一种用于热带树木年轮学研究的新物种，为我们提供了关于巴西季节性干旱森林前工业时期环境状况的宝贵信息

《Dendrochronologia》：A novel species for tropical dendrochronology provides glances into pre-industrial environmental conditions in a Brazilian seasonally dry forest.

热带干旱森林中百年树轮序列重建与LIA气候响应分析，结合现代树木与洞穴化石树木年轮数据，揭示1870-2017年间Commiphora leptophloeos生长受夏季温度（负相关）和降水（正相关）调控。化石样本显示LIA时期（1450-1850）树木生长速率降低23%，管孔密度增加，印证了该区域干旱化及森林结构简化。首次建立该属树轮序列，填补了热带地区百年尺度气候重建空白。

　　

Milena Godoy-Veiga|Elisabetta Boaretto|Lior Regev|Francisco William da Cruz|Felipe Carvalho|Lui Agostinho Teixeira|Ricardo Koba-Chinen|Veronica Angyalossy|Gregório Ceccantini|Giuliano Maselli Locosselli

圣保罗大学生物科学研究所，巴西圣保罗

摘要

热带地区的百年树轮序列仍然受到树木寿命较短和长期保存的化石木材稀有的限制。然而，巴西中东部干燥的洞穴通道有利于木材的保存，使得评估过去的树木生长条件成为可能。我们首次展示了Commiphora leptophloeos（柏科）的树轮宽度年表，以及覆盖小冰期（LIA）和上个世纪大部分时间的浮游树轮序列。放射性碳测年结果与当地Amburana cearensis树木的年代学数据有显著相关性（r = 0.43），证明了C. leptophloeos从1870年到2017年的年生长情况（rbar = 0.32；1938年后的EPS > 0.85）。根据现存树木的数据，该物种的生长与夏季温度（r = -0.48）和降水量（r = 0.27）有显著相关性。这138年的浮游树轮序列包括五根通过放射性碳测年确定为1750年代至1890年代的化石树干。两个树轮序列的比较表明，在化石样本的前40年里生长速率较低，这可能意味着环境更为干燥，因为化石中的导管更窄且更密集，表明树木可能遭受了水分胁迫或生长周期较短。这些证据表明，在小冰期，气候比现代更干燥，森林结构也更开放。我们的工作在热带地区抓住了利用树轮扩展对前工业时期环境认知的难得机会。

引言

评估过去的环境条件和森林动态对于理解森林的当前和未来行为至关重要（Ruddiman, 2008）。过去一千年中包含了两个重要的气候异常时期，为研究森林对气候变化的响应提供了宝贵信息：中世纪气候异常（MCA，950–1250年）和小冰期（LIA，1450–1850年）（IPCC, 2019）。这些事件最初在欧洲地区被定义，但在南美洲也有明显的降水变化（Novello et al., 2018; Campos et al., 2019; Orrison et al., 2022）。然而，热带地区树轮记录的稀缺性（尤其是超过100年的记录）严重限制了我们对长期森林动态的认知（Zuidema et al., 2022）。这一限制源于热带物种的寿命较短（Brienen et al., 2026, Locosselli et al., 2020），加上有限的交叉定年潜力以及较低的气候敏感性（Brienen et al., 2016），这些因素阻碍了长期可靠树轮序列的建立。化石和保存下来的木材样本是另一种获取古气候和环境信息的途径，但在热带地区较为罕见。

我们对热带地区过去植被和气候的了解主要来自洞穴沉积物、花粉、木炭和沉积物岩芯。例如，来自巴西中部塞拉多地区（戈亚斯州Feia湖）的花粉记录显示，在过去6000年里，由于降水量和干季长度的变化，植物组成发生了变化（Escobar-Torrez et al., 2024）。在小冰期期间，巴西东北部的洞穴沉积物记录了湿润的气候条件，这归因于赤道南美洲的副热带辐合带（ITCZ）向南移动（Utida et al., 2019）。然而，南美季风区的夏季降水量存在双极变化，这一点在小冰期的同位素记录中非常明显（Novello et al., 2018, Campos et al., 2019）。这些研究表明，季风降水的变化与副热带辐合带的移动有关。此外，使用包含同位素数据的气候模拟表明，亚马逊中部季风区的增湿大气环流可能抑制了大陆东侧的降雨（Orisson et al., 2022）。这种机制可以解释为什么在小冰期巴西中东部地区变得更干燥，而西部和南部地区则变得更湿润（Novello et al., 2012, Novello et al., 2018）。此外，北半球的偶发性和大规模火山爆发可能加剧了南美季风活动，导致巴西中东部地区出现极端降雨事件（Lyu et al., 2024, Novello et al., 2016, Prado et al., 2018）。然而，过去一千年的气候重建主要依赖于洞穴沉积物的同位素记录，这些记录提供的信息是长期且低频的（通常是数十年或百年尺度），而树轮记录则能提供高频（年度）的数据，足以记录像小冰期这样的强烈气候变化。

