发布时间：2026-09-03

文章标题：| GPC | 宋慧明/为什么氧同位素比树轮宽度更能记录真实气候？

内容：

主要内容：

树轮宽度是古气候研究中应用最广泛的指标之一。一般来说，温暖湿润有利于树木生长，年轮会更宽；寒冷干旱则会抑制生长，年轮变窄。但在滑坡、泥石流、采伐和林分竞争频繁发生的山区，年轮宽度真的只记录气候吗？

近日，西安交通大学树轮团队宋慧明研究员等在《Global and Planetary Change》发表题为“Tree-ring δ¹⁸O as a robust proxy for hydroclimate in disturbance-prone terrain on the eastern Tibetan Plateau margin”的最新研究，刘禹研究员和李强教授为共同通讯作者。研究以青藏高原东缘、东亚夏季风西部边缘的甘肃舟曲翠峰山为例，对同一批油松的树轮宽度和纤维素δ¹⁸O进行了比较。结果表明，在干扰频繁的复杂山地环境中，树轮δ¹⁸O比年轮宽度更稳定，也更能反映区域水分变化。

研究区坡陡谷深，滑坡和泥石流频发。研究人员共采集38棵油松的76根树芯，建立了树轮宽度指数年表，并从中选择6根树芯开展逐年δ¹⁸O分析。

主要结果：

结果揭示了两类指标的显著差异。原始树轮宽度随树龄增加呈明显下降趋势，这是树木生长几何效应造成的典型“年龄趋势”。更重要的是，多棵树在20世纪60年代出现了明显的生长释放。作者推测，这可能与20世纪50年代末开始的大规模采伐有关：林分密度下降后，剩余树木获得更多光照、水分和养分，年轮突然变宽。

这种变化并非气候改善，却可能被误认为湿润期。即使经过标准化处理，生长释放信号仍未被完全消除；而采用更灵活的去趋势方法虽然能够削弱异常，却会同时损失长期气候变化信息。

相比之下，树轮δ¹⁸O序列没有明显的年龄趋势，在年轮宽度快速增加的时期也没有出现对应的同位素异常。这说明采伐、竞争减弱等林分变化能够显著改变径向生长，却不一定改变区域大气湿度和树木利用水源的同位素组成。

气候响应分析进一步显示，树轮宽度与当年4—7月温度显著负相关，相关系数达到−0.73，同时与同期降水呈正相关。这并不意味着高温直接阻碍树木生长，而是因为升温增强蒸腾和土壤蒸发，加快土壤失水，最终通过水分胁迫限制形成层活动。树轮δ¹⁸O则表现出更加清晰的水分生理意义。它与5—8月VPD显著正相关：空气越干燥、蒸发需求越强，叶水中的¹⁸O富集越明显，最终形成的纤维素δ¹⁸O越高。同时，δ¹⁸O与7—9月scPDSI显著负相关，说明它能够记录东亚夏季风中后期的综合水分状况。

两类指标在区域尺度上的表现也不同。不同地点的树轮宽度相关性较弱，容易受到海拔、坡向、土壤和局地干扰影响；而四个样点的δ¹⁸O序列均呈显著正相关，主成分分析第一模态解释了56.2%的总方差，表明树轮δ¹⁸O能够捕捉更大范围内共同的季风水汽和大气干湿信号。

这项研究表明：宽度记录的是树木最终生长结果，气候、年龄、竞争、采伐和灾害都可能影响它；δ¹⁸O则更接近水汽来源、叶片蒸发和大气干燥度等具体过程。

因此，在干扰频繁、地形复杂的山区，仅凭年轮变宽或变窄判断气候变化可能存在风险。将树轮宽度与稳定氧同位素结合，不仅能够提高水文气候重建的可靠性，还能帮助研究者区分：一次异常生长，究竟来自气候变化，还是来自森林自身的扰动历史。

图1 研究区域及采样地点地图

图2 翠峰山树轮宽度（a）与对应树轮δ¹⁸O（b）的比较。阴影区域表示显著的生长-释放事件。

图3 树轮δ¹⁸O和RWI年表（蓝线）及另外三个地点记录的对比

研究得到中国科学院战略性重点研究项目（XDB1660102）、国家黄土科学重点实验室（SKLLQGZD2506）、国家自然科学基金（42371073, 42502179, 42071026）的共同资助。