祁连山典型流域青海云杉林土壤氮磷钾空间变异性研究

基于祁连山中段排露沟流域海拔2600~3300 m的带状青海云杉林中0~10、10~20、20~40 cm的土壤TN、TP、TK的测定分析数据,运用经典统计学、地统计学的方法对其土壤TN、TP、TK含量的空间变异特征及空间分布特点进行研究。结果表明,1)研究区内土壤TN含量为1.34~8.98 g·kg^(-1),土壤TP含量为0.46~1.12 g·kg^(-1),土壤TK含量为9.75~24.17 g·kg^(-1);不同土层土壤TN、TP、TK变异系数为13.26%~35.47%,均属中等程度变异;2)10~20 cm TP的块金系数为0.617,属于中等空间相关性,其余块金系数均<0.25,具有强烈空间相关性;3)克里格插值结果显示,土壤TN、TP含量随海拔的升高而升高,土壤TK含量随海拔升高而降低。不同土层土壤TN、TP、TK含量的空间变异性特征,与海拔、土壤母质及云杉林枯落物等结构性因素有关。

祁连山北麓青海云杉林天然更新对土壤理化性质的响应

【目的】青海云杉是我国青藏高原东北边缘的特有树种,研究其天然更新对土壤物理性质的响应,从而为祁连山青海云杉次生林的恢复和管理及可持续利用提供基础理论依据。【方法】通过对分布在祁连山排露沟流域的青海云杉林设置海拔梯度固定样地,进行天然更新苗调查和土壤容重、水分、pH、有机碳、氮磷钾全量及其速效养分等理化性质的取样和测定,分析青海云杉林天然更新苗对土壤理化性质的响应。【结果】各海拔区段的青海云杉林更新指数从大到小依次为2 800~2 900 m(0.63)>2 700~2 800 m(0.58)>3 100~3 300 m(0.57)>2 900~3 100 m(0.56),其中更新状况最好的海拔区段是2 800~2 900 m。土壤质量含水量、有机碳、全氮、水解氮含量在海拔区段H_(1)和H_(2)处显著小于海拔区段H_(3)和H_(4)(P<0.05);土壤容重、pH、全钾和速效钾的含量在不同海拔区段之间的差异性不显著(P>0.05),土壤全磷和速效磷含量在海拔区段H_(2)显著大于其他海拔区段(P<0.05),其他海拔区段全磷差异性不显著(P>0.05),速效磷在海拔区段H_(4)含量最小,海拔区段H_(1)和H_(3)速效磷差异性不显著(P<0.05)。相关性分析表明,海拔区段2 800~2 900 m的更新指数仅与土壤容重、全磷、速效磷呈显著正相关(P<0.05),更新指数与土壤理化性质之间相关系数绝对值的最大值主要集中在该海拔区段。更新指数与土壤剖面不同土层的质量含水量、有机碳、全氮、水解氮均呈显著负相关(P<0.05),与容重、全磷含量均呈显著正相关(P<0.05);与20~40 cm土层的速效磷呈显著正相关(P<0.05)。主成分分析表明,土壤有机碳、速效磷和全磷含量是影响青海云杉林天然更新的主要因子。【结论】祁连山青海云杉林天然更新与土壤理化性质之间的相互作用是密切的,特别是土壤中的有机碳累积和磷素养分的释放。

