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灌木年轮又细又窄,却是气候变化研究的“超级补丁”

来源:科技日报2020-07-07 09:34

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  树木被锯倒以后,横断面上会有一圈圈色泽不一、大小不同的同心环纹,这便是树木的年轮。它是岁月留下的痕迹,通过它可以准确计算出树木的年龄和每年的生长变化。

  近日,我国研究人员建立了青藏高原纳木错区域537年(1479年—2015年)的灌木年轮宽度年表,这是我国迄今最长的灌木年轮宽度年表。那么,灌木年轮和乔木年轮有什么区别?建立这个最长灌木年轮宽度年表又有什么用呢?

  灌木年轮比乔木年轮窄得多

  事实上,树木年轮是形成层细胞周期性活动的结果,而形成层则是位于韧皮部和木质部之间的一层活跃的分生组织。形成层通过细胞分裂产生新的木质部细胞,是木本植物维持生长和发育的关键。

  在中高纬度地区,形成层活动通常具有明显的季节性。一般而言,生长季早期形成的细胞,孔腔较大,细胞壁薄,为早材;生长季晚期形成的细胞,孔腔较小,细胞壁较厚,为晚材。“气候变化通过影响形成层细胞分裂的时间和速率,从而影响年轮结构和宽窄变化。因此,通过树木年轮的宽窄变化,我们可以提取过去的气候变化信息。”中科院青藏高原所研究员梁尔源告诉科技日报记者。

  灌木年轮和乔木年轮在形成的机理和过程上没有本质的区别,都是形成层周期性活动的结果。但鉴于灌丛生长环境一般比乔木相对严酷,灌木形成的年轮一般要比乔木窄得多。例如,青藏高原及环北极地区,环境较为恶劣,生长季相对较短,灌丛的生长型常以多枝和匍匐状出现,造成这些地区的灌木出现极窄年轮和不规则年轮。研究揭示,喜马拉雅山南坡珠峰山谷(4150米)扫帚岩须灌木平均年轮宽度仅64微米。

  梁尔源表示,在一些水分和温度条件极端差的年份,为了保证生存和繁衍,灌木形成层甚至全年都不进行分裂,导致没有年轮的形成。在生长季较为干旱的地区,水分状况也限制着灌木年轮的宽度变化。比如在地中海地区,夏季干旱会导致灌木的形成层出现短暂的休眠现象。在夏末,降水逐渐增加,形成层又开始活动,从而形成伪年轮——类似一年形成两个年轮的现象。

  记录干湿变化的自然档案

  灌木能够适应较为严酷的生存环境,因此可以生长在比乔木分布更广泛的区域,比如环北极树线以北和高原树线之上,或者荒漠区。其年轮宽度可以作为指示灌丛生存环境的指标。较宽的灌木年轮通常反映了相对好的区域环境状况。“研究人员通过灌木年轮宽度年表序列可以完整地展现特定地区的温度、水分、干旱历史、极端气候、虫害或者地质灾害等的变化历史。”梁尔源说,比如青藏高原纳木错区域的香柏灌木。

  纳木错区域位于青藏高原西风、季风过渡区,属于高寒荒漠植被区域,平均海拔4700米以上,香柏灌丛分布于海拔4740—4920米的阳坡,呈匍匐状生长,形成保温的微生境。香柏个体的基径普遍较小,约15厘米,但是其冠幅可达20平方米以上,类似于一棵趴在地上的乔木。

  中科院青藏高原所博士后芦晓明介绍,香柏灌丛的生长受到生长季早期水分状况的限制,此期间的极端干旱会导致极窄年轮和缺失轮的形成。研究人员通过死亡和活植株年轮宽度的序列,可以建立537年的灌木年轮宽度年表,这是记录过去干湿变化的自然档案。

  利用树木年轮可了解青藏高原过去的气候变化和森林动态。但是,青藏高原的森林主要分布于东部、东南部和喜马拉雅山南坡等边缘山地,在青藏高原内陆难以开展树轮研究。灌丛在青藏高原分布更为广泛,开展灌丛研究可以将以乔木为主的树轮网络研究拓展至高原内部。

  “第二次青藏高原综合科学考察研究将对高原内部灌丛分布进行系统的调查,相信随着青藏高原高山区灌木年轮网络的建立,研究人员将对高原内部长期气候变化历史以及全球变暖背景下灌丛生态系统结构与格局变化有一个全面且系统的认识。“梁尔源说道。(陆成宽)

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