中欧地区挪威云杉树轮参数的温度敏感性受污染影响的机制研究及其气候重建意义

针对中欧地区20世纪下半叶严重空气污染如何影响树木生长-气候响应关系这一科学问题，研究人员通过多参数树轮分析（RW/LWBI/CWT），揭示了污染胁迫通过减少细胞数量降低树轮宽度(RW)的气候敏感性，而晚材蓝光强度(LWBI)和最大细胞壁厚度(CWT)因与晚材形成相关而保持稳定温度信号，为污染区域树木年轮气候重建提供了参数选择依据。

　　

20世纪下半叶，中欧地区尤其是捷克、德国和波兰交界的"黑三角"地带，因工业排放导致硫(SO₂)和氮氧化物(NO_x)污染达到历史峰值，引发大面积云杉林衰退。这一环境危机不仅造成森林生态破坏，更对依赖树木年轮进行气候重建的研究提出严峻挑战——传统树轮宽度(RW)参数在污染胁迫下可能出现生长抑制和气候信号失真，但其他树轮参数如晚材蓝光强度(LWBI)和木材解剖特征的响应机制尚不明确。

为解析污染对不同树轮参数气候敏感性的差异化影响，由捷克科学院等机构组成的研究团队在捷克和斯洛伐克北部海拔梯度上选取6个挪威云杉样点，通过多参数树轮分析技术，首次系统评估了污染对RW、LWBI和定量木材解剖(QWA)参数最大细胞壁厚度(CWT)的干扰机制。研究发现，污染最严重的北部波希米亚(NB)和西部波希米亚(WB)站点在1970-1980年代出现显著RW生长抑制，而LWBI和CWT的时序趋势与温度记录保持高度一致。通过曲线干预检测(CID)方法校正后，RW的气候信号仅获有限改善，而LWBI和CWT对生长季(4-9月)温度的响应强度(r_LWBI=0.52–0.75; r_CWT=0.63–0.68)显著高于RW(r_RW=0.28–0.58)，且不受污染时期影响。

研究采用的关键技术包括：(1)使用2400 dpi扫描仪获取树轮图像并测量RW和LWBI；(2)通过定量木材解剖技术(ROXAS软件)分析最大细胞壁厚度(CWT)等显微特征；(3)应用曲线干预检测(CID)识别污染相关的生长异常；(4)基于CRU TS 4.07气候数据开展生长-气候响应分析。

研究结果部分：

1. 生长趋势差异：RW在污染高峰期(1980年代)呈现明显下降，而LWBI和CWT保持稳定，仅SWC2站点在1990年代出现LWBI异常下降。
2. 污染信号检测：CID方法有效识别出NB和WB站点的RW抑制趋势，但对斯洛伐克-波兰边境站点(SP1/SP2)影响较小。
3. 温度敏感性：RW信号在污染期显著减弱，而LWBI和CWT保持稳定的4-9月温度信号，且CWT在WB站点的信号强度达r=0.68。
4. 木材解剖特征：污染主要减少细胞数量而非改变细胞结构，导致RW受干扰而LWBI/CWT维持气候敏感性。

结论与意义：
该研究首次证实污染胁迫通过抑制形成层活动减少细胞数量，从而削弱RW的气候响应，而反映晚材发育的LWBI和CWT因涉及温度敏感的木质化过程而保持稳定信号。这一发现为污染区域的树木年轮气候重建提供了关键参数选择依据——优先采用LWBI或CWT参数可有效规避污染干扰，显著提升历史温度重建精度。研究同时指出，在亚洲、北美等当前仍面临工业污染的地区开展树轮研究时，需充分考虑参数选择对气候信号保真度的影响。论文发表于农林气象学顶级期刊《Agricultural and Forest Meteorology》，为环境胁迫下的树木生理响应机制研究树立了新范式。