比传统的测量方法更快：树木年轮数据能够高效地揭示安第斯地区本土针叶树Retrophyllum rospigliosii的生长动态

《Dendrochronologia》：Faster than plots: Tree-ring data efficiently reveal growth dynamics in the Native Andean conifer Retrophyllum rospigliosii

树轮数据与固定样地结合验证了 von Bertalanffy 模型在模拟 R. rospigliosii 植株直径及生物量增长中的有效性，证实树轮学可作为长期森林监测的可靠补充。

　　

卡米洛·E·马丁内斯（Camilo E. Martínez）|豪尔赫·A·拉米雷斯（Jorge A. Ramírez）|米尔顿·J·埃斯科瓦尔（Milton J. Escobar）|阿德里亚娜·M·马林·贝莱兹（Adriana M. Marín Velez）|豪尔赫·A·希拉尔多（Jorge A. Giraldo）|塞尔吉奥·A·奥雷戈（Sergio A. Orrego）

哥伦比亚国立大学森林科学系，麦德林校区，麦德林，哥伦比亚

摘要

永久样地（PSPs）在提供长期数据以阐明树木生长和生态相互作用方面发挥了重要作用。然而，这些样地需要数十年的持续监测，并且需要大量的人力、财力和技术资源。树轮年代学是一种可靠的技术，可以回顾性地重建年度生长轨迹，从而确定年直径、基面积、体积和生物量增量。Retrophyllum rospigliosii是一种特有针叶树，已被用于安第斯地区的恢复项目和商业造林试验。在这项研究中，我们合并了来自1999年在哥伦比亚安第斯地区建立的R. rospigliosii林场的两个互补数据集。第一个数据集包含30个PSPs的20年记录，第二个数据集包含16棵树的年轮宽度序列，这些树木涵盖了林场内所有直径等级。我们使用冯·贝塔兰菲生长模型（von Bertalanffy growth model）模拟了单个树木的直径和生物量生长轨迹，并将其变化性与PSP测量结果进行了比较。使用拟合的冯·贝塔兰菲模型生成的模拟生长轨迹显示出与PSP数据集中的观察值一致的变化模式。PSP观测值的95%置信区间与模拟曲线基本吻合，表明该模型有效地捕捉到了PSP测量中的变化性。这项研究展示了树轮年代学数据作为模拟R. rospigliosii林场直径和生物量生长轨迹的有效工具的潜力，并再现了长期PSP监测得出的生长曲线。研究结果还表明，树轮数据有助于填补森林监测中的关键时间空白，为正在进行的PSP测量提供了回顾性补充。

引言

森林在全球碳循环中起着关键作用，它们通过长时间吸收大气中的二氧化碳并将其转化为木质生物量（Pan等人，2013年）。在这些生态系统中，热带安第斯森林以其卓越的生物多样性和显著的碳储存能力而著称（Duque等人，2021年）。系统地监测森林生长动态对于确保有效的保护和管理以及识别影响树木生物量积累的环境因素至关重要（Bowman等人，2013年）。

永久样地（PSPs）在提供长期数据以阐明树木生长和生态相互作用方面发挥了重要作用，否则这些信息将无法被观察到（Vanclay，1994年；Anderson-Teixeira等人，2015年）。尽管PSPs在捕捉整个森林过程（如更新、死亡、物种更替、林分级生物量积累等）方面具有无可估量的价值（Anderson-Teixeira等人，2015年），但它们需要数十年的持续监测才能形成可用于有意义分析的稳健时间序列（Alder和Synnott，1992年；Pretzsch，2009年；Dye等人，2016年）。此外，建立和维护PSPs需要大量的人力、财力和技术资源（Vanclay，1994年；Brienen和Zuidema，2006年）。

尽管PSPs提供了长期见解，但人们越来越关注开发成本效益高、替代性或补充性的方法来重建单个树木的生长过程。正如Zuidema和van der Sleen（2022年）所指出的，捕捉树木级别的生长轨迹对于更精细地理解生物量积累至关重要，因为林分级别的模式是由单个树干层面的过程共同作用形成的。树轮年代学是一种间接测量树轮宽度的方法，当PSP数据不可用时，可以利用它来计算年度生长轨迹和年度生物量增量（Babst等人，2014年；K?hl等人，2017年）。

