祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林浅层土壤碳、氮含量特征及其相互关系

为阐明祁连山青海云杉(Picea crassifolia)林分布带对其土壤碳、氮含量的影响,以分布在祁连山东段和西段的典型青海云杉林为研究对象,通过野外取样和室内分析,论述了青海云杉林浅层土壤碳、氮含量特征及其相互关系。结果表明:(1)祁连山东、西段土壤剖面有机碳含量均随土壤深度的增加而减小,但不同土层差异显著性不同,0~40cm含量分别为73.57±17.17g·kg-1和45.85±11.93g·kg-1;东、西段土壤剖面有机碳储量没有明显的变化规律,0~40cm有机碳储量分别为205.51±39.44t·hm-2和134.93±25.80t·hm-2。(2)祁连山东、西段土壤全氮含量随土层深度变化和不同土层差异显著性变化规律同土壤有机碳含量,0~40cm全氮含量分别为4.56±0.88g·kg-1和2.81±0.66g·kg-1;东、西段土壤全氮储量亦同土壤有机碳储量变化规律,0~40cm储量分别为12.77±2.08t·hm-2和8.38±1.56t·hm-2。(3)祁连山东、西段土壤剖面不同土层C/N比差异显著性变化规律相同,其C/N值分别为15.92±1.24和16.10±2.07;C/N比值大小主要取决于有机碳含量;线性分析表明,土壤有机碳与全氮含之间呈极显著的正相关关系,可用乘幂曲线模型Y=aXb较好地描述(p0.01)。上述研究结果可为祁连山水源涵养林建群种青海云杉林的经营和管理提供理论依据和数据支撑。     

祁连山大野口流域森林水源涵养功能监测

根据祁连山寒区旱区的冻土冻融和融雪消融等生态现象的地域特色,充分利用祁连山大野口流域的历史监测以及现有生态监测设施仪器的优势,选择大野口流域为试验流域,沿着降水在森林生态系统中的传输途径,阐明了降水、林冠及树干截留、苔藓枯落物截留、土壤水分及温度、积雪消融、冻土冻融、土壤蒸发、河川径流、林分立地条件、林分气象因子、林分结构、苔藓枯落物结构、土壤特性等13个指标的试验监测方法;探讨了特征参数统计、多元函数回归和相关系数等分析方法的应用。本研究有助于深刻认识流域生态系统对于人类社会发展和维持生态安全的水文服务潜力,为发展和完善森林生态水文学提供研究成果和试验数据,为解决森林生态系统保护建设与开发利用水资源中潜在的林水矛盾提供参考和科学依据。     

祁连山大野口流域青海云杉种群结构和空间分布格局

青海云杉（Picea crassifolia）是祁连山亚高寒山地森林植被的建群种之一。应用“相邻格子法”获得100 m×100 m样方内所有个体的调查资料,采用种群动态和胸径、树高和冠幅级频率分布及6种聚集强度指数分析了青海云杉的种群结构和空间分布格局。结果表明：（1）青海云杉种群动态分析表明,种群表现为增长型种群。（2）青海云杉种群胸径级频率分布呈“倒J”型,胸径级随个体数的变化符合对数方程y=-219.32ln(x)+482.67(R²=0.963 8,P＜0.01),胸径分异指数为0.48,种群个体胸径差异属明显分异;树高级频率分布呈“间歇”型,不同高度级与个体数之间可用二次方程y=0.795x²-31.23x+285.1(R²=0.603,P＜0.01)进行较好的描述,树高分异指数为0.55,高度差异属明显分异;胸径和树高两者之间符合对数方程y=5.912ln(x)-4.249 3(R²=0.603,P＜0.01);冠幅级与个体数之间可用三次方程y=5.317 6x³ -91.759x²+408.88x-173.87(R²=0.8355,P＜0.01)进行很好的拟合[WTBZ],冠幅分异指数为0.53,种群个体冠幅差异亦属明显分异。总体上看,青海云杉幼苗较为丰富,天然更新能力强,目前表现为成熟稳定型种群。（3）在空间分布格局上,青海云杉种群空间分布格局呈斑块状聚集分布,其扩散系数、丛生指标、聚块性指数、平均拥挤度指数、负二项式分布参数、Cassie指标分别为1.162、2.285、0.162、85.802、1.002和0.026。在不同发育阶段的分布格局有所差异,Ⅰ级幼苗和Ⅱ级幼苗为聚集分布,小树、中树和大树为均匀分布,随着龄级的增大,种群的聚集程度减小,即由聚集分布变为均匀分布,该种群表现出明显的扩散趋势。研究结果可为青海云杉的管理和经营提供理论依据。     

