究工作，本研究比较分析四川卧龙地区岷江冷杉和铁杉(Tsuga chinensis)径向生长与气候因子之间的关系，为古气候信息提取奠定基础。

卧龙自然保护区系成都平原向青藏高原过渡的高山深谷地带(102°52'—103°25'E，30°45'—31°25'N)，是国家级第三大保护区，是中国第一个自然保护资源特别行政区。卧龙自然保护区属青藏高原气候区的东缘，其西风急流南支和东南季风控制了该地区的主要天气，冬半年(11月至翌年4月)在干冷的西风急流南支影响下，天气多晴朗干燥，在冷气流的进退过程中，常形成降雪或降雨；夏半年(5—10月)湿润的东南季风顺河而上，遇到高山冷气流而形成丰富的迎坡降水，因而温暖湿润。该地区年均相对湿度80.3%，冬半年为75.5%，夏半年为84.8%，全年无霜期180～200天，年均气温8.5±0.5 ℃，7月平均气温17.1±0.8℃，1月平均气温-0.9 ℃，年均日照950 h，年降水量890±100 mm(郑绍伟等，2006)。

岷江冷杉是四川卧龙巴郎山亚高山针叶林的优势树种，也是川西亚高山针叶林的典型代表植物，耐荫性强，喜冷湿气候，在排水良好的酸性棕色灰化土及山地草甸森林土上组成大面积纯林，形成高山独特的森林景观。其所处林地阴冷、潮湿，枯枝落叶层处于未分解或半分解状态，厚度不一，盖度30%～90%，因林龄和生境不同而有所变化，是山地寒温带气候条件下发育的显域植被，是稳定的森林植物群落。铁杉是川西亚高山针叶林的建群种及代表植物，耐荫性强，喜冷湿气候，生长在排水良好的酸性棕色灰化土及山地草甸森林土上，也是山地寒温带气候条件下发育的显域植被。

2010年7月在卧龙巴郎山(邛崃山)阴坡亚高山针叶林中采集岷江冷杉和铁杉树木年轮样本。采样点海拔2 750～3 150 m，是岷江冷杉和铁杉集中分布区域，树木受到人类干扰较少。尽量采集径级较大且年龄较老的优势树木个体(大于50年以上)。在采样点2树种各选取20棵树以上，用生长锥在每棵树的胸径位置(距地面1.3 m处)取1～2芯作为样本。采集到的样芯装入内径(5.5 mm)稍大于样芯直径的采样管中，并在样管上用油性笔标注代码密封保存。得到岷江冷杉和铁杉树木样芯各38根。

样品预处理严格按照Stokes等(1968)的方法进行。首先，将样品放置于通风平坦处晾干；然后将样芯粘在特制的木槽中，用细线将其捆好，并晾干；将粘牢的样芯依次用由粗到细(一般280～600目)不同颗粒的砂纸进行打磨直至样芯在肉眼下能够观察到相对比较清晰的年轮，使样本达到光、滑、亮，轮界清晰分明。

样品预处理后，用骨架示意图对其进行交叉定年(Fritts，1976)，使用德国Frank Rinn公司研制的Lintab^TM-6年轮分析仪对树木年轮宽度进行逐年测量(测量精度0.001 mm)。结合TSAP-Win软件进行目视定年，利用COFECHA(Holmes，1983)程序交叉定年并将测量结果进行质量检验，除去个别与主序列相关不好且年龄较短的序列，得到岷江冷杉和铁杉各30根样芯用于年表构建。交叉定年结果显示两树种各自相关系数分别是0.656和0.661，说明样点树木对环境的响应较为敏感，适合建立树轮宽度年表。

1954—2009年气象数据源自离采样点较近的都江堰和小金气象站(国家标准气象台站，经纬度分别为103°34'E，30°59'N和102°21'E，3 1°N)，由国家气象局( http://cdc.cma.gov.cn/)提供，经检验，2站点的气象数据可靠，无明显突变，可被认为代表了当地自然界的气候变化趋势(图 1)。气候因子包括月平均气温、月平均降水量和月平均相对湿度。

