矿区道路两侧雪岭云杉叶片重金属富集效应

采矿及矿产品运输过程会对环境造成重金属污染进而对生物体产生危害。为定量描述艾维尔沟矿区道路两侧重金属污染程度、明确雪岭云杉叶片对重金属的吸收富集效应,通过采集雪岭云杉叶片和土壤样品,测试其铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、砷(As)、铜(Cu)、铬(Cr)的含量,分析重金属的富集效应和空间分异特征。结果表明:(1)雪岭云杉叶片和土壤中各重金属含量差异显著(P0.05),叶片中Pb的含量显著高于其余重金属(P0.05),平均达86.28μg/g,土壤中Zn、Cu超过了国家土壤质量标准的一级限制值,而As比三级限制值大41%;(2)以背景区(板房沟林场)的土壤和雪岭云杉叶片重金属为评价标准,研究区雪岭云杉叶片重金属综合污染指数为2.05,属中度污染,其中As和Pb单项污染指数较高,达3.65和2.57。研究区土壤重金属综合污染指数为1.69,属轻度污染;(3)随距离增加,除土壤和叶片中Pb含量表现为负线性递减外,As和Cu均表现为先升高后降低,土壤中Cr、Zn逐渐升高,但叶片中Cr逐渐降低,Zn变化不大;(4)冗余分析(RDA)结果显示土壤中Cu、As、Pb与雪岭云杉死树胸径和树高呈正相关关系,而Cr、Zn与其呈负相关。采矿及运输已对土壤和雪岭云杉的生长造成影响,本文对天山雪岭云杉森林的生态修复与保育具有一定的借鉴作用。     

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...     

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。     

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.     

天山云杉森林土壤有机碳沿海拔的分布规律及其影响因素

对森林土壤有机碳库含量的估测及其影响因素的研究一直是学术界关注的热点。在水热梯度上可能会存在森林土壤有机碳的分布规律,但多数在混交林内开展的工作因无法区分群落类型变化的影响而无法准确反映出森林土壤有机碳在水热梯度上的变化规律。天山云杉森林为纯林类型,在天山山脉巨大山体上呈带状分布(平均海拔下限1750 m至平均海拔上限2760m),存在水热梯度,能够排除混交林中群落类型变化对土壤有机碳的影响。因此,在天山云杉森林带按海拔梯度设置系列样地并采样,用重铬酸钾-氧化外加热法测定土壤有机碳含量并研究土壤有机碳密度沿海拔的分布规律,分析水热配比关系与植物群落(生物量)对该规律的影响。结果表明:①1 m深度的标准土壤剖面上,各海拔梯度的土壤有机碳密度随着剖面深度的增加呈减少的趋势;②各海拔梯度的有机碳主要集中在土壤表面0—40 cm范围内,所占的比例约占全剖面的60%—70%,具有明显的表聚现象;③在天山北坡中段云杉森林带的海拔下限到海拔上限标准剖面总土壤有机碳密度出现不显著的先下降后上升再下降的双峰变化,峰值出现在海拔1800—2000 m与海拔2400—2600 m,海拔2600—2800 m的有机碳密度最小;④云杉纯林在不同海拔的平均胸径呈先减少后增加再减少的趋势,与土壤总有机碳密度变化规律较吻合;⑤天山云杉森林土壤有机碳密度沿海拔的变化是水热梯度变化及受其影响的森林长势二者共同作用的结果。     

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。     

天山中段北坡森林土壤有机碳库稳定性组分沿海拔的分异规律

在高纬度高海拔区域气温增幅更大的背景下,高山亚高山森林土壤有机碳稳定性组分分配比关系以及由于此差异导致对增温的反馈效应均有待深入阐释。天山森林是以雪岭云杉(Picea Schrenkiana)为单优树种的温带针叶林,在天山北坡中山带(海拔约1760—2800 m)呈垂直落差超过1000 m的带状斑块分布,便于排除混交树种的影响,而量化土壤有机碳库稳定性组分分配比关系沿海拔的分异规律,及其对气候变化的响应情况。沿海拔梯度设置森林样地并分层采集土样,研究各土层土壤总有机碳库(C_SOC)、活性碳库(C_a)、缓效性碳库(C_s)、惰性碳库(C_p)、微生物量碳(MBC)在海拔梯度上的变化特征,通过碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)、土壤碳密度(SOCD),探讨天山森林土壤有机碳稳定性组分沿海拔的分异特征。结果表明：(1)随着海拔的升高,天山中段北坡云杉森林土壤C_a占比逐步升高,C_s和C_p占比逐步降低,这意味着天山中段北坡云杉...     

