天山雪岭云杉森林群落的密度制约效应

密度制约是维持自然森林群落物种共存的重要机制之一。雪岭云杉(Picea schrenkiana)是天山森林群落的单优种, 在我国温带森林中占有重要地位。本文基于对天山雪岭云杉8 ha森林动态监测样地的两次调查结果, 分析了该样地群落物种组成的动态变化, 运用点格局方法分析了雪岭云杉个体在不同龄级的空间分布格局及其关联性, 探讨了该群落的密度制约效应。结果表明: (1)该样地内, DBH ≥ 1 cm的木本植物在2009年有11,835株, 2014年为11,050株, 5年间的个体死亡率为8.82%, 补员率为2.19%, 个体株数净减少6.63%。(2)使用双关联函数g(r)分析了不同龄级雪岭云杉的空间分布格局, 发现幼龄树和中龄树在0-40 m尺度上主要呈现聚集分布, 但随着尺度增大聚集强度逐渐减小; 老龄树在0-2 m及4 m尺度上呈随机分布, 在其他尺度上呈聚集分布, 但聚集程度较小。(3)用“案例-对照”设计的方法, 排除生境异质性的影响后, 将幼龄树和中龄树作为案例, 老龄树作为对照, 对比幼龄树、中龄树与老龄树的分布格局, 发现雪岭云杉幼龄树和中龄树在0-40 m尺度上呈现额外的聚集, 随着径级的增大, 这种额外的聚集强度逐渐减小, 即表现出密度制约效应。(4)老龄树与中龄树、幼龄树的空间关联性相同, 在0-40 m尺度上均呈明显负关联。     

天山雪岭云杉大气花粉含量对气温变化的响应

对中国东天山天池自2001年7月至2006年7月连续5a收集的雪岭云杉大气花粉含量进行统计分析,结果表明:1)一年四季大气中都有雪岭云杉花粉,但花粉数量变化比较大,超过全年90％的大气花粉集中在5、6月份的花粉高峰期,之后花粉浓度逐渐下降,至翌年1月份浓度降至最低,2月开始花粉浓度有升高的趋势;2)5a平均花粉浓度是42.66粒/m3,最高年是2005年,花粉浓度可达99.54粒/m3,最低年2003年,仅为2.13粒/m3;3)雪岭云杉大气花粉高峰期出现在5月22至6月2日,高峰日出现在5月28至6月6日,结束日是在6月18至6月25日,平均持续时间为27 d.观测时段雪岭云杉大气花粉高峰期出现日、高峰日逐年提前,2006年出现日期比2002年提前了7d、高峰日提前9d,结束日期滞后,2006年比2002年滞后6d,花粉高峰期持续时间逐年延长,2006年比2002年延长了12d.分析显示,影响雪岭云杉大气花粉高峰期变化的主要因素是春季气温的升高;4)粗略估算每年新疆的雪岭云杉林带内由大气中降落到表土的花粉量达61 kg/hm2,新疆现有雪岭云杉52.84×104hm2,全年由大气降落到林带内表土的花粉多达3223 t,一部分降落到戈壁、荒漠以及沙漠等一些极端气候区的花粉为一些先锋种植物提供必要的营养物质,具有重要的生态意义.     

天山林区雪岭云杉和异果小檗夏季水分来源

天山雪岭云杉针叶林内乔灌木水分利用模式尚不明确,水分利用动态缺乏定量分析。本研究对雪岭云杉和伴生灌木异果小檗茎杆木质部水及各潜在水源的氢氧稳定同位素组成进行测定,运用IsoSource模型定量分析两树种夏季对各潜在水源的相对利用比例。结果表明: 7月,土壤含水量充足时,雪岭云杉和异果小檗主要吸收利用60 cm以上土壤水,相对利用比例分别为73.8%和63.2%。8月,土壤含水量相对较低时,雪岭云杉水分来源保持稳定,对60 cm以上土壤水的相对利用比例为69.5%;异果小檗则转换至利用更深层的水源,对0～20 cm浅层土壤水的相对利用比例降至14.3%,主要吸收利用中层(20～60 cm)和深层(60～100 cm)土壤水,相对利用比例为67.7%。9月,随着0～20 cm浅层土壤含水量升高,两树种恢复对浅层土壤水的吸收利用,相对利用比例达95.0%。综上,雪岭云杉表现出典型的浅根系特征,其吸收利用的水源主要来自浅层土壤水;异果小檗则能够在0～100 cm的土壤各层吸收利用水分,同时随土壤含水量的变化灵活转换其水源,从而应对环境水分变异。     

