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.

为深入理解真菌多样性及其对环境变化的响应,揭示青海云杉适应本地高寒与干旱逆境的土壤微生物组作用机制,采用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析了青海云杉Picea crassifolia根围土壤真菌多样性和群落组成及对海拔变化的响应.青海云杉根围土壤中共获得 1 179 个真菌OTUs,隶属于 10 门 43 纲 100 目 191 科 276 属.在门水平上,担子菌门Basidiomycota和子囊菌门Ascomycota真菌为主要优势菌,相对丰度分别为 73.8%和 23.3%.在属水平上,蜡壳耳属Sebacina(12.0%)、棉革菌属Tomentella(10.1%)和齿菌属Hydnellum(10.1%)的相对丰度均超过 10%,是土壤中的绝对优势真菌.随海拔的升高,真菌多样性逐渐降低,而真菌丰富度并无显著变化.采用RDA分析了不同海拔真菌群落组成差异的驱动因素,土壤速效钾含量、土壤全氮含量和土壤pH值对真菌群落组成均有显著影响.土壤速效钾含量对真菌群落组成差异的解释度最高,为 33.1%;其次为土壤全氮含量和土壤pH值,解释度分别为 30.1%和 18.6%.

林下草本的演变与森林演替密切关联,为了解祁连山地区青海云杉林在不同演替阶段下的草本多样性特征及影响因素,本研究采用空间代替时间的方法,以阔叶纯林(Ⅰ)→阔叶混交林(Ⅱ)→针阔混交林(Ⅲ)→云杉纯林(Ⅳ)构成的演替序列为研究对象,计算分析不同演替阶段的草本多样性指标差异,探究生物因素和非生物因素对草本多样性的影响,旨在为青海云杉林林分结构优化与功能提升提供理论依据.结果表明:(1)不同演替阶段下,共发现草本31科64属81种,其中阔叶纯林(Ⅰ)草本植物共21科33属42种,阔叶混交林(Ⅱ)共22科40属50种,针阔混交林(Ⅲ)共22科42属51种,青海云杉纯林(Ⅳ)共15科21属23种.(2)随着演替的进行,物种丰富度指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数均呈现先增大后减少的趋势,草本多样性指标均在针阔混交林(Ⅲ)阶段最大,在青海云杉纯林(Ⅳ)阶段最低.(3)生物因子中:LAI是影响草本多样性的主导因子,林分密度、胸径、树高和叶面积指数与草本多样性负相关.(4)非生物因子中,土壤有机质和速效钾是主导因子,土壤水分、速效磷、碱解氮与多样性指标正相关.综上,研究认为:针阔混交林(Ⅲ)林下草本植物最丰富,LAI、速效钾和土壤有机碳是影响草本多样性的最主要因素,在对林下草本多样性地下的青海云杉纯林进行改造时,可以适当的调整林分密度和补植桦树以营造针阔混交林.

青海云杉是祁连山区森林生态系统的建群种,其天然更新对维持祁连山森林生态系统功能具有重要意义.以祁连山排露沟流域青海云杉林天然更新为研究对象,于2021年6-9月测定海拔2700-3300m的0-40cm 土层土壤温度和水分数据,并于7月中旬对样地天然更新进行每木检尺,将天然更新划分为幼苗(第一龄级)阶段和幼树(第二龄级)阶段,通过方差分析探究不同海拔更新苗胸径、株高的差异,再进一步建立回归模型拟合更新苗胸径、株高与各层土壤水热的关系,探讨更新苗胸径、株高对土壤水热的响应.结果表明:(1)更新苗胸径、株高随海拔升高而降低,海拔2700m幼苗胸径与3300m幼苗胸径存在显著性差异(P＜0.05),海拔2700m、2800m幼苗、幼树株高与3300m幼苗、幼树株高存在显著性差异(P＜0.05),幼树胸径在各海拔均不存在显著性差异,表明更新苗胸径对海拔的敏感性要低于更新苗株高.(2)更新苗胸径、株高与土壤温度呈正相关,与土壤水分呈负相关,幼苗胸径与20cm 土壤温度和土壤水分的相关系数最大,幼树胸径与40cm 土壤温度和土壤水分相关系数最大,幼树株高与40cm 土壤温度及20cm 土壤水分相关系数最大.(3)回归模型显示幼苗胸径和株高对土壤水热的利用模式相同,而幼树胸径和株高对土壤水热的利用模式存在差异.(4)青海云杉天然更新随着龄级的增加,影响生长的主要因素由土壤温度逐渐变为土壤水分,更新苗胸径对土壤水热的响应也随着龄级的增加在逐渐减弱.

