高山林线区域树木径向生长对气候变化的响应尤为敏感.本研究对四川亚丁国家级自然保护区高山林线区域方枝柏、川滇冷杉和大果红杉3个针叶树种进行年轮采样与处理,建立标准化年表,研究不同林线树种径向生长对气候变化的响应差异.结果表明:2000年后,大果红杉的径向生长呈现出显著上升的趋势,川滇冷杉自2002年后呈现出显著下降的趋势,近10年来,方枝柏也表现出显著下降的趋势.不同林线树种径向生长对气候因子的响应方式存在差异.方枝柏径向生长对温度响应较为敏感,与上年10月—当年8月平均最低温度、上年11月—当年4月和当年7-10月平均温度均呈显著正相关,与当年7-10月相对湿度呈显著负相关;川滇冷杉径向生长与当年5-6月平均温度和平均最高温度呈显著负相关,与当年5-6月相对湿度和帕默尔干旱指数呈显著正相关;大果红杉径向生长与上年11-12月平均温度和平均最高温度、当年3月平均最高温度和当年8月平均温度均呈显著正相关.不同林线树种径向生长对气候因子响应的时间稳定性存在差异,方枝柏和川滇冷杉径向生长与温度的正相关关系逐渐减弱,而大果红杉径向生长与温度的正相关关系逐渐增加.未来气候变暖背景下,温度升高可能促进大果红杉的径向生长,抑制川滇冷杉和方枝柏的径向生长,改变区域林线位置.

秦岭太白山林线植被因海拔较高且受人为扰动较轻,对气候变化的响应尤为敏感,为获取过去气候变化信息提供了可靠代用资源.然而,结合树木年代学方法及Arcgis空间插值功能进行秦岭林线气候变化重建的工作至今仍处于空白.利用采自太白山林线地带太白红杉(Larix chinensis)所建立的树轮宽度资料,与提取自太白山保护区气温栅格数据中的采样点位置气象数据进行相关分析.结果表明,太白红杉与3-6月平均气温相关性最显著,采用线性回归建立了两者的拟合模型,剔除重建方程中的1997、1998年之后,方差解释量达57.2％(调整自由度后为55.5％);重建气温序列显示偏冷时段平均跨度(16年)较偏暖时段平均跨度(10.8年)长,偏冷时段有:1870-1881年、1903-1918年和1977-1996年;偏暖的时段有:1882-1892年、1919-1929年和1997-2013年;在1931-1978年这一时期,气温相对稳定,1988年之后升温强烈;周期分析显示近144年以来3-6月气温存在22-31 a,18-22 a以及10-13 a的3个振荡周期,可能与大尺度气候驱动及太阳活动存在联系.以上结果均得到历史记录以及周边重建结果的支持.

秦岭作为中国南北地理分界线的重要组成部分,一直是全球气候变化研究的热点地区之一.依据秦岭主峰太白山北坡太白红杉(Larix chinensis)树轮宽度指数以及周边宝鸡和眉县多年的气象站数据,通过多元回归模型重建了该地区160年来上年1 1月至当年6月的累计降水量序列,揭示了1852-2012年秦岭主峰太白山降水变化特征.结果表明:重建方程方差解释量为39.6％(R2adj=0.370,F=15.11,P＜0.001),重建序列的可靠性得到了气象灾害历史记录以及周边重建结果的支持与验证;重建降水序列表现出明显的干湿变化和周期性波动特征,在过去160年中较湿润的时段主要有1875-1885、1908-1923和1983-2002年;持续干旱的时段包括1857-1867、1886-1907、1923-1935年以及1954-1965年;周期分析结果显示,研究区160年来降水变化存在47～54、17 ～22、准13和3～7a的4种震荡周期,并且表现出小周期弱化、大周期增强的趋势.研究区气候变化还受到更大尺度水文气候变化的影响.

利用Biome-BGC模型模拟了1960-2013年太白山太白红杉林生态系统的净初级生产力(NPP),对其与太白红杉的径向生长关系进行了探讨,并分析了NPP值对气候变化的响应关系.结果表明:1960-2013年太白山太白红杉林北坡NPP年均值为305.33g C m-2 a-1,南坡为320.71g C m-2 a-1,南北坡的NPP值均呈现出一定的上升趋势,北坡的上升速率(0.47g C m-2 a-1)要小于南坡(1.29g C m-2 a-1),但是北坡太白红杉分布下限区NPP值波动浮动较大.且北坡太白红杉NPP值随着海拔高度的上升而逐渐下降,低海拔的变化振幅要大于高海拔地区,南坡无明显变化.多数采样点的模拟NPP值与树轮宽度指数年际变化趋势趋于一致,相关关系呈显著相关.太白红杉标准年表、模型模拟NPP值与气象因子的相关分析均表明太白红杉的生长与生长季气温的相关性显著高于降水,即生长季的气温是太白红杉生长的限制因子.气候的变化作为制约太白红杉生境的重要因素,影响了太白红杉树木的生长,进而对NPP的变化产生了影响.树木年轮很好的检验了Biome-BGC模型模拟结果.