季节性雪被对天山雪岭云杉凋落叶分解和碳氮磷释放的影响

季节性雪被下显著的冻融格局差异可能对干旱区山地森林凋落叶分解过程产生重要影响, 但一直未见深入研究。2015年10月至2016年10月, 采用凋落物分解袋法, 研究了天山典型树种雪岭云杉(Picea schrenkiana)凋落叶在季节性雪被覆盖下的3个关键时期(冻融期、深冻期、融冻期)以及生长季(生长季早期和生长季末期)的分解动态和碳、氮、磷释放特征。结果表明: (1)经过一年的分解, 不同雪被厚度下雪岭云杉凋落叶分解率为24.6%-29.2%, 且存在显著性差异。分解系数k值厚雪被覆盖最大, 无雪被覆盖最小。(2)冬季雪被覆盖期雪岭云杉凋落叶分解对当年分解总量的贡献达46.0%- 48.5%, 其中对冻融期凋落叶分解影响较为明显。(3)随着凋落叶的分解, 雪岭云杉凋落叶氮含量总体呈增加趋势; 碳含量和碳氮比大致呈下降趋势, 在深冻期和生长季末期不同雪被处理下碳含量呈显著性差异; 而凋落叶磷含量呈不规则变化趋势, 且在冻融期和融冻期不同雪被厚度下呈显著性差异。(4)整个雪被覆盖季节凋落叶氮元素表现为富集, 碳和磷元素表现为释放; 其中, 在融冻期薄雪被和中雪被处理下碳元素富集率最大, 在冻融期薄雪被、中雪被和厚雪被处理下, 融冻期无雪被和厚雪被下以及生长季早期中雪被和厚雪被下氮元素富集率最大, 而雪被对凋落叶磷释放的影响不显著。     

东天山北坡雪岭云杉种群结构动态的海拔格局

雪岭云杉(Picea schrenkiana)是天山特有树种,也是天山森林优势种;研究其种群结构动态的海拔梯度变化有助于保护、管理这一重要的森林资源。本研究以东天山北坡江布拉克景区的雪岭云杉种群为研究对象,利用便携式背包雷达(LiBackpack)扫描与手测验证相结合的方法,在1800-2600 m的海拔梯度上设置了27个30 m×30 m(共24300 m²)的样方进行调查测量,基于树木胸径数据,制作了雪岭云杉的静态生命表和存活曲线,计算其种群数量动态变化指数和时间序列预测模型,分析不同海拔高度雪岭云杉种群结构动态特征。结果表明:1)整体来看,江布拉克景区雪岭云杉种群结构现状良好,但幼苗(DBH<5 cm)储备明显不足。低、高海拔雪岭云杉种群径级结构表现为\"倒J型\",中海拔段为\"稳定型\"。雪岭云杉种群在不同海拔高度存在幼龄树死亡率高的共性。2)中海拔雪岭云杉种群动态变化指数最低;低海拔种群危险率最低;表明中海拔树木存活能力最强,雪岭云杉种群在中海拔生长状况最好。3)时间序列预测模型表明,研究区雪岭云杉种群未来动态更新趋势良好,未来2、4、6、8径级时,低海拔段Ⅱ-Ⅶ径级、高海拔段Ⅱ、Ⅳ-Ⅷ径级个体数量呈现增加的趋势;中海拔不同径级个体数量变化较小。建议对低、高海拔雪岭云杉种群个体采取抚育、间伐措施,中海拔砍伐过多的区域应移栽原生苗而促进雪岭云杉种群发育更新;同时加大管理力度,减少人为干扰。     

杂草对土壤重金属的富集与含量特征研究

对冶炼厂周围的土壤和杂草中的4种重金属元素含量进行测定和统计。结果表明,杂草不同器官重金属的平均含量由高到低分别为根>叶>茎,重金属在植物体内含量的分布Cu>Zn>Ni>Pb,富集系数由大到小为Zn>Cu>Pb>Ni。看麦娘(Alopecurusaequalis)、菰(Zizania latifolia)、鬼针草(Bidens pilosa)、丁香蓼(Ludwigiaprostrata)、双穗雀稗(Paspalumdistichum)、芦苇(Phragmites australis)等植物的根对Cu有较强的富集能力,其富集系数分别为2.54、2.69、4.82、10.74、7.33和4.60。看麦娘、双穗雀稗、丁香蓼、芦苇、鬼针草的根以及井口边草(Pteris multifida)地下部分和小飞蓬(Conyza canadensis)叶中的Cu含量分别高达813.4、1338、1959.65、840.1、1066.6、2030和334.5 mg·kg-1。水蓼(Ploygonumhydropiper)叶对Pb有较强的富集能力,其富集系数是2.15。丁香蓼、蛇床(Cnidium monnieri)和婆婆纳(Veronica didyma)叶以及野艾蒿(Artemisialavandulaefolia)的茎和叶对Zn有较强的富集能力,富集系数分别是2.28、2.45、3.02、2.25和2.54。杂草重金属含量与土壤中重金属含量的相关性不大。丁香蓼较适合作为重金属Cu、Zn污染地区的恢复植物     