在热带地区，树轮年代学变得越来越普遍和有效，研究表明许多热带物种能够形成明显的年轮。这一发现挑战了长期以来认为热带树木缺乏可靠年轮结构的观点（Andreu-Hayles等人，2023年；Giraldo等人，2025年；Groenendijk等人，2025年）。因此，研究人员现在能够以年度精度重建生命史并量化对环境变化的响应（Locosselli等人，2020年；Zuidema等人，2022年；Zuidema等人，2025年）。针对各种热带生态系统已经开展了稳健的树轮年代学研究，包括干旱低地（Ramírez和del Valle，2012年）、河口和淹没森林（del Valle等人，2012年）、安第斯山地森林（Giraldo和del Valle，2012年）、常年湿润的Chocó森林（Giraldo等人，2020年）以及城市林分（Diosa-ospina等人，2024年）。这些研究强调了树轮年代学技术的广泛应用性，并强调了在安第斯山地森林中扩展树轮年代学的必要性，以增强对这些生态系统动态和气候敏感性的理解（Groenendijk等人，2025年）。

在提供解决这些空白机会的物种中，Retrophyllum rospigliosii Pilg.是一个值得关注的例子，这是一种能够在安第斯热带地区形成密集林分并具有高地上生物量的特有针叶树。由于栖息地丧失和伐木压力，R. rospigliosii目前被国际自然保护联盟（IUCN）列为易危物种（Gardner和Thomas，2013年；IUCN，2025年）。因此，该物种被广泛用于安第斯地区的恢复项目和商业造林试验（Ramírez等人，2024年；Ruiz-Erazo等人，2025年；Mendoza-Páez等人，2025年）。量化这一物种的生长和生物量积累对于深入理解安第斯森林生态系统的功能及碳封存动态至关重要。此外，这种定量分析对于评估基于本地物种的恢复策略的有效性也是必不可少的。

在最近的一项研究中，Escobar等人（2023年）确认了R. rospigliosii中存在明显且可交叉定年的年轮。这一发现为精确重建生长模式和碳积累提供了新的机会。在这项研究中，我们合并了两个关于R. rospigliosii的互补数据集：首先是1999年在哥伦比亚安第斯地区建立的30个PSPs的20年记录，其次是用于重建树干生长动态（即直径、基面积、体积和生物量）的年轮宽度序列。本研究旨在验证树轮重建能否忠实再现长期PSP监测得出的直径、基面积、体积和生物量生长数据。

研究地点

本研究在1999年由Smurfit Westrock - Cartón de Colombia公司在哥伦比亚考卡省El Tambo市建立的R. rospigliosii林场进行（图1）。该研究地点被称为La Suecia，是一个占地9公顷的林场，平均海拔为1,755米。该地区的年平均温度为19.4°C，年平均降水量为2,298毫米。该地区的土壤被归类为安第斯土（Escobar等人，2023年；Ramírez等人）

参数估计和模型诊断

冯·贝塔兰菲模型（von Bertalanffy model）的所有估计参数在统计上都是显著的（$p<0.001$），并且与代谢理论的预测一致——即$\eta >0$$0<1$（表2）。残差自相关和偏自相关函数的$p=1$（补充信息1）表明该模型符合一阶自回归过程的特征（$p=1$）。因此，模型中加入了ARIMA（1,0,0）结构，有效地去除了自相关性。

树轮数据作为长期样地监测的快速可靠补充

我们的结果表明，树轮数据为监测森林生长提供了可靠且高效的替代（或补充）方法，与传统永久样地（PSPs）相比。通过对420棵Retrophyllum rospigliosii树木在21年内的3,302次测量数据进行分析，我们发现树轮年代学重建可以准确再现长期PSP监测得出的直径、基面积、体积和生物量生长曲线。这一发现表明，树轮数据可以填补森林监测中的关键时间空白，为正在进行的PSP测量提供回顾性补充。

结论

这项研究表明，树轮年代学数据作为模拟R. rospigliosii林场直径生长及重建基面积、体积和生物量轨迹的有效工具具有潜力。我们的发现表明，树轮数据可以填补森林监测中的关键时间空白，为正在进行的PSP测量提供回顾性补充。这种整合可以显著增强国家森林清查和恢复评估的时间深度。

未引用的参考文献

Burkhart和Tomé，2012年；Xu等人，2021年

CRediT作者贡献声明

塞尔吉奥·A·奥雷戈（Sergio A. Orrego）：撰写——审稿与编辑；撰写——初稿；监督；方法论；调查；概念化。 阿德里亚娜·M·马林·贝莱兹（Adriana M. Marín Velez）：撰写——初稿；方法论；调查；数据管理；概念化。 豪尔赫·A·希拉尔多（Jorge A. Giraldo）：撰写——审稿与编辑；撰写——初稿；验证；监督；方法论；调查；概念化。 卡米洛·E·马丁内斯（Camilo E. Martínez）：撰写——初稿；方法论；调查；数据分析；数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。