研究对比祁连山东部地区典型林分水源涵养能力变化规律及差异,以期为区域森林水源涵养能力提升和管理提供科学依据.以青海互助北山国家森林公园内的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林、云杉青杨混交林、白桦青杨混交林和白桦落叶松混交林为研究对象,采用野外实测、称量、室内浸泡等方法对林地林冠层、枯落物层和土壤层的水文效应进行测定分析,通过敏感性分析和相关性分析选取林冠截留率、未分解层厚度、饱和导水率和土壤蓄水能力等8个指标,并采用熵权法和综合指数法对林地水源涵养能力进行评估.研究结果表明:祁连山东部地区6种典型林分林冠层、枯落物层和土壤层的水源涵养能力都受到林分类型的影响.(1)不同林分类型林冠层植被截留能力表现为针叶林＞阔叶林,混交林＞阔叶纯林;(2)枯落物的厚度和储量变化趋势一致,云杉纯林(针叶纯林)表现为未分解层＞半分解层,其他林分类型(针阔混交林、阔叶混交林和阔叶纯林)均表现为未分解层＜半分解层.(3)土壤孔隙度和饱和导水率整体上表现为混交林大于纯林,且针阔混交林更优.(4)6种典型林分水源涵养能力的综合评估结果表明:云杉白桦混交林(0.746)＞白桦落叶松混交林(0.547)＞云杉青杨混交林(0.504)＞白桦青杨混交林(0.480)＞白桦纯林(0.467)＞云杉纯林(0.244).综合来看,针阔混交林可以作为区域林分结构调整和营造新林的目标林分类型,特别是云杉白桦混交林和白桦落叶松混交林,同时,在新造林时,应避免直接营造云杉纯林.

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.

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.

青海云杉(Picea crassifolia)是我国西北地区重要的乡土树种,适应性强,在水土保持、城乡绿化和荒山造林等方面发挥着重要作用.为了解青海云杉半同胞种子及其子代苗表型性状变异特点,以青海云杉优良单株半同胞种子及其8年生半同胞子代苗为材料,分析比较不同优良家系半同胞种子及其子代苗表型性状.结果表明:青海云杉半同胞种子的种鳞、种翅、种子表型性状在家系间都存在极显著差异,且家系间和家系内存在广泛变异;青海云杉半同胞种子的种鳞长、种子长、千粒重的三者之间有着极显著的正相关关系;8年生青海云杉半同胞子代苗的苗高家系遗传力和遗传变异系数最大(0.951％、19.14％),地径其次(0.737％、10.87％),侧枝最小(0.642％、2.66％);青海云杉半同胞种子及其子代苗表型性状的变异主要是由受遗传因素和环境因素共同控制.

落叶松人工林除地力衰退问题外,林内天然更新也较差,其健康发展和可持续经营面临挑战.以红皮云杉和青海云杉2种耐荫针叶树种为对象进行温室灭菌盆栽试验,研究除树种生物学特性外,2种云杉属植物幼苗生长对落叶松人工林土壤灭菌处理的响应,为落叶松人工林改造、更新和复层林培育提供科学依据.结果表明:土壤灭菌对红皮云杉和青海云杉幼苗的生物量均没有显著影响,且无论是在未灭菌土壤中还是在灭菌土壤中,红皮云杉幼苗的生物量(分别为75.6和72.2 mg)均显著高于青海云杉(分别为55.6和60.0 mg).红皮云杉的1级根直径、皮层厚度、维管束直径和维根比均不受土壤灭菌的影响,而青海云杉除皮层厚度在灭菌后没有显著变化外,其1级根直径、维管束直径和维根比在灭菌土壤(分别为331.30 μm、143.23 μm和43.3％)显著高于未灭菌土壤(276.50 μm、99.35μm和36.0％),在灭菌土壤中表现出更积极的响应.这表明在落叶松林地内红皮云杉有更好的适应能力.由于在微生物群落功能中占主导地位的外生菌根对病原菌的拮抗作用,2种云杉属植物幼苗均可逃逸落叶松林地积累的土壤病原菌并正常生长,红皮云杉比青海云杉更具生长优势.