基于8hm2样地的天山云杉林蒸腾耗水从单株到林分的转换

为准确地估算天山北坡中部雪岭云杉森林的林分蒸腾耗水量,本研究设置了8hm2固定样地,在每木调查的基础上,通过对7株标准木连续晴天液流的观测,分别得到胸径与液流速率和边材面积的拟合方程,最终计算得到了林分的蒸腾耗水量,确定了估算该森林群落蒸腾耗水的最小取样面积,并且讨论了最小取样面积随样地位置的变化。结果表明：①在自然生长系,雪岭云杉林分最大蒸腾耗水量、平均蒸腾耗水量同植株密度呈Extrem函数分布;当种植密度达到1200株/hm2时,林分最大蒸腾耗水量达到最大,为77.27 t/hm2d;②对林分蒸腾耗水量的测算存在明显的最小取样面积,最小取样面积随取样点的不同而略有差异,取样起始点在本样地的海拔上边界和下边界处时最小取样面积为4 hm2,取样起始点在本样地的中部时最小取样面积为2.56hm2。本研究为更精确地估算天山北坡雪岭云杉森林的蒸腾耗水量提供了理论依据。     

天山北坡中段草地植物资源构成及垂直分布

通过野外考察数据和现有文献资料,分析了天山北坡地区草地植物物种资源的组成特征。结果表明。复杂的生态地理环境条件造就了天山北坡中段草地植物种类非常丰富;在山地草地垂直分布带上,山地草甸的物种丰富度最大;8多样性指数可以直观地反映垂直带间物种组成的差异性或不同地段的生境多样性;垂直带间的植物物种资源的特征是生境特征和环境演变对该地区植物分布共同作用的结果。在垂直方向上对天山北坡中段草地植物的空间变化进行分析,揭示了植物物种资源在北坡的垂直变化规律,为该地区的生物多样性资源保护提供科学依据。     

不同经度天山云杉群落物种丰富度随海拔梯度变化

选择我国新疆境内天山山脉81°05′—93°415′E约12 个经度范围的昭苏、巩留、乌苏、乌鲁木齐和哈密5 个地点的天山云杉林进行垂直样带调查,分析不同经度位置天山云杉群落物种丰富度随海拔梯度的变化.结果表明：各经度的天山云杉群落是以天山云杉为优势树种的纯林,乔木和灌木种类很少,草本植物的物种丰富度主要由优势树种天山云杉控制.天山云杉在中等海拔范围分布最集中、郁闭度最大、生长最好、蓄积量最高,致使林下草本植物的物种丰富度最低.天山云杉群落草本物种丰富度随海拔梯度的变化呈山谷型曲线,可以用二次曲线方程y=ax²-bx+c(a,b,c＞0)进行描述.     

天山云杉天然林群落空间结构异质性分析

为了解天山云杉(Picea schrenkiana var. tianschanica)天然林群落空间结构的变异规律,沿天山山脉由西至东选择5个地点(昭苏、新源、呼图壁、天池、奇台),在每一地点沿海拔布设样带进行天山云杉群落调查,样带海拔区间为1700~2900 m。利用角尺度、大小比数分析其群落空间结构特征。结果表明: (1) 5个样带天山云杉角尺度平均值为0.545,群落呈团状分布格局;大小比数平均值为0.490,群落内林木的生长状态介于亚优势与优势之间。(2) 不同海拔高度天山云杉角尺度的变化显示随海拔高度的增加该群落呈现聚集分布-随机分布-聚集分布-随机分布的交替变化规律;大小比数随海拔高度的变化显示群落中天山云杉林木生长分化特征随海拔的增加呈现出亚优势-中庸-亚优势-劣势的规律。(3) 5个地点天山云杉角尺度平均值随着经度的变化较小,各地点均呈明显的整体团状分布;而林木大小分化由西至东表现为中庸木-亚优势木-中庸木的转变特征。     