祁连山北坡青海云杉林冠对降雨截留空间模拟——以排露沟流域为例

林冠截留在干旱、半干旱区水量平衡中起着非常重要的作用,但目前的研究主要以样方尺度上的降水截留特征研究为主,基于遥感与GIS方法进行流域或区域景观尺度上的林冠降水截留模拟研究还比较少。以青海云杉(Picea crassifolia)林为研究对象,在典型的青海云杉-苔藓林内按照不同林冠结构布设林冠截留样方,通过2008年42次降雨事件的观测,将林冠截留模型与降雨及林冠结构特征联系起来。把表征冠层结构的叶面积指数引入到模型中对模型进行改进,经检验改进的截留模型对林冠截留模拟结果较好。为此,将模型中的降雨和叶面积指数进行空间化,通过改进模型实现小流域尺度上的林冠截留模拟。利用GIS工具对祁连山排露沟流域林冠截留量的空间分布分析,该流域2008年青海云杉林冠截留量在97.9～236.6 mm之间,平均为161.8 mm,林冠降雨截留量随海拔增加而增加;林冠截留率在27.92%～58.00%之间,平均为41.70%,截留率随海拔增加先增加而后减小;排露沟流域青海云杉林冠年截留量约为1.6×105m3,占整个流域总降雨量的13.25%左右。     

祁连山大野口流域气温、降水、河川径流特征分析

水库底层深入基岩层,无地下潜流等优势可准确地测得流域河川径流量。通过大野口流域气温、降水和流域河川径流18 a(1994-2011)的长期监测,采用特征值参数计算、回归分析、线性倾向分析、百分比排位等方法对其数据进行处理和分析,结果表明:(1)从特征参数看,气温年际变异最大、河川径流次之,年降水最小;年均气温、年降水量和年河川径流量分别在1.16~2.08℃、307.43~440.69 mm、129.04~204.42 mm区间内变动的年份占68%左右,大气降水的44.57%形成了河川径流。(2)从回归模型看,如年均气温1.62℃、年降水量为374.06 mm,则流域年河川径流量的估计值为165.47 mm。(3)从线性倾向分析法,气温、降水和河川径流均呈波动性上升趋势,其中气温,平均趋势变化率约为0.23℃·(10 a)-1、降水和流域河川径流平均趋势变化率均为18 mm·(10 a)-1左右。(4)从月份相关函数分析,气温、降水和河川径流在1月份最小,平均值分别为-11.91℃、2.74 mm和0.32 mm;7月份最大,平均值分别为14.38℃、82.48 mm、37.48 mm。通过研究,可为中等流域尺度上进一步揭示水源涵养功能机理及其流域产流机制提供参考和科学依据。     

江西泰和县森林生态系统水源涵养功能评估

森林生态系统综合水源涵养能力是林冠层、枯落物层和土壤层蓄水能力的总和。本文根据江西泰和县 2003 年森林资源二类调查,结合文献收集,从3 个作用层评估了泰和县森林生态系统的水源涵养量及其空间分布格局,比较了不同森林类型、林龄、海拔、坡度下的林冠降雨截留能力,枯落物最大持水量和土壤蓄水能力。结果表明,林冠层平均截留率为16.31%,枯落物层持水率为2.14%,土壤层蓄水率为81.55%,3 个层次总截留和蓄水量为1.41 亿m³。各种森林类型水源涵养量由大到小依次为：杉木林>马尾松林>湿地松林>阔叶林>毛竹林>灌木林> 混交林>经济林。幼林龄、中林龄、近熟林、成熟林和过熟林水源涵养贡献率分别为17.58%、65.39%、14.18%、 2.48%和0.37%,涵养水源能力随林龄的增加而增加。空间上,泰和县森林生态系统的综合水源涵养力表现出从东西两侧向中部递减的分布。不同立地条件下林分的合理经营与管理对于整个森林生态系统水源涵养功能的发挥具有重要的作用。     

祁连山水源涵养林区降水及温度时空变化研究

研究大气降水及温度的时空变化对建立气候预警系统有重要的意义。利用气象和水文自动监测仪器沿环境梯度和植被类型对祁连山水源涵养林区温度及降水时空变化进行了动态监测。结果表明,祁连山西水林区降水呈单峰曲线型,主要集中在夏季,占全年降水的72%;在环境梯度上差异较大,表现为乔灌交错带处(3 300 m)降水为最大,交错带以下随海拔的升高降水增大,交错带以上由于降水复杂性导致随海拔的升高而减少;在年际上差异更大,2004年以前降水量随年份的增大有下降趋势,2004年以后降水量增幅较大。祁连山西水林区气温从1986年以来逐渐上升,但年均气温大多在0 ℃以下,最低为-1.33 ℃,从2003年以来气温迅速上升,年均温最高为2.5 ℃,通过研究发现24 a以来气温上升了3.83 ℃;由于气温的上升,导致土壤温度上升较快,尤其是表层和深层土壤温度上升更快,该结论与当前的众多结论是相吻合的。     

