编辑推荐：
秦岭山脉辽东栎年轮δ13C与气候响应机制研究，分析主峰50年δ13C年际及年内变异性与温度、湿度的关联，揭示上界树木δ13C对温度（r=0.48）和湿度（r=-0.42）显著响应，下界树木δ13C年内波动更平缓且湿冷年升高，为高海拔植被生理适应及区域气候重建提供新依据。
Mingyang SUN|李超|范荣|范玉婷|陈飞宇|王圆杰|张欢|王宁莲
中国西北大学城市与环境科学学院，地表系统与环境承载能力陕西重点实验室，西安710127
摘要
秦岭山脉作为中国地理特征和气候的自然分界线，在理解气候变化中起着关键作用。树木年轮中的稳定碳同位素一直是古气候重建的强大工具，然而这些同位素与气候之间的响应机制在该地区表现出物种和空间的异质性。在这项研究中，我们分析了过去50年间秦岭主峰太白山不同地点的Larix chinensis树木年轮中δ13C值的年际和年内变化及其与气候的相关性。结果表明，生长季节的温度和相对湿度是δ13C值年际变化的主要驱动因素，特别是在落叶松林带的上边界，其中温度的相关系数最高，达到r = 0.48，相对湿度的相关系数为r = ?0.42。这表明高海拔地区的L. chinensis的δ13C值能够有效反映区域温度和相对湿度的变化。为了研究落叶松林带上边界和下边界树木的不同气候响应，我们分析了最近快速升温期（2001–2016年）的年内δ13C变化。与上边界相比，下边界树木的年内变化表现为在湿润（凉爽）年份的波动较小，平均值较高，这种模式突显了它们在快速升温期间对生长的抑制作用。通过研究秦岭山脉不同分布区域的L. chinensis树木年轮中的稳定碳同位素，可以更好地理解该地区的气候变化，并为过去气候条件的重建以及植被的生理和生态响应提供见解。
引言
气候变暖是气候变化的一个显著特征，导致全球表面温度相对于1850年至1900年间上升了约1°C。据预测，在未来20年内温度还将上升1.5°C或更多（IPCC等，2023年）。全球变暖的影响日益严重（Revesz等，2014年；Wheeler和von Braun，2013年），尤其是在生态脆弱的山区。
秦岭山脉作为中国北部和南部之间的重要地理分界线，具有明显的气候过渡带特征。传统上，它与1月0°C等温线和年降水量800毫米线紧密对齐，形成了分隔亚热带和暖温带以及湿润和半湿润气候的关键屏障。这一边界不仅区分了自然景观和农业实践，还深刻影响了区域水文循环和生态系统结构。然而，在持续的气候变暖下，秦岭山区经历了显著的变化，包括南北坡之间的气候趋势不对称（Li等，2018年）。这些变化正在重塑中国南北的气候格局，给区域水资源管理、生物多样性保护和农业规划带来了新的挑战——使秦岭成为研究中国气候变化的关键区域。
理解秦岭山区过去的气候变化并预测未来趋势在很大程度上依赖于气候重建。然而，由于地形复杂，该山区的气象记录往往有限且时间较短。广泛分布在秦岭山脉的树木提供了宝贵的代用材料。因此，许多研究调查了秦岭山脉不同区域树木年轮与气候变异性的关系。例如，Peng等（2023年）发现Pinus armandii在低海拔地区的年轮宽度与生长季节的降雨量呈正相关。然而，随着海拔的升高，这种关系发生了变化，年轮宽度与生长季节的温度呈正相关。同样，Ren（2015年）观察到Picea purpurea的年轮宽度与生长季节的温度呈正相关。除了利用年轮宽度数据反映植物在多种环境因素影响下的宏观生长特征外，影响树木年轮中稳定碳同位素组成（即δ13C）变化的生理机制也得到了相对充分的研究（Farquhar等，1982年；McCarroll和Loader，2004年），使得树木年轮δ13C成为另一种稳健的气候重建代理指标。然而，尽管有许多研究调查了秦岭山脉不同部位的树木年轮宽度（Hou等，2016年；Li，2022年；Peng，2023年；Ren，2015年；Yan等，2020年），但利用稳定碳同位素的研究仍然有限（Li等，2024年；Liu等，2014年；Zhu等，2019年）。这一限制主要是由于秦岭山区树木年轮δ13C值与气候变量之间的相关性较弱，以及这些同位素信号的高度物种和空间异质性。
由于Larix chinensis是秦岭山脉中唯一的落叶松物种，其生长海拔范围为2600至3500米，生长季节从4月底持续到10月初（Li等，2022年），因此它可以作为该地区高海拔地区气候变化的潜在指标。然而，针对Larix chinensis的年际和年内δ13C变化及其与气候因素关系的研究仍然有限。因此，本研究调查了秦岭山脉北坡L. chinensis树木年轮δ13C值的年际和年内变化与气候变量之间的关系。具体而言，我们的目标是（1）确定影响δ13C特征的主要气候因素，（2）评估δ13C–气候响应的海拔差异和相似性，（3）评估年内δ13C变化如何增强我们对秦岭山区气候变化的理解。
研究区域和气象数据
研究区域位于中国中部的秦岭主峰太白山（33°49’ N–34°08’ N，107°41’ E–107°51’ E）（图1）。秦岭山脉（32°30’ N–34°45’ N，104°30’ E–112°45’ E）东西跨度约1500公里，是一个重要的地理分界线。由于其东西走向，该山脉在中国中部代表了显著的气候和植被分布分界线，将半干旱地区与湿润地区分开。
树木年轮δ13C值的年际变化
分别在年际和年内时间尺度上测量了610个和188个δ13C值样本。去除趋势后，落叶松林带上边界和下边界早材和晚材的年际δ13C值之间的相关性分别为0.84、0.73和0.84。图3显示了使用McCarroll和Loader（2004年）以及McCarroll等人（2009年）的去趋势方法得出的每个地点的年均年际δ13C序列。
秦岭山脉北坡树木年轮δ13C对气候变化的年际响应
我们发现不同海拔地区的树木年轮δ13C变化趋势存在中等但明显的差异。在1990年代快速升温之前，落叶松林带下边界生长的树木δ13C值呈上升趋势，而上边界生长的树木则呈现轻微下降趋势（图3）。1990年代之后，落叶松林带下边界生长的树木年轮δ13C值开始下降，而上边界生长的树木则
结论
我们分析了秦岭山脉太白山L. chinensis树木年轮中δ13C值的年际变化和年内模式，实现了引言中提出的三个关键目标。首先，我们确定生长季节的温度（T）和相对湿度（RH）是影响δ13C年际变化的主要因素，这通过生长早期和中期温度的正相关性和相对湿度的负相关性得到证实
资助
本研究由中国国家自然科学基金（项目编号42307559）、陕西省外国专家项目（S2026-ZC-WGZJ-YB-0065）和天山人才培训计划（2023TSYCCX0089）资助。
未引用参考文献
(IPCC, 2023; Ogée等, 2009)
CRediT作者贡献声明
Mingyang SUN：可视化、调查。李超：撰写——初稿、可视化、方法论、调查、正式分析、概念化。王宁莲：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理。张欢：验证、资源获取、方法论、调查、资金获取。范荣：撰写——审阅与编辑、可视化、验证、资源获取、方法论、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢刘波教授在野外工作和样本收集方面的支持。同时，我们也感谢费鹏先生在数据校准代码调试和修改方面的帮助。最后，我们感谢两位匿名审稿人的宝贵意见，这些意见极大地帮助改进了手稿的质量。
