2009, Vol. 45
文章信息
- 刘贵峰, 臧润国, 张新平, 郭仲军, 成克武, 巴哈尔古丽·阿尤甫.
- Liu Guifeng, Zang Runguo, Zhang Xinping, Guo Zhongjun, Cheng Kewu, Ayoufu Bahaerguli
- 不同经度天山云杉林分因子随海拔梯度的变化
- Stand Factors of Picea schrenkiana var. tianschanica along the Altitudinal Gradient in Different Longitudes
- 林业科学, 2009, 45(8): 9-13.
- Scientia Silvae Sinicae, 2009, 45(8): 9-13.
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文章历史
- 收稿日期：2008-01-02
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作者相关文章
2. 内蒙古民族大学农学院 通辽 028000;
3. 新疆林业科学院森林生态所 乌鲁木齐 830000;
4. 河北农业大学园林与旅游学院 保定 071000
2. Agricultural College, Inner Mongolia University for the Nationalities Tongliao 028000;
3. Institute of Forest Ecology, Xinjiang Forestry Academy Urumqi 830000;
4. College of Landscape Architecture and Tourism, Agricultural University of Hebei Baoding 071000
植被沿环境梯度的变化规律是植被生态学研究的一个重要议题, 研究林分因子的海拔梯度格局对于揭示森林群落特征时空变化的驱动因素, 从而合理调控林分的组成与结构具有重要意义. 林分因子随海拔梯度的变化可能来源于气候、土壤、树木生长、干扰和更新等随海拔的变化(Kirkpatrick et al., 1985; Hicks, 2000; Miyajima et al., 2007).
天山山系是亚洲中部最大的山系, 西起乌兹别克斯坦的克孜尔库姆沙漠以东, 经哈萨克斯坦和吉尔吉斯斯坦进入我国新疆境内, 长约2 500 km, 宽约250~300 km, 在我国境内约1 700 km. 天山云杉(Picea schrenkiana var. tianschanica)主要分布于天山, 是新疆山地森林中分布最广、蓄积量最大、用途极广、材质优良的树种, 天山云杉林面积占新疆天然林林地总面积的44.9%, 是构成天山乃至新疆森林生态系统的主体, 对天山的水源涵养、水土保持和新疆其他生态系统的形成与维护起着主导性作用. 天山云杉是第三纪森林植物中的残遗, 是亚洲中部山地特有种, 在我国仅见于新疆(《新疆森林》编辑委员会, 1989). 有关天山云杉的研究多集中在相近海拔范围内或相似的环境条件中(刘云等, 2005; 李明辉等, 2005; 尹锴等, 2005; 罗侠等, 2006; 刘翠玲等, 2006; 郝帅等, 2007)或只是对某一地点的不同海拔高度(王婷等, 2006; Wang et al., 2004)天山云杉种群进行研究, 还没有在较大尺度上对不同经度的森林垂直带内的天山云杉种群进行研究. 本研究选择我国新疆境内天山山脉从西到东不同经度的昭苏、巩留、乌苏、乌鲁木齐和哈密(约跨越12个经度)的天山云杉林进行垂直样带调查, 分析处于不同经度位的天山云杉林分因子随海拔梯度的变化规律, 为合理保护和科学经营天山云杉林提供科学依据.
1 研究区概况新疆境内天山山脉从西到东处于不同经度的5个地点的天山云杉林概况见表 1.
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在每个调查地点的阴坡, 从天山云杉林自然分布的下限到上限, 每隔50 m选取1个20 m×20 m的样地, 将所有树高≤50 cm的天山云杉定义为幼苗, 树高＞50 cm且胸径＜4 cm的定义为幼树, 树高7.5 cm且胸径≥4 cm的定义为成树. 将每个样地再划分成16个5 m×5 m的小样方, 在其中进行植被调查, 分别测量每株乔木的胸径、树高、冠幅、枝下高, 测量灌木高度、基径和冠幅. 在上述调查完成后还测定各样地的坡向、坡度、坡位等环境因子. 样地的调查工作在2006年6—9月进行.
将各调查地点的海拔分别尽量等间隔地划分为低、中和高3个海拔范围, 分析天山云杉的主要林分因子(平均胸径、最大胸径、平均树高、最大树高、林分密度、幼苗幼树密度、胸高断面积和蓄积量)随海拔梯度的差异性; 采用不同的函数对主要林分因子(平均胸径、最大胸径、平均树高、最大树高、林分密度、胸高断面积和蓄积量)沿海拔梯度(50 m间隔)的变化规律进行回归分析. 所有分析在Excel和Spss16.0中进行.
