荒漠区作为地球表层系统的重要组成部分，其气候变化对全球生态系统格局影响显著。塔克拉玛干沙漠位于新疆南部的塔里木盆地，深居内陆，是世界上离海洋最远的沙漠，气候干旱少雨，风沙活动强烈。红柳凭借独特的生理结构在恶劣的环境下得以存活，其落叶和风沙相互作用形成的沉积纹层蕴含大量的环境信息，据此可以恢复过去气候环境变化。本文借助多种定年方法确定塔南地区三个不同地点的红柳沙包沉积纹层的年代，提取沉积纹层中粒度、有机质、阳离子含量、δ13C等，通过相关性分析、回归分析等数理统计方法，选取合适的的代用指标，分别用多种代用指标和单一代用指标恢复各气候要素，确定出最为合适代用指标，结合塔南地区气象资料重建了该地区数百年的气候环境变化，主要结论有：（1）红柳沙包沙物质层和枯枝落叶层对气候环境变化均有积极的响应，其中沙物质峰度、TN值、阳离子（Ca2+）含量和Δδ13C值与各气候要素相关性较强，可用来重建气候环境要素。（2）在沙漠内部的A采样点水分来源主要依赖地下水，因此与水分密切相关的TN值、阳离子（Ca2+）未能很好地记录气候环境信息。B采样点位于河流下游，C采样点位于绿洲边缘，水分条件均比A采样点好，所选取的参数都明确记录了气候环境信息。（3）三个采样点各参数与降水量均未通过相关性检验。塔南地区气候干旱，降水稀少，蒸发量大，红柳主要依靠地下水、河流水、冰雪融水等满足水分需求，所以降水量的变化不足以引起红柳沙包所含环境信息的变化。（4）三个采样点各气候要素的重建均可选取一种参数作回归因子。A采样点适合用沙物质峰度恢复温度，用Δδ13C恢复风速；B采样点适合用Δδ13C恢复温度和风速，用前一年的Ca2+含量恢复相对湿度；C采样点适合用沙物质峰度恢复温度，用TN值恢复风速，用前一年的Ca2+含量恢复相对湿度。（5）塔南地区气候变化趋势是由冷干到暖湿，风速逐渐减小。A采样点冷期包括1792~1812年、1826~1840年、1851~1982年，暖期包括：1812~1825年、1841~1850年、1983~2010年；B采样点冷期包括：1600~1671年、1901~1980年，暖期包括：1672~1900年、1981~2010年；C采样点冷期包括：1590~1710年、1803~1847年、1862~1879年、1951~1966年，暖期包括：1711~1803年、1848~1862年、1880~1950年、1967~2010年。划分结果结果与新疆周边地区有较好的对应。