祁连山青海云杉林空间结构分析

 通过调查祁连山青海云杉天然林1块100 m×100 m的大样地,利用其直径分布和混交度、角尺度、大小比数、开敞度4种结构参数对其空间结构进行了分析,结果表明：（1）青海云杉直径分布表明该林分是典型的异龄林直径结构;（2）青海云杉林地青海云杉为顶级群落且呈单种聚集,空间隔离程度为零度混交;（3）青海云杉直径大小比数和树高大小比数平均数均为0.49,生长上处于中庸状态,大小分化程度一般;（4）青海云杉林角尺度分布呈正态分布,其平均值为0.526,从林分水平分布格局上看,青海云杉分布是以团状分布的;（5）青海云杉开敞度大小为1.667,生长空间很充足。相关研究结果对于今后青海云杉林的合理经营能起到一定的借鉴意义。     

利用树木年轮重建阿勒泰地区1794-2012年降水量

利用阿勒泰地区3个采样点的西伯利亚云杉（Picea obovata）树轮样本,建立了区域树轮宽度标准化年表。单相关普查发现,阿勒泰地区区域树轮宽度标准化年表与该区域5个气象站上年7月至当年6月降水量相关显著（R=0.714,P<0.00001）。用区域树轮宽度标准化年表可较好地重建该区域上年7月至当年6月的降水量,解释方差达51.0%,验证表明降水重建序列是可信的。重建序列经历了4个偏湿期和4个偏干期。存在2.2～2.5 a的显著周期（P<0.05）及146、2.8、2.1、2.0 a的较显著周期。在1889年发生从少到多的突变。空间相关分析表明重建结果对阿勒泰地区降水具有较好的代表性。重建结果与阿尔泰山、天山中部地区、吉尔吉斯斯坦东部天山北坡的降水变化趋势和干湿阶段具有较好的一致性,与PDSI变化趋势也有较好的一致性。     

祁连山东段山地典型灌丛枯落物及土壤水源涵养功能研究

为探讨高寒地区灌丛枯落物层及土壤层的水源涵养功能,以祁连山东段6种典型灌丛的枯落物和土壤为研究对象,采用野外调查与室内浸泡相结合的方法,对枯落物及土壤水文特征进行了研究.结果表明:(1)6种灌丛枯落物的蓄积量范围为0.23～3.61 t·hm-2,大小排序为山生柳>硬叶柳>绣线菊>金露梅>头花杜鹃>千里香杜鹃.(2)枯...     

祁连山青海云杉林动态监测样地群落特征

依据中国森林生态系统动态监测样地设置方法,参照国际森林生态学大样地建设技术规范,于2010年和2011年在祁连山自然保护区青海云杉（Picea crassifolia kom.）林内建立了10.2 hm2动态监测样地,定位调查了样地内19 927株DBH≥1 cm活立木木本植物,完成了第一次群落特征调查和分析。调查结果表明：①青海云杉群落成层现象明显,可划分为乔木层、灌木层、草本层和苔藓层4个层次。乔木层是群落的最主要层,整体而言其垂直高度结构复杂性要大于灌木层和草本层,苔藓层较为发达。②青海云杉径级结构呈明显的倒“J”形,个体集中在径级1~5 cm至21~25 cm,其占到总个体数目的91.42%,青海云杉更新良好。③青海云杉DBH≥1 cm对应的树高结构呈“单峰”形,高度主要集中在小于6 m,占到总个体数目的60.00%,高度偏小,小树较多,中树占有一定的比例,大树较少。同时,树高和胸径二者之间显著符合二次函数关系（p＜0.05）,反映了青海云杉群落生物学特征。④从空间分布格局来看,青海云杉表现出明显的聚集性分布格局。对不同年龄段青海云杉小树、中树和大树点格局分析表明,随着龄级的增大,种群的聚集程度减小,即由聚集分布变为随机分布,表现出明显的扩散趋势。青海云杉个体分布没有明显的空间异质性,而且2 534株大树随机分布在该样地,表明该群落未受大范围的人为干扰。     

