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扒一扒大树的秘密，科学家是这么干的！

来源：花匠小妙招时间：2025-07-25 06:17

原标题：探寻树木的记忆——年轮刻画岁月留痕

在每棵树身上，均有生生不息的长寿和循环往复的新生共存。古老的森林见证了人类的历史变迁，埋藏和诉说着许多秘密。尽管静默矗立在那儿，但并不是“像木头一样”的无趣，它也有自己的记忆。

图1来自BBC

年轮刻画岁月留痕

成为一棵大树的第一条件就是时间，岁月刻画着年轮，一圈圈一年年。

现陈列于英国自然历史博物馆和美国自然历史博物馆的名为“Mark Twain Tree”——巨杉树（Giant Sequoia）的切面，树龄为1341岁，于1891年被砍伐，科学家将树木生长时期的历史事件标注在年轮上，成为了一件非常壮观的艺术品（图2）。

图2 Mark Twain Tree

在上海自然博物馆B2层的“环境因子实验室”，也有对比展示的热带与寒带树木的茎干，仔细观察你会发现寒带树木的茎干上有一圈一圈明显的环带，它们叫做年轮或树轮，而热带树木的年轮模糊（图3）。为什么会有如此的差异？

图3 寒带树轮（左）和热带树轮（右）

年轮应当如何解读

当我们锯开一棵树木，可以看到，树木横截面上有一圈圈颜色深浅不一的纹路（图4左），从里到外的结构依次为：树髓（pith）、木质部（xylem）、维管形成层（vascular cambium）、韧皮部（phloem）以及树皮（bark）（图4中）。树木茎干的不断加粗是形成层活动的结果，在不同季节生长的细胞形态和大小不同，形成了一圈一圈的年轮。

图4 年轮结构(图片来源：http://www.priweb.org/globalchange/climatechange/studyingcc/scc_01.html)

寒带地区，如我国的东北三省，在春夏季，气候宜人，雨水充沛，树木快速生长，形成的细胞体积大，细胞壁薄，木质疏松，颜色较浅（称为早材），秋冬季时，温度变冷，湿度降低，树木生长速度减缓，甚至停止，形成的细胞体积变小，细胞壁厚，木质紧密，颜色较深（称为晚材）。近看早材和晚材的细胞壁厚度是有不同的（图4右），早材和晚材组成一个完整的年轮。

因此，寒带地区，一年四季温度差异显著，具有清晰的年轮；而在热带地区，由于四季变化不明显，一般无明显年轮。

年轮的记忆

年轮刻画岁月留痕，是树的记忆，也是森林的记录者，埋藏了许多的秘密。

1. 可推测树龄和近期气候变化

年轮首先记录的是树木年龄。英国独立报2015年报道，高耸入云霄达249英尺的加州红杉（图5a）曾被认为高达1500岁，最近的研究显示可能仅有777岁。针对旧金山北部的一片树林，洪堡州立大学（Humboldt State University）开展进行了年轮的首轮测定研究后发现，在缪尔森林（Muir Woods）中发现的所谓最古老、最大的树其实只是一棵“非常年轻”的树。现存最古老的树种是狐尾松（Bristlecone Pine），最高龄的已超过5000岁（图5b）。

图5a 加州红杉（Sequoia）

图5b 加利福尼亚的狐尾松（Bristlecone Pine）

（图片来自网络）

年轮不仅记录树的年龄，还记录着降雨量和温度等信息。在测定亚马孙地区西班牙柏木（Cedrela odorata）年轮中氧同位素（Isotopic Values -δ18O）后，发现在近100年内（1900—2000年），氧同位素与年降雨量呈明显的相关性（图6b）。每年从河流到海洋17%的排水量是来自亚马孙地区，可知其的降雨量变化至关重要。亚马孙地区的树木年轮就是自然档案，可以记录该地区的气候变化[1]。

图6 a:研究人员采集年轮样品；b:氧同位素和降雨量呈明显相关关系

我国的树木年轮研究开始于20 世纪30 年代，在我国中西部和东北的吉林、黑龙江等地采集了数万个树轮样本，包括云杉、冷杉、落叶松、红松等十余种。年轮对气候变化的响应较为敏感。根据树木年轮资料，有助于研究各区域历史时期的温度、降水、干湿度、河流径流量等多项要素的变化。

