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灌木年輪又細又窄,卻是氣候變化研究的“超級補丁”

2020-07-08 陸成寬 科技日報

  樹木被鋸倒以后,橫斷面上會有一圈圈色澤不一、大小不同的同心環紋,這便是樹木的年輪。它是歲月留下的痕跡,通過它可以準確計算出樹木的年齡和每年的生長變化。

  近日,我國研究人員建立了青藏高原納木錯區域537年(1479年—2015年)的灌木年輪寬度年表,這是我國迄今最長的灌木年輪寬度年表。那么,灌木年輪和喬木年輪有什么區別?建立這個最長灌木年輪寬度年表又有什么用呢?

  灌木年輪比喬木年輪窄得多

  事實上,樹木年輪是形成層細胞周期性活動的結果,而形成層則是位于韌皮部和木質部之間的一層活躍的分生組織。形成層通過細胞分裂產生新的木質部細胞,是木本植物維持生長和發育的關鍵。

  在中高緯度地區,形成層活動通常具有明顯的季節性。一般而言,生長季早期形成的細胞,孔腔較大,細胞壁薄,為早材;生長季晚期形成的細胞,孔腔較小,細胞壁較厚,為晚材。“氣候變化通過影響形成層細胞分裂的時間和速率,從而影響年輪結構和寬窄變化。因此,通過樹木年輪的寬窄變化,我們可以提取過去的氣候變化信息。”中科院青藏高原所研究員梁爾源告訴科技日報記者。

  灌木年輪和喬木年輪在形成的機理和過程上沒有本質的區別,都是形成層周期性活動的結果。但鑒于灌叢生長環境一般比喬木相對嚴酷,灌木形成的年輪一般要比喬木窄得多。例如,青藏高原及環北極地區,環境較為惡劣,生長季相對較短,灌叢的生長型常以多枝和匍匐狀出現,造成這些地區的灌木出現極窄年輪和不規則年輪。研究揭示,喜馬拉雅山南坡珠峰山谷(4150米)掃帚巖須灌木平均年輪寬度僅64微米。

  梁爾源表示,在一些水分和溫度條件極端差的年份,為了保證生存和繁衍,灌木形成層甚至全年都不進行分裂,導致沒有年輪的形成。在生長季較為干旱的地區,水分狀況也限制著灌木年輪的寬度變化。比如在地中海地區,夏季干旱會導致灌木的形成層出現短暫的休眠現象。在夏末,降水逐漸增加,形成層又開始活動,從而形成偽年輪——類似一年形成兩個年輪的現象。

  記錄干濕變化的自然檔案

  灌木能夠適應較為嚴酷的生存環境,因此可以生長在比喬木分布更廣泛的區域,比如環北極樹線以北和高原樹線之上,或者荒漠區。其年輪寬度可以作為指示灌叢生存環境的指標。較寬的灌木年輪通常反映了相對好的區域環境狀況。“研究人員通過灌木年輪寬度年表序列可以完整地展現特定地區的溫度、水分、干旱歷史、極端氣候、蟲害或者地質災害等的變化歷史。”梁爾源說,比如青藏高原納木錯區域的香柏灌木。

  納木錯區域位于青藏高原西風、季風過渡區,屬于高寒荒漠植被區域,平均海拔4700米以上,香柏灌叢分布于海拔4740—4920米的陽坡,呈匍匐狀生長,形成保溫的微生境。香柏個體的基徑普遍較小,約15厘米,但是其冠幅可達20平方米以上,類似于一棵趴在地上的喬木。

  中科院青藏高原所博士后蘆曉明介紹,香柏灌叢的生長受到生長季早期水分狀況的限制,此期間的極端干旱會導致極窄年輪和缺失輪的形成。研究人員通過死亡和活植株年輪寬度的序列,可以建立537年的灌木年輪寬度年表,這是記錄過去干濕變化的自然檔案。

  利用樹木年輪可了解青藏高原過去的氣候變化和森林動態。但是,青藏高原的森林主要分布于東部、東南部和喜馬拉雅山南坡等邊緣山地,在青藏高原內陸難以開展樹輪研究。灌叢在青藏高原分布更為廣泛,開展灌叢研究可以將以喬木為主的樹輪網絡研究拓展至高原內部。

  “第二次青藏高原綜合科學考察研究將對高原內部灌叢分布進行系統的調查,相信隨著青藏高原高山區灌木年輪網絡的建立,研究人員將對高原內部長期氣候變化歷史以及全球變暖背景下灌叢生態系統結構與格局變化有一個全面且系統的認識。“梁爾源說道。

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