实验方案模板

实验方案

1. 研究内容

在秦岭火地塘林区选取2种主要成林树种油松(Pinus tabulaeformis)和青杄 (Picea asperata)为研究对象，利用所选择树种的年轮宽度指数与该地区长期气象资料进行分析，运用树木年轮生态学的基本原理和方法，寻找秦岭火地塘林区不同海拔上影响树木生长的主要气候因子，并建立不同树木年轮与气候要素之间的响应关系，为进一步反演气候变化做准备。

主要研究内容如下：

（1）建立不同海拔所选取2个树种的年轮宽度年表；

（2）分析火地塘林区油松、青杄树木生长对气候因子的响应关系； （3）初步比较分析不同海拔不同树种受气候变化影响的差异；

（4）重建秦岭火地塘地区历年气候限制因子的变化，并探讨其变化规律和特点。 2. 研究方法

2.1 树木年轮资料的采集

本研究主要是应用树轮生态学的基本原理和基本方法，分析不同海拔梯度树木生长差异及不同树木生长主要限制因子的不同。在位于海拔1500，1700，1900m的油松林和位于海拔1900, 2100 和2300m的青杄林内，于同一坡向和坡位处分别设立6个采样点，并对采样点编号。

采样点一般选在土层薄、坡度较大、树木生长受人类活动影响小的地方。在每个采样点设置2个规格为20m×20m的样方，在样方内选取树高大于3 m的样树，同时应注意对树木周围生境的选取，应选取周围无死树，且没有树木能够对其构成明显的抑制作用，以保证所采取样本对气候响应的敏感性。并记录采样点的基本信息（样地海拔、坐标、坡向、坡位、土层厚度等）。选择的树木标本应是林缘木和孤立木。尽量选取那些仅有单一主干的样树，以避免因为发芽和分支对树木主干年轮宽度造成的一定影响。采用生长锥法，在树干的胸径约1.3 m处钻取树芯，每棵样树取2~3个树芯，每个样点至少采集20棵树的木芯，并记录样树的胸径、基径、冠径和树高等数据。为了保证树木受到最小的伤害，采样时，采用较细的(直径5.5 mm)生长锥对活树进行样芯采样。取样方向与山坡等高线方

向一致。取到的样芯放置在纸吸管内，并在管上用油性笔标注代码。纸吸管的优点在于可使样芯中的水分充分发挥以避免样芯发霉，又可以减少样芯在运送过程中发生机械折断而造成的损失，对样芯起到很好的保护作用。

取样芯后，在据每棵样树基部50cm范围内设置1个采样点分别采集0-15cm土层深度的土芯，然后将每个样方内的土芯合并成为一个混合样品，将所采集到土样装入塑料密封袋中，编号后在低温下保存并迅速运送至实验室。从新鲜土样中捡出根系和石块，过2mm筛后对其进行总碳、总氮和碳氮比等土壤理化特征的测定。

表1 采样点概况

表2 样树情况

2.2 样品的预处理

待样芯干燥后，在实验室将其用乳胶粘贴在特制的木槽中。为避免在乳胶干燥过程中样芯变形，用小线将其按十字形捆绑固定，待乳胶干后取下小线。粘贴样芯前，为使轮印清晰的横截面朝上，在阳光或灯光下找出树芯的反光面，并在粘贴时将其放置在与木槽边缘平行的位置。对于个别在取样过程中就已发生扭曲

的样芯，利用砂纸打磨样芯侧面，寻找轮印清晰的横截面。将粘牢的样芯依次用从粗到细不同粒度的干砂纸进行打磨，砂纸范围一般为280～600目，直到在显微镜下能够清晰地分辨细胞大小。 2.3 轮宽测量和交叉定年

通过WinDENDROTM 2005年年轮分析系统扫描，然后基于样品的计算机图像进行宽度测量、交叉定年。之后用COFECHA程序检查样芯定年和轮宽量测的准确性。对程序输出结果中所指出的问题段、相关系数较低的年份等进行再次检查，以最大限度地减少认为错误，保证定年和量测的准确性。 2.4 建立年表