为了解秦岭北坡太白红杉(Larix chinensis)的碳源/汇动态,运用BIOME-BGC模型模拟了1959-2016年太白红杉生产力、碳储量和碳利用效率(CUE),并利用气候情景设定方法预测碳源/汇功能的未来趋势.结果表明,58年间太白红杉的平均净初级生产力(NPP)、初级生产力(GPP)和净生态系统生产力(NEP)分别为328.59、501.56和31.42 g C m-2a-1,平均碳储量为35.38 kg C m-2a-1,平均CUE为0.65;除1960-1961、1969-1970、1997-1999年为"碳源"年外,绝大多数年份为"碳汇"年,年内呈现"碳源-碳汇-碳源"的变化特征,碳储量总体增加,潜在固碳能力较为稳定.GPP、NPP、碳储量的正向作用排序为气温上升>CO2浓度增加,NEP的正向作用排序反之,降水增加对生产力和碳储量增加起反作用,气温升高对CUE起反作用;气温和CO2浓度是北坡太白红杉生长的限制因子,气温的限制性强于CO2浓度,未来气温或CO2浓度升高有利于碳汇功能发挥,降水增加减弱碳汇效果.RCP4.5、RCP8.5情景下太白红杉生产力和碳储量在21世纪呈上升趋势,RCP8.5上升幅度略大于RCP4.5,潜在固碳能力仍较强;1-3月和10-12月为"碳源"月,5-9月为"碳汇"月.这揭示了气候变化背景下气温、降水和CO2浓度对太白红杉碳源/汇的影响方式,气温和CO2浓度上升是碳汇的促进因素,降水增加为阻碍因素.

大气氮沉降的明显增加将有可能显著影响我国西部地区受氮限制的亚高山森林生态系统的物质循环.为了解模拟氮沉降会不会改变土壤酶活性及其化学计量比并缓解该区域土壤微生物生长代谢对氮的限制,选择川西亚高山60年生的四川红杉(Larix mastersiana)人工林为研究对象,通过4个水平梯度的土壤模拟氮沉降控制试验(CK:0gm-2a-1;N1:2 g m-2 a-1;N2:5 g m-2 a-1;N3:10 g m-2 a-1),检测7种土壤酶活性及其化学计量比.结果表明:N-乙酰葡萄糖苷酶、过氧化物酶、C∶NEEA、N∶PEEA对一个生长季模拟氮沉降有显著响应,特别在模拟氮沉降后期表现为中氮显著促进N-乙酰葡萄糖苷酶活性(56.40％-204.78％)、过氧化物酶活性(42.28％-54.87％);酸性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶、纤维二糖酶、亮氨酸酶、多酚氧化酶、土壤酶化学计量碳磷比(C∶PEEA)对一个生长季施氮无显著响应,但都具有极显著月动态.相关分析和逐步回归分析表明,土壤温度和含水率是土壤酶活性及其化学计量比的决定性因子.综上所述,研究区域亚高山森林土壤微生物的碳氮磷代谢对模拟氮沉降响应显著,微生物代谢呈现出一定的氮限制,模拟氮沉降中氮水平后期微生物代谢呈现出由氮限制向磷限制转化的趋势.

随着全球大气氮沉降的明显增加,将有可能显著影响我国西部地区受氮限制的亚高山森林生态系统.土壤微生物是生态系统的重要组成部分,是土壤物质循环和能量流动的重要参与者.由于生态系统类型、土壤养分、氮沉降背景值等的差异,土壤呼吸和土壤生物量碳氮对施氮的响应存在许多不确定性.而施氮会不会促进亚高山森林生态系统中土壤呼吸和微生物对土壤碳氮的固定？基于此假设,选择了川西60年生的四川红杉(Larix mastersiana)亚高山针叶林为研究对象,通过4个水平的土壤施氮控制试验(CK:0 g m-2 a-1、N1:2gm-2 a-1、N2:5 g m-2 a-1、N3:10gm-2 a-1),监测了土壤呼吸及土壤微生物生物量碳氮在一个生长季的动态情况.结果 表明:施氮对土壤呼吸各指标和土壤微生物碳氮都有极显著的影响,施氮能促进土壤全呼吸、自养呼吸、异养呼吸通量和土壤微生物生物量碳氮的增长,施氮使土壤呼吸通量提高了11％-15％,土壤微生物量碳提高了5％-9％,土壤微生物量氮提高了23％-34％.在中氮水平下(5 gm-2a-1)对土壤呼吸的促进最显著.相关分析发现,土壤呼吸与微生物生物量碳氮和微生物代谢商极呈显著正相关,微生物量碳氮与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度呈极显著负相关.通过一般线性回归拟合土壤呼吸速率与土壤10 cm温湿度的关系,发现土壤呼吸速率与土壤温度呈极显著的正相关,与土壤湿度极显著负相关(P＜0.001),中氮水平下土壤温度敏感性系数Q10值(7.10)明显高于对照(4.26).