重庆地区主要作物重金属富集特征

采集了重庆地区6种主要作物(水稻、玉米、空心菜、红薯、土豆、南瓜)食用部分和对应根系土壤样品,分析了Pb、Cr、Zn、As、Hg、Cu、Ni、Cd 8种重金属元素的含量,讨论了作物对重金属的富集水平及重金属的协同和排斥关系。结果表明,不同作物食用部分重金属的含量为籽粒类>根茎类>瓜果类,南瓜对8种重金属的富集能力远远低于其他物种,水稻富集水平较高;红薯和空心菜对Cr的富集、水稻对Cd的富集分别较为依赖于土壤中Cr、Cd的含量,而土豆对As元素的富集与土壤中该元素的浓度含量呈显著负相关关系;不同重金属在植物体内的富集协同和排斥关系均存在,但总体协同大于排斥,Zn和Cu、Cd和Ni、Cr和Ni多数呈协同关系,这种协同关系可以应用于重金属复合污染区域的植物修复。     

重金属超富集植物的研究与利用

阐述了超富集植物的定义、特性及研究历史和现状,介绍了国内外应用超富集植物修复重金属污染土壤的实例,指出了超富集植物研究存在的问题和发展方向。     

气候变化对新疆雪岭云杉潜在适宜分布及生态位分化的影响

探究气候变化对天山森林植物潜在空间分布的影响及其模拟预测有助于揭示中尺度下植物分布格局对气候变化的适应对策和反馈机制,对促进干旱区山地森林生态系统的生物多样性保育和森林资源可持续管理有着重要的科学和实践意义。基于雪岭云杉的分布点数据和环境因子数据,利用最大熵(MaxEnt)模型、GIS工具及R软件估计其在基准气候(1970—2000年)及2050(2041—2060年)和2070(2061—2080年)时段基于RCPs气候情景下的潜在分布范围、空间格局变化及生态位分化。结果表明：(1)雪岭云杉在基准气候下的潜在分布与2019年秋季的NDVI植被覆盖变化基本保持一致,高适生分布区主要分布在东疆的哈密、巴里坤和伊吾,北疆主要分布在天山北坡、博格达山、北塔山和伊犁河谷,南疆主要分布在天山南坡。另外,在阿尔泰山南坡、塔城、裕民、托里、西昆仑山和小帕米尔山地也有分布。(2)限制雪岭云杉潜在分布的关键因子为降水(最干月降水量、最冷季降水量和降水季节性)和温度(最干季平均温度、年均温、等温性和气温年较差)、土壤剖面有效含水量、土壤碳密度及海拔,其累计贡献率之和达到87.28%。(3)2050和207...     

赣南钨矿区土壤重金属含量与植物富集特征

对赣州大余县境内四大国有钨矿(西华山、荡坪、漂塘、下垄)的尾砂库区土壤和植物重金属含量进行了分析,结果表明:尾砂库区土壤受到重金属Zn、Cd、Mo、Cu、Pb与W的污染,而且Cd和Mo含量较高;在4个尾砂库区中,下垄矿区尾砂库的重金属污染比其他3个尾砂库严重.4个尾砂库区共出现了53种植物,隶属31科52属,这些植物重金属富集系数的高低顺序为Zn＞Cd＞Mo＞Cu＞Pb＞W.另外,植物不同的耐性机制使它们对重金属的富集表现出不同特性,芒箕、龙葵、酸模等植物地上部富集较多重金属,可用于污染土壤的植物修复;乌毛蕨、梵天花和狗脊蕨等在根部富集较多重金属,可用于植物固化技术;狗尾草、鬼针草、白苏富集极少重金属,可作为矿区废弃地植被重建的先锋物种.     