年表的建立是通过ARSTAN程序完成。建立年表的过程实质上就是树木年轮序列去趋势和标准化过程。

2.4.1树木年轮序列去趋势过程

去趋势的目的是对每棵树的年轮序列建立一条适宜的趋势线以剔除因年龄等非气候因素造成的影响，在去除树木生长趋势并做生长量订正后，样本序列中自身生长趋势己经被剔除，因而序列没有了随年龄增长大致呈负指数形式下降的趋势，而是表现为围绕一固定值上下波动。

为了尽量保留树轮宽度序列中的低频气候信息，对宽度序列采取了二次去趋势的方法。即，首先用负指数函数或线性回归拟合了生长趋势，然后由用序列长度的67％为步长的样条函数对指数序列进行了再次去趋势，这样可以消除负指数函数或线性回归所造成的末端放大效应(张寒松 2007)。

2.4.2 标准化过程

用双权重平均法合成了标准化年表(STD)。考虑到树木之间的竞争作用对树木生长的影响，又以时间序列的自回归模型对二次去趋势序列进行了再次标准化，以双权重平均法将差值序列合成了差值年表(RES)，还建立了自回归年表(ARS)。为了评价年表的质量及其统计特征，对组成STD年表的去生长趋势序列和组成RES年表进行了公共区间分析，并比较标准化年表和差值年表所包含的特征值。

2.5树轮年表统计特征及公共区间分析

为了评价年表的质量及其统计特征，对组成STD年表的去生长趋势序列和组成RES年表进行了公共区间分析。包括平均敏感度、样本的一阶自相关系数、信噪比、样品量总体代表性、不同树间的平均相关系数。

2.6 树木生长对气候因子的响应关系分析

应用树轮资料和气象资料进行相关分析，来揭示不同树种和不同海拔影响树木生长的环境因子的异同。

2.6.1 气象资料的获取

气候资料来源于陕西省宁陕县气象站和陕西秦岭生态系统国家野外观测研究站的气象数据。所用气候资料为月平均气温(T)、月平均最高温度(Tm)、月平均最低温度(Tn)、月降水量(P)、年平均温度(AT)和年总降水量(AP)。为了检验宁陕县气象站和秦岭生态站的气候资料的均一性，采用KendalIn方法检查序列是否存在突变点，用Double-mass方法检查序列的非随机变化(张寒松 2007)。

2.6.2年轮宽度与气候要素关系分析

应用SPSS统计软件对以上所选取气候因子与树轮宽度年表进行响应函数分析。

这里主要采用的回归模式为线性回归，进行一些简单的相关分析。利用主分量的提取主要影响因子再进行逐步回归的分析方法，对影响油松、青杄树木年轮宽度生长的温度和降水等气候因子进行正交转换，结合树木前期生长对气候要素和树木生长前期的影响进行回归分析，建立树木年轮与气候要素之间的响应函数。

2.6.3 气候重建

树木年轮气候学研究的最终目的是通过树木径向生长对气候要素的响应分析，建立一个将树木生长状况转换成气候要素的转换函数，实现对过去气候的重建。分析了研究区树木年轮与气候要素响应关系的基础上，进一步建立年轮宽度指数与气候要素间的转换函数，重建火地塘地区历史气候变化序列，并对重建序列进行周期分析（多窗谱分析方法）。

3. 所需主要仪器设备和试剂

研究所需工具设备包括直径5.5 mm的生长锥、纸吸管、油性笔、数码相机、便携式GPS、卷尺、围尺、小铲、刀、土钻、塑料密封袋、砂纸、乳胶、标本板、WinDENDROTM年轮分析系统、计算机、年轮扫描仪

所需软件：WinDENDROTM2005年轮分析系统、COFECHA程序、ARSTAN程序、SPSS统计软件、SAS统计软件 4. 实验进展安排

2012年1月—2012年4月 继续深入查阅资料，完善实验方案，做好野外采样的准备。

2012年5月—2012年6月 野外采样，收集年轮样本。

2012年7月—2012年9月 实验材料的实验室处理，收集年轮数据。 2012年10月-2012年2月 年轮数据的分析处理，撰写论文并投稿。 2013年3月-2013年6月根据获得的年轮数据分析结果撰写学位论文，准备答辩。 5. 经费概算

野外调查：5000元 室内试验：2000元 论文印刷与发表：5000元 共计：12000元