水仙花鸢尾(Iris narcissiflora)是中国四川西部的特有物种,现有分布范围严重缩减,被列为国家Ⅱ级野生重点保护植物.当前对水仙花鸢尾种群现状及其生境特征的了解十分匮乏,不利于其濒危机制研究和保护措施制定.该研究对水仙花鸢尾目前的分布范围进行了详细踏查,调查野生种群状况及其生境,特别是所属群落特征.结果表明,水仙花鸢尾分布于四川省甘孜州道孚县和康定市海拔3 779～4 100 m的高山灌丛或川西云杉(Picea likiangensis var.rubescens)林缘,各分布点种群规模小,仅含 28～2100 株;根据当前分布点的区域范围,依据IUCN受威胁物种评估标准B2ab(iii)将其重新评估为濒危(endangered,EN);所属群落物种组成丰富,生活型以多年生草本植物为主,具较多温带成分;群落间物种组成相似性与地理距离呈显著的负相关;群落可划分为 4 种类型:川西云杉林缘和分别以毛蕊杜鹃(Rhododendron websterianum)、灰背杜鹃(R.hippo-phaeoides)、坡柳(Salix myrtillacea)为主要优势种的高山灌丛.水仙花鸢尾生境受修路、放牧影响,自然演替和全球气候变化也是潜在威胁.针对不同分布点的生境状况,提出设立保护小区,采取适当措施减轻川西云杉扩张和人为因素的影响,并建议开展迁地保护技术研究.

本文以新疆天山西部伊犁河流域优势树种雪岭云杉为对象,采用树轮指数(TRI)和生长变化百分率(GC)的方法研究不同海拔(1800、2300和2800 m)雪岭云杉的衰退特征,分析不同海拔雪岭云杉生长对干旱事件的响应差异,揭示该地区海拔对树木生长衰退的影响.结果表明:低海拔(1800 m)雪岭云杉呈现多次衰退,但树轮指数法和生长变化百分率法判定的衰退时间存在差异.树轮指数表明,低海拔雪岭云杉在1927-1933、2007-2014年期间出现了 2次的持续大规模衰退;生长变化百分率表明,低海拔雪岭云杉在1891-1893、1924-1926、1973-1975、2004-2009年期间出现了 4次生长衰退.上一年生长季帕尔默干旱指数(PDSI)显著影响不同海拔雪岭云杉径向生长.随着海拔上升,当年生长季PDSI对雪岭云杉径向生长的作用呈现先显著增强再减弱的趋势.在极端干旱年份(1917年),雪岭云杉生长衰退程度随海拔增加呈现增强趋势,低海拔处(1800 m)树轮指数为0.65,比平均水平低35％,而中(2300 m)、高(2800 m)海拔则分别为0.56和0.54,显著低于平均水平40％.1917年的干旱事件对不同海拔雪岭云杉生长均存在2年的遗产效应,1920年树轮指数达到0.9以上,接近正常水平.海拔因素对干旱导致的森林衰退具有重要影响,分布在水热条件相对较差的低海拔处的树木生长更易受到干旱事件的抑制作用,进而引发了次数多、规模大的衰退事件.但在面对极端干旱时,水热条件较好的中、高海拔处的树木也会出现更大程度的衰退事件.

青藏高原东南部的东喜马拉雅地区和横断山区是全球生物多样性热点区,也是青藏高原重要的生态安全屏障区,但对该区域森林群落的生态位特征以及多样性相关研究较少.收集和整理了分布于青藏高原东南部的乔木植物及其科属特征,并分析主要优势物种的生态位特征以及森林群落多样性的影响因素.采用"Levins"方法计算优势物种的生态位宽度和生态位重叠值;随后,使用方差比率法、x2检验、Association coefficient联结系数和Ochiai指数等方法分析了种间联结性;最后,使用方差分解方法计算了每个环境因素对植物多样性的解释率.研究结果表明:(1)位于东喜马拉雅地区和横断山区森林群落共有植物42科71属119种,物种组成主要以松科(17种)、杜鹃花科(10种)、桦木科(9种)、无患子科(8种)和樟科(6种)为主;(2)该地区所有种植物生态位重叠值较低(平均值为0.027),并且生态位重叠值为0的种对数最多,说明森林群落整体竞争较小,处于一个相对稳定的状态;(3)生态位宽度值由高到低的物种依次为:冷杉、杜鹃、云南铁杉、川西云杉、落叶松、黄背栎、高山栎、花楸、石栎和云南松,这10种植物在森林群落占据优势地位;(4)种间关联结果显示方差比率大于1,说明森林群落中物种间存在较强的正关联,群落内各个物种占据的不同生态位,合理地利用各种资源;(5)年均温和坡向被认为是影响该地区森林群落物种多样性最关键的两个环境因子;(6)森林群落在年均温为7-11℃的地区和半阳坡的地形中,群落植物多样性最高.