为探究山地森林生态系统藓类C、N、P化学计量学特征及适应机制,本研究沿海拔梯度在宁夏贺兰山青海云杉林设置15个样地,分析藓类地上组织C∶N∶P化学计量特征及其与环境因子的关系.结果表明:藓类植物地上组织C、N、P含量与海拔无关,且均值分别为336.67、20.31和0.66 mg·g-1;地上组织N∶P均值为33.4,说明藓类植物生长受P限制.藓类植物地上组织中C含量与土壤全氮含量呈显著正相关,与土壤全磷含量呈显著负相关;藓类植物地上组织中N含量与土壤有机碳和土壤全氮含量均呈显著负相关.冗余分析表明,环境因子对藓类地上组织化学计量特征的解释率为48.5％,主要环境影响因子为郁闭度、土壤全氮、土壤全磷;高郁闭度对藓类植物的生长具有促进作用.

面对全球变化,准确掌握陆地森林生态系统生物地球化学循环过程及其影响因素,有助于维持生态系统多功能性与稳定性,实现增汇并延长碳汇服务,持续增进并改善人民福祉.为了探究贺兰山山地森林生态系统优势建群种青海云杉(Picea crassifolia)林土壤生态化学计量特征对海拔的生态响应及其影响因素,从土壤、林分、地形影响因素的角度出发,采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)和方差分解分析(Variance partitioning analysis,VPA)阐明影响其非根和根围土壤生态化学计量特征空间变异的关键因素.结果表明:(1)贺兰山青海云杉林非根和根围土壤C、N养分含量均维持在较高水平,高海拔区域青海云杉生长受土壤P限制高;相较非根土壤,根围土壤虽养分含量较低,但具有较高的养分周转能力,如有机质分解与矿化、固持P的潜力等.(2)随海拔变化,非根和根围土壤养分及其生态化学计量比变化趋势不同,非根土除了全氮(TN)含量外其他养分含量及化学计量比在不同海拔间均差异显著(P<0.05),根围土全磷(TP)、碳磷比(C/P)具有显著性差异(P>0.05).(3)土壤、林分、地形 3 组影响因子共同累计解释了非根和根围土壤养分计量特征 61.35%、39.64%的变异;海拔、微生物量碳(MBC)和微生物量磷(MBP)是影响青海云杉林非根土壤养分计量垂直分异的主导因子,而归一化植被指数(NDVI)则显著影响其根围土壤养分计量空间特征;土壤因子对非根和根围土壤生态化学计量特征的单独作用分别是林分因子的 2 倍、3 倍.综上所述,贺兰山青海云杉林非根和根围土壤养分及其生态化学计量特征的空间异质性主要受到土壤因子的驱动,林分因子次之,地形因子的作用主要通过对环境因子的再分配改变植被、土壤性质等特征进而影响土壤生态化学计量的空间格局.本研究有助于科学评估山地生态系统土壤养分盈亏状况及其关键的影响因素,以期从生态化学计量角度为林地土壤养分调控与可持续经营管理提供科学依据和理论支持.

