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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

天山北坡不同环境条件下雪岭云杉(Picea schrenkiana)林限土壤属性

为了研究干旱区天山北坡中山带长达1000余公里的单建群种山地针叶林的空间分布原因,选择精河、玛纳斯、阜康和巴里坤中山带作为四种不同的环境条件,通过对不同环境条件雪岭云杉(Picea schrenkiana)上、下限土壤的采样与分析,探讨土壤因素对天山北坡中山带雪岭云杉分布的控制作用.雪岭云杉在天山北坡的连续分布主要是水热组合条件和土壤因素相互作用的结果,上、下限土壤属性变化与环境条件变化间存在着紧密的联系,表现为降雨量丰富的玛纳斯林区土壤肥力较高,但CaCO3含量较低,而降雨量较小的巴里坤和精河林区土壤肥力较差,但CaCO3含量较高.虽然长达1000余公里的雪岭云杉中山带环境条件差异较大,但其土壤属性变化均在雪岭云杉发育所需土壤条件的允许范围之内,这主要是受土壤成土母质、不同海拔高度的降雨量、地形、局地环流等因素的共同影响.     

不同树高处树轮密度变化特征及其对气候的响应

以伊犁南部山区雪岭云杉风倒木为对象,研究了1.3、5、10、15、20 m树高处树轮圆盘样品的最大密度、最小密度、早材平均密度、晚材平均密度4种树轮密度年表,结合当地气象观测资料进行相关分析,研究树干不同高度树轮密度对气候要素的响应特征。结果表明: 同一树高下4种密度参数在整体上表现出较高的相关性,其中10、15、20 m树高相对显著;不同树高处晚材平均密度的一致性相对较好;不同树高处树轮密度对气候要素的响应存在差异,15 m树高处最大密度、晚材平均密度对上年7—9月、当年5—9月平均气温具有较好的响应。因此,在1.3 m处采集雪岭云杉样本存在对气温响应估计偏低的可能。     

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.     

天山云杉种子形态性状的地理变异

以新疆天山山脉从西到东不同经度3个地点(昭苏、天池和奇台)的天山云杉林为对象,沿海拔梯度采集不同地点的天山云杉球果,分析其种子性状(种鳞长、种鳞宽、种鳞长宽比、种翅长、种翅宽、种翅长宽比、种子长、种子宽和种子长宽比)的变化.结果表明: 随海拔的升高,天山云杉种子性状(种子宽除外)总体呈现下降的趋势;除种翅宽、种子宽和种子长宽比与海拔的相关性不显著外,种子其他性状与海拔均呈显著负相关;种鳞长、种鳞宽、种鳞长宽比与经度呈现显著正相关;种鳞长、种鳞长宽比、种翅长宽比与坡度呈显著负相关;除种翅宽外,种子其他性状与坡向相关性均不显著.海拔是影响天山云杉种子的种鳞长、种鳞长宽比和种翅长宽比的主要因子.     

天山中西段不同地区雪岭云杉径向生长对气候变暖的响应差异

为研究乌苏和石河子地区雪岭云杉（Picea schrenkiana）径向生长对气候变暖的响应差异状况,利用响应函数及滑动相关分析等树轮气候学方法,研究了2个地区森林下限雪岭云杉径向生长与气候因子的响应关系。结果表明：乌苏和石河子地区雪岭云杉生长均与生长季的气候因子呈显著相关关系。但乌苏和石河子地区雪岭云杉生长对当地气候因子的响应也存在差异,乌苏地区雪岭云杉径向生长与上一年7、9月平均气温呈显著负相关,与当年8月降水、上一年9月及当年8月平均相对湿度和上一年7~10月的scPDSI呈显著正相关。石河子地区雪岭云杉径向生长与当年1月平均湿度和当年1、2月的scPDSI呈显著正相关。此外,乌苏地区树轮宽度指数具有与温度升高而下降的“分离现象”,而石河子地区树轮宽度指数具有与温度升高相一致的趋势。升温导致的水分胁迫是造成乌苏地区雪岭云杉径向生长与温度变化趋势相反的重要因素。生长季的温度和降水的增加对石河子地区雪岭云杉径向生长有促进作用。乌苏地区雪岭云杉径向生长对5~7月平均气温和降水量变化敏感性上升;石河子地区雪岭云杉径向生长对5~7月降水量变化敏感性上升,而对5~7月平均气温变化敏感性下降。结果显示,气候变化的区域差异是造成乌苏和石河子地区雪岭云杉径向生长趋势不同以及各年表序列对温度和降水变化敏感性变化的主要气候因素。     

Effects of seasonal snow cover on decomposition and carbon,nitrogen and phosphorus release of Picea schrenkiana leaf litter in Mt. Tianshan,Northwest China

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。     

天山雪岭云杉林粗木质残体储量特征

粗木质残体(coarse woody debris,CWD)在天山雪岭云杉林生态系统中起着重要的结构性和生物地球化学作用,解释其储量特征是研究CWD的基础,但尚未有大尺度研究见诸报道。以天山雪岭云杉8 hm~2森林动态监测样地为研究对象,采用野外调查、室内试验以及数据分析相结合的方法,调查了样地内CWD的储量组成、径级以及分解等级分布格局等基本特征及其影响因子。结果表明:(1)天山雪岭云杉8 hm~2森林动态监测样地内共有直径≥10 cm的CWD 936株,CWD的密度、体积、储量分别为117株/hm~2,15.13 m~3/hm~2,4.52 t/hm~2;其中倒木是CWD的主要贡献者,占CWD总储量的52.21%;(2)样地内各径级CWD的数量呈典型的倒"J"型结构,直径30 cm的CWD个体占全部CWD的83%;(3)样地内CWD总体上处于以Ⅱ、Ⅲ分解等级为主的中度分解状态,CWD径级越大,分解程度越高;(4)林分密度、郁闭度和海拔是影响天山雪岭云杉林CWD储量特征的主要因素。研究可为天山雪岭云杉林的可持续发展与经营提供科学依据。