在多个气候代用资料中,树木年轮定年精确、持续性强及分辨率高的优势使其被广泛应用于历史气候变化研究中。秦岭作为我国重要的地理分界线,一直是树轮气候学研究的热点区域之一,目前,关于该区域的研究主要是通过建立树轮序列与器测记录之间的线性回归方程对气候因子进行重建,而对区域树轮气候响应的非线性关系,以及预测在未来气候变化情景模式下树木的径向生长趋势方面的研究较少。树轮生理模型基于树木径向生长与气候因子的响应关系,模拟在多个环境因子,如:光照、温度和降水的变化下树木的生长过程,从而分析树木生长与外界环境的非线性关系,量化各个因子对树木生长的贡献权重。本文利用采自太白山南坡药王殿、北坡上板寺的太白红杉树芯样品以及采自木王山冠顶峰的秦岭冷杉树芯样品分别建立树轮宽度年表,运用Vaganov-Shashkin(VS)模型解释太白红杉和秦岭冷杉树木径向生长的生理过程,分析秦岭区域太白红杉和秦岭冷杉树木径向生长与限制性气候因子的响应关系,并对比不同树种及不同生境的同一树种树木径向生长与限制性气候因子的响应差异。在此基础上,利用由全球气候模式CNRM-CM5产生的逐日气象数据,模拟未来气候情景下秦岭地区太白红杉和冷杉树木的生长趋势,包括树木生长的物候期变化趋势、树木径向生长趋势以及气候因子变化对树木生长的影响等。研究结果表明:(1)VS模型对秦岭区域林线树种太白红杉和秦岭冷杉的适用性较好,能够准确模拟太白红杉和秦岭冷杉的生理过程,反映与当年气候因子的响应关系。模拟结果表明,秦岭区域的林线树种受当年生长季温度和降水量的限制,其中,温度是限制树木生长的主导性因素。(2)生长季(4-8月)的温度,生长前期的降水量,以及7、8月的降水量是限制秦岭地区太白红杉生长的主要气候因子。良好的温度条件有利于太白红杉的生长,但生长前期的降水量会抑制太白红杉的生长;7、8月的降水量对秦岭南坡和北坡太白红杉的影响差异明显,该时段内丰富的降水量对北坡太白红杉的生长具有促进作用,而对南坡太白红杉的生长产生一定的限制作用。(3)生长季前期(3-5月)的温度及4、5月的降水量是限制秦岭冷杉生长的主要气候因子。春季升温可促进形成层细胞形成和分裂,从而促进光合作用和有机物质积累,因此,温度条件有助于树木的径向生长。但是由于春季快速升温而产生的干旱胁迫,需要适当的降水来补充土壤中水分的缺失,因此,4、5月降水量可促进秦岭冷杉的生长。(4)对太白红杉和秦岭冷杉的生长参数进行对比分析,发现,秦岭冷杉的生长参数生长的最低温高于太白红杉,生长的最小土壤湿度低于太白红杉。另外,位于同一坡向、不同海拔采样点太白红杉的生理参数同样存在差异,高海拔采样点太白红杉的生长需要的温度条件低于低海拔采样点,但对土壤湿度的需求大于低海拔采样点,证实了生长环境对树木生长不可忽略的影响。(5)生长开始日的早晚对太白红杉树轮宽度的形成影响很大,南北坡各采样点的树轮宽度模拟值都与生长开始日之间存在显著相关,生长开始早,则会形成宽轮;而生长结束日仅与南坡采样点树轮宽度之间呈显著相关,生长结束晚,则会形成宽轮。但生长开始日和生长结束日的早晚对秦岭冷杉树轮宽度的形成影响较小。(6)随着全球气候变暖,通过VS模型预测在CNRM-CM5全球气候模式下太白红杉和秦岭冷杉的生长呈现生长季始期提前,生长末期推后,以及生长季不断延长的趋势,与此同时,温度的上升促使树木径向生长量在未来近一个世纪里呈现明显增加的趋势。