森林凋落物层和土壤层是森林生态水文效应中的主要贡献层,对森林生态系统水土保持功能和水源涵养能力有重要影响.对比宁夏罗山自然保护区 3 种典型林分类型凋落物和土壤层水文效应的变化规律和水源涵养能力大小,为该地区的森林生态水文、水土保持和森林管理提供科学依据.以该自然保护区青海云杉纯林、油松纯林和青海云杉油松混交林为研究对象,运用称量、室内浸泡、环刀法和回归分析法对凋落物和土壤层的水文效应进行测定和拟合,并使用熵权法对二者的水源涵养能力进行评估.结果表明:(1)青海云杉油松混交林凋落物的总厚度和总储量显著高于青海云杉纯林和油松纯林(P<0.05),3 种林分类型的半分解层的厚度和储量高于未分解层.(2)凋落物层最大持水量范围为 63.29-95.08t/hm2,最大持水率范围为335.97%—353.85%,有效拦蓄量范围为 34.09-63.92t/hm2,三者均为青海云杉油松混交林>云杉纯林>油松纯林.(3)3 种林分类型的凋落物持水量(Q)与浸泡时间(t)呈对数函数关系,吸水速率(V)与浸泡时间(t)呈幂函数关系.(4)从 3 种林分类型的土壤物理性质和持水特性得出,3 种林分类型的土壤层水文效应的等级排序为云杉油松混交林>油松纯林>青海云杉纯林.(5)凋落物层和土壤层的水源涵养能力大小为青海云杉油松混交林(0.43)>油松林(0.3)>青海云杉林(0.27).综合来看,青海云杉油松混交林的凋落物层和土壤层的水源涵养能力最优,其次是纯林,说明混交林在水土保持和水源涵养方面比纯林更具优势.

生境是野生动物的栖息基底,卧息地是动物生境利用中的重要构成,野生动物对卧息地的选择和利用与其繁殖成功率和种群动态关系密切.为确定野生马麝(Moschus chrysogaster)夏季卧息地的生境特征,于2021年7月1日至8月25日期间对甘肃兴隆山国家级自然保护区的马麝夏季卧息地生境选择进行研究.共记录52个卧息地生境样地和157个对照样地,测定其中的海拔及郁闭度等16个生境变量,采用Vanderp-loeg-Scavia选择指数法分析马麝对卧息地生境变量的偏好性,并比较卧息生境样地和对照样地的差异.结果表明:(1)甘肃兴隆山保护区野生马麝的夏季卧息地生境的坡度适中(38.04°±0.76°)、郁闭度较大(58.75％±2.66％)、乔木较高(22.35±1.56 m)和较密(16.85±0.96 株)及倒木较多(0.38±0.08 个).(2)马麝夏季卧息地多处于北坡、上坡位、隐蔽度较强、距水源较近、干扰较弱的针叶林及针阔混交林,并多以青海云杉和白桦为优势植物.(3)影响野生马麝夏季卧息生境选择的重要变量主要是乔木数、乔木郁闭度、倒木数和坡度,其夏季卧息地生境的判别正确率为90％.野生马麝夏季的卧息生境特征综合反映了马麝对食物资源、安全及温度调节的生态需求.

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.

流域上游森林蒸腾量的准确估算对于干旱区水资源管理至关重要.该文采用热比率法的树干液流技术对青海云杉(Picea crassifolia)单木和林分蒸腾量进行了估算和转换,目的在于通过该研究为不同尺度森林蒸腾量估算提供一个系统的解决方案.研究结果如下:第一,青海云杉胸径与边材面积间存在显著指数函数关系,R2=0.94,p＜0.000 1;第二,热比率法的青海云杉蒸腾量测量中,理论值与观测值间的比例系数为1.09,观测值偏小;第三,基于单木平均液流速率和林分总边材面积的林分蒸腾量计算中,不同胸径样树液流速率的异质会导致液流速率被高估或低估近1/3;第四,基于单木胸径与液流量间关系的林分液流估算技术能够更合理地对青海云杉蒸腾量进行估算.根据该文研究结果,基于探针式液流测量技术可以更为科学地对单一树种研究区不同尺度的蒸腾量进行估算.