祁连山不同海拔火绒草叶片生态化学计量特征及其与土壤养分的关系

叶片生态化学计量反映植物生存环境的变化信息,研究不同海拔植物叶片化学计量特征有助于了解植物对环境变化的适应策略.通过对祁连山不同海拔(2400、2600、2800、3000和3200 m)火绒草叶片生态化学计量的研究,探讨了火绒草对环境变化(温度、降水和土壤养分)的响应,并分析其生长的限制性元素.结果表明: 在海拔梯度上,火绒草叶片碳(LC)、氮(LN)、磷(LP)含量分别为401.27、23.99和1.22 g·kg^-1,LC∶LN、LC∶LP、LN∶LP均值分别为16.8、352.5和20.7.LC含量、LC∶LN、LC∶LP和LN∶LP均随海拔升高呈先升后降再升的趋势,并在2600和3000 m处达到最大值和最小值,LP含量则呈相反趋势,而LN含量呈先降后升的趋势,并在2800 m处达到最小值.火绒草LC含量与LN含量不相关,与LP含量呈显著负相关;LN含量除与LP含量呈显著正相关外,与其他化学计量比均无相关关系;LP含量与各化学计量比均呈显著负相关;LC∶LN、LC∶LP和LN∶LP两两呈正相关.土壤总磷和土壤总氮是影响LC及LN的重要因素,而LP仅与土壤总磷呈显著负相关.该区火绒草生长主要受P限制.     

祁连山青海云杉林群落结构的空间异质性

以动态监测样地(340 m×300 m)的网格(5 m×5 m)为基本单元,选择5个群落结构属性变量,采用分形几何学和地统计学方法对祁连山大野口流域青海云杉林群落结构的空间异质性进行研究.结果表明: 青海云杉林5个结构属性的变异程度大小依次为:密度＞平均冠幅＞显著度＞盖度＞平均树高,变异系数为43.7%～79.6%.Moran I系数表明,各个结构属性均有不同程度的空间自相关性,自相关大小顺序为:密度＞平均树高＞盖度＞平均冠幅＞显著度,变化范围为-0.047～0.382.指数理论变异函数模型能很好地拟合不同结构属性的空间变异,变程为24.6～68.1 m,各属性变量的结构比除盖度表现为中等空间相关,其他指标均为强烈空间相关,各属性指标分维数接近2,空间依赖性较小.植被密度和盖度空间分布呈带状结构和斑块结构叠加的特点,其他指标呈较强的斑块状空间结构,密度和盖度对平均冠幅、显著度和平均树高有一定的空间依赖性.青海云杉林群落结构空间异质性适宜的采样间隔和采样面积分别为10 m和0.5 hm².     

祁连山5种典型灌丛土壤生态化学计量特征

土壤C、N、P生态化学计量特征是体现生态系统变化过程的重要依据。该研究以分布于祁连山北麓中段的甘青锦鸡儿、鲜黄小檗、金露梅、鬼箭锦鸡儿、吉拉柳等5种典型灌丛群落为研究对象,通过野外调查采样,测定土壤有机C、N、P含量,分析了不同灌丛群落土壤C、N、P含量及其生态化学计量比的垂直分布特征,并探讨了各指标间的耦合关系,为祁连山地区土壤-植物养分关系及退化植被恢复与重建提供理论依据。结果表明:(1)祁连山北麓中段5种灌丛群落土壤有机C(45.29 g/kg)、全N(3.85 g/kg)、全P含量(0.70 g/kg)较高,均高于全国平均水平。(2)相关性分析表明,土壤有机C与全N之间呈极显著正相关(P0.01),但土壤有机C与全P以及全N与全P之间没有明显的相关性,且土壤C、N含量变化几乎完全同步。(3)各灌丛类型土壤有机C、全N含量均表现为表层高于下层,而全P含量土层间差异不显著;各灌丛群落土壤有机C、全N含量均随土层加深呈现"倒金字塔"的分布格局,但不同灌丛类型全P含量随土层加深的变化规律却不一致,且土层对全P含量的影响不显著。(4)5种灌丛群落土壤整体C∶N、C∶P、N∶P(11.29、66.99、5.67)均低于全国平均水平,各灌丛群落土壤C∶P、N∶P随土层加深均呈不同程度的下降趋势,但不同灌丛群落土壤C∶N随土层加深的变化规律有所不同。(5)土壤有机C、全N与C∶N、C∶P、N∶P之间均具有极显著的二次函数关系(P0.01),土壤全P与C∶N、C∶P、N∶P之间关系不显著。研究认为,祁连山北麓中段土壤C∶N和P含量的稳定性较高(CV=3.99%和2.66%),C∶P、N∶P是判断研究区限制性养分的重要指标,祁连山北麓中段灌丛群落土壤主要受N素的限制。     