Vegetation of Kilimanjaro: hidden endemics and missing bamboo

Kilimanjaro has a large variety of forest types over an altitudinal range of 3000 m containing over 1200 vascular plant species. Montane Ocotea forests occur on the wet southern slope. Cassipourea and Juniperus forests grow on the dry northern slope. Subalpine Erica forests at 4100 m represent the highest elevation cloud forests in Africa. In contrast to this enormous biodiversity, the degree of endemism is low. However, forest relicts in the deepest valleys of the cultivated lower areas suggest that a rich forest flora inhabited Mt Kilimanjaro in the past, with restricted‐range species otherwise only known from the Eastern Arc mountains. The low degree of endemism on Kilimanjaro may result from destruction of lower altitude forest rather than the relatively young age of the mountain. Another feature of the forests of Kilimanjaro is the absence of a bamboo zone, which occurs on all other tall mountains in East Africa with a similarly high rainfall. Sinarundinaria alpina stands are favoured by elephants and buffaloes. On Kilimanjaro these megaherbivores occur on the northern slopes, where it is too dry for a large bamboo zone to develop. They are excluded from the wet southern slope forests by topography and humans, who have cultivated the foothills for at least 2000 years. This interplay of biotic and abiotic factors could explain not only the lack of a bamboo zone on Kilimanjaro but also offers possible explanations for the patterns of diversity and endemism. Kilimanjaro's forests can therefore serve as a striking example of the large and long‐lasting influence of both animals and humans on the African landscape.     

Preliminary study on pollen distribution in the surface soil of the Turpan region in the southern slope of Tianshan Mountains,Xinjiang, China

Aims Our main purposes were to analyze the relationship between vegetation and pollen in the surface soil of the Turpan region, which is located in the southern slope of the eastern Tianshan Mountains, and to compare different pollen assemblages between the Turpan region and the northern slope of the Tianshan Mountains.Methods We collected 36 modern pollen samples and carried out modern vegetation survey in the Turpan region along an altitudinal gradient from 2 000 m to -154 m. Detrended correspondence analysis and Redundancy analysis were applied to analyze the distribution pattern of pollen in surface soils. Important findings We divided the pollen spectra into four pollen assemblage zones (mountain desert-steppe and desert, Gobi gravel, typical desert and salt mash vegetation), corresponding to the major vegetation types in the Turpan region. When compared with the northern slope, the characteristics of pollen assemblages in the mountain desert-steppe and desert were similar to those in the forest-steppe on the northern slope of the Tianshan Mountains; the pollen assemblages in the Gobi gravel and the typical desert seemed to be more consistent with those in the typical desert on the northern slope; however, no analogue was found in the salt mash vegetation. Obviously, the vertical pollen spectra in Turpan region were incomplete, lacking typical forest and Artemisia desert pollen zones. Besides, similar pollen zones in the Turpan region were found at an elevation of about 300 m higher than those in the northern slope. It is remarkable that the typical tree pollen, such as Picea and Pinus, showed their extra representation in the Turpan region. On one hand, the valley forest on the southern slope of the Tianshan mountains played an important role in pollen dispersal. On the other hand, with the cold air on the northern slope over the Tianshan Mountains, pollen may be carried and deposited in the Turpan region. The rivers feeding into Aiding Lake in the Turpan region may also contribute to the distribution of Picea and Pinuspollen. Lots of pollen studies have shown that the ratio of Artemisia to Chenopodiaceae (A/C) can be used as a good indicator of the degree of humidity in the semi-arid and arid areas. Our study revealed that A/C can roughly reflect the characteristics of the desert zone in the study area. The results of Redundancy Analysis ordination on pollen assemblages and environmental factors (mean annual temperature (MAT), mean annual precipitation (MAP) and altitude (ALT)) revealed that MAP was the main environmental factor affecting the pollen assemblages in the surface soil in the Turpan region and had more significant effects on the distribution of Nitraria pollen than on the distribution of Artemisia and Chenopodiaceae.     