祁连山青海云杉林叶面积指数的空间异质性

叶面积指数(leaf area index,LAI)在山地森林具有高度的空间异质性。基于大样地尺度的山地森林叶面积空间异质性的研究较少,而且不涉及LAI对地形的响应研究。基于LAI的空间异质性和地形因子的相关性,确定取样尺度,可为提升区域尺度上LAI的空间遥感精度提供依据。本研究依托祁连山大野口流域10.2 ha(340 m×300 m)的青海云杉林动态监测样地,使用CID CI-110植物冠层数字图像分析仪对样地内255个20 m×20 m样方进行五点法LAI测定,分析LAI的空间异质性特征和空间分布格局及其与地形因子的相关性。研究结果表明:(1)LAI具有中等变异性,指数模型是变异函数的最佳理论模型,具有强烈的空间自相关,变程为16 m,南—北方向上是LAI分布的优势格局。(2)LAI的空间分布格局相对简单,具有一定的斑块性,LAI为0.56~1.43的斑块所占面积最大。(3)LAI与海拔和坡度均呈极显著负相关(P<0.01),与坡度和曲率的相关性均不显著(P>0.05)。(4)青海云杉林的LAI空间异质性与尺度和方向有关,部分地形因子对LAI存在着显著影响。研究结果可为青海云杉林生态过程分析以及遥感技术反演LAI参数提供依据。

祁连山国家公园干旱指数变化分析

基于祁连山森林生态站门口的地面气象站1995—2022年的降水量和蒸发量观测数据,采用线性回归法和5a滑动平均法对其降水量和蒸发能力及干旱指数进行了趋势分析,结合M-K检验法、滑动t检验、Pettitt检验法和累积距平等4种方法对年干旱指数的突变年份进行了分析。结果表明,祁连山森林生态站的降水量年均值为380.7mm,整体呈现增加的变化趋势;蒸发能力年均值为918.2mm,整体呈现减小的变化趋势;降水量年变化率为6.107mm·10a^(-1),蒸发能力年变化率为85.373mm·10a^(-1),使得干旱指数的年变化率整体呈减小的变化趋势,干旱指数年均值为2.49,其年变化率为0.279·10a^(-1)。年干旱指数突变分析表明,2006年干旱指数发生了突变,突变后的年干旱指数值由突变前的2.83减小到突变后的2.25,变异系数由21.4变为19.5,突变后年干旱指数年际间变化较为缓和。这些研究结果对祁连山生态系统的经营和管理具有重要意义。

祁连山排露沟流域青海云杉林更新特征对地形因子的响应

为探讨祁连山青海云杉林微地形对天然更新苗的影响,选择祁连山排露沟流域分布的青海云杉为研究对象,采用C-均值模糊聚类分析将该流域15个固定样地的地形参数(海拔、凹凸度、坡度)划分为4种不同的微地形生境,研究微地形生境对更新苗的更新特征(更新苗密度、平均冠幅、平均基径和平均株高)产生的影响。结果表明:(1)该流域的15个固定样地通过聚类分析将微地形生境划分为4类:高海拔陡坡、高海拔斜坡、低海拔凸地和低海拔凹地。(2)不同微地形条件下更新苗密度和平均株高从高到低依次为低海拔凹地、低海拔凸地、高海拔斜坡、高海拔陡坡;更新苗的平均冠幅和平均基径从大到小依次为低海拔凸地>高海拔斜坡>低海拔凹地>高海拔陡坡;在平均株高方面,高海拔陡坡显著低于其他3种微地形。不同的海拔、坡度、坡向、坡位对更新苗的存活率和生长发育过程具有显著性影响。(3)更新苗在不同微地形下大部分表现为聚集分布,聚集强度从高到低表现为高海拔陡坡>低海拔凸地>低海拔凹地>高海拔斜坡。(4)从相关性分析的结果中显示,海拔、坡度、坡位与更新苗之间存在显著相关性(P<0.05)。综上所述,青海云杉林的天然更新受微地形生境的影响较为显著(P<0.05),在低海拔凸地和低海拔凹地中更新苗比较适合定居和生长发育。

祁连山排露沟流域青海云杉林天然更新质量评价

为研究祁连山青海云杉林的天然更新质量特征,本研究选择分布在祁连山排露沟流域的青海云杉纯林为研究对象,借助建立在该流域青海云杉林内的固定样地,进行样地内青海云杉林存活个体的调查和测定,研究青海云杉的更新苗和成树密度,并对其进行了天然更新质量评价。研究结果表明:青海云杉林内的I级幼苗、II级幼苗、III级幼树、IV级幼树和V级成树的平均密度大小依次为109株·hm^(-2)、253株·hm^(-2)、685株·hm^(-2)、353株·hm^(-2)和1427株·hm^(-2),更新幼苗的密度明显低于更新幼树和成树的密度;不同样地不同等级的更新苗存在明显的差异,其密度最大值为5650株·hm^(-2),密度最小值为1025株·hm^(-2),更新苗分布倾向聚集分布;另外,在15块样地中,更新等级为中等以上的样地占所有样地的86.7%,更新等级为不良的样地仅占所有样地的13.3%。建议对更新不良的林分尽可能避免大的人为干扰。