青海云杉优良单株半同胞种子及其子代苗表型性状分析

青海云杉（Picea crassifolia）是我国西北地区重要的乡土树种,适应性强,在水土保持、城乡绿化和荒山造林等方面发挥着重要作用。为了解青海云杉半同胞种子及其子代苗表型性状变异特点,以青海云杉优良单株半同胞种子及其8年生半同胞子代苗为材料,分析比较不同优良家系半同胞种子及其子代苗表型性状。结果表明：青海云杉半同胞种子的种鳞、种翅、种子表型性状在家系间都存在极显著差异,且家系间和家系内存在广泛变异;青海云杉半同胞种子的种鳞长、种子长、千粒重的三者之间有着极显著的正相关关系;8年生青海云杉半同胞子代苗的苗高家系遗传力和遗传变异系数最大（0.951%、19.14%）,地径其次（0.737%、10.87%）,侧枝最小（0.642%、2.66%）;青海云杉半同胞种子及其子代苗表型性状的变异主要是由受遗传因素和环境因素共同控制。     

黑河流域中游芦苇湿地土壤碳垂直分布特征

黑河流域是中国的第二大内陆河流域, 在该流域中游分布的湿地面积有170411.2 hm2, 其中水陆交错带芦苇湿地面积30000 hm2。以黑河流域中游芦苇湿地为例, 探讨了其土壤剖面中碳的垂直变化规律。结果表明, 土壤剖面0-20 cm 土层的容重较小, 容重均值为 0.365 g·cm3, 在 20-50 cm 容重均值急剧升高; 50 cm 以下, 容重均值均在1.29 g·cm3 以上, 容重随土壤深度增加呈“S”型增长; 土壤有机碳主要集中在土壤表层0-40 cm 处, 40 cm 以下不同土层有机碳含量之间无显著性差异(p<0.01), 土壤有机碳随土层深度的增加呈指数下降趋势; 土壤有机碳含量和土壤容重之间存在显著的相关性。     

黑河流域中游水陆交错带湿地芦苇种群动态变化特征

对自然状态下黑河流域中游水陆交错带湿地芦苇(Phragmites australis)种群生态特征以及地表淹水深度进行调查,分析该区芦苇种群的盖度、高度、密度和地上生物量等生态特征的季节变化和地表水位变化对芦苇种群生态特征的影响。结果表明:黑河中游水陆交错带湿地芦苇种群的生长过程具有明显季节性规律,盖度随着季节的推移呈先升高后下降的趋势,最高值出现在8月下旬,为99.7%;高度则随着季节的推移逐渐升高;密度随着季节的变化具有先升高后下降再升高的特点;地上生物量在5～6月、7～8月间增长较快,6～7月间增长相对较慢,8月下旬达到最大值,随后逐渐减少。淹水深度对芦苇种群的生态特征有显著影响,种群盖度、高度、密度、地上生物量的变化速率与淹水深度变化速率均有显著相关性(p<0.05)。     

Spatial distribution patterns and association of Picea crassifolia population in Dayekou Basin of Qilian Mountains,northwestern China

研究青海云杉(Picea crassifolia)种群不同发育阶段的空间分布格局及其关联性, 能揭示其种群的发展规律, 推断其潜在的生态学过程或影响机制, 进而为该种群的配置、种植和森林的经营与管理等提供指导。该研究基于祁连山大野口流域10.2 hm²青海云杉动态监测样地调查资料, 分析了青海云杉群落的物种组成和径级结构, 并采用点格局方法, 通过单变量成对相关函数和双变量成对相关函数对不同年龄阶段青海云杉种群的空间分布格局及其空间关联性进行分析。结果表明: (1)青海云杉种群的径级结构呈倒“J”型分布, 属增长型种群, 种群自然更新状况良好。(2)青海云杉种群4个径级的个体在小尺度上呈聚集分布, 但随着空间尺度的增大, 聚集强度逐渐减弱, 趋向随机分布; 较小径级的个体常呈聚集分布, 而随着径级增大, 也趋向于随机分布。(3)青海云杉大树个体在小尺度(<4 m)范围内与其他径级个体都呈负关联, 随着尺度的增加, 大树与幼树表现出正关联且关联性随尺度的增加而减弱, 而与小树、中树则表现为无关联或者微弱的负关联; 径级相近的个体空间关联性为正关联或无关联, 随着个体径级间差距增大, 空间关联性转变为无关联或负关联。研究表明, 祁连山大野口流域青海云杉种群的分布格局及其关联性随空间尺度和发育阶段而变化, 这是由种群自身的生物生态学特性、种内种间关系以及环境条件共同作用的结果。     

