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。     

祁连山中段青海云杉林土壤肥力质量评价研究

以祁连山排露沟流域青海云杉林为研究对象,研究了海拔梯度上土壤肥力因子的分布特征及变化规律,并运用主成分分析法对青海云杉林土壤肥力状况进行了评价。结果表明：（1）研究区土壤呈碱性,pH值均大于8.0;高海拔地区（3 300 m）含水量达到过饱和状态,各土层含水量均大于100%;随海拔升高,全氮含量呈增大趋势,全钾含量呈减小趋势,而全磷含量呈先减小后增大趋势;不同海拔梯度速效磷含量差异不显著（P>0.05）,海拔3 300 m处速效钾含量显著高于其他海拔段（P<0.05）。（2） 不同海拔梯度下土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾含量都有明显的“表聚效应”,其中3 300 m处0~10 cm土层有机质含量高达325.93 g·kg^-1,是本海拔段其他土层的1.6~1.8倍,是同土层其他海拔段的1.3~2.0倍。（3） 土壤肥力因子间关系密切,土壤含水量与有机质、全氮呈极显著正相关关系,与土壤容重、pH和全钾呈极显著负相关关系,土壤养分含量之间存在不同程度的显著正相关关系。（4） 不同海拔梯度土壤肥力质量为：3 300 m>3 200 m>3 100 m>3 000 m>2 900 m。     

祁连山青海云杉林土壤养分异质性分析

 阐明土壤养分的变异特性对改变森林群落结构和加快生态系统进程有重要意义。该研究选择东西祁连山为主要调查区域,通过变异函数确定和比较变量因子的空间变异程度及空间变异尺度,采用Palintest土壤养分测试仪和实验室化学处理方法获取试验数据,对数据采用DPS7.5和EXCEL软件处理,利用变异函数对祁连山地区6种土壤养分的空间变异特征分析表明：均表现出明显的空间自相关格局,空间自相关范围差异明显;TN、TP、TK、NH+4-N、NO-3-N、有机质变异系数分别为37.6%、23.1%、4.6%、36.3%、109.9%、32.9%,其中,TK为弱变异,TN、TP、NH+4-N和有机质为中等变异,NO-3-N为强变异;NH+4-N、NO-3-N、有机质、TN在剖面上的变化呈递减对数,TP、TK呈递增对数;NH+4-N在海拔上呈多项式变化关系,NO-3-N呈线性变化关系,TN、TP、TK无明显变化,变化范围分别在0.19%～0.4%、 0.043%～0.056%、1.85%～2.014%之间。     

祁连山青海云杉林区苔藓层对流域水文的影响

研究祁连山苔藓层对流域水文的影响可以人为干扰和控制水文,还可以正确评价下垫面产水量和土壤水分状况。该层是森林生态系统独特的结构层次,不仅在森林土壤发育、生态系统物质循环和能量流动过程中起重要作用,而且水文生态效应显著。利用野外调查取样和室内分析结合的办法对祁连山苔藓的持水能力、截留能力、保水能力以及一个生长季节的含水动态进行分析,获取第一手数据100 880个。研究表明:(1)苔藓季节含水量变化较大,5月含水量最高,7月最低,海拔3 300 m最高,2 700 m最低。(2)平均降水量和平均截留量呈多项式关系,2006年6月降水量3.2 mm,截留量3.1 mm,5月和9月降水较高,分别为8.6 mm和7.4 mm,截留量为5.8 mm和4.6 mm。(3)有苔藓林地和无苔藓林地土壤水分差异明显,体现苔藓保水性,有苔藓林地土壤水分蒸发较小,林内土壤水分变化不大且稳定;无苔藓林地土壤水分蒸发大,变化明显且不稳定,随着气温的升高慢慢趋向递减。(4)苔藓层越厚,最大持水量越大,厚度达到3.0 cm的最大持水率为519.44%。     

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。     

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...     