	图 1 川西地区都江堰和小金气象站月平均温度和月平均降雨量( 1955—2009 年) Fig. 1 Variations of mean month air temperature and mean month precipitation of Dujiangyan and Xiaojin meteorological station in western Sichuan from 1955 to 2009．

运用ARSTAN(Cook et al.，1986)程序，将经过交叉定年的合格年轮序列的样芯进行去趋势和标准化，这一过程能够消除树木生长中与年龄增长相关联的生长趋势及部分树木之间非一致性波动，排除其中的非气候信号。利用样条函数拟合树轮宽度序列与树木年龄和本身遗传因子有关的生长趋势及树木之间干扰竞争产生的抑制和释放的生长趋势，再利用样本序列值和其拟合生长曲线值的比值进行订正使其标准化，对所得到的去趋势进行双权韧性平均(biweight robust mean)，建立岷江冷杉和铁杉树木年轮宽度的标准年表(STD)和差值年表(RES)(图 2)。

	图 2 树木年轮宽度标准年表( STD) 和差值年表( RES) Fig. 2 The STD and RES tree-ring chronologies of Abies faxoniana and Tsuga chinensis

年表统计量特征可反映树木生长的一些基本特征以及树轮年表所含有不同频率信息量的多少。平均敏感度是判断一个年表的优劣状况的重要指标，反映了年轮宽度序列对气候变化信息的敏感程度。当敏感度值大时，气候因子限制作用较为显著，年表与气候资料的相关性较好。好的树轮年表敏感度介于0.15和0.80之间。从表 1可以看出，卧龙地区岷江冷杉和铁杉的2个年表的平均敏感度都介于0.15和0.25之间。研究区内年平均降水量达到890±100 mm，已成为湿润气候区的降水下限，因此降水对树木生长的限制作用不很明显。树轮年表标准差是反映树木年轮指数变化幅度的一个统计参数，敏感度大的年表，标准差也大，对气候变化较为敏感。卧龙地区岷江冷杉和铁杉的标准差分别为0.13～0.17和0.2～0.35，与平均敏感度保持一致。年表的自相关系数反映了气候条件对树木径向生长影响的持续性，一阶自相关的大小，反映上一年气候状况对当年轮宽生长的影响。该区岷江冷杉树轮标准年表和差值年表的自相关系数分别为0.302和-0.191，铁杉树轮标准年表和差值年表的自相关系数分别为0.722和0.042，反映了气候变化对树木生长影响的“滞后效应”较为明显。通过方差分析，可知总年表平均指数的方差贡献(即气候信号)，剩余的即可认为是非气候因素形成的噪音，它们之间的比值及样本数多少关系着所获取气候信息量的大小，即被定义为“信噪比”(Fritts，1976；李江风等，1998)。年表的信噪比可以反映总年表平均指数的方差贡献大小，气候信息含量较多的年表具有较大的信噪比。在研究区，岷江冷杉标准年表和差值年表中的信噪比分别为5.317和13.994，铁杉标准年表和差值年表中的信噪比分别为8.241和17.868。在试验区岷江冷杉标准年表和差值年表中第一主成分占方差量的比例分别为28.9%和47.3%，铁杉标准年表和差值年表中第一主成分占方差量的比例分别为39.30%和54.40%。从岷江冷杉和铁杉树木年表统计特征可以看出，铁杉对气候因子的敏感性高于岷江冷杉。表 1中各统计特征表明样本之间树轮宽度变化的一致性，所以本次调查所使用的年轮资料适用于年轮气候学分析。