2. 可推测未知木材年代和古代的气候

不仅现生树的年龄通过年轮可以判断，未知年代木材的年代同样可以确定。以已知年代的年轮为时间基点，当其他年轮与之有重叠时，它们就可衔接，以此反复，可衔接到远古时期，从而建立树木年轮年表（图7左）。取得未知年代木材后，对样本进行年轮分析，建立图谱，再与年轮年表比对，若样本与年表的木材来自同一气候区，且树种相同，就可以找到唯一的重合位置，从而确定样本的年代（图7右）。

图7 建立树木年轮年表和确定样本的年代

通过上述方法，同样可对古时候的气候进行重建。Ulf等人[2]用近9000块年轮建立了欧洲过去2500年的年轮年表（图8），并对夏季的降雨量和温度进行了重建。将这些气候变化与历史事件放在一起时，发现了惊人的吻合度。比如，公元前300年和公元200年间，欧洲经历了温暖和潮湿的夏季，与罗马帝国的崛起相一致，据此推测，温暖湿润的夏季可能是罗马帝国兴起的原因。公元1300年，寒流和潮湿的夏天与摧毁欧洲将近一半人口的饥荒和瘟疫相吻合，可见，寒冷在历史巨变中可能扮演了重要角色（图9）。

图8 建立树木年轮年表使用的木材来源

图9 重建的降雨量、温度变化以及和各个历史事件的关系

3. 年轮的其他记忆

在环境科学领域，年轮可以帮助人们了解污染的历史。在医学上，年轮对探讨地方病的成因有一定的作用。在森林资源调查中，年轮的宽窄有助于了解林木过去几年的生长情况，对制订林业规划和预测未来的生长动态等都具有重要指示作用。同时，年轮还可对虫害进行研究，如潘多拉蛾可导致美国黄松（Pinus ponderosa）的松叶掉落，会形成窄的年轮，而通过年轮的变化模式可研究多个时间昆虫种群的变化（图10a）。图10b则显示了台地松（Pinus pungens）年轮中火灾导致的疤痕，因此可通过疤痕来研究火灾发生的时间。

图10 年轮中虫害和火灾留下的痕迹

参观展区

在上海自然博物馆“自然之窗”主题区有树木的年轮标本——热带雨林景箱的桃花心木（Honduras Mahogany）年轮、针叶林景箱的红松（Korean Pine）年轮和荒漠景箱的胡杨（Euphrates Poplar）年轮，赶紧去找一找，近距离观察一下它们吧，看看你能不能读出它们的年龄和故事？

左：B2楼层—自然之窗主题区—热带雨林景箱—桃花心木年轮

中：B2楼层—自然之窗主题区—针叶林景箱—红松年轮

右：B2楼层—自然之窗主题区—荒漠景箱—胡杨树年轮

这些年轮标本所对应的树木仿真模型同样在展区中陈列，找找看，它们活着的时候是什么样子的吧！

B2自然之窗—红树林—热带雨林景箱—大叶桃花心木（Swietenia macrophylla）

B2自然之窗—针叶林景箱—红松（Pinus koraiensis）

B2自然之窗—荒漠景箱—胡杨树（Populus euphratica）

1F生命长河—胡杨(Populus euphratica)

参考书目：

[1][亚马逊地区年轮研究文章]Brienen RJW, Helle G, Pons TL, Guyot JL, Gloor M. (2012). Oxygen isotopes in tree rings are a good proxy for amazon precipitation and el niño-southern oscillation variability. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(42), 16957-16962.

[2][欧洲年轮研究文章]Ulf B, Willy T, Kurt N, Michael MC, David F, Valerie T, et al. (2011). 2500 years of european climate variability and human susceptibility. Science, 331(6017): 578-82.

[3] 苦苓《苦苓的森林谜语》人民文学出版社第1版（2013年10月1日）

[4] 科林·塔奇《树的秘密生活》商务印书馆第1版2015年5月1日

[5] 刘洪滨黄磊《树木年轮中的秘密》《百科知识》 2007年09期

[6] 张林《中国气象报》2014年9月5日四版

[7] 中国社会科学院考古研究所《科技考古的方法与应用》文物出版社，2012年

[8] http://web.utk.edu/

[9] http://www.independent.co.uk/news/world/americas/california-redwood-this-beautiful-soaring-249-foot-tree-is-a-mere-777-years-old-half-what-experts-10295065.html