祁连山东部地区苔藓青海云杉林降水截留研究

根据野外观测,运用统计建模的方法,研究了不同郁闭度条件下青海云杉林冠截留与降水的关系,确定了最佳降水截留模型。结果表明:在郁闭度为0.4的情况下,模拟模型为S曲线函数,相关系数(R2)可达0.698,在郁闭度为0.6和0.8的情况下,模拟模型为幂函数,相关系数(R2)分别为0.832和0.886,降水量较小时,模拟的精度较高,雨量较大时模型的误差很大。林冠对降水的再分配是干旱区水资源评估的一个重要方面,准确描述降水截留过程是干旱区生态水文过程研究的重要内容,因此考虑林冠特征和截留机制是未来降水截留研究的重点,以期精确定量评价该地区青海云杉林的生态水文效应。     

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。     

祁连山林区青海云杉群落种子植物区系分析

根据祁连山林区青海云杉群落16块样地256个样方的调查结果,对青海云杉群落的植物种类和区系成分的多样性进行了研究,结果表明:青海云杉群落共有维管束植物96种,隶属25科52属;科的分布区类型以世界分布科为主,大部分主产温带;属的分布类型以温带性质居多,共31属59种,占总属数的62.26%,表明了青海云杉群落植物区系的温带性质;随海拔高度的变化,群落中不同林型的种数、属数和科数多样性表现出不同的变化规律,科和属的多样性最大值出现在山杨-青海云杉混交林中,种的多样性最大值出现在圆柏-青海云杉混交林中.     

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。     

Divergent responses of Qinghai spruce (Picea crassifolia) to recent warming along elevational gradients in the central Qilian Mountains,Northwest China

Understanding the radial growth trends of trees and their response to recent warming along elevation gradients is crucial for assessing how forests will be impacted by future climate change. Here, we collected 242 tree-ring cores from five plots across the Qinghai spruce (Picea crassifolia Kom.) forest belt (2600-3350 m a.s.l.) in the central Qilian Mountains, Northwest China, to study trends in the radial growth of trees and their response to climate factors with variable elevation. All the sampled P. crassifolia chronologies showed an increasing trend in the radial growth of trees at higher altitudes (3000-3350 m), whereas the radial growth of trees at lower altitudes (2600-2800 m) has decreased in recent decades. The radial growth of trees was limited by precipitation at lower elevations (L, ML), but mainly by temperature at higher elevation sites (MH, H, TL). Climate warming has caused an unprecedented increase in the radial growth of P. crassifolia at higher elevations. Our results suggest that ongoing climate warming is beneficial to forest ecosystems at high elevations but restricts the growth of forest ecosystems at low elevations.     

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...     

土壤水热条件对祁连山荒漠草原土壤CO2通量的影响

采用美国Li-COR公司生产的LI-6400-09土壤呼吸室和LI-6400便携式光合作用测量系统,在2004年生长季节对祁连山荒漠草原土壤CO2通量与温度和土壤水分的关系进行了连续观测研究。结果显示,基于室内试验数据,土壤CO2通量与土壤温度及土壤含水量的关系都可以用曲线方程很好地模拟。通过野外对祁连山荒漠草原土壤CO2通量、土壤温度、土壤含水量和降水等因子的观测发现,生长季节土壤CO2通量的日平均值介于1.94～9.32μmol.m-2.s-1。土壤CO2通量7～8月份达到最大值,5月与9月份次之,整个生长过程总的变化趋势呈单峰曲线形式。在5～11月份7个月的时间里,祁连山荒漠草原CO2释放量大约为1.01×108μmol.m-2。此外,加水试验也表明在干旱季节土壤水分对土壤CO2通量整体变化的重要性。     

土壤水分动态随机模型研究进展

土壤水是地球表层系统的重要组成,是水文循环的核心,控制着最基本的陆地生态系统格局与过程,是陆地生态系统健康运行的关键。土壤水分动态是研究水文过程和陆地生态系统过程相互作用及反馈必不可少的一环,是一系列水文、气候和生态过程非线性动态作用的结果。因此,土壤水分动态表现为脉动、无规律和随机的过程,对其研究需要随机方法。本文综述了基于土壤水分平衡的土壤水分动态随机模拟的研究进展,主要关注土壤水分动态随机模型的分类比较和适用性。希望能为国内生态水文学的定量研究提供一些参考,促进对水文循环与陆地生态系统之间相互作用更好的理解,最终有助于水资源和生态系统的可持续管理。     

