本文建立了新疆艾比湖東部地區(qū)古爾圖181年的胡楊樹輪寬度年表,分析了寬度年表的統(tǒng)計特征以及與該地區(qū)精河、蔡家湖兩個氣象站溫度、降水的相關(guān)關(guān)系,

　　新疆塔里木河胡楊分布區(qū)內(nèi)平均溫度年較差為28.5—44.1℃,日較差20—27.5℃,極端最高40.6℃,極端最低-25.5℃[10]。內(nèi)蒙古黑河流域額濟(jì)納胡楊分布區(qū)多年平均氣溫8.3℃,極端最高氣溫42.2℃,極端最低氣溫-37.6℃?？諝飧稍?平均相對濕度為35%左右,潛在蒸發(fā)量高達(dá)3706mm,是降水量的近100倍[4-5]。溫差大、變化多、水量少、干燥、頻繁的干熱風(fēng)和大風(fēng)、蒸發(fā)量高,冬季嚴(yán)寒、夏季酷熱是胡楊生長區(qū)域總的氣候特征[11]。胡楊生長區(qū)域內(nèi)高的蒸發(fā)量和低的降水量,使得胡楊生長主要依賴于河流徑流,以及受河流徑流影響的地下潛水。

　　內(nèi)陸河流因其補給排泄方式途徑的不同,徑流量在不同季節(jié)洪枯懸殊的特征非常明顯。在荒漠干旱氣候條件下,地下潛水位,或者有無地表徑流是影響胡楊生長的直接的決定性因素。地下水位過高,會因強烈蒸發(fā)耗散大量水分,導(dǎo)致土壤嚴(yán)重鹽漬化,對胡楊生長形成鹽脅迫。地下水位過低,土壤極度缺水,會對胡楊生長造成水分脅迫[5,9]。當(dāng)?shù)叵滤癫厣疃仍诤鷹钸m宜生長范圍內(nèi)時,地下水的水化學(xué)特征,特別是礦化度高低又會對胡楊的生長產(chǎn)生顯著影響[5,12]。地下潛水礦化度比較低時,胡楊普遍生長較好。

　　另外,土壤有機質(zhì)含量也是決定胡楊生長的主要因素。在地下水水位與礦化度、土壤含水量、含鹽量等指標(biāo)均適宜于胡楊生長時,土壤中有機質(zhì)含量的高低與胡楊分布蓋度和長勢有一定的相關(guān)關(guān)系,有機質(zhì)含量高,胡楊分布密集,長勢較好,反之蓋度低、長勢差[13-14]。

　　胡楊樹木年輪學(xué)研究進(jìn)展

　　樹木年輪特征與環(huán)境因子之間存在著密切的關(guān)系,外界氣候環(huán)境因子的變化在樹木生長過程中塑造出不同的年輪形態(tài),利用樹輪資料反演重建過去長期的氣候環(huán)境變化過程是樹木年輪學(xué)研究的根本所在。樹輪學(xué)研究選用的樹種以針葉樹為主,闊葉樹較少。胡楊作為內(nèi)陸干旱荒漠地區(qū)樹齡較長的闊葉樹種,是開展過去氣候環(huán)境變化研究的寶貴材料。

　　同胡楊的地理分布特征一樣,全球胡楊樹輪學(xué)研究在中國開展地最早、最多,其中以新疆地區(qū)的研究最為集中。在新疆,較早開展的胡楊樹輪研究均是地表河流水文過程的歷史重建與分析,學(xué)者們先后采集胡楊樣本55組,建立胡楊樹輪年表33個[15]。

　　進(jìn)入21世紀(jì),新疆的胡楊樹輪研究工作不僅涉及氣候因子、水文序列的重建,而且還包括胡楊徑向生長日變化特征分析[4],不同胸徑胡楊徑向生長的合理生態(tài)水位研究[16],以及生態(tài)輸水對胡楊主干徑向生長量的影響分析等方面[17]。建立了長度超過200年的胡楊樹輪年表,分析了胡楊年輪生長與溫度、降水、湖面變化、地下水水位、沙塵暴日數(shù)等氣候環(huán)境變化因素之間的相關(guān)關(guān)系,為區(qū)域氣候環(huán)境變化研究提供了豐富的基礎(chǔ)資料[12,18]。內(nèi)蒙古黑河流域額濟(jì)納地區(qū)分布著中國第二大天然胡楊林,國內(nèi)外學(xué)者先后在這里開展了一系列胡楊樹輪研究工作。

　　劉普幸等[19-20]以內(nèi)蒙額濟(jì)納旗河岸胡楊林為研究對象,應(yīng)用樹輪水文氣候?qū)W理論和方法,研究了額濟(jì)納旗樹木年輪的水文-氣候響應(yīng)模式與機制。Liu,孫軍艷等[21-22]通過胡楊樹輪寬度的分析,建立了內(nèi)蒙古額濟(jì)納地區(qū)過去233年來的標(biāo)準(zhǔn)年表(STD),差值年表(RES)和自回歸標(biāo)準(zhǔn)化年表(ARS);并將樹輪STD年表與額濟(jì)納氣象站的氣溫、降雨量以及狼心山水文站的地下水水位等記錄進(jìn)行了相關(guān)分析。

