黎巴嫩高山刺柏木材解剖定量分析揭示其作为水文气候档案的潜力与区域干旱响应机制

这篇研究首次将定量木材解剖学（QWA）应用于黎巴嫩山脉的希腊刺柏（Juniperus excelsa），揭示了其导管腔径向直径（LD）与5月降水（正相关）及生长季高温（负相关）的显著关联，为中东-北非（MENA）地区干旱重建提供了新代理指标。研究发现自1990年代初LD持续下降，印证了全球变暖背景下该树种的干旱胁迫加剧趋势。

　　

1 引言

中东和北非（MENA）地区作为气候变化敏感区，面临水资源短缺和潜在冲突的双重压力。希腊刺柏（Juniperus excelsa）因其长寿特性及考古遗址中的广泛分布，成为树轮气候学研究的关键物种。以往研究多集中于土耳其、约旦等地的刺柏种群，而本研究首次对黎巴嫩山脉刺柏开展定量木材解剖学（QWA）分析，聚焦导管腔径向直径（LD）和切向细胞壁厚度（CWT）的气候响应机制。

2 材料与方法

2.1 研究地点

采样点位于黎巴嫩最高峰库尔奈特·苏达山（3088米）背风坡，海拔约2000米。该地区受地中海气候与撒哈拉气流（Sirocco）交替影响，冬季积雪显著，夏季干旱炎热。土壤以石质薄层土为主，林分稀疏且以刺柏为优势种。

2.2 样本处理与年代学构建

2019-2020年采集53个树芯（来自19棵树），通过显微切片技术制备30-40微米横切面，使用激光共聚焦显微镜（CLSM）成像。通过ROXAS软件测量1963-2019年间LD和CWT参数，将每个年轮划分为10个等分扇区（I-X），建立标准化年表。统计指标显示LD扇区IX-X的EPS达0.79，Rbar为0.4，显著优于CWT指标。

3 结果

3.1 解剖参数时序变化

LD从扇区I的22.4±1.63微米递减至扇区X的3.7±0.31微米，而CWT从3.1±0.13微米增至5.2±0.18微米。ANOVA分析揭示1992年前后LD存在显著差异（p=0.00077），CWT变化滞后7年（p=0.014），反映持续干旱胁迫。

3.2 气候响应模式

LD与当前5月降水呈正相关（扇区VIII，r=0.46），与7-9月最高温（T_max）负相关（扇区X，r=-0.71）。空间相关分析显示LD与南MENA地区7-10月T_max（r≤-0.6）及8月SPEI-1（r=0.4-0.6）显著关联，表明南方气候系统主导生长限制。

3.3 季节性调控机制

早期木质部（扇区I-II）响应4-6月降水，而晚期木质部（扇区VIII-X）受前一年8-9月SPEI-1调控。未滤波数据保留的低频信号显示LD与4-10月T_max存在显著趋势关联（r=-0.58）。

4 讨论

刺柏通过缩小导管腔直径（而非调整细胞壁厚度）适应干旱，该策略与道格拉斯冷杉等旱生树种类似。1990年代后的LD下降趋势与区域变暖同步，可能反映撒哈拉气流增强导致的生长季延长。木材解剖参数比传统树轮宽度更敏感捕捉到SPEI-1和T_max信号，尤其保留低频气候波动特征。

5 结论

本研究证实刺柏LD可作为MENA地区水文气候重建的新一代理指标，其记录的1990年代以来持续干旱信号为预测未来气候变化影响提供基线数据。建议后续研究结合多海拔梯度采样，以解析地形对木材解剖-气候关系的调控作用。