天山云杉種植空間格局

研究結(jié)果表明,該植物區(qū)系地理成分復(fù)雜。天山云杉群落有維管束植物401種,其中,種子植物47科, 194屬,393種。菊科、禾本科、唇形科、薔薇科和毛茛科是該研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)科,占總種數(shù)的47.58%。少屬科和單屬科較多,占總科數(shù)的89.36%。溫帶成分占總科數(shù)的44.68%,在區(qū)系組成和植被構(gòu)成中占主導(dǎo)地位。這與本地區(qū)所處的氣候帶、地理位置及地史變遷相一致。干旱荒漠氣候使溫帶的許多成分雖在本區(qū)多有分布,卻難以形成優(yōu)勢(shì),唯有廣布性的大科能以其龐大的種系和適應(yīng)能力在這種生境惡劣的地域取得優(yōu)勢(shì)。天山云杉群落物種豐富度和多樣性指數(shù)較低,均勻度、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)較大,其中,喬木層豐富度指數(shù)僅為3,而優(yōu)勢(shì)度指數(shù)達(dá)0.6073最大。天山山地天然次生林群落,經(jīng)過(guò)多年競(jìng)爭(zhēng)、演替,闊葉樹(shù)被取代,逐步形成了天山云杉地帶性頂極群落。一般情況下,海拔2000m以上地區(qū),如沒(méi)有外因破壞,天山云杉林不易為其他樹(shù)種所更替。草本植物的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù),在海拔梯度上的變化沒(méi)有顯著變化。 天山云杉種群大小級(jí)結(jié)構(gòu)呈正金字塔型,各級(jí)均有分布,幼苗占25.37%,儲(chǔ)備量豐富。天山云杉存活曲線屬Deevey-Ⅲ型,即增長(zhǎng)種群。前期死亡率較高,后期較穩(wěn)定。天山云杉種群表現(xiàn)為聚集型分布格局,但各生長(zhǎng)階段聚集強(qiáng)度略有不同。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)的負(fù)二項(xiàng)指數(shù)K值均小于1,聚集強(qiáng)度較高。其中,Ⅰ級(jí)幼苗K值為0.104最小,表現(xiàn)為強(qiáng)聚集分布。Ⅴ級(jí)大樹(shù)的K值為1.105>1,聚集強(qiáng)度急劇降低。Ⅰ級(jí)幼苗到Ⅴ級(jí)大樹(shù)聚塊性指標(biāo)M~*/M值由10.619逐級(jí)遞減為1.905,種群表現(xiàn)為逐級(jí)擴(kuò)敞趨勢(shì)。并且Ⅰ級(jí)幼苗→Ⅱ級(jí)幼苗→Ⅲ幼樹(shù)的擴(kuò)散趨勢(shì)較強(qiáng)。研究結(jié)果證實(shí),天山云杉幼苗階段,受種群繁殖特征和生境異質(zhì)性的影響,表現(xiàn)為強(qiáng)聚集分布。隨樹(shù)木個(gè)體生長(zhǎng),自疏作用和它疏作用不斷加強(qiáng),導(dǎo)致大量林木死亡,聚集強(qiáng)度逐漸減弱,到大樹(shù)階段已有向輕度聚集和隨機(jī)分布發(fā)展的趨勢(shì)。天山云杉幼苗期需要適度的庇蔭才能存活,隨幼苗的不斷生長(zhǎng),對(duì)于光照的需求也逐漸增強(qiáng),到大樹(shù)階段,基本需要全光照,若一直處于郁閉林冠下,生長(zhǎng)將停滯,甚至死亡。郁閉度大的云杉純林林冠下更新較差或無(wú)法更新,在林窗、云杉疏林地和部分林緣地帶天然更新較好。天然更新受多種因素影響,尤其以牲畜的影響較大,造成天然更新能力下降,林分的脆弱性加大,穩(wěn)定性降低。

Spatial distribution pattern of tree individuals in the Schrenk spruce forest,northwest China