为探究胜山阔叶红松(Pinus koraiensis)林粗木质残体(Coarse woody debris,CWD)的形成过程及机制,采用点格局分析法对10.4 hm2大型样地内不同分类的CWD的空间格局、空间关联性进行了研究.结果表明:(1)总CWD在0-7 m尺度聚集分布,7-50 m尺度随机分布.(2)腐烂等级5级CWD、倒木、伐根在所有尺度随机分布;其他CWD随尺度增大由聚集分布转为随机分布,但格局尺度不同(在2-10 m之间).(3)大、中径级与小径级CWD在0-4m、0-6 m尺度正相关;高腐烂等级与低腐烂等级CWD在0-5 m尺度以内正相关;枯立木与倒木在0-4 m尺度正相关;落叶松(Larix gmelinii)CWD与小径级、腐烂等级2级的红皮云杉(Picea koraiensis)CWD在0-3 m尺度正相关,与中径级、腐烂等级1、2级在13-16 m尺度负相关.胜山阔叶红松林CWD的形成是由树种特性、小尺度的个体竞争、大尺度的自然衰老、外界干扰、生境异质性等共同决定的;大、中径级对小径级CWD、先形成对后形成CWD、枯立木对倒木具有一定的正向影响,落叶松对红皮云杉CWD在小尺度有正向影响,而在稍大尺度有负面影响;在一定程度上揭示了该林型CWD的形成过程和机制.

土壤酶以及化学计量比是表征土壤养分可用性和微生物养分限制的关键指标.然而,对川西亚高山天然林转换为人工林后土壤酶活性和化学计量比的变化特征及其关键驱动因素尚不清晰.本研究以川西亚高山云杉天然次生林和人工林为对象,测定了两种林分的土壤理化性质和酶活性.结果表明:(1)天然林土壤碳氮比(C∶N)显著低于人工林(P＜0.05),其土壤碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P)则均显著高于人工林土壤(P＜0.05);(2)天然林的酶碳氮比(C∶NEEA)和酶碳磷比(C∶PEEA)显著高于人工林,而酶氮磷比(N∶PEEA)却显著低于人工林(P＜0.01);人工林的碳质量指数CQI1和CQI2显著高于天然林(P＜0.05),而矢量长度和矢量角度显著低于天然林(P＜0.01);(3)天然林土壤微生物受到了一定程度的碳、磷限制,人工林土壤微生物则受氮严重限制;(4)冗余分析结果表明,全氮是影响酶化学计量比的主要因素.以上研究结果表明,在本区域内人工林土壤养分管理中,需充分考虑微生物对氮素的需求.

研究建立了祁连山东部青海云杉(Picea crassifolia)存活个体与死亡个体的树轮宽度年表和断面生长增量(BAI)序列,对青海云杉存活个体与死亡个体的径向生长特征及其对气候要素的响应关系进行了比较,尝试厘清青海云杉径向生长与气候要素之间的响应机制.结果表明:青海云杉死亡个体的径向生长速率明显低于存活个体(P＜0.001),尤其是在 20 世纪 80 年代快速升温后,这一差距进一步加大,青海云杉死亡率也大幅增加.在 1951-1986 年期间,青海云杉径向生长主要受生长季前(上一年 9 月到当年 2 月)干湿状况的影响;而在 1987-2020 年期间,青海云杉径向生长则更多受生长季(当年 6-8 月)干湿状况的影响.并且与活树相比,死树对区域干湿状况表现出更高的敏感性,对气温的负响应也更强.随着气候变暖加剧,高温及其带来的干旱胁迫已成为区域内限制青海云杉径向生长的主要气候因素,青海云杉的死亡率可能会继续升高.