祁连山排露沟流域径流对气候及下垫面变化的响应

在全球气候变暖和人类活动的共同影响下,中国西北干旱半干旱区水循环变化与水资源再分配正在改变区域生态环境。在长时间序列尺度上,仍缺乏对西北内陆河径流变化机制与特征时空格局的统一认识。本研究以祁连山排露沟流域为试验区,基于量水堰实测长序列径流数据,采用线性回归法、Mann-Kendall、滑动t、Pettitt和累积距平等检验方法,分析排露沟流域1994—2020年径流序列的变化趋势和突变年份;以气象站监测和人工潜在蒸发观测数据为基础,采用Budyko假设水热耦合平衡模型对排露沟流域径流量变化趋势进行归因分析;以固定样地2003—2021年每木检尺数据,采用材积源生物量法,对排露沟流域15个乔木固定样地的1017棵青海云杉的碳密度进行估算。结果表明:(1)1994—2020年排露沟流域径流量波动变化,丰枯交替,但整体呈现增加趋势,2006年径流发生突变,突变后的年平均径流量增加了9.53×10^(4) m^(3),增加率为34.88%。(2)在2007—2020年的突变期,排露沟流域径流对降水、潜在蒸发和流域下垫面参数的弹性系数分别为3.15、-0.70和-0.68,且各因子对径流的贡献率分别为87.92%、19.97%和-7.89%,表明径流量对降水量变化最为敏感,气候因子中潜在蒸发对径流的影响大于流域下垫面的变化。(3)2003—2021年排露沟流域青海云杉平均碳密度为63.09 Mg C·hm^(-2),平均每年增长速率为1.94%。在人类活动干扰较小的条件下,森林植被的碳储量和碳密度变化是引起流域下垫面参数波动的主要原因。研究结果可为流域管理部门制定自然资源保护与水资源合理分配及调用方案提供科学依据,为生态环境保护部门在权衡林水效益方面提供参考。

祁连山排露沟流域青海云杉天然更新空间关联性研究

青海云杉作为祁连山森林生态的建群种,其天然更新的空间关联性及集聚模式对种群更新具有重要意义。于2022年8月对祁连山排露沟流域海拔2800-3300m样地内的青海云杉林进行每木检尺,研究将胸径小于50mm的青海云杉植株划为更新苗,并选取更新苗胸径、株高两个生物指标,通过空间自相关分析探究其胸径、株高的空间关联性及集聚模式。结果表明:1)不同海拔更新苗胸径、株高均表现为空间正自相关,胸径空间关联性呈现为2800m>3100m>3000m>2900m>3300m,株高空间关联性呈现为2800m>2900m>3100m>3000m>3300m,仅3200m样地胸径和株高均表现为不显著的空间负自相关,表明更新苗胸径和株高的空间关联性随着海拔的升高而逐渐降低。2)不同样地更新苗胸径和株高个体间空间正自相关的数量远多于空间负自相关,表明青海云杉更新个体的生长有益于邻近径级个体的生长。3)更新苗胸径和株高整体呈现为低低集聚比高高集聚更为集中,且相互间分界明显,表明邻近径级的植株间关系较为协调,径级差异较大的植株间排斥效应较为明显。4)更新苗胸径和株高均表现出高高集聚和低低集聚交替分布的现象,且随着海拔的升高,高高集聚现象逐渐消失。

祁连山大野口流域青海云杉种群空间格局及其关联性

研究青海云杉(Piceacrassifolia)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10.2hm2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。