天山北坡雪岭云杉林地开垦的土壤有机碳损失估算

在全球变暖的背景下,由土地利用变化导致的土壤碳库的变化已经受到越来越多的关注。首先采用物种分布模型预测了天山北坡雪岭云杉林的潜在分布,其次估计了与被开垦为农田的雪岭云杉林面积(PSC)以及由林地开垦为农田造成的有机碳损失。PSC分别由雪岭云杉林的现实分布、潜在分布和农田的现实分布确定。云杉林地和农田的土壤有机碳含量由野外采样和实验室分析获得。研究发现,PSC面积为2.68×10~6hm~2,被开垦为农田的雪岭云杉林土壤有机碳的损失为171.7 t/hm~2;研究区总有机碳的损失为459.70Tg。结果表明,研究区的林地恢复和重建项目将会使土壤有机碳储量有所增加,且土壤表层的增加量多于深层。     

Cd2+和Pb2+对花翅摇蚊(Chironomus kiiensis)幼虫生长发育的影响及富集效应

河流、湖泊等水生环境中普遍存在的重金属污染破坏水生生态系统并间接威胁人类健康。为探究重金属胁迫下水生昆虫花翅摇蚊（Chironomus kiiensis）生态毒理,测定了重金属Cd²⁺和Pb²⁺胁迫对花翅摇蚊化蛹率和羽化率的影响,检测了摇蚊的口器致畸与富集效应。研究结果表明,Cd²⁺和Pb²⁺影响摇蚊幼虫化蛹和羽化过程,单一重金属离子处理14 d Pb²⁺处理组的化蛹率和羽化率分别为22.22%和8.89%,低于Cd²⁺的化蛹率（25.56%）和羽化率（11.11%）,表现出更强的抑制效应。混合离子1：2和2：1配比处理组化蛹率和羽化率均为11.11%和4.44%,显著低于单一重金属离子胁迫下的化蛹率和羽化率。单一重金属离子及混合离子处理均能导致花翅摇蚊幼虫口器致畸,表现为上颚前齿断裂,中齿和基齿磨损、缺失,下唇板齿部不规则,下唇板边缘齿与中央齿磨损、断裂、增生、缺失。不同重金属离子处理下幼虫口器致畸率不同,并与暴露时间呈正相关,其中1：2配比处理14 d致畸率达到40.61%。重金属离子在摇蚊幼虫体内产生生物富集效应,单一重金属离子处理下的Pb²⁺富集含量7 d至14 d由11.46 mg/kg上升至31.32 mg/kg,不同配比混合离子处理下Pb²⁺富集含量均呈增加趋势,其中1：2配比处理组由15.48 mg/kg上升至42.50 mg/kg,而Cd²⁺在单一重金属与1：1混合离子处理组7 d至14 d的富集含量无显著性变化,2：1配比处理组由14.20 mg/kg下降至9.52 mg/kg,1：2配比由5.85 mg/kg上升至20.99 mg/kg。这些研究结果表明Cd²⁺和Pb²⁺胁迫影响花翅摇蚊幼虫生长发育且口器出现畸型,与重金属在幼虫体内的富集密切相关,为研究重金属对水生生态系统多重效应提供了理论依据。     

Climatic signals in tree ring of Picea schrenkiana along an altitudinal gradient in the central Tianshan Mountains, northwestern China

Tree-ring samples of Picea schrenkiana (Fisch. et Mey) were studied along an altitudinal gradient in the central Tianshan Mountains, and ring-width chronologies were developed for three sites at different altitudes: low-forest border (1600–1700 m a.s.l.), interior forest (2100–2200 m a.s.l.), and upper treeline (2600–2700 m a.s.l.). Annual ring-width variations were similar among the three sites but variability was greatest at the low-forest border site. The statistical characters of the chronologies showed that mean sensitivity (MS) and standard deviation (SD) decreased with increasing elevation. In other words, the response of tree growth to environmental changes decreased with increasing altitude. To understand the differing response of trees at different elevations to the environmental changes, response function analysis was used to study the relationships between tree-ring widths and mean monthly temperature and total monthly precipitation from 1961 to 2000. The results showed that precipitation was the most important factor limiting tree radial growth in the arid central Tianshan Mountains, precipitation in August of the prior growth year played an important role on tree's radial growth across the entire altitudinal gradient even at the cold, high-elevation treeline site. It is expected that with increasing altitude air temperature decreased and precipitation increased, the importance of precipitation on tree growth decreased, and the response of tree growth to environmental changes decreased, too. This conclusion may be helpful to understand and research the relationship between climatic change and tree growth in arid and semiarid area.     