祁连山青海云杉林截留对降水的分配效应

为了评估青海云杉林的水源涵养服务功能,选择祁连山西水林区排露沟流域青海云杉林,定位监测了在2006年中共83次降水事件的截留分配效应,观测期降水总量为394.2 mm,林冠截留、茎流和穿透水量分别是139.1、1.96和253.1 mm,林冠截留率、茎流率、穿透率分别为35.28%、0.50%和64.22%,当林外降水量>0.8 mm时才观测到林内穿透雨,而大于13.60 mm时,才观测到树干茎流。林冠对降水的截留分配与降水量、降水形态以及林分特征密切相关。冠层截留量、茎流量和穿透量与降水量均呈正相关,冠层截留率与降水量呈负相关,而茎流率和穿透率呈正相关;林冠对降雪的截留强于降雨,而降雨的穿透量强于降雪,同一降水事件下树干茎流量随着胸径的增大而增加。青海云杉林冠的几何形态结构(枝叶的分布与排列)不利于形成树干茎流。     

祁连山青海云杉林树线温度特征

树线温度对于解释树线位置及树线形成机理、预测树线对于气候变化的响应具有重要意义。通过在祁连山北坡青海云杉林郁闭林内、树线地带、高山灌丛分布带设置土壤温度自动观测仪器,初步分析了青海云杉林树线温度特征。结果表明:(1)树线处青海云杉根际土壤温度(10cm深度)生长季平均值为4.9℃,低于全球树线生长季平均土壤温度(6.7℃)。(2)生长季长度方面,青海云杉树线(104天)与亚北极(Subarctic,103天)、北方林(Boreal,106天)树线相近。(3)高山灌丛分布带在海拔上高于树线地带,但灌丛地带根际土壤生长季节均温(6.4℃),生长季长度(122天)均高于树线地带,显示了树线之上灌丛相对于乔木生活型有更佳的保持根际土壤热量的优势,从而也成为在树线之上灌丛能够很好生长,并且取代乔木的重要因素。     

祁连山青海云杉林动态监测样地土壤pH和养分的空间异质性

为了探讨青海云杉林对土壤pH和养分的影响,选择祁连山青海云杉林动态监测样地(340 m×300 m)为试验样地采集土样,利用经典统计学和地统计学方法对其空间异质性进行了研究。结果表明:(1)pH、水解氮和全磷为弱变异性,有机碳、全氮、速效磷、全钾和速效钾为中等变异性,它们的大小依次为速效钾 >有机碳 >速效磷 >全氮 >全钾 >水解氮 >全磷 >pH。(2)半方差最优模型拟合分析表明,pH、全氮、水解氮、全磷、速效磷和速效钾均符合球状模型,有机碳和全钾均符合指数模型;pH、有机碳、全氮、水解氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾的变程依次为108.8 m、88.5 m、112.8 m、131.9 m、143.3 m、73.3 m、73.3 m和134.7 m。从空间结构特征看,pH具有中等强度的空间自相关,而养分表现出强烈的空间自相关。(3)pH和养分均呈斑块状分布,有机碳和氮素具有相似的空间分布格局,全磷和速效钾分布变化较为明显,速效磷和全钾分布变化较为平缓。上述研究结果可为祁连山青海云杉林土壤pH和养分的取样设计和空间分布图制作等提供参考,也可为青海云杉林的土壤环境恢复与重建提供科学依据。     

祁连山北麓中段青海云杉林土壤水热时空变化特征

以祁连山北麓中段青海云杉林为研究对象,利用5套土壤温湿度自动监测系统对海拔2 500～3 300 m的青海云杉连续监测3 a,旨在探讨青海云杉林土壤水热的变化特征及土壤水热间的互作效应。结果表明:(1)7:00～19:00,土壤温度整体上呈升高趋势,8:00土壤均温最低,为1.03℃,18:00土壤均温最高,为1.32℃;土壤湿度的变化幅度较小,且差异不显著(P>0.05)。(2)冷期(1～4月、11～12月)、暖期(5～10月),各占全年的50%;8月前随月份增大土壤温湿度增大,月份增大1月,土壤均温增大2.21℃,湿度增大0.021 m3·m-3,8月后随月份增大逐渐减小,月份增大1月,土壤均温减小3.12℃,湿度减小0.017 m3·m-3。(3)土壤温度与海拔之间有负相关关系(R2=0.81,P<0.05);土壤湿度与海拔之间存在二项式相关关系(R2=0.95,P <0.05)。(4)土壤温度与土层深度间呈负相关关系(P <0.05),而土壤湿度与土层深度呈线性正相关关系(P <0.05),土层每增加一层,土壤均温减小0.142℃,湿度约增加0.0...