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《中国林业科学研究院》 2012年
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祁连山青海云杉林线树木生长、更新的影响因素研究

白登忠  
【摘要】:林线作为郁闭森林和高山草甸之间的生态过渡带,对自然环境因子变化和人为干扰异常敏感。目前,虽然热量(温度)控制、环境胁迫、生长受限、繁殖更新障碍、碳平衡失调等假说能解释一定地域的高山林线现象,但并不能作为普遍适应的林线理论。本论文通过对祁连山阴坡建群种青海云杉林线自然更新和人工更新研究,探索影响祁连山林线更新的主要因素,以及人工更新对林线位移的影响和气候变暖条件下林线的变化趋势。 本论文主要研究了祁连山地区近50年来的气候变化、西水林区不同海拔的青海云杉幼苗更新、树年轮和枝条生长,以及在林线海拔以上青海云杉播种试验和幼苗移栽,分析了青海云杉林线树木生长、更新的影响因素,主要研究结果如下: 1.祁连山西水林区周边气象台站气象资料分析显示,52年来该地区年均温升高显著;降水略有增加,全年降水主要分布在5、6、7、8、9月份,占到全年降雨量的82%。实验区不同海拔5或6月份-10月份大气温度和土壤温度都在0℃以上,大气和土壤温度都随着海拔升高而降低,每升高100m温度降低0.44℃左右。林线海拔3300m最热月平均温度13.60℃高于全球林线海拔最热月平均温度10℃,林线根际温度6.22℃与全球林线根际温度6.7±0.80℃相同。 2.土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量随着土层加深而减小;pH值随着土层加深而增大;全磷含量在各土层中变异性较小。有机质和全氮含量随着海拔升高而降低,全钾含量和pH值随着海拔的升高而减小;而速效磷和速效钾含量随着海拔的升高没有明显的规律。 3.随着海拔升高,青海云杉的生长表现为从水分制约向热量制约转变的趋势。低海拔处的青海云杉年生长量较高海拔处大。水分是下限林线青海云杉的制约因子,而随着海拔的升高热量条件逐渐成为主要的制约因子。生长季的秋季结束时间对青海云杉的生长制约较大。 4.海拔2900m和3000m的青海云杉种群林木生长呈现近倒“J”型结构,种群林木生长处于稳定状态;海拔3100m的种群发展呈现线性结构,种群开始出现衰退的现象;海拔3200m和3300m种群林木生长较年轻旺盛,无衰老的苗木出现,3200m处为波浪形变化,说明此海拔区段青海云杉种群发展波动较大。 5.随着海拔梯度的增加,青海云杉林更新幼苗数量呈现逐渐降低的趋势,海拔3200m以下的更新幼苗以中低高度级(25cm、25~55cm、105cm)为主,且海拔越低幼苗数量越多,85~105cm高度级的幼苗缺少,而海拔3300m各高度级幼苗数量相差不大且更新情况较差,甚至某些高度的幼苗缺失。 6.随着海拔的升高,更新幼苗的分布格局由随机分布向集群分布变化。海拔2900m,<25cm的幼苗仅为弱聚集性,表现为随机分布;85cm~105cm的幼苗为均匀分布;在海拔3000m上,85cm~105cm和>105cm两个高度级的幼苗表现为随机分布;3100m,3200m和3300m三个高海拔内,幼苗均呈现集群分布。不同海拔高度25cm的幼苗的生长主要与海拔梯度、土壤含水量、有机质、总地表覆盖度、活地被物盖度存在显著正相关,而与全钾、大气温度显著负相关;影响25cm~55cm和55~85cm的幼苗与土壤pH值、大气温度、全钾呈正相关,与有机质、活地被物盖度、总地表覆盖度呈负相关;影响85cm~105cm和﹥105cm的幼苗与大气温度、乔木层郁闭度、全钾呈正相关,与土壤pH值、土壤含水量、海拔梯度呈负相关。 7.从林线3300m到海拔3500m,播种试验发现,青海云杉种子均可发芽,并随海拔升高,发芽率降低,但无法越冬,而5年左右生青海云杉幼苗移栽,从3300到3700m均能成活,表明在祁连山高海拔地区种子发芽和幼苗成活是限制林线更新的一个重要环节。随着海拔的升高,人工更新幼苗生长越来越慢,长势变差,死亡率升高,海拔对幼苗生长影响明显。高海拔低温可能是限制种子发芽和幼苗成活的关键因素。 8.随海拔升高青海云杉叶片组织中NSC含量持续增加状态,随海拔升高温度降低青海云杉的的生长并未受到碳限制。 在气候变暖条件下,随着高海拔地区温度升高,祁连山青海云杉生长加快,低温对青海云杉种子发芽和幼苗成活的限制影响减小,有利于林线向高海拔扩展。
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:Q948

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