祁连山青海云杉物候对水热驱动的响应

祁连山是西北地区重要的生态屏障,青海云杉是祁连山中段森林生态系统的主要乔木建群种,对维系祁连山生态安全有着重要战略意义。物候是森林响应环境变化的指示器,准确分析流域尺度上森林对气候变化的物候响应是研究全球变化对生态系统影响的关键,也是当前环境变化条件下评价森林生态系统养分、水分、能量以及碳循环等的关键。对林木物候与气候的关系进行深入研究、精确分析,可以为准确描述森林的结构、功能和生态水文过程提供科学依据,也可为水源涵养林可持续经营提供理论指导。对青海云杉展叶和球果成熟物进行了连续两年（2015-2016年）观测,分析了青海云杉展叶和球果成熟物候变化动态,研究了它们与空气温度、降雨、土壤温度以及土壤含水量的关系,得到以下结论：研究区海拔2700m处2016年平均气温比2015年升高了0.37℃,2016年青海云杉展叶期开始日期比2015年提前了3d,2016年青海云杉球果成熟期开始日期比2015年提前了2d。积温增加是物候持续期增加的原因,积温达到一定值时,青海云杉的物候变化就会发生。青海云杉展叶期持续日数与上个月的降雨呈极显著正相关（P < 0.01）,球果成熟期持续日数与上个月的降雨呈极显著负相关（P < 0.01）,展叶期和球果成熟期持续日数都受上一月降雨的影响显著,降雨对青海云杉展叶期和球果成熟期物候的影响具有一定程度的滞后性。青海云杉展叶期持续日数与展叶期开始月的土壤温度极显著正相关（P < 0.01）,即土壤温度升高展叶物候持续期延长。球果成熟期持续日数与展叶期开始月的土壤温度极显著负相关（P < 0.01）,即土壤温度升高球果成熟期物候持续期缩短。青海云杉展叶期和球果成熟期物候都受上一月土壤含水量的影响显著,土壤含水量也对青海云杉展叶期物候和球果成熟期物候的影响具有一定程度的滞后性。     

基于全基因组SNP分子标记分析青海云杉遗传结构

以张掖龙渠青海云杉（Picea crassifolia）无性系种子园中的106个青海云杉亲本无性系为研究材料,采用改良CTAB法,提取的青海云杉基因组DNA,构建SLAF文库并进行高通量测序,之后分析SLAF测序数据和筛选SNP位点,基于邻接法分析得到样品的聚类情况。研究得出：将测序的水稻日本晴reads与其参考基因组进行比对,显示本试验双端比对效率为95.33%,说明SLAF建库成功。本研究中所测序列的Q30较高,碱基测 序错误率低,测序质量高;本研究共开发4 058 883个SLAF标签,标签的平均测序深度为21.21×。共开发 12 275 765个青海云杉SNP标记,各青海云杉样本的SNP数量为1 890 934~4 487 841。利用已开发的高质量青海云杉SNP标记,构建了106个青海云杉的系统发育树,发现来自不同种源的青海云杉在各组中分布比较均匀,不同种源的青海云杉多聚为一类。通过SNP标记和主成分分析,这些无性系来源于同一个祖先的可能性较大,表明无性系间亲缘关系相近。为今后遗传多样性的分析、遗传图谱的构建等提供了基础数据,也为青海云杉初级种子园去劣疏伐提供依据,为高世代种子园的营建奠定基础。     

祁连山排露沟流域青海云杉种群种内竞争与促进作用分析

探索种群的空间分布格局及其相互作用有助于阐释种群结构构建过程和空间分布维持机制中的潜在驱动因素, 进而为森林生态系统内不同种群的配置、经营与管理提供指导, 也为当地生态环境保护和区域资源开发提供科学依据。该研究以青海云杉(Picea crassifolia)为研究对象, 在祁连山排露沟流域设置3个面积为1 hm²的重复样地, 对样地内所有胸径≥1 cm的树木个体进行测量记录。采用成对相关函数(单变量成对相关函数g(r)和双变量成对相关函数g₁₂(r))和标记相关函数(标记相关函数K_mm(r)、标记变异函数γ_m(r)和Schlather’s I_m(r)函数)等点格局分析方法分析青海云杉种群的空间格局及种内相互作用。发现: (1)青海云杉种群径级分布连续, 整体呈倒“J”形结构。(2)青海云杉整体及幼树、小树呈现出小尺度上的聚集分布, 随空间尺度的增大逐渐趋于随机分布, 中树在整个观察尺度内均为随机分布模式, 大树则表现为小尺度上的均匀分布和大尺度上的随机分布。(3)青海云杉大树在小尺度范围内与其他径级个体均呈现出负关联, 在中尺度上呈现出正关联, 中树与小树、小树与幼树在小中尺度上表现为显著的正相关关系且随着空间尺度的增大逐渐转变为不相关。(4)青海云杉个体属性(胸径、树高、树冠面积)间在小中尺度上呈现出高度的相关性、强烈的抑制作用和显著的对称性竞争。