念青唐古拉山西段高海拔陆-气系统水热特征

利用实测的念青唐古拉山脉南坡海拔4800 m和5333 m,以及北坡5400 m的土壤温、湿度和地表气温一年的数据,对该地区水热特征作了初步分析,结果表明：地、气温差冬季大夏季小,且相对邻近地区偏大。同时地温与气温有良好相关,但随深度增加,相关系数减小。土壤热力梯度的方向低海拔由下而上,高海拔则相反。土壤湿度高海拔略大于低海拔,干季和湿季分别受冻融过程和印度洋季风降水影响。高海拔冻结期比低海拔长3~4个月,其下层土壤湿度在冻融交替期表现一个剧烈的跃变现象。念青唐古拉山南、北坡海拔相近区域相同层位土壤温度差异在0~8℃之间。南坡土壤温度年平均高于北坡3~4℃。南坡冻结比北坡晚而融化比北坡早,上层土壤湿度南坡小于北坡,而下层土壤湿度南坡大于北坡,南北坡水热过程存在明显差异。     

Influencing factors and partitioning of respiration in a Leymus chinensis steppe in Xilin River Basin, Inner Mongolia, China

Based on the static opaque chamber method, the respiration rates of soil microbial respiration, soil respiration, and ecosystem respiration were measured through continuous in-situ experiments during rapid growth season in semiarid Leymus chinensis steppe in the Xilin River Basin of Inner Mongolia, China. Soil temperature and moisture were the main factor affecting respiration rates. Soil temperature can explain most CO2 efflux variations (R2=0.376–0.655) excluding data of low soil water conditions. Soil moisture can also effectively explain most of the variations of soil and ecosystem respiration (R2=0.314–0.583), but it can not explain much of the variation of microbial respiration (R2=0.063). Low soil water content (≤5%) inhibited CO2 efflux though the soil temperature was high. Rewetting the soil after a long drought resulted in substantial increases in CO2 flux at high temperature. Bivariable models based on soil temperature at 5 cm depth and soil moisture at 0–10 cm depth can explain about 70% of the variations of CO2 effluxes. The contribution of soil respiration to ecosystem respiration averaged 59.4%, ranging from 47.3% to 72.4%; the contribution of root respiration to soil respiration averaged 20.5%, ranging from 11.7% to 51.7%. The contribution of soil to ecosystem respiration was a little overestimated and root to soil respiration little underestimated because of the increased soil water content that occurred as a result of plant removal.     

Influence of short-term experimental warming on heat-water processes of the active layer in a swamp meadow ecosystem of the Qinghai-Tibet Plateau

Climate change is now evident in the Qinghai-Tibet Plateau(QTP), with impacts on the alpine ecosystem, particularly on water and heat balance between the active layer and the atmosphere. Thus, we document the basic characteristics of changes in the water and heat dynamics in response to experimental warming in a typical alpine swamp meadow ecosystem. Data sets under open top chambers(OTC) and the control manipulations were collected over a complete year. The results show that annual(2008) air temperatures of OTC-1 and OTC-2 were 6.7 °C and 3.5 °C warmer than the control. Rising temperature promotes plant growth and development. The freeze-thaw and isothermal days of OTCs appeared more frequently than the control, owing to comparably higher water and better vegetation conditions. OTCs soil moisture decreased with the decrease of soil depth; however, there was an obviously middle dry aquifer of the control, which is familiar in QTP. Moreover, experimental warming led to an increase in topsoil water content due to poorly drained swamp meadow ecosystem with higher organic matter content and thicker root horizons. The results of this study will have some contributions to alpine cold ecosystem water-heat process and water cycle under climate change.