<<生態(tài)學(xué)報(bào) >>2005年05期

李明輝 , 何風(fēng)華 , 劉云 , 潘存德 , LI Ming-Hui , HE Feng-Hua , LIU Yun , PAN Cun-De

天山云杉(Picea schrenkiana)林是天山林區(qū)的重要針葉林.研究調(diào)查了兩塊分別代表天山云杉不同演替階段的標(biāo)準(zhǔn)地,應(yīng)用Ripley's K系數(shù)法研究了天山云杉種群空間格局與動(dòng)態(tài).結(jié)果表明:天山云杉是聚集型種群,天山云杉活立木、枯死木、天山樺(Betula tianschanica Rupr.)和天山柳(Salix tianschanica Rgl.)的空間格局均為聚集型;天山云杉枯死木的聚集強(qiáng)度大于天山云杉活立木的聚集強(qiáng)度;天山樺和天山柳的聚集強(qiáng)度大于天山云杉枯死木的聚集強(qiáng)度;天山樺和天山柳的空間格局隨種群所處的演替階段不同而不同,增長(zhǎng)型種群在所有尺度上其空間格局都為聚集型,在大于70 m尺度上表現(xiàn)為均勻格局,而天山云杉成熟林中的天山樺和天山柳只在小尺度(0~40 m)上表現(xiàn)為聚集.隨著天山云杉的生長(zhǎng),其聚集強(qiáng)度逐漸減小,聚集半徑不斷增大.從50a以下天山云杉到50~100a的天山云杉其聚集強(qiáng)度急速減小,這有利于天山云杉幼樹(shù)獲得足夠的資源,是天山云杉幼樹(shù)的一種生存策略或適應(yīng)機(jī)制.150a以上天山云杉的聚集強(qiáng)度增加,這是由于天山云杉生長(zhǎng)到150a左右時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)成熟后死亡,形成林窗有利于天山云杉林的更新.研究還對(duì)Rip1ey's K系數(shù)法和頻次檢驗(yàn)法進(jìn)行了比較,Ripley's K系數(shù)法能夠分析各種尺度下的種群空間格局,且不受樣方大小的影響,結(jié)果清楚、直觀.

天山云杉是中亞和亞洲中部山地的特有種,在中國(guó)僅見(jiàn)于新疆,其主要分布在天山北坡,天山南坡和昆侖山西部北坡也有少量分布,對(duì)天山的水源涵養(yǎng)、水土保持發(fā)揮著不可或缺的重要作用。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)森林物質(zhì)產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)和各類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)干擾強(qiáng)度的加大,天山云杉的天然更新問(wèn)題日顯突出?；谶@一問(wèn)題,許多學(xué)者從幼樹(shù)所處的光照、水分和養(yǎng)分條件等方面進(jìn)行了大量的研究,但從研究結(jié)果和所產(chǎn)生的效果來(lái)看,距離對(duì)這一問(wèn)題的解決還有非常大的差距。為此,本研究基于"天山云杉天然更新故障的自毒作用"假設(shè),采用生物測(cè)定的方法,在人工氣候箱中模擬天山云杉種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)條件,就針葉水浸提取液對(duì)天山云杉種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了檢驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,利用高效液相色譜分析方法進(jìn)一步測(cè)定了經(jīng)針葉和凋落物水浸提取液處理后對(duì)天山云杉種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中內(nèi)源激素的變化情況。研究所得結(jié)果如下: 在自毒作用的生物鑒定方面,兩種溫度條件(①光周期20℃、16h,暗周期15℃、8h;②光周期15℃、16h,暗周期10℃、8h)的實(shí)驗(yàn)表明,天山云杉針葉水浸提取液對(duì)其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)存在自毒作用。

不久前，中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所科技人員喻樹(shù)龍、崔宇等人，在天山北坡精河流域的原始森林采集樹(shù)輪標(biāo)本時(shí)發(fā)現(xiàn)了它。經(jīng)過(guò)研究確定，這顆云杉已有737年的高齡。

不過(guò)，這棵天山云杉沒(méi)有大家想象的那么粗，因?yàn)樗L(zhǎng)在海拔2500多米高的石崖處，直徑僅有25厘米。年輪非常細(xì)密，但清晰明了。

據(jù)了解，這是迄今為止，在我國(guó)天山山脈發(fā)現(xiàn)的樹(shù)齡最長(zhǎng)的天山云杉活樹(shù)。2002年10月，烏魯木齊沙漠氣象研究所科技人員曾采集到一棵651歲的天山云杉活樹(shù)樣本。