天山南北坡树轮稳定碳同位素对气候的响应差异

利用采自天山南坡阿克苏河流域、天山北坡伊犁河流域和吉尔吉斯斯坦伊塞克湖流域的树木年轮样本,按照树轮稳定碳同位素研究步骤,分别建立了天山南坡和天山北坡各2条树轮稳定碳同位素去趋势序列（δ¹³C_corr）。采用相关函数和共线性分析揭示了天山南北坡树轮稳定碳同位素与各气候要素之间的关系。结果表明,天山南坡树轮稳定碳同位素与生长季降水、相对湿度显著负相关,而与温度没有明显的相关关系,表明影响天山南坡树轮稳定碳同位素分馏的主要气候因子是生长季水分状况,尤其是降水;天山北坡树轮稳定碳同位素与生长季尤其是夏季的平均气温、平均最高气温和饱和水汽压亏缺显著正相关,而与降水量、相对湿度显著负相关,表明影响天山北坡树轮稳定碳同位素分馏的气候因子可能较为复杂。进一步分析表明,夏季温度、降水和相对湿度共同调控着天山北坡雪岭云杉树轮稳定碳同位素分馏。     

Response of ectomycorrhizalPinus banksiana andPicea glauca to heavy metals in soil

Pinus banksiana andPicea glauca inoculated or not with the ectomycorrhizal fungusSuillus luteus were grown in a sandy loam soil containing a range of Cd, Cu, Ni, Pb and Zn concentrations. Ectomycorrhizal colonization rates were significantly reduced on Pinus and Picea seedlings by the heavy metals, particularly Cd and Ni. Needle tissue metal concentrations were lower in ectomycorrhizal seedlings at low soil metal concentrations. However, at higher soil concentrations, heavy metal concentrations of needle tissue were similar in ectomycorrhizal and nonmycorrhizal plants. The growth of nonmycorrhizal seedlings exposed to heavy metals was reduced compared to those inoculated withSuillus luteus. Apparently ectomycorrhizal colonization can protect Pinus and Picea seedlings from heavy metal toxicity at low or intermediate soil concentrations of Cd, Cu, Ni, Pb and Zn.     

不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔雪岭云杉树轮宽度年表对气候的响应

利用新疆东天山高低海拔雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey.)年轮样本,采用样条函数法、负指数函数法和区域曲线法3种去趋势方法研制树轮宽度标准化年表,通过分析不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔云杉树轮宽度标准化年表特征、年表与气候响应的关系和年表间在不同频域互相关,及其与其它资料对比发现:(1)3种去趋势法对东天山年表质量影响较小,低海拔树轮年表含有更多可靠的气候变化信息。(2)高海拔的雪岭云杉树木径向生长与6—9月平均气温均呈显著正相关,其中标准化树轮年表与7月平均气温相关系数达0.553(P0.01,n=58),夏季温度可能是东天山高海拔雪岭云杉径向生长的主要限制因子;低海拔雪岭云杉树木径向生长与春季降水显著正相关,同时与春季平均气温显著负相关,春季高温和缺水共同作用的春旱可能是影响低海拔雪岭云杉径向生长的主导因子,且负指数函数年表对气候响应更敏感。(3)区域曲线法能够保留树轮标准化年表中更多低频信息,但优势不明显。高低海拔标准化年表在低频域相关系数较大,并和历史干旱事件有很好的对应。在东天山高低海拔雪岭云杉的去趋势方法研究中,负指数函数法比样条函数法和区域曲线法更适合。     

模拟氮沉降对天山云杉细根分解及其养分释放的影响

采用野外模拟试验,设计4种氮处理——对照(不施氮,CK)、低氮(施氮5kg·hm-2·a-1,LN)、中氮(施氮10kg·hm-2·a-1,MN)、高氮(施氮15kg·hm-2·a-1,HN),研究氮沉降对天山云杉细根分解及养分释放的影响。结果表明:(1)不同氮处理分解2年后天山云杉细根残留率依次为74.044%(HN)、71.967%(MN)、68.156%(CK)、61.933%(LN),且差异显著。(2)天山云杉的细根月分解速率在试验前期不同氮处理下规律不明显;而在试验后期呈现为对照中氮低氮高氮。(3)4种氮处理下天山云杉细根分解50%需要的时间依次为3.31年(LN)、3.67年(CK)、4.28年(MN)、4.64年(HN),分解95%需要的时间依次为14.39年(LN)、15.93年(CK)、18.58年(MN)和20.17年(HN)。(4)天山云杉细根C元素迁移模式总体表现为直接释放,N元氮为富集-释放模式,残留率呈现波动式下降趋势。(5)不同氮处理下天山云杉细根分解率与C元素浓度间均呈线性负相关关系;对照和低氮处理下,天山云杉细根分解率与N元素浓度间均为线性负相关关系,中氮和高氮处理下,细根分解率随N元素浓度的增加呈先增加后降低的趋势。