　　艾比湖流域胡楊樹輪分析數(shù)據(jù)與方法

　　艾比湖處于歐亞大陸腹地,位于準(zhǔn)噶爾盆地西南,是該區(qū)域的匯水中心,其北部是天山最北支阿拉套南坡,南側(cè)是北天山西段北坡,流域面積50621km2。該地區(qū)年降水100mm左右,蒸發(fā)量3790mm以上,極端最高氣溫44℃,極端最低氣溫-33℃,氣候極端干燥,降水稀少,屬典型溫帶大陸性氣候[2,11,18]。樹輪樣本的采集研究采樣區(qū)域位于艾比湖流域東部地區(qū),新疆甘家湖梭梭林國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)。保護(hù)區(qū)跨新疆的烏蘇、精河、托里三縣市,北連烏蘇、托里交界的瑪依勒山,南接312國道,東臨四棵樹河,西接艾比湖西北緣,在地形單元上屬于艾比湖盆地。

　　保護(hù)區(qū)由南北兩面向中央和西部傾斜,奎屯河、四棵樹河、古爾圖河在此匯集,最終注入艾比湖。野外共采集兩組胡楊樹輪樣本,第一組采樣地點(44°42′52.3″N,83°50′14.3″E)位于甘家湖林場的也可夏保護(hù)區(qū)護(hù)管站附近,屬古爾圖河谷胡楊林地,處于古爾圖河河谷地帶,谷地南北延伸,原來河流流向由南向北,古河床位于谷地西側(cè)。該點共采集樹木26棵,樣芯54個,樣本編號為YKX01組。第二組采樣地點(44°36′25.2″N,83°51′57.6″E)位于古爾圖鎮(zhèn)北二隊村后的臺地上,地勢平坦,受微地形控制,低處地表鹽堿化明顯,表土層呈干燥硬殼,可見白色鹽漬、鹽霜。

　　表土為亞黏土夾雜礫石,干燥時結(jié)殼堅硬。該點共采集樹木27棵,樣芯57個,樣本編號為GRT01組。年表的建立及其統(tǒng)計特征樣本帶回實驗室后,按照處理程序,進(jìn)行固定、打磨,進(jìn)行年輪辨認(rèn)和標(biāo)記,采用Skeleton法進(jìn)行逐步交叉定年,采用COFECHA程序控制定年質(zhì)量,確定每一生長輪準(zhǔn)確的生長年份[23]。胡楊木質(zhì)部能夠貯存大量水分,很多胡楊內(nèi)部木質(zhì)部腐朽嚴(yán)重,采集的第一組YKX01樣本在實驗室處理過程中樣品大量斷裂,破損嚴(yán)重,絕大部分樣本無法通過交叉定年程序確定生長輪年份,后續(xù)的研究中舍棄了YKX01組樣品。

　　艾比湖流域胡楊樹輪年表分析與討論

　　樹輪年表與氣象資料的相關(guān)分析樹輪寬度對氣候的響應(yīng),主要依據(jù)年表和氣象資料之間的相關(guān)分析。表3是古爾圖樹輪寬度年表與蔡家湖、精河氣象站降水量之間的相關(guān)分析結(jié)果。從表中可看出,雖然整體相關(guān)系數(shù)不高,但仍表現(xiàn)出一定的規(guī)律性,而且兩個氣象站也有一致的特征規(guī)律。

　　研究區(qū)地處歐亞大陸腹地,具有冬(上年10月至當(dāng)年3月)、夏(4—9月)半年的氣候特征。研究區(qū)年均降水量約為100mm,降水變率較大,年日照時數(shù)2700h,多年平均溫度約為6.0℃,大于10℃的積溫約為3600℃,年日照百分率為60%,蒸發(fā)量在2500—3500mm,是降水量的7—35倍。夏半年蒸發(fā)量占年蒸發(fā)量的86.7%—87.8%,可見夏半年的降水對胡楊樹木生長不會有顯著影響,不是樹木生長的限制條件。古爾圖樹輪寬度指標(biāo)與蔡家湖、精河氣象站夏半年降水量之間相關(guān)系數(shù)很低,甚至是負(fù)相關(guān)的分析結(jié)果可得到合理解釋。相對夏半年,冬半年的降水量與樹輪寬度指標(biāo)間有較好的相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)最高是精河上年11月至當(dāng)年2月的降水與樹輪指標(biāo)之間,達(dá)到0.408,蔡家湖氣象站同期的相關(guān)系數(shù)是0.360,這也是兩站所有相關(guān)系數(shù)中最高的。比較兩個氣象站可看出,相關(guān)系數(shù)高低分布的月份時段是一致的,精河氣象站的降水量資料與樹輪寬度指標(biāo)的相關(guān)性高于蔡家湖氣象站,這與精河站離采樣地直線距離較近,地理環(huán)境更加相似對應(yīng)。

　　樹輪寬度指標(biāo)年表與蔡家湖、精河氣象站溫度間相關(guān)分析結(jié)果如表4所示。與降水對比,樹輪寬度指標(biāo)對溫度的響應(yīng)更不明顯,樹木生長的溫度限制因子不顯著,這可能與研究區(qū)光熱條件充足,完全滿足樹木生長的需求有關(guān)。樹輪年表與氣候環(huán)境的討論基于樹輪年表與氣候因子的相關(guān)分析,可以討論研究區(qū)胡楊生長過程中記載的氣候環(huán)境變化信息。是古爾圖胡楊STD年表序列(細(xì)線)及其11年滑動序列(粗線)。可以看出,樹輪年表指數(shù)較高的極端年份有1841、1851、1989年;指數(shù)較低的極端年份有1842、1859、1895、1961;指數(shù)較高的時段有1840—1880年、1895—1920年、1967—1976年、1987—2004年;指數(shù)較低的時段有1880—1895年、1920—1967年、1976—1987年。指數(shù)較高時段是胡楊生長外界氣候環(huán)境條件較好的時期,較低的指數(shù)時段對應(yīng)氣候環(huán)境條件相對較差的時期。