天山中部天然云杉林森林生态系统降水过程中的水质变化

通过对天山中部天山云杉(Picea schrenkiana var.tianschanica (Rupr.)Chen et Fu)不同郁闭度、林龄天然林区内,降水在转化过程中各环节(包括大气降水、穿透水、地表径流、地下渗水)的水质变化规律,以及森林生态系统不同层次对水质的影响对比分析。结果表明:(1)天山云杉林生态系统对降雨的水质影响,随郁闭度和林龄的增加而增强。在林龄相同的条件下,表现为:0.20.40.60.8;在郁闭度为0.8的条件下,表现为:幼龄林中龄林成熟林近熟林;(2)大气降水透过林冠层后,水中的养分含量显著增高,表现为溶解氧含量减小,氨氮、COD、BOD、总磷、钾含量增加;(3)穿透水转化为地表径流,水中的溶解氧浓度进一步降低,COD、BOD、总磷、钾的含量升高,氨氮浓度降低;(4)总地下渗水的各项水质指标均明显优于大气降水,土壤层是森林生态系统净化水质的关键层。(5)通过对各集水区域水质指标定量化综合评价,天山云杉林生态系统内的水质质量表现为:7月份9月份8月份;(6)利用主成分分析方法(PAC)构建的水质综合评价多元线性模型,具有很强代表性,能很好地用于水质的等级评价。     

天山云杉种群分布格局

选择新疆天山山脉不同经度的5个地点(昭苏、巩留、乌苏、乌鲁木齐和哈密)的天山云杉林进行垂直样带调查,应用理论分布模型和聚集强度指标对天山云杉种群分布格局进行研究.结果表明：天山云杉种群格局整体上呈集群分布,不同发育阶段和不同海拔高度对其分布格局和聚集度均有不同程度的影响.随着径级的增大或年龄的增加,天山云杉种群的聚集度降低;不同海拔高度天山云杉都呈现出在高海拔聚集度最大的分布趋势.     

On the distributional limits of the lucidophyllous forest in the Japanese Archipelago

The distribution of the lucidophyllous forest and its transition to the summergreen broadleaf forest were studied in relation to such environmental factors as temperature and precipitation. The distribution is primarily affected by low temperatures during winter and secondarily by precipitation and sea wind. The upper and northern limits of the forest most closely correlated with the coldness index within four thermal indices. Because of much snow, the forest is more suppressed at a lower altitude in the region with high snowfall than in other regions. The area at its upper limit is dominated by the evergreenQuercus forest while the area at its northern limit is occupied by thePersea forest. Moreover, CI values in these distributional limits are significantly different. This phenomenon appeared to result from the resistance ability of dominant lucidophyllous trees not only to the thermal conditions but also to sea wind. In both the region with high snowfall and the region with high rainfall there is a zone where the evergreenQuercus forest overlaps theFagus crenata forest. In contrast, in the region with little rainfall, these two forests do not overlap but form a gap dominated by forests such as theFagus japonica forest. Thus, precipitation factors largely affect the altitudinal forest zones in Japan.     

天山云杉种群分布格局

选择新疆天山山脉不同经度的5个地点(昭苏、巩留、乌苏、乌鲁木齐和哈密)的天山云杉林进行垂直样带调查,应用理论分布模型和聚集强度指标对天山云杉种群分布格局进行研究.结果表明：天山云杉种群格局整体上呈集群分布,不同发育阶段和不同海拔高度对其分布格局和聚集度均有不同程度的影响.随着径级的增大或年龄的增加,天山云杉种群的聚集度降低;不同海拔高度天山云杉都呈现出在高海拔聚集度最大的分布趋势.     

天山中段山地植被的生态梯度分析及环境解释

 本文通过对天山中段植物群落的DCA排序和TWINSPAN等级制分类及其与3个土壤变量的CCA典范对应分析,定量地研究了该区域植被分布与环境之间的相互关系。结果表明：天山山脉中段植物群落沿着温度和湿度两个梯度方向呈现以天山中段内部湿润植被为中心向北坡干冷荒漠植被和南坡干热砾石荒漠植被两个极点方向发展的分布格局。进一步研究发现,天山山脉中段南北坡植物群落,从大的宏观尺度上看,其类型与分布主要由降水量和温度所决定,而在中小尺度范围上,植物群落的分布与类型却与土壤湿度和土壤养分密切相关。该结果较好地解释了天山山脉中段内部,在地形地貌基本一致的情况下,植物群落类型分异很大的原因。建立了天山山脉中段植物群落梯度环境解释的数学模型和植物群落地理分布的数学模型。