該所研究員袁玉江說(shuō)，根據(jù)樹(shù)木年輪的疏密，可以研究當(dāng)?shù)夭煌瑫r(shí)期的氣候變化，這次的發(fā)現(xiàn)對(duì)研究天山北坡氣候、水文的長(zhǎng)期變化具有非常重要的意義。同時(shí)，也標(biāo)志著新疆的樹(shù)木年輪氣候?qū)W研究取得了新的進(jìn)展。

目前，研究人員正在利用各種先進(jìn)的儀器設(shè)備進(jìn)行樹(shù)樣的測(cè)量與分析，揭示天山精河流域過(guò)去700多年來(lái)氣候與水文的長(zhǎng)期變化，以填補(bǔ)我國(guó)在該區(qū)域年輪研究的空白。

新華網(wǎng)烏魯木齊3月24日專(zhuān)電(記者毛詠)研究人員通過(guò)對(duì)新疆天山云杉年輪寬窄變化分析研究，再現(xiàn)了這一地區(qū)320多年來(lái)氣候的干濕變化狀況，其中最干旱期出現(xiàn)在1701年至1722年，最濕期出現(xiàn)在1961年至1981年。

中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠研究所研究員袁玉江介紹說(shuō)，云杉直徑的生長(zhǎng)主要集中在每年5至8月，其中5至6月份為輪寬形成最活躍的時(shí)期，可形成當(dāng)年年輪的一半以上，"這一生長(zhǎng)特性可以分析其生長(zhǎng)年份的降水變化。"

研究人員據(jù)此發(fā)現(xiàn)了樹(shù)木年輪寬度指數(shù)與氣候要素之間的相關(guān)關(guān)系。大量天山云杉年輪的寬窄變化顯示，326年來(lái)的5月下旬新疆這一區(qū)域內(nèi)的降水出現(xiàn)了8個(gè)完整的干濕變化階段，1701年至1722年為最干旱期，1961年至1981年為最濕潤(rùn)期，而在1719年至1959年的241年中明顯出現(xiàn)了緩慢變干的趨勢(shì)，1943到1945年的云杉甚至出現(xiàn)缺輪現(xiàn)象。

新疆5月下旬的天氣狀況主要是受大氣環(huán)流影響，由副熱帶西風(fēng)急流向北推進(jìn)的快慢和控制歐洲的高壓脊的雙重影響下，降水由南到北，自西向東開(kāi)始迅速增加，并由此造成天山中部山區(qū)降水年際變化率加大。

云杉屬于喜陰樹(shù)種，年輪生長(zhǎng)較快，7月以后，年輪基本不再生長(zhǎng)，因此5月下旬的降水多寡將直接影響這一特殊區(qū)域里云杉年輪的生長(zhǎng)。

研究人員還對(duì)目前及未來(lái)干濕變化趨勢(shì)進(jìn)行分析預(yù)測(cè):2001年至2007年為降水偏少期;2008年至2015年降水偏多，"這7年對(duì)新疆北部重要糧食作物冬小麥的長(zhǎng)期產(chǎn)量預(yù)報(bào)及種植規(guī)劃布局具有重要意義。"

雪嶺云杉林在我國(guó)分布于新疆天山南北坡、昆侖山西部、準(zhǔn)噶爾西部山地，東西綿延1800公里，向西延伸到吉爾吉斯斯坦的天山與阿賴(lài)山，是中亞荒漠帶最主要的山地常綠針葉林。在天山北坡，雪嶺云杉林分布于海拔1500~2800米的中低山--亞高山，構(gòu)成了斷斷續(xù)續(xù)連綿千里的山地森林垂直帶。在帶內(nèi)森林與山地草甸、草原、灌叢交錯(cuò)分布。在 天山的云杉林中，除了雪嶺云杉外，還有天山云杉。天山云杉是雪 嶺云杉的變種。二者的區(qū)別很小，嶺云杉的當(dāng)年生嫩枝為灰色，天山云杉的嫩枝淡黃色或姜黃色。它們常常在林分中混生，一般人很少注意到這一點(diǎn)，讀者也無(wú)須仔細(xì)辨認(rèn)，變種是種以下的一個(gè)分類(lèi)單位，把它們統(tǒng)稱(chēng)為雪嶺云杉并沒(méi)有錯(cuò)。