表 1 树木年轮年表信息 Tab.1 Information of tree-ring width chronology

表 1 树木年轮年表信息 Tab.1 Information of tree-ring width chronology 项目Item 岷江冷杉 Abiesfaxoniana 铁杉 Tsuga chinensis STD RES STD RES 年表长度 Chronology length A. D.1870—2009 A. D. 1870—2009 A. D. 1810 —2009 A. D. 1810—2009 平均敏感度Mean sensitivity 0. 167 0. 192 0. 225 0. 231 标准差 Standard deviation 0. 156 0. 149 0. 348 0.206 —阶自相关系数 First-order autocorrelation 0. 302 -0. 191 0. 722 0. 042 公共区间 Common interval time span 1954—2009 1954—2009 1938—2009 1938—2009 第—主成分所占方差量Variance in first eigenvector 28. 90 47. 30 39. 30 54.40 样本群体表达信号Express population signal 0. 842 0. 933 0. 891 0. 947 信噪比 Signal-to-noise ratio 5. 317 13.994 8. 241 17.868

树木生长不仅与当年的气候因子(温度等)有关，也可能受上年气象因子的影响，因此选取上年7—12月及当年1—10月的气候因子与年表进行相关分析。气候因子包括气温、降水量及反映气温和降水量对树木生长综合影响的相对湿度，研究时段为器测资料以来的年代(1954—2009年)。对标准年表和差值年表若干统计量参数进行对比后，最后选择2树种树轮标准年表代表本研究区树木年际径向生长与气候因子之间的关系。

从表 2中可以看出，卧龙地区岷江冷杉树轮宽度序列与当年2和4月月平均气温显著正相关(P≤0.05)，而与多数月平均降水量和月平均相对湿度负相关；铁杉树轮宽度序列与上一年7月和当年2—4月月平均气温显著正相关(P≤0.05)，与上一年10月和当年5月月平均降雨量显著正相关(P≤0.05)，而与上一年7月及当年4和9月月平均相对湿度显著负相关(P≤0.05)。

表 2 岷江冷杉和铁杉STD 年表与月份气候因子的关系^① Tab.2 Correlation function analysis between monthly climate factors and STD chronologies of Abies faxoniana and Tsuga chinensis

表 2 岷江冷杉和铁杉STD 年表与月份气候因子的关系① Tab.2 Correlation function analysis between monthly climate factors and STD chronologies of Abies faxoniana and Tsuga chinensis 月份 Month 岷江冷杉 Abies faxoniana 铁杉 Tsuga chinensis 月平均气温 Mean monthly air temperature 月平均降雨量 Mean monthly precipitation 月平均相对湿度 Mean monthly relative humidity 月平均气温 Mean monthly air temperature 月平均降雨量 Mean monthly precipitation 月平均相对湿度Mean monthly relative humidity 上年7月Last July 0. 068 - 0. 072 -0.234 0. 321 * -0.132 -0.434 m 上年 8 月 Last August - 0. 013 - 0. 247 - 0. 177 - 0. 059 -0.183 - 0. 158 上年 9 月 Last September - 0. 212 -0.211 0. 097 - 0. 078 -0.182 - 0. 074 上年 10 月 Last October 0. 163 0. 092 - 0. 195 0. 062 0. 281 * -0.175 上年 11 月 Last November - 0. 03 - 0. 097 - 0. 092 - 0. 014 -0.086 - 0. 121 上年 12 月 Last December 0. 035 0. 009 -0.058 0. 134 0. 038 - 0. 037 当年1月January 0. 095 0. 123 - 0. 002 0. 033 -0.085 -0.123 当年2月February 0.316* - 0. 262 - 0. 180 0.299* -0.173 - 0. 206 当年3月March 0. 119 - 0. 116 - 0. 154 0.274* -0.085 - 0. 261 当年4月April 0. 253* 0.051 - 0. 096 0. 278 * -0.102 - 0. 282* 当年5月May 0. 05 0. 153 - 0. 072 - 0. 09 0.272* -0.107 当年6月June 0. 013 0. 067 0. 057 0. 125 0. 003 - 0. 224 当年7月July 0. 057 0. 088 0. 008 0. 197 0. 089 - 0. 071 当年8月August 0. 015 0. 001 0. 116 -0. 031 0. 001 0. 131 当年 9 月 September - 0. 015 - 0. 167 - 0. 178 0. 12 -0.265 - 0. 323* 当年10月October 0. 062 0. 102 -0.200 - 0. 003 0. 17 - 0. 145 ①* : P≤0. 05．

