方法文章

如何从树木年轮中提取气候变异性

DOI：

10.3791/63414

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2022年3月9日

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1INIFAP, CENID-RASPA, 2Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México, 3Facultad de Ciencias Naturales, Universidad Autónoma de Querétaro, 4Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Juárez del Estado de Durango, 5Instituto de Geografía, Universidad Nacional Autónoma de México, 6Facultad de Ciencias Agrícolas y Forestales, Universidad Autónoma de Chihuahua

本文内容

摘要

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树木年轮气候重建有助于更好地了解仪器记录之外的过去气候变率。该协议展示了如何使用树木年轮和气象仪器记录重建过去的气候。

摘要

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树木年轮已在全球许多地方用于重建气候变量。此外，树木年轮可以为过去几个世纪的气候变化提供有价值的见解，在某些地区，甚至几千年。尽管近几十年来，树木年代学在研究不同生态系统中存在的大量物种的树木气候潜力方面取得了重要进展，但仍有许多工作有待完成和探索。除此之外，在过去几年中，世界各地越来越多的人（学生、教师和研究人员）对实施这门科学感兴趣，以将气候信息的时间轴向后延伸，并了解气候在几十年、几个世纪或几千年尺度上是如何变化的。因此，这项工作的目的是描述进行树木年轮气候重建所需的一般方面和基本步骤，从选址和现场采样到实验室方法和数据分析。在该方法的视频和手稿中，解释了树木年轮气候重建的一般基础，以便新手和学生可以将其用作该研究领域的可用指南。

引言

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树木年轮是我们了解树木如何对环境做出反应的基础。此外，由于气候会影响树木的生长，树木可以作为环境量尺，记录其生命周期内的时间变化。因此，树木年轮对于重建过去的气候具有远超任何仪器气候记录的价值。

树木的根、茎、枝、叶的生长过程和繁殖策略受环境因素的调节，如水、光、温度和土壤养分1。例如，茎呈放射状生长，维管形成层控制径向生长2（radial growth）。维管形成层是一种分生组织，将积极产生新的功能性细胞，例如位于茎外边界的木质部和树皮。此外，维管形成层主要在季节性周期中活跃。然而，这种生长活动可以在休眠期和一年中的特定季节中断。这个休眠期通常发生在环境变量不是最佳时（例如，较短的昼夜周期、延长的干旱期、寒冷的冬天或洪水）。此外，生长和休眠周期转化为形成层活动的变化，导致茎上在解剖学上不同的同心边界，称为树木年轮3。

树木通常每年产生一个树木年轮，因为气候季节性每年都会发生。因此，树木年轮是树木生长过程中维管形成层对年内气候条件的生态生理反应的视觉表现3。雨季在树木年轮上形成的早期木质部细胞簇的特征是称为早木4 的较....

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方案

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在实地考察之前，如果是保护区，则要得到所有者或相应当局的许可。一些代表当局的人员参与现场工作以避免任何问题，这一点非常重要。

1. 采样策略

  1. 确定研究区域
    1. 根据气候信息和森林组成选择最合适的采样区域（森林可以是高度异质的; 图 1A、B）。
    2. 检查采样点是否显示出明显的年度气候季节性和年际气候变化，包括一年中的旱/湿或冷/热季节。检查附近气象站的气候记录，以确定年度气候季节性和年度气候变化。
    3. 确保存在中度至高度气候年际变化，以便研究地点的树木显示出足够的年轮宽变化，以便对树木之间的样本进行交叉日期。
    4. 在感兴趣的区域进行实地考察，以确定具有感兴趣物种的潜在地点（图 1B）
    5. 使用一些推荐的工具（例如制图、无人机和卫星图像）来探索更大的森林区域并检测更多潜在的采样区域。在现场验证来自这些来源的信息。
    6. 从互补来源收集信息，例如区域利益相关者，包括森林服务提供商、森林生产者、农村社区和小土地所有者。根据从这两个来源获得的信息，选择最好的研究地点和最合适的个人来实现目标。
    7. 选择观察到感兴趣物种中寿命最长的个体的区域（

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结果

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按照协议的步骤 1.1 和 1.2，Pinus lumholtzii BL Rob。& Fernald被选中进行这项研究。在考虑的最重要的方面中，有几个如下:它是 松 属的针叶树，地理分布广泛，从树木年代学的角度来看研究很少;它生长在岩石露头的贫瘠地点，蓄水能力低，其生长受到水和营养供应不足的限制，导致生长速度缓慢，几乎没有商业价值;由于其表型构象和很少的商业利益，可以找到干扰低且个体寿命长的地点;以前的一些研究表明，它是一个具有高度气候敏感性和树木年代潜力的物种。