以凋落物为载体的养分归还是生态系统物质循环的主要过程,也是林木生长所需养分的重要来源.相对于其他元素,钾(K)和钠(Na)在调节渗透压方面有着极其重要的作用,且淋溶作用强烈,极易流失,但缺乏必要关注.因此,以海拔3589 m高山峡谷区典型的四川红杉(Lanx masteniana)-岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林为研究对象,在2015年9月到2016年8月期间调查了不同类型凋落物中K和Na元素在不同时期的归还特征.结果 表明:1)凋落物K和Na元素年归还量分别为25.34和4.44 kg·hm-2,表现为:凋落叶＞凋落枝＞其他凋落物＞凋落皮＞附生植物＞繁殖器官.其中,凋落叶和枝占总凋落物K和Na元素归还的85％以上;2)总凋落物、凋落叶和枝的K、Na元素归还动态呈现“双峰型”,最大值出现在5月和10月;凋落皮和繁殖器官K、Na元素归还动态呈现“单峰型”,最大值出现在5月;3)乔木层树种凋落物的K和Na元素呈现“双峰型”的归还模式,最大值在5月和10月,灌木树种凋落物的K和Na元素呈现“单峰型”归还模式,最大值在9-10月.这些结果说明了高山峡谷区典型针叶林不同类型凋落物元素归还的季节性特征,为进一步认识区域森林物质循环及相关的生态学过程提供了基础数据.

生境选择研究是野生动物保护工作中的一项重要内容.黄喉雉鹑(Tetraophasis szechenyii)是我国Ⅰ级保护动物,先前对其生境选择进行过一定研究,但缺乏对生境选择层次性的考虑和界定.研究遵循学界对生境选择层次性的定义,从景观尺度(第2级尺度)调查四川省雅江县帕姆岭黄喉雉鹑在繁殖期的生境选择.通过设置80个样点,运用录音回放技术调查样点250 m缓冲半径内黄喉雉鹑的占域情况,然后通过地形数据和解译卫片提取有关生境变量,使用逻辑斯蒂回归模型预测影响占域的重要因素.结果 显示,冷红杉林、高山栎丛和高山松林的面积占比是决定黄喉雉鹑占域与否的最重要因子.冷红杉林和高山栎丛的占比高、高山松林的占比低,则黄喉雉鹑占域可能性大.该生境选择形式可能与逃避天敌和有利于觅食相关,建议在未来保护管理中注重对冷红杉林和高山栎丛的优先保护.同时,也需对生境的镶嵌式结构进行保护.

针对西南亚高山区大量退化灌丛恢复技术缺乏的问题,在浓密灌丛抑制建群树种幼苗更新的生态系统,采用调控灌丛冠幅和适当去除地被物层技术,以改善灌丛生态系统中限制建群树种更新和生长的环境因子,促进幼苗生长和更新;在缺乏种源的灌丛生态系统,利用灌丛微环境的直播和栽植技术补充种源.对调控处理后的幼苗存活、生长及微环境的变化进行了动态监测(2018-2020),发现:(1)水平或垂直去除部分灌丛冠幅增加了粗枝云杉(Picea asperata)建群种幼苗的基径和株高,其中水平去除处理使得幼苗基径和株高分别增加了51.5％和61.6％;(2)仅凋落物去除和地被物全部去除后,灌丛空地移栽的云杉幼苗死亡率从20.8％下降到7.1％,且株高和基径增长率为24.6％-35.8％,均高于地被物保留时的对照幼苗(4.0％-20.7％);(3)野外原位播种四川红杉(Larix mastersiana)和粗枝云杉种子的萌发率为密灌＞疏灌＞草地(P＜0.05),抚育方式对种子萌发和保存的影响均为微肥＞CK＞微肥+保水剂＞保水剂(P＜0.05);(4)未添加有机底肥条件下,栽植在灌丛根围区域和非根围区域的云杉幼苗存活率分别为56.9％和30.0％,其中栽植在灌丛坡位上方位更有利于幼苗存活,添加底肥促进了栽植在无灌丛植被区域的云杉的存活,存活率达到100％.可见,在有建群树种幼苗的浓密灌丛区,通过改善抑制幼苗生长的微环境,建群树种的生长得到明显改善;在次生灌丛无建群树种种源区,通过引入建群树种种源,能促进建群树种幼苗定居;上述研究结果为亚高山退化森林生态系统的恢复提供了新的思路和技术途径.