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.

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.

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.

不同坡向、不同海拔树木生长对极端干旱事件的响应可能不同,然而这方面的认识不足.为此,选取西藏东部珠角拉山阴、阳坡的建群树种川西云杉(Picea likiangensis var.rubescens)和大果圆柏(Juniperus tibetica),在不同海拔高度建立了树轮宽度年表,分析了径向生长的气候响应,以及对极端干旱事件的抵抗力和恢复力.结果表明:阳坡大果圆柏和阴坡川西云杉的树木生长对气候的响应存在相似性,均与前一年 3-6月、11-12 月气温显著正相关,与当年 4-5月气温显著负相关,与当年 4-5 月降水和帕尔默干旱指数(PDSI,Palmer Drought Severity Index)显著正相关(P＜0.05).阳坡大果圆柏的抵抗力显著低于阴坡川西云杉.随着海拔升高,阴坡川西云杉树木个体的抵抗力和恢复力均显著提高,而阳坡大果圆柏树木个体抵抗力、恢复力在不同海拔无显著区别.结合混合效应模型表明树木抵抗力主要受当年 4-5月平均最高气温限制,树木恢复力主要受干旱事件后四年 4-5月平均最高气温限制(P＜0.01),说明生长季高温引起的极端干旱是树木径向生长下降的主要原因.

为探究云杉矮槲寄生(A rceuthobium sichuanense)的遗传多样性及其与不同寄主选择压力和地理分布的关系,采用ISSR分子标记方法,对青海、甘肃、四川等地区5种寄主上的100份云杉矮槲寄生样本进行遗传多样性和遗传结构分析.结果表明:(1)10条引物共扩增出130个条带,其中多态性条带129条,多态位点百分率(PPB)为99.23%.(2)物种水平上的Nei's遗传多样性指数(He)和Shannon信息指数(I)分别为0.3139和0.4765,表明云杉矮槲寄生物种水平的遗传多样性较高,但群体间的基因流(Nm=0.5287)较弱,可能会加速群体间的遗传分化(Gst=0.486).(3)UPGMA聚类结果显示,来自甘肃、青海的样本聚为一组,表现出较高的相似性,而四川的样本独立聚类;不同寄主来源的聚类结果显示,寄生于鳞皮云杉(Picea asperata)与川西云杉(P.likiangensis var.bal-fouriana)的样本聚为一类,而寄生于青海云杉(P.crassifolia)、青杄(P.wilsonii)和紫果云杉(P.purpurea)的样本聚为一类,表明地理隔离和寄主选择压力对云杉矮槲寄生的遗传分化起到了重要作用.

在陆地生态系统中,植物对土壤有机氮(主要指氨基酸)的获取是一个普遍的生态学现象,然而植物对土壤有机氮的吸收速率及土壤有机氮在植物养分供应中所占比例仍不清楚.为探究土壤无机氮和有机氮对西南高寒森林植物氮源的贡献效应,以川西亚高山针叶林两个主要树种云杉(Picea asperata)和红桦(Betula albo-sinensis)的幼苗为研究对象,采用稳定同位素标记法对K15NO3、15NH4Cl和(U-13C2/15N)甘氨酸3种氮素进行示踪,分析了两个树种对无机氮(NH4+-N和NO3--N)和有机氮(甘氨酸)的吸收速率及其差异.结果显示:(1)云杉和红桦幼苗在施加同位素标记物2h后,两种幼苗细根的 13C和15N均出现明显的富集现象,表明两种树种幼苗均能吸收甘氨酸.(2)与甘氨酸和NH4+-N相比,云杉和红桦幼苗对NO3--N有显著的偏好吸收,其吸收速率为NH4+-N和甘氨酸吸收速率的5-10倍.(3)两个树种的幼苗对甘氨酸也有较高的吸收速率,其吸收速率高于对NH4+-N的吸收速率,表明土壤有机氮(如氨基酸)也是亚高山针叶林植物养分获取的重要氮源.

以川西亚高山针叶林主要优势树种粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abies faxoniana)为研究对象,通过比较叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)浓度及其化学计量比在生长季(8月)和非生长季(1月)的特征,分析其变化规律并对碳氮磷进行相关性分析.结果显示,云杉和冷杉叶片C、N、P浓度及其计量比均受到采样季节的显著影响,云杉和冷杉叶片C浓度均表现为生长季显著高于非生长季,生长季云杉N浓度显著低于非生长季,生长季云杉和冷杉P浓度均显著低于非生长季.C:N、C∶P以及N∶P均表现为生长季显著高于非生长季.生长季云杉和冷杉叶C∶N∶P质量比分别为407∶13∶1、447∶14∶1,非生长季C:N:P质量比分别为274∶11∶1、235∶9∶1.仅C浓度存在显著的树种间差异,表现为非生长季云杉叶片C浓度显著低于冷杉.两树种叶C、N、P浓度相关性分析结果表明云杉和冷杉叶片C浓度与N浓度、P浓度呈显著负相关,N浓度和P浓度呈显著正相关.本研究表明云杉和冷杉叶中C、N、P化学计量特征主要受生长季节影响,但若要全面了解川西亚高山针叶林C、N、P化学计量特征,还需长期研究并与林下土壤C、N、P化学计量比结合起来讨论分析.