在为期一周的现场工作中，按照方案的第 1.3 步，收集了 50 个样本。第 2 步之后的样品制备需要一周时间。在 50 个样本中，有 41 个样本进行了交叉测年，显示出高且显著的序列间相关性值 （r = 0.60，p <0.01）。所有树木年轮系列的交叉测年过程均使用 COFECHA 软件进行。在交叉测年过程中遇到了警告标志，这些警告标志后来进行了修订和证实，以确保没有潜在的测年错误（遵循步骤 3.4 至 3.8）。我们确定了 5 个缺失的环和 0 个假环。41 个系列.......

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讨论

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代理记录是依赖于天气的自然系统，这些系统在过去存在并且仍然存在，例如湖泊和海洋沉积物、花粉、珊瑚礁、冰芯、Packrat middens 和树木年轮，因此可以从中获取信息24。然而，从大多数气候敏感的代理来看，树木年轮代表了具有最高精度和年际分辨率的代理，允许将气候和生态事件的年代确定为发生的确切年份，跨越几个世纪，有时长达几千年3,5,25,26 .交叉测年技术现在用于检查和验证形成规则生长带（有时是每年一次）的其他代理记录的正确年代，例如冰芯、珊瑚、蛤壳中的环27 和碳 1428,29。树木年代学是了解.......

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披露

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作者没有什么可披露的。

致谢

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该研究项目是通过 CONAFOR-2014、C01-234547 和 UNAM-PAPIIT IA201621 项目提供的资金来实施的。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
ARSTAN 软件https://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software
带砂光机Dewalt Dwp352vs-b3 3x21 PuLG用于砂光样品
链锯 Chaps林业供应商PGI 5 层对位芳纶https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Chaps
链锯Stihl 或 Husqvarna 用于示例MS 660采集横截面样本的基本设备（示例：18-24 英寸棒）
测角仪林业供应商Suunto PM5/360PC 带百分比和度标尺https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Clinometer
COFECHA 软件https://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software
CompassForestry供应商Suunto MC2 Navigator Mirror Sightinghttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=compass
树木生态学实地考察计划可以获得或磨练约会技能的项目http://dendrolab.indstate.edu/NADEF.htm
直径胶带林业供应商型号 283D/10M 织物或钢。https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Diameter%20tape
数码相机佳能EOS 90D DSLR拍摄现场和采集的样本 （https://www.canon.com.mx/productos/fotografia/camaras-eos-reflex）
显微镜数码相机奥林巴斯DP27https://www.olympus-ims.com/es/microscope/dp27/
电工胶带或保鲜膜 保护样本uline.comhttps://www.uline.com/Product/Detail/S-6140/Mini-Stretch-Wrap-Rolls/
田野格式没有任何特定特性从每个样本中收集信息
野外笔记本记录研究地点信息
用于野外保护
Haglöf Increment Borer Bit Starter林业供应商https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Increment%20borer
听力保护林业供应商没有任何特定特性https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Hearing%20protection
HelmetForestry Suppliers没有任何特定特性https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Wildland%20Fire%20Helmet
增量钻孔机林业供应商Haglofhttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Increment%20borer
大型背包没有任何特定的特性用于在田间运输横截面的坚固背包
安全眼镜林业供应商没有https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Safety%20Glasses
砂纸从 40 到 1200 粒度
软件 测量 J2X版本 4.2http://www.voortech.dreamhosters.com/projectj2x/tringSubscribeV2.html
STATISTICA内核版本 5.5 程序 （Stat Soft， Inc. 2000）统计分析程序
体视显微镜奥林巴斯SZX10https://www.olympus-ims.com/en/microscope/szx10/
地形图、土地覆盖图从公共机构获得或在第一阶段的研究中生成
图纸没有任何特定特性用于在现场运输样品的强管
Velmex 设备Velmex， Inc.0.001 mm 精密www.velmex.com
手套 任何特定特性 管

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Oliver, C., Larson, B. Brief Notice: Forest Stand Dynamics (Update Edition). Forest Science. 42 (3), 397(1996).
  2. Dickison, W. C. Integrative Plant Anatomy. Integrative Plant Anatomy. , Academic press. (2000).
  3. Fritts, H. C. Tree-Ring and Climate. UCAR Center for Science Education. , Available from: https://scied.ucar.edu/learning-zone/ho....

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