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)林土壤有机碳与化学性质的相互关系

通过对祁连山大野口流域的青海云杉林大样地进行土壤剖面取样, 分析了样地土壤有机碳与pH值、养分和阳离子交换量等基本化学性质的变化规律及其相互关系. 结果表明: 随土层深度不断增加, 土壤有机碳含量逐渐减小, 在20～30 cm以下趋于稳定(P > 0.05); 土壤pH值不断增大, 仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05); 土壤全氮、速效氮、全磷和阳离子交换量不断减小, 全氮含量在30～40 cm以下趋于稳定(P > 0.05), 速效氮含量变化剧烈(P<0.05), 全磷含量差异性不显著(P > 0.05), 阳离子交换量与有机碳含量变化规律相同; 土壤速效磷、全钾和速效钾含量没有明显的变化规律, 速效磷和全钾含量差异性不显著(P > 0.05), 速效钾含量仅在0～10 cm与10～20 cm差异显著(P<0.05). 土壤有机碳与全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾和阳离子交换量之间呈极显著和显著正相关, 与土壤pH值和全钾含量之间呈极显著和显著负相关. 土壤有机碳与其他基本化学性质的回归方程具有较高精度(R²=0.793), 影响土壤有机碳含量的主要化学因子依次为土壤阳离子交换量、速效钾和全磷含量.     

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。     

祁连山森林内外主要气象因子对比研究

根据<地面气象观测规范>的要求,在祁连山森林内外建立两个相同的地面气象站,对气温、湿度、土壤温度、降水量、蒸发量等因子进行对比研究,采用同期林内外气象因子的差值来分析其差异特征.结果表明:(1)林内平均气温、土壤温度、降水量和蒸发量相对林外明显偏低,但是,林内湿度相对林外偏高;(2)林内温差和湿度变化幅度明显较林外小,从生态环境学的角度揭示了森林小气候功能,为生态环境建设提供决策依据.     

祁连圆柏和青海云杉幼苗生理生态特征对土壤干旱胁迫的响应

以青藏高原东北部亚高山生态系统中的两种不同生境优势树种祁连圆柏和青海云杉3 a生实生苗为研究对象, 研究了它们的幼苗在适宜水分(田间持水量的80%)、轻度干旱(60%)、中度干旱(40%)、重度干旱(20%)生理生态特征差异. 结果表明: 随着干旱胁迫的加剧, 青海云杉和祁连圆柏的叶片相对含水量(RWC)、光合速率(P_n)、气孔导度 (G_s)、蒸腾速率(E) 逐渐下降, 叶片碳稳定同位素含量 (δ¹³C)、氮素利用效率(NUE)、瞬时水分利用效率(WUE_i)、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性逐渐增加, 但根冠比(R:S)响应不一致, 青海云杉响应逐渐降低, 而祁连圆柏响应逐渐升高. 二者对干旱胁迫的响应有显著差异, 青海云杉在所测定的生理生态指标中受干旱胁迫影响更大, 说明青海云杉对干旱胁迫更为敏感, 而祁连圆柏具有更强的耐旱性.     

祁连山中东部青海云杉径向生长对气候变暖的响应差异

气候变暖对森林生态系统产生了深刻影响,而树木生长对气候变化做出了不同的响应。本研究利用采自祁连山中、东部不同海拔梯度的青海云杉（Picea crassifolia）树轮样本,分别建立了中部和东部6个树轮宽度年表,分析了树木径向生长与各气候要素的关系以及随时间变化的稳定性。结果表明：祁连山中部青海云杉对降水和scPDSI较东部更为敏感。中部树轮宽度年表与当年5—7月的scPDSI极显著正相关（P<0.001）,东部树轮宽度年表与前一年9月和当年5月scPDSI显著正相关,表明中部LCH区域青海云杉径向生长主要受当年5—7月土壤水分条件的限制;东部XYH区域则受前一年9月和当年5月的土壤水分的限制。20世纪80年代中东部温度显著升高（P<0.001）,中东部树木生长受高温引起的干旱胁迫增强;20世纪90年代以后,由于中部降水增加而东部降水变化不明显,中部树木生长干旱压力得到缓解,东部森林受干旱的限制作用增强。此外,中东部青海云杉与温度、降水和scPDSI的相关关系逐渐趋向一致,未来气候的持续变暖或许将减小中东部树轮-气候关系的差异。     