为进一步分析岷江冷杉和铁杉树木年轮与气候因子的关系，分别对2树种STD年表与季节气候因子进行相关分析。从表 3中可以看出，岷江冷杉树轮宽度序列与四季气候因子均无显著相关性(P≤ 0.05)；铁杉树轮宽度序列与春季平均气温显著正相关(P≤0.05)，而与春季平均相对湿度显著负相关(P≤0.05)。

表 3 岷江冷杉和铁杉STD年表与季节气候因子的关系^① Tab.3 Correlation function analysis between seasonal climate factors and STD chronologies of Abies faxoniana and Tsuga chinensis

表 3 岷江冷杉和铁杉STD年表与季节气候因子的关系① Tab.3 Correlation function analysis between seasonal climate factors and STD chronologies of Abies faxoniana and Tsuga chinensis 季节 Season 岷江冷杉 Abiesfaxoniana 铁杉 Tsuga chinensis 平均气温 Mean air temperature 平均降水量 Mean air precipitation 平均相对湿度 Mean relative humidity 平均气温 Mean air temperature 平均降水量 Mean air precipitation 平均相对湿度 Mean relative humidity 上年秋Last Fall - 0. 040 - 0. 170 -0.058 - 0. 015 -0.086 -0.154 上年冬 Last Winter 0. 265 - 0. 137 - 0. 127 - 0. 265 -0.165 -0.194 当 年春 Spring 0. 224 - 0. 102 - 0. 130 0. 268 * 0. 116 -0.316* 当年夏Summer 0. 040 0. 079 0.090 0.124 0. 055 -0.041

卧龙亚高山针叶林岷江冷杉树木生长与当年2，4月月平均气温显著正相关(P≤0.05)；与多数月平均降水量和月平均相对湿度显著负相关(P≤ 0.05)，铁杉树轮宽度序列与上一年7月和当年2— 4月月平均气温显著正相关(P≤0.05)，与上一年10月和当年5月月平均降雨量显著正相关(P≤ 0.05)，而与上一年7月及当年4和9月月平均相对湿度显著负相关(P≤0.05)。这与欧廷海等(2006)研究得出春季(3—5月)气温是制约卧龙亚高山植被生长的主导因子的结果基本一致。7—8月是该地区的雨季，气温和降水量皆达到一年中的最高值，而岷江冷杉和铁杉都适生于冷湿气候及排水良好的环境，耐荫性较强，且岷江冷杉主要吸收利用浅层地下水，对雨水依赖性较小(Xu et al.，2011)，降水不是该树木生长的主要限制因子，而温度成为这一时期的主要限制因子。

研究表明:岷江冷杉树轮宽度序列与四季气候因子均无显著相关；铁杉树轮宽度序列与春季平均气温显著正相关(P≤0.05)，说明铁杉径向生长主要受到春季气温的限制，这与大别山黄山松(Pinus taiwanensis)和油松(Pinus tabulaeformis)径向生长主要受到春季气温限制的结果相似(郑永宏等，2012)。铁杉树轮宽度序列与春季平均相对湿度显著负相关(P≤0.05)，春季是卧龙地区最为湿润的时期，阴雨天气持续不断，并会伴有大雾的出现，这个时候浓厚的云层会减少太阳光照的强度从而限制了树木的径向生长。

研究表明，川西亚高山针叶林树木径向生长主要受到气温的制约，解释了川西亚高山针叶林树轮宽度对干季和雨季的适应性，研究结果弥补了中国暖湿地区树轮宽度年表不足的问题，为古气候信息提取奠定了基础。在气候变暖、降水量减少的气候变化背景下，川西亚高山针叶林(老龄林)树木生长积极响应气候变化:岷江冷杉对雨水的依赖很小，这有利于该典型代表植物生存及川西亚高山针叶林(老龄林)群落稳定。该结论为川西亚高山森林资源管理、次生林植被恢复和人工林经营与管理提供了依据。