全球变暖导致的树木生长变化及其机理。

研究概况

林木的树干中含有森林储存的大部分碳。树干的生长（因其横向增粗而被称为 “增粗生长”）在内部刻成年轮，因此树干的年轮包含了长期生长对环境反应的历史（照片 1）。我一直在对树木年轮进行研究，希望如果我们能成功地从这些年轮中提取信息，就能为诸如全球变暖导致树木生长和森林碳固存如何长期变化等问题提供线索。

照片 1：（从箭头开始）柞树→树干切片（圆盘）→年轮样本。
注：年轮样本的采集不是通过砍伐，而是通过取芯样本，直径通常为 5 毫米。

研究特色

其中一项研究关注年轮对季节的长期反应。在温带地区的树木中，由于树干在冬季停止生长，年轮每年形成一个，但不同季节的天气条件各不相同（例如，今年春天很冷，但夏天却热得要命）。因此，如果我们只看每年的年轮，就很难了解是什么天气条件导致了年轮的变化。首先，分析工作在年轮中分为两个部分：早材和晚材。从北海道大学苫小牧研究林的 20 棵柞树上采集了年轮样本，研究了自 1970 年起 35 年年轮的早材和晚材宽度。柞树早材部分的沟渠非常大，用精确的扫描仪读取时，可以将其分为春季产生的早材和后期产生的晚材（照片 2）。对每个变量的长期趋势分析表明，早材的宽度在 35 年间有所增加（图 1）。月度温度的变化趋势也表明，从早材形成之前到形成之时，3 月到 5 月的温度都在上升。这表明春季气温的升高往往会增加年轮中早期木的宽度。

另一方面，春季气温升高是如何增加早熟禾的生长范围的呢？有几种可能的机制，如光合作用增强、细胞分裂更活跃或生长期更长。理解这一机制的难点之一是早春使用储存的养分。众所周知，早春时节，由于气温低，叶片刚刚开放，叶片的光合作用几乎不存在，储存在树干和植物其他部分的养分会被利用。在使用贮存养分的季节，天气通过光合作用产生的影响几乎是不可想象的，也就是说，生长机制是不同的，但直到何时使用贮存养分还不得而知。为了澄清这一点，我们开展了一项研究，分析年轮内的稳定同位素比率。

同位素是指原子序数相同但质量数不同的元素，这些元素长期稳定而不发生辐射改变，称为稳定同位素。自然界中存在少量的同位素，就碳而言，在所有天然存在的同位素中，有 1%是质量数为 13 的重稳定同位素^（13C）。由于其质量数较高，反应速度比正常情况下稍慢，物质的稳定同位素比（描述稳定同位素组成的差异）会随着每次化学反应而发生变化。因此，测量年轮中较小部分的稳定同位素比率可以用来估计年轮的哪些部分是由储存的养分构成的。使用与之前相同的柞树，对来自苫小牧研究林和爱知大学实验林的三个个体各 6-7 分钟的年轮进行了碳、氢和氧的稳定同位素比^（δ13C、δD 和 δ¹⁸O）分析，并将每个年轮分为约 10 个相等的部分。(图 2）。这种模式强烈表明，早材使用了储存的养分，即前一年或更早的光合产物，而晚材则使用了当年的光合产物（从未储存过）。这种模式与地区或年份无关，表明在柞树中，早期木材主要由储存的养分形成。

这些研究结果表明，柞树早材宽度长期增加的机制似乎不是光合作用介导的因素。以前的研究表明，冬季树干变暖会加速树干早春生长的开始，我们认为最有可能的因素是早春温度升高导致生长开始期提前。我们正在根据这些机制开展研究，以阐明对气候变化的反应，我们相信这将为未来的预测提供有用的信息。

研究的吸引力

寿命较长的树木有可能改变其对气候变暖等长期气候变化的长期反应。这意味着无法从短期实验反应中准确预测长期反应。我们相信，树木年轮是了解树木在持续气候变化背景下的反应，并利用这些信息预测未来和适应全球变暖的有效工具。

前景

尽管本文介绍的栎类树种随着气候变暖呈现出增长趋势，但不同树种对气候变暖的反应可能有所不同。对同一山毛榉树种的稳定同位素比率进行的类似分析表明，其模式与柞树的模式截然不同。我们希望进一步澄清这种生长机制的多样性和对气候变暖反应的差异。

给想从事这项研究的人的信息

树木可以持续生长数百年，有时甚至数千年，可以长到数十米甚至近百米。这些树木的寿命和大小与其他生物体截然不同，这使得 “森林 “结构复杂，生物多样性丰富，生态系统可持续发展。除了以上所述，我们还利用爬树的方法进入几十米高的树顶（照片 3），并对树木本身的大小留下深刻印象；反之，我们检查 “芽”（照片 4），即刚露出地面的树宝宝，并对任何大树都是从这里开始的深有感触。我正在对此进行研究。我们欢迎任何喜欢树木、对树木感兴趣或想更多了解树木的人，因为树木高大、寿命长、种类繁多。