超越最大密度：多参数揭示欧洲赤松气候敏感性的新见解

本研究针对欧洲赤松(Pinus sylvestris L.)在气候变化响应中仅关注最大晚材密度(MXD)而忽略其他密度参数的问题，通过分析苏格兰与瑞典两地树木年轮密度数据，发现最小密度(MND)与温度的相关性在20世纪末显著减弱，揭示了全球变暖下树木生长的生理机制变化，对高分辨率气候重建具有重要意义。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，树木年轮学作为重建过去气候条件的重要工具，正面临着新的挑战。欧洲赤松（Pinus sylvestris L.）作为欧亚大陆分布最广的针叶树种之一，长期以来被用于树轮宽度（TRW）和最大晚材密度（MXD）为基础的气候重建研究。然而，其他密度参数如早材密度（EWD）、晚材密度（LWD）和最小密度（MND）的气候信号却常被忽视，这限制了对树木生长响应气候变化的全面理解。特别是在全球变暖的背景下，树木生长的气候敏感性可能发生改变，传统单一参数的应用可能无法准确捕捉这些变化，从而影响气候重建的可靠性。

为了深入探究欧洲赤松多个密度参数的气候响应及其随时间的变化，由Inga K. Homfeld领导的研究团队在苏格兰的Glen Affric（GAF）和瑞典的Tornetrask（TOR）两个气候条件对比显著的站点展开了系统研究。这两个站点分别代表了欧洲赤松分布的西北和北部边界，具有相似的生态条件但不同的气候特征，为比较研究提供了理想场所。相关研究成果已发表在《Trees》期刊上。

研究团队主要采用了X射线密度测定技术（X-ray densitometry），从每个地点50棵不同树龄的树木中采集了两个5毫米的芯样，测量了树轮宽度并进行了交叉定年。通过Walesch X射线密度计提取了五个密度参数：总轮密度（TRD）、早材密度（EWD）、最小密度（MND）、晚材密度（LWD）和最大晚材密度（MXD）。使用年龄依赖样条（ADS）和30年固定样条对数据进行去趋势处理，并采用双权重稳健平均法构建年表。通过计算与月平均、最低和最高温度的相关性，并使用31年滑动相关分析评估信号的时间稳定性，同时考虑了树龄对气候信号的影响。

密度参数的特征

研究建立了GAF和TOR两地五个密度参数的高复制年表，发现MXD和LWD之间高度一致，而MND、EWD和TRD与MXD及彼此间的相关性较低。TOR年表显示出更高的平均序列互相关和更低的自相关性，表明其对当地气候条件具有更高的敏感性。

气候响应与时间稳定性

LWD和MXD与6月至8月月平均温度及所有季节平均值呈显著正相关，但9月份相关性减弱。这一结果与以往两个站点的研究一致，均报告了MXD与夏季温度的强显著相关性。值得注意的是，TOR的MND和EWD与7月平均温度存在显著的负相关，而GAF的MND和EWD则显示不显著的弱正相关。与降水和scPDSI（self-calibrated Palmer Drought Severity Index）数据的相关性分析未能澄清MND结果的矛盾，因为两个站点的参数显示出相似的响应。

树龄组成的影响

分析显示，两个数据集的年龄结构分布不均，TOR和GAF分别有52和38个样本树龄小于100和70年。年轻和老年年表的分析揭示了MXD和MND之间不同的气候响应，与全年表的结果一致。树龄对气候信号稳定性的影响在两个站点和两个参数上显得模糊，无法就纳入年轻样本得出一般性结论。

温度响应的下降

在两个站点，老年年表在过去四十年（1981-2020）的温度相关性较前四十年（1941-1980）有所下降，但仅TOR MND和GAF MXD的差异具有统计显著性。TOR MND信号在两个时期之间显著恶化，从7月的-0.69降至-0.14，JJA从-0.60降至-0.29。

季节响应的变化

TOR MND与平均温度的月相关性分析显示，除了7月份从分析期开始直到1980年代末信号完全丢失外，其他月份没有一致的模式或时间变化。TOR MXD的季节保真度表明，春末和夏初温度（4月、5月）的重要性增加，可能反映了生长季的拓宽。同时，1980年后与6月和7月相关性的减弱可能是温度限制在气温升高下丧失的表现。

研究结论部分强调，通过分析两个高复制密度参数年表，检验了生长对气候变化的响应及树龄的影响。MXD在苏格兰和瑞典都是最强的温度代理，纳入混合样本年龄并不影响这些发现。MND作为气候代理具有尚未开发的潜力，在1901-1980年间解释了7月平均温度超过一半的方差。尽管存在这种强相关性，但MND与7月温度的关系在近几十年减弱。因此，建议利用已有的密度参数拓宽我们对气候变化影响树木生长的理解，并帮助识别气候敏感性的变化，这些变化如果仅关注“性能最佳”的参数可能会被忽视。

此外，MND与温度相关性的变化可能与生长季提前开始有关，导致通过增加影响木材形成的因素的时间和范围而削弱信号。其他解释包括达到生理阈值温度，超过此温度树木生长不再响应温度变化。MND温度相关性的下降也与1980年代MND和MXD之间关系的转变同时发生。不断变化的气候条件可能影响MND和MXD之间不断变化的关联，这可能有助于识别过去类似的气候变化事件。对千年长度的MXD和相应MND记录的分析可能揭示历史上MND和MXD相关性发生变化的时期，表明树木生长的气候敏感性发生了类似转变，类似于TOR年表中的发现。

这项研究不仅深化了对欧洲赤松气候响应机制的理解，还为未来气候重建研究提供了多参数分析的新视角，强调在全球化变暖背景下，综合评估多个密度参数的重要性，以更准确地捕捉树木生长的气候变化信号。