比较了川西亚高山针叶林主要树种粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abies faxoniana)样地各土层(0-5 cm、5-10cm、10-20 cm)土壤pH值差异,并从两树种养分吸收和养分归还相关累积H+输入方面探究其差异原因.研究结果表明:云杉样地各土层土壤pH值均显著高于冷杉样地(P＜0.05);云杉样地地被物累积H+输入显著低于冷杉样地(P＜0.05);云杉样地凋落物中P、Mg、N、C平均浓度显著低于冷杉(P＜0.05),而Ca、C/N、木质素/N、C/P显著高于冷杉样地(P＜0.05),两树种凋落物中木质素、K平均浓度无显著差异.云杉和冷杉凋落物化学特性主成分分析PC1、PC2方差贡献率分别为73.7％和15.6％,累积方差贡献率为89.4％,其中PC1主要综合Ca、C/P、C/N、木质素/N、P、N、Mg的信息;PC2主要综合木质素、K、C的信息.各土层土壤pH值均与地被物累积H+输入显著负相关,与PC1样本分数显著正相关.研究结论:云杉和冷杉样地土壤pH值存在显著树种差异,且云杉使土壤pH值变大,冷杉使土壤pH值变小,这主要与地被物形成以及凋落物化学特性有关,即与凋落物的量和凋落物分解速率、凋落物养分归还率密切相关.

不断增加的大气氯离子 (Cl-) 浓度正在成为影响陆地生态系统过程的全球环境变化因子, 为了解气候变化敏感且观测困难的山区人工林对大气Cl-的过滤效应, 以川西亚高山粗枝云杉人工林为研究对象, 监测分析2015年8月至2016年7月期间, 大气降水 (降雨和降雪) 和穿透水中Cl-的动态变化及林冠对其的截留作用.1年中共进行了33次大气降水的观测与采样, 包括27次降雨和6次降雪.大气降水中Cl-的平均浓度为1.33 mg/L, 降雨中Cl-的平均浓度为1.41 mg/L, 降雪中Cl-的平均浓度为0.98 mg/L.通过降水输入到森林生态系统的Cl-总量为7.56 kg/hm2, 其中, 通过降雨的Cl-输入量为6.31 kg/hm2, 通过降雪的Cl-输入量为1.25 kg/hm2.1年内林冠的总截留量为2.61 kg/hm2, 平均截留率为38.08％.其中, 林冠对降雨过程中Cl-的截留总量为2.20 kg/hm2, 平均截留率为38.90％;对降雪过程中Cl-的截留总量为0.41 kg/hm2, 平均截留率为34.39％.8月的平均截留率最大, 9月的平均截留率最小.林冠对降水过程中Cl-的截留率与降水量呈显著负相关关系.可见, 川西亚高山粗枝云杉人工林林冠对Cl-具有较强的截留作用, 这对于维持和改善长江上游水源涵养地环境具有重要意义;全球变化导致的降水格局变化可能会改变人工林林冠对大气Cl-的截留与过滤作用.

西南亚高山原始针叶林被大规模采伐后,在皆伐迹地上营造了大量云杉林进行人工恢复.但关于这些人工林的土壤涵水能力如何,一直没有系统深入的研究与评价.选择川西米亚罗林区系列不同林龄云杉人工林(20 a、30 a、40a、70 a)为对象,以相邻同龄自然更新恢复的针阔混交林为对照,比较人工林土壤涵水能力随着演替进程的动态及其与自然恢复次生林之间的差异,结合人工与自然恢复后的林地特征(如细根生物量、凋落物储量和土壤有机碳等)和土壤物理结构参数等差异,阐释自然与人工恢复后土壤涵水能力差异的影响因素.结果显示:随着人工林演替,土壤0-40 cm层最大持水量随林龄的增加而降低,但变化不显著,从20年的2200 t/hm2下降到70年的2138 t/hm2,年平均下降速率为1.24 t/hm2;然而在自然次生林中,土壤最大持水量随着林龄的增加呈现出波动式变化,从20年的2142 t/hm2增加到40年的2565 t/hm2,到70年又下降为2302t/hm2.通过土壤持水特性与林地凋落物贮量、细根生物量和土壤物理结构参数的相关分析表明,由不同恢复途径导致的林地土壤有机碳含量、凋落物特性及细根差异,进而改变土壤物理结构是影响土壤持水性能差异的主要因素.这些结果说明,从土壤持水量角度考虑,在对采伐迹地进行造林恢复时,应尽量避免营造结构单一、高密度的人工纯林,应选择营造针阔混交林的模式进行恢复.