3 结果与分析 3.1 林分组成调查发现, 除了哈密外, 其他4个地点的大多数海拔范围内分布着天山云杉纯林, 小部分海拔范围内混生有一定数量的阔叶树, 其蓄积量或断面积组成仅占10%以下. 在昭苏, 海拔2 150~2 600 m处混生有天山桦(Betula tianschanica); 在巩留, 海拔1 300~1 550 m处混生有密叶杨(Populus talassica)、天山桦和野苹果(Malus sieversii)等, 海拔2 150~2 600 m处的林木稀疏处混生有少量天山花楸(Sorbus tianschanica); 在乌苏, 仅在天山云杉分布下限海拔1 750 m处混生有少量天山花楸; 在乌鲁木齐, 仅在海拔2 250~2 550 m处天山云杉稀疏处混生有少量天山花楸; 在哈密, 海拔2 200 m左右为天山云杉纯林, 海拔2 250~2 700 m处为天山云杉和新疆落叶松(Larix sibirica)混交林, 海拔2 700~2 800 m处为混生有极少量天山云杉的新疆落叶松林.
3.2 林分因子随低、中、高海拔范围的变化规律从表 2可以看到, 西部的3个地点(昭苏、巩留和乌苏)林分的平均胸径均在中海拔处最小, 东部的2个地点(乌鲁木齐和哈密)则是在高海拔处最大, 低海拔处最小. 5个地点林分最大胸径的变化较为复杂, 呈现出不同的变化趋势: 在昭苏表现为低海拔＞高海拔＞中海拔; 在巩留表现为高海拔和低海拔相同, 中海拔最高; 在乌苏表现为高海拔＞中海拔＞低海拔; 在乌鲁木齐表现为中海拔＞高海拔＞低海拔; 在哈密表现为高海拔＞低海拔＞中海拔. 5个地点天山云杉林分的平均树高均表现为中、低海拔>高海拔. 在西部的昭苏和巩留, 最大树高都表现为中海拔处最大, 在乌苏和哈密则表现为中、低海拔处相同且均大于高海拔处, 乌鲁木齐则表现为高海拔＞中海拔＞低海拔. 与平均胸径相反, 在昭苏、巩留和乌苏这3个地点林分密度均为中海拔处最大, 低、高海拔处较低, 而乌鲁木齐和哈密这2个东部地点则表现为低海拔处最大, 高海拔处最小. 除最东部的哈密表现为低海拔处天山云杉幼苗幼树密度最大外, 其他各研究区均表现为中海拔处最大. 在昭苏、乌苏和乌鲁木齐, 胸高断面积的变化趋势均表现为中海拔处最大, 低海拔处居中, 高海拔处最小, 在巩留和哈密表现为高海拔和中海拔处较为接近, 低海拔处最小. 5个地点林分蓄积量的变化趋势表现出一致性, 即中海拔处最大, 低海拔处次之, 高海拔处最小.
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回归分析表明, 5个地点天山云杉林分的平均胸径和最大胸径随海拔梯度的变化规律都不明显(α=0.05).
3.3.2 树高从图 1可以看出, 在昭苏、乌鲁木齐和哈密林分平均树高随海拔增加呈现单峰型变化格局, 其中昭苏(y=-4E-05x2+0.174 4x-184.47, R2=0.847 3, P=0.000)和乌鲁木齐(y=-2E-05x2+0.085 9x-81.881, R2=0.478 3, P=0.005)达到极显著相关水平, 哈密(y=-4E-05x2+0.207 3x-242.91, R2=0.552 1, P=0.018)达到显著相关水平. 而巩留(P=0.103)和乌苏(P=0.917)虽然平均树高随海拔的变化没有达到显著相关水平, 但总体也呈现单峰型变化趋势.
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图 1 林分因子与海拔的关系 Figure 1 Relationship between stand factors and altitude |
从图 1可以看到, 除乌苏外, 其他4个地点林分最大树高随海拔梯度增加都呈现单峰型变化格局, 其中昭苏(y=-6.3E-05x2+0.288 9x-313.18, R2=0.839 3, P=0.000)、巩留(y=-1.8E-05x2+0.063 8x-11.536, R2=0.361 5, P=0.005)和哈密(y=-6.3E-05x2+0.306 5x-350.55, R2=0.808 2, P=0.000)达到极显著相关水平, 乌鲁木齐(y=-5.2E-05x2+0.228 3x-228.9, R2=0.423 1, P=0.012)达到显著相关水平. 在乌苏虽然林分最大树高与海拔没有达到显著相关关系, 但总体也呈现单峰型变化趋势.
