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

　　新疆塔里木河胡楊分布區內平均溫度年較差為28.5—44.1℃,日較差20—27.5℃,極端最高40.6℃,極端最低-25.5℃[10]。內蒙古黑河流域額濟納胡楊分布區多年平均氣溫8.3℃,極端最高氣溫42.2℃,極端最低氣溫-37.6℃。空氣干燥,平均相對濕度為35%左右,潛在蒸發量高達3706mm,是降水量的近100倍[4-5]。溫差大、變化多、水量少、干燥、頻繁的干熱風和大風、蒸發量高,冬季嚴寒、夏季酷熱是胡楊生長區域總的氣候特征[11]。胡楊生長區域內高的蒸發量和低的降水量,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。

　　內陸河流因其補給排泄方式途徑的不同,徑流量在不同季節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,會因強烈蒸發耗散大量水分,導致土壤嚴重鹽漬化,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]。當地下水埋藏深度在胡楊適宜生長范圍內時,地下水的水化學特征,特別是礦化度高低又會對胡楊的生長產生顯著影響[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、含鹽量等指標均適宜于胡楊生長時,土壤中有機質含量的高低與胡楊分布蓋度和長勢有一定的相關關系,有機質含量高,胡楊分布密集,長勢較好,反之蓋度低、長勢差[13-14]。

　　胡楊樹木年輪學研究進展

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

　　同胡楊的地理分布特征一樣,全球胡楊樹輪學研究在中國開展地最早、最多,其中以新疆地區的研究最為集中。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,學者們先后采集胡楊樣本55組,建立胡楊樹輪年表33個[15]。

　　進入21世紀,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水位研究[16],以及生態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、沙塵暴日數等氣候環境變化因素之間的相關關系,為區域氣候環境變化研究提供了豐富的基礎資料[12,18]。內蒙古黑河流域額濟納地區分布著中國第二大天然胡楊林,國內外學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]以內蒙額濟納旗河岸胡楊林為研究對象,應用樹輪水文氣候學理論和方法,研究了額濟納旗樹木年輪的水文-氣候響應模式與機制。Liu,孫軍艷等[21-22]通過胡楊樹輪寬度的分析,建立了內蒙古額濟納地區過去233年來的標準年表(STD),差值年表(RES)和自回歸標準化年表(ARS);并將樹輪STD年表與額濟納氣象站的氣溫、降雨量以及狼心山水文站的地下水水位等記錄進行了相關分析。

　　艾比湖流域胡楊樹輪分析數據與方法

　　艾比湖處于歐亞大陸腹地,位于準噶爾盆地西南,是該區域的匯水中心,其北部是天山最北支阿拉套南坡,南側是北天山西段北坡,流域面積50621km2。該地區年降水100mm左右,蒸發量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域位于艾比湖流域東部地區,新疆甘家湖梭梭林國家級自然保護區內。保護區跨新疆的烏蘇、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。

　　保護區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區護管站附近,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。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。年表的建立及其統計特征樣本帶回實驗室后,按照處理程序,進行固定、打磨,進行年輪辨認和標記,采用Skeleton法進行逐步交叉定年,采用COFECHA程序控制定年質量,確定每一生長輪準確的生長年份[23]。胡楊木質部能夠貯存大量水分,很多胡楊內部木質部腐朽嚴重,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分析樹輪寬度對氣候的響應,主要依據年表和氣象資料之間的相關分析。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分析結果。從表中可看出,雖然整體相關系數不高,但仍表現出一定的規律性,而且兩個氣象站也有一致的特征規律。

　　研究區地處歐亞大陸腹地,具有冬(上年10月至當年3月)、夏(4—9月)半年的氣候特征。研究區年均降水量約為100mm,降水變率較大,年日照時數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%,蒸發量在2500—3500mm,是降水量的7—35倍。夏半年蒸發量占年蒸發量的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與蔡家湖、精河氣象站夏半年降水量之間相關系數很低,甚至是負相關的分析結果可得到合理解釋。相對夏半年,冬半年的降水量與樹輪寬度指標間有較好的相關關系,相關系數最高是精河上年11月至當年2月的降水與樹輪指標之間,達到0.408,蔡家湖氣象站同期的相關系數是0.360,這也是兩站所有相關系數中最高的。比較兩個氣象站可看出,相關系數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的相關性高于蔡家湖氣象站,這與精河站離采樣地直線距離較近,地理環境更加相似對應。

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