林分空间格局研究对认识和理解森林群落结构的生态学过程具有重要作用.适宜的样地尺度不仅可以有效降低工作和时间成本,也可以提高林分属性的精确估计.同时,抽样尺度的适宜程度对科学评价林分空间结构调整也具有重要的现实意义.以关帝山庞泉沟4 hm2云杉次生林固定监测样地为研究对象,运用样地划分法和空间点格局的K2函数,评估了林分主要树种空间格局随样地面积变化的规律.结果表明:通过重要值排序,选取云杉(青杆+白杆)、华北落叶松、桦树(白桦+红桦)+其它阔叶树(花楸+辽东栎+山杨+山楂)作为主要树种(组).随着样地尺度的减小(从4 hm2到0.25 hm2),空间分布格局主要表现为较小尺度(≤4m)的聚集分布过度为随机分布与均匀分布,以及聚集和随机分布交替出现.所有树种的次级样地与参考样地的一致性指数差异显著,云杉和华北落叶松组合1 hm2样地一致性指数最高,而桦树和其它阔叶树完整1 hm2样地一致性指数最高;此外,云杉、华北落叶松和桦树0.25 hm2样地与组合1 hm2样地空间格局一致性指数组间差异显著.研究认为1 hm2样地尺度可以作为该地区云杉次生林空间分布格局的最小尺度.研究为探索云杉次生林空间格局的变化规律及样地抽样尺度的选取方面,提供了一定的理论基础和技术依据.

为揭示不同种源和家系红皮云杉(Picea koraiensis)细根(直径≤2 mm)形态和生物量垂直分布特征,以黑龙江省林口县青山林场4个种源(纬度从低到高分别为穆棱、林口、金山屯、乌伊岭)30个家系的24年生红皮云杉试验林为研究对象,采用根钻法研究了不同土壤深度(h)(表层:0

本研究将垂柳(Salix babylonica L.)、元宝枫(Acer pictum subsp.mono(Maxim.)H.Ohashi)、银杏(Ginkgo biloba L.)、龙爪槐(Sophora japonica L.var.japonica f.pendula Hort.)、油松(Pinus tabuliformis Carrière)、刺柏(Juniperus formosana Hayata)、侧柏(Platycladus orientalis(L.)Franco)和云杉(Picea asperata Mast.)等8种北方城市常见绿化树种的凋落物与延安市城区受到频繁扰动的表层土壤以2%(凋落物/干土)的比例混合,在模拟自然条件下的土壤容重和含水量的基础上进行120 d的室内培养实验,检测处理后土壤有机碳及其各组分的含量以及相应碳库指数的变化,并分析凋落物化学特性与上述指标的关系.结果显示,8种供试凋落物中,除五角枫和刺柏外的所有凋落物处理均显著提高了土壤总有机碳含量,除五角枫、银杏和刺柏外的凋落物处理显著提高了其稳定组分的含量,而所有凋落物处理普遍显著提高了中等和高活性组分的含量.垂柳、侧柏、云杉和油松凋落物处理显著提高了土壤碳库指数,几乎所有处理均显著提高了土壤有机碳活度指数和碳库管理指数,仅侧柏凋落物处理显著提高了土壤固碳指数.凋落物氮和氨基酸含量与土壤有机碳各组分含量和相关碳库指数总体呈负相关;凋落物总酚和可溶性糖含量以及碳氮比、碳磷比和氮磷比与高活性、低活性和稳定有机碳组分含量呈正相关,其总有机酸、磷、总碳、萜类、酚类含量和碳氮比则与中等活性有机碳组分含量呈正相关.仅从提高土壤有机碳总量及其各组分含量,以及土壤有机碳活性和稳定的角度考虑,侧柏凋落物可作为处理城市土壤的优选材料,其次为垂柳、云杉和油松凋落物.

建立近自然度评价体系对于修复森林生态功能、保障森林可持续发展有着重要的意义,然而近自然度尚未有统一的评价体系.祁连山地区的森林系统承担着我国西部重要的水源涵养功能,对其现存的人工林客观地开展基于水源涵养能力的近自然评价是亟需解决的问题.以祁连山东部金禅沟、塔尔沟小流域 40 个不同林分起源的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林为对比研究样地,对涉及近自然度和水源涵养能力的指标进行敏感性分析,筛选出中高敏感度指标,通过欧氏距离法结合熵权法定量评价人工林近自然度,通过模糊物元法定量评价森林水源涵养能力,然后采用 6 种方法对近自然度和水源涵养得分分布进行拟合(R2＞0.4),并利用K-means法建立了 4 个近自然度评价等级.研究表明祁连山东部地区大部分人工林近自然度评级处于半天然林阶段,通过改造纯林为针阔混交林可以同时提高其近自然度与水源涵养能力.研究旨在构建基于水源涵养能力的近自然度评价体系,为森林生态服务功能修复提供理论支持.