祁连山青海云杉林结构和树木生长随海拔的变化

摘要

祁连山是黑河的发源地，该区的生态水文过程对黑河流域甚至整个河西走廊地区的生态安全都至关重要。青海云杉林(Picea crassifolia forest)是祁连山区重要的水源涵养林类型，其林分结构及生长状况对山区生态水文过程有着重要影响。因此，厘清青海云杉林的结构、树木生长的海拔变化规律是分析山区生态水文过程的基础，同时也是建立分布式生态水文模型的基础。
　　本文选取位于祁连山中段的排露沟小流域及其周边地区，在青海云杉林的垂直分布范围内(海拔2500-3300 m)，沿海拔梯度设置样地，调查林分结构，并计算森林生物量。同时，分别对高海拔(海拔3300m、3200m)和低海拔（海拔2700m、2550m）的林木和孤立木进行树芯取样，分析树木生长的海拔差异以及竞争对树木生长的影响。主要结论如下:
　　1)研究区青海云杉林的密度较大但树木个体较小，林分密度、胸径、树高和冠幅直径（平均值±SD）分别为1550±628株·hm-2、13.9±6.2 cm、8.1±3.7 m和3.3±1.7 m。森林的径级组成以小树(5 cm＜DBH≤12.5 cm)和中树（12.5 cm＜DBH≤22.5 cm）为主，树高（H）以6-12 m的树木为主。
　　林分结构指标的海拔变化表现为:随海拔升高，林分平均胸径和冠幅直径增加，林分密度、平均树高和林分高径比呈“单峰”变化，峰值均在海拔2800-2900m;径级组成的海拔变化表现为:随海拔升高，林内幼树(DBH≤5 cm)比例基本稳定，小树比例略有下降，中树比例呈“单峰”变化，峰值在2800-2900m，大树（DBH＞22.5 cm）比例增加;树高组成的海拔变化表现为:随海拔升高，林内H≤6m树的比例呈“V”字型变化，在海拔2800-2900m最低，H为6-12m和H＞12 m树的比例均呈“单峰”变化，峰值分别在海拔2600-2700 m和海拔2800-2900m。
　　2)研究区青海云杉林的生物量135.32±50.25 t·hm-2。随海拔升高，森林生物量呈“单峰”变化形式，最大值出现在海拔2800-2900m，为199.78±45.68 t·hm-2，最小值出现在海拔3200-3300 m，为29.43±13.50 t·hm-2。随海拔升高，小树和中树在总生物量中的比例均呈降低趋势，而大树所占比例呈增加趋势。具体表现为，在海拔2500-3000m，中树占总生物量的比例最大，在40％以上，其次是小树，为25％左右，大树比例最小，为20％左右。而在海拔3000-3300 m，大树成为森林生物量的主要来源，所占比例达40％以上。中树成为森林生物量的次要来源，所占比例为20-30％。而小树在总生物量中的比例降为最低，所占比例不足26％。研究区森林生物量(B，t·hm-2)与林分密度（d，株·hm-2）、年均温度(t，℃)、年降水量(p，mm)之间存在以下函数关系:B=0.036·d+0.430·p+30.854·t-168.689(R2=0.616)。
　　3)研究区树木生长速率的海拔排序为:海拔3200m＞3300m＞2700m＞2550m。其中，海拔3300 m的树木生长速率一直保持增加，而其他三个海拔的树木生长速率均自1983年之后明显减缓。竞争会明显阻碍树木胸径和树高的生长，尤其对胸径生长的抑制性更强。林分密度越大，树木间的竞争作用越强，林分密度每增加1000株·hm-2，孤立木的径向生长速率要比林木大4.5倍。分析表明，树木间的竞争主要是对于水分条件的竞争，而竞争强度会随着温度升高或林分密度增加而增强。
　　4)综合看来，随海拔升高，青海云杉林的林分结构和树木生长均会发生明显变化。因此，今后在分析森林结构与水文过程的关系或进行生态水文模型的参数设置时，可分海拔段来进行。而在建立树木生长与水热条件的耦合机制时，则应考虑到树木竞争等生物因素的影响。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 选题背景和依据

1．2 国内外研究进展

1．2．1 森林结构的研究

1．2．2 森林生物量的研究

1．2．3 树木径向生长的相关研究

1．3 研究目标和主要研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 主要研究内容

第二章 研究区概况

2．1 研究地区概况

2．1．1 祁连山概况

2．1．2 地质地貌

2．1．3 气候

2．1．4 土壤

2．1．5 植被

2．2 排露沟小流域概况

2．2．1 气候

2．2．2 土壤和植被

第三章 研究方法

3．1 样地布设和调查

3．2 林分结构指标的统计

3．2．1 树木大小级划分

3．2．2 树高等级划分

3．3 森林生物量的计算

3．4 树木生长的研究

3．4．1 取样点的选择

3．4．2 树芯的获取

3．4．3 样品处理

3．4．4 交叉定年

3．4．5 树龄的获取

3．4．6 BAI的计算

3．5 树木生长与气候因子的关系

3．5．1 气象数据的获取和处理

3．5．2 生长季的划分

3．5．3 树木生长与温度和降水的相关分析

3．6 数据处理

第四章 青海云杉林结构随海拔的变化

4．1 青海云杉林林分结构随海拔的变化

4．2 林分径级结构及其随海拔的变化

4．2．1 研究区青海云杉林的径级组成

4．2．2 林分径级结构随海拔的变化

4．3 树高结构随海拔的变化

4．4 林分高径比随海拔的变化

4．5 树木胸-高曲线随海拔的变化

4．6 林分结构随海拔发生变化的原因分析

第五章 森林生物量随海拔的变化

5．1 研究区森林生物量的