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本文选择陕北黄土丘陵区作为研究区,利用延安市黄龙县瓦子街林场和富县任家台林场采集的油松、狼牙刺和黄刺玫树轮样本,通过测量树轮宽度、稳定碳氧同位素比率（δ13C和δ18O）,分别建立树轮宽度年表（Tree ring standard chronology,STD）、断面积增量年表（Basal Area Increment,BAI）、稳定碳氧同位素比率年表,并计算胞间二氧化碳浓度（Ci）、大气二氧化碳浓度与胞间二氧化碳浓度的差值（Ca-Ci）、胞间二氧化碳浓度与大气二氧化碳浓度的比值（Ci/Ca）等指标,利用相关分析、线性回归分析等统计学方法,对比分析陕北黄土丘陵区油松和灌木径向生长和树轮稳定碳氧同位素比率对气候变化的响应差异;最后,进一步分析树木径向生长、稳定碳同位素与长期水分利用效率（intrinsic water-use efficiency,iWUE）等指标的变化趋势及其与气候变化的关系,探讨油松、狼牙刺和黄刺玫生长对气候变化的响应关系及其生理生态响应机制。主要结论如下:（1）瓦子街林场油松径向生长与当年5月、7月气温和饱和水气压差（Vapor pressure deficit,VPD）显著负相关,与5月日照时数显著负相关,与当年3月和5月降水和相对湿度显著正相关,与当年4～7月帕默尔干旱指数（Palmer Drought Severity Index,PDSI）显著正相关;任家台林场油松径向生长与前一年9月和当年5月气温显著负相关,与当年9月气温显著正相关,与前一年1 1月降水显著正相关,与当年4月、7月相对湿度呈显著正相关,与当年4～7月PDSI显著正相关;狼牙刺径向生长与前一年9月和当年7～8月气温显著负相关,与当年10月降水显著负相关,与1月相对湿度显著负相关,与当年9月VPD显著正相关,与前一年7～8月、12月和当年3～7月PDSI显著正相关;黄刺玫径向生长与当年7月气温显著负相关,与3月日照时数显著正相关,与当年3月VPD显著正相关,与当年7月PDSI显著正相关。干旱程度加剧使树木抗旱性降低,导致油松、狼牙刺抵抗力（Resistance,Rt）和恢复弹力（Resilience,Rs）减弱。树种间差异表现为,抵抗力（Rt）:狼牙刺>油松,恢复力（Recovery,Rc）:油松>狼牙刺>黄刺玫,恢复弹力（Rt）:黄刺玫>狼牙刺。（2）瓦子街林场油松、任家台林场油松和狼牙刺树轮δ13C序列均呈显著上升趋势,任家台林场黄刺玫树轮δ13C序列略有下降趋势。瓦子街林场油松、任家台林场油松和狼牙刺树轮δ18O序列均呈显著下降趋势,任家台林场黄刺玫树轮δ18O序列呈显著上升趋势。瓦子街林场油松δ13C值主要受到前—年气温的显著正影响,而任家台林场三个树种均受到前一年和当年气温的显著影响。三个树种δ13C值均受到生长季降水和相对湿度的影响,三个树种δ13C值均与VPD正相关,与PDSI负相关。瓦子街林场和任家台林场树轮δ18O值均受到前—年和当年生长季的气温制约,树轮δ18O值均受到前—年6月和当年5月的相对湿度影响,树轮δ18O值均与VPD正相关,与PDSI负相关。（3）利用陕北黄土丘陵区地区油松、狼牙刺和黄刺玫δ13C 计算Ci和iWUE变化情况表明,iWUE不断增加,Ci有下降趋势,Ca-Ci不断增加,Ci/Ca处于相对稳定的状态。计算了三种不同情景下的生理响应,发现不同树种对C02浓度升高的生理响应主要表现为Ci/Ca基本不变（主动响应）。iWUE升高受到大气CO2浓度的影响,大气CO2浓度与不同树种的树木iWUE均呈现显著正相关关系。瓦子街林场和任家台林场油松iWUE均与PDSI负相关,但并未达到显著性水平,而两种阔叶灌木iWUE均与PDSI呈显著正相关关系。分析树轮BAI和iWUE随时间的变化趋势,发现不同树种树木iWUE均与BAI显著正相关,一阶差（高频变异）表明,瓦子街林场油松BAI与iWUE显著负相关,而任家台林场的3个树种BAI与iWUE相关性均不显著。