Effect of forest on annual water yield in the mountains of an arid inland river basin: a case study in the Pailugou catchment on northwestern China's Qilian Mountains

The effect of forests on annual water yield is an unresolved central issue in forest hydrology despite years of study. There has been a particular shortage of research in the mountains of arid inland river basins. In the present study, we examined the effects of forests on hydrology using data on precipitation, evaporation, canopy interception, transpiration, and runoff from 1994 to 2008 for the Pailugou catchment of northwestern China's Qilian Mountains. We modelled the water balance to assess the contribution of different vegetation types to annual water yield. In our study area, Picea crassifolia forest covered 38·5% of the catchment area, but contributed little to annual water yield. For an annual average precipitation of 407·1 mm (from 2003 to 2008) at an elevation of 2700 m, the runoff depth from the forest was 11·6 mm, accounting for only 3·5% of total annual water yield of the catchment. For an annual average precipitation of 374·1 mm (from 1994 to 2002), the runoff depth from the forest was ? 14·3 mm (i.e. 5·9% of total annual water yield of the catchment was consumed to sustain tree growth). This has significant implications, because forests are increasingly being planted in the Qilian Mountains, and this may decrease the downstream water supply. Thus, the relationship between the forest and water yield must be better understood to permit the establishment of an appropriate regional level of forest cover. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

黑河上游山地青海云杉林土壤有机碳特征及其影响因素

以黑河上游祁连山中段青海云杉林为研究对象,分析了不同林区云杉林表层(0~20 cm)土壤有机碳的分布特征及其与气候因子、植被特征和土壤特性的关系。结果表明：祁连山中段3个林区青海云杉林表层土壤有机碳含量为寺大隆林区[(9.38±0.72)%]>西水林区[(7.81±0.43)%]>大河口林区[(6.06±0.30)%],土壤有机碳含量平均值为(7.41±0.28)%,变异系数为37.9%。土壤有机碳含量与海拔、土壤含水量、土壤全氮呈显著正相关关系,而与土壤pH值呈显著负相关关系。经主成分分析表明,海拔和土壤pH值是影响土壤有机碳含量的第一主成分,土壤全氮是第二主成分,云杉林密度是第三主成分,累计解释率为72.47%。     

祁连山大野口流域森林空间结构及水源涵养功能

林分空间结构及其水源涵养功能关系一直是森林生态水文学研究的热点.我们在祁连山大野口流域选取林分空间结构、林冠截留和河川径流等监测样地,采用特征参数统计分析、多度分析和相关系数分析等方法,研究了林分空间结构因子及其水源涵养功能之间的关系.结果表明:(1)祁连山大野口流域49块样地的2 819株青海云杉(Picea crassifolia)的胸径、树高、冠长、冠幅、冠幅面积的分布曲线比正态分布平缓,树龄、胸径断面的分布曲线比正态分布剧烈;径级从1～5 cm到26～30 cm、高度级从2～4 m到18～20 m、冠长级从2～4 m到12～14 m、冠幅级从2～4 m到4～6 m,其多度分别为89.4%、94.4%、77.8%和82.7%.(2)林冠截留年总量和平均截留率分别为139.1 mm和35.28％;(3)从相关系数分析来看,海拔对树高影响较大,对冠长影响较小,与其他因子不相关;坡向对冠幅影响最大,对冠长、树高影响较小;坡度对这些因子几乎没有影响.径级与多度、冠长与多度均符合三次多项式关系;胸径与树高、冠长、冠幅、树龄符合线性多元回归函数;雨量级与林冠截留率呈反比.本文可为流域林分空间结构特征与水源涵养功能之间的机理研究提供基础数据和参考资料.