3.3.3 林分密度从图 1可以看出, 在昭苏(y=-0.013 2x2+60.361x-670 78, R2=0.638, P=0.002)、乌苏(y=-0.001 8x2+7.817 3x-7 890, R2=0.464 3, P=0.005)和乌鲁木齐(y=-0.003 5x2+14.095x-12 627, R2=0.508 5, P=0.003)天山云杉林分密度随海拔的增加呈现单峰型变化格局, 都达到了极显著相关水平. 在巩留虽然林分密度随海拔的变化没有达到显著相关关系, 但总体也呈现单峰变化趋势. 在哈密林分密度随海拔的变化呈现下降的趋势, 达到显著相关水平(y=-0.002 9x2+12.452x-11 946, R2=0.465 7, P=0.044).
3.3.4 胸高断面积从图 1可以看出, 除哈密外, 其他4个地点天山云杉胸高断面积随海拔梯度增加都呈现单峰型变化格局. 昭苏(y=-0.000 107x2+0.784 7x-854.97, R2=0.824 5, P=0.000)和乌鲁木齐(y=-0.000 13x2+0.559 2x-564.96, R2=0.569 1, P=0.001)达到了极显著相关水平. 在巩留(y=-0.000 11x2+0.431 2x-349.41, R2=0.274 7, P=0.021)和乌苏(y=-5.2E-05x2+0.231 9x-231.31, R2=0.365 1, P=0.021)达到了显著相关水平. 在哈密天山云杉林分胸高断面积随海拔的变化没有达到显著相关水平(P=0.339), 但总体也呈现单峰型变化趋势.
3.3.5 蓄积量从图 1中可以看到, 除哈密外, 其他4个地点天山云杉蓄积量随海拔梯度增加都呈现单峰变化格局. 昭苏(y=-0.001 29x2+5.856 8x-646 8, R2=0.847 7, P=0.000)、巩留(y=-0.001 66x2+6.407 2x-5 047, R2=0.331 8, P=0.008)和乌鲁木齐(y=-0.001 07x2+4.711 6x-4 906, R2=0.548 5, P=0.002)达到了极显著相关水平. 乌苏(y=-0.000 38x2+1.702 5x-1 711, R2=0.306 6, P=0.044)达到了显著相关水平. 在哈密林分蓄积量随海拔的变化没有达到显著水平(P＝0.111), 但总体也呈现单峰型变化趋势.
4 结论与讨论不同经度的天山云杉平均树高、最大树高、林分密度、胸高断面积和蓄积量随海拔的增加基本都呈现单峰型变化格局, 在中等海拔最大. 国内的有关研究有许多类似规律(Gao et al., 2006; 冯建孟等, 2006). 有结果表明, 林分因子随海拔的升高而呈下降趋势(Ohsawa et al., 1985; Pendry et al., 1997; Tang et al., 1997; Aiba et al., 1999; Barrera et al., 2000; Holeksa et al., 2006). 某些研究中低海拔林分因子较低可能与低海拔范围内人为干扰较大有关. 在本研究中, 天山山脉整体上处于干旱区的大背景下, 降水基本上呈现出随海拔升高而逐渐增加的趋势, 而温度基本上随海拔增加而逐渐下降. 在天山云杉林分布的下限区, 降水量较小, 受干旱气候的影响, 土壤干旱度增强, 天山云杉林郁闭度常在0.3以下, 生产力低; 在天山云杉林分布上限区, 降水量虽然最多, 但热量不足, 生长期短, 严寒多风, 限制了天山云杉的生长发育; 而在中等海拔, 降水量较多, 热量较为适宜, 土壤厚度较大且养分状况良好, 成为天山云杉林生长发育的理想场所. 蓄积量是林分内生物因子与环境因子综合作用结果的总体体现. 林分的树高、林分密度和胸高断面积等都对环境的梯度变化有较好的指示作用, 因此其变化规律也和蓄积量的变化相似. 但胸径的变化较为复杂, 除了受环境因子变化的作用外, 很大程度上又受生物因子的影响, 特别是群落内的树木密度, 其随海拔的变化规律就不如其他林分因子明显.
本文的研究结果显示, 尽管不同经度位置天山云杉林分布的海拔上下限范围不同, 但天山云杉平均树高、最大树高、林分密度、胸高断面积和蓄积量(y)随海拔(x)的变化都可以用二次曲线方程y=-ax2+bx-c(其中a>0, b>0, c>0)进行描述.
冯建孟, 王襄平, 徐成东, 等. 2006. 玉龙雪山植物物种多样性和群落结构沿海拔梯度的分布格局. 山地学报, 24(1): 110-116. DOI:10.3969/j.issn.1008-2786.2006.01.016 |
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刘云, 侯世全, 李明辉, 等. 2005. 两种不同干扰方式下的天山云杉更新格局. 北京林业大学学报, 27(1): 47-50. DOI:10.3321/j.issn:1000-1522.2005.01.010 |
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