树轮记录了树木的生长条件、森林动态（Altman, 2020, Brienen and Zuidema, 2006）和古气候变化（Roig et al., 2001）。关于生长速率以及树干生长释放的频率和强度的证据有助于理解热带环境中的森林结构，并被应用于管理（De Ridder et al., 2013, Worbes and Sch?ngart, 2019）、揭示林冠更新动态（Brienen & Zuidema, 2006）以及长期森林扰动率的变化（Rozendaal et al., 2011）。然而，在热带地区，化石木材的利用潜力尚未得到充分开发。文献指出，在晚更新世和中全新世期间，利用化石木材进行过去重建是可能的，例如在印度西南部的研究（Kumaran et al., 2014），以及在智利（Roig et al., 2001）和安第斯地区（Lara et al., 2020）建立的千年长度的浮游树轮序列。然而，在南美洲使用古环境记录受到年表长度和保存木材稀有的限制。

为了建立长期、精确的化石树轮宽度年表，我们必须选择那些共同生长信号明显且可能找到保存木材的地点。巴西中东部的一个喀斯特地区具有进行古气候研究的潜力（Coelho et al., 2013, Stríkis et al., 2024），包括基于树轮的数据。找到这样一个具有明显季节性降雨模式的地区增加了识别具有年度和敏感树轮的物种的可能性（Stahle, 1999）。在巴西中东部，至少有两种本地落叶树种在其树轮中记录了夏季和春季降量的变化（Godoy-Veiga et al., 2021, Pereira et al., 2018）。在许多由Perua?u河侵蚀形成的洞穴通道中发现了保存下来的木材样本，这为古环境研究提供了可能性（Coelho et al., 2013）。之前由于大规模火山爆发（Colose et al., 2016）导致的降雨量突然增加可能引发山体滑坡，使河水水位上升多达30米，从而将树木从当地森林中冲入高处的洞穴通道。考虑到全球变暖和周边干旱地区的扩张，了解这个位于南美洲最大连续季节性干旱森林区域（SDTF）中的前工业时期森林动态至关重要（Apgaua et al., 2015, Prado, 2000）。

在这里，我们将一个经过充分验证的现代年表与一个可追溯到小冰期的稀有浮游年表结合起来，以评估巴西SDTF地区Commiphora leptophloeos（Mart.） J. B. Gillett（柏科）的生长模式。利用放射性碳测年数据，我们分析了跨越三个世纪的活树和化石树的树轮生长和解剖特征。我们测试了以下假设：i) C. leptophloeos在这个季节性地点产生年度树轮；ii) 该物种与之前研究过的当地物种具有共同的生长信号；iii) 该物种的次生生长受到当地降雨量的积极影响，而受到温度的负面影响；iv) 前工业时期的森林动态不同，扰动较少，生长较慢，反映了小冰期期间更干燥的气候和较少的人为干扰。这项研究为评估热带古环境条件和森林动态开辟了新的途径，有助于我们了解前工业时期的条件，并加深了对热带生态系统长期动态的理解。

研究地点

采样地点位于Perua?u国家公园（14°54’S 15°15’S / 44°03’W 44°22’W）。根据K?ppen系统，该地区的气候类似热带草原，冬季干燥（Aw）（Peel et al., 2007）。年平均降水量约为950毫米，降雨集中在南美季风系统（SAMS）的成熟阶段，全年降水量的近80%发生在11月至2月之间（Marengo et al., 2012, Vera et

活树年表

我们成功地对19棵树进行了交叉定年（见表S1中的树木元数据和位置），使用35个半径的数据，得到了一个从1870年持续到2017年的147年树轮年表（图2）。最年轻的样本有24年历史，最老的样本有146年历史（平均值 = 73，标准差 = 41）。1938年之后，树木之间的平均相关性为rbar = 0.32，表达的种群信号（EPS）高于0.85（图2）。对在核弹峰值期间生长的两棵树的树轮进行了放射性碳测年

活树

据我们所知，这种物种尚未通过树木年轮方法进行过研究。之前没有树轮年表的一个可能原因是，在扫描后的小尺寸（5毫米）且经过砂纸打磨至400目的核心图像中难以识别C. leptophloeos的树轮边界。为了成功进行交叉定年，我们使用了直径为10或20毫米的核心样本以及来自死树的完整横截面，并用砂纸将其打磨至2000目的光滑度。大多数树轮都是在

未引用的参考文献

(Groenendijk et al., 2025, Ministério do Meio Ambiente., 2002)

CRediT作者贡献声明

Ceccantini Gregório Cardoso Tápias：撰写 – 审稿与编辑，资金获取。Giuliano Maselli Locosselli：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，方法论。Milena Godoy-Veiga：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，项目管理，方法论，概念化。Felipe Carvalho：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，调查。Lui Agostinho Teixeira：撰写 – 审稿与编辑，调查，正式分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

这项工作得到了圣保罗研究基金会（FAPESP）的支持——PIRE-CREATE项目2017/50085-3支持了大多数作者的合作；MGV的资助项目2018/07632-6和2019/09813-0也提供了支持。放射性碳测年得到了Exilarch基金会的支持，该基金会支持Dangoor研究加速器质谱仪（D-REAMS）实验室。我们还要感谢Kimmel考古科学中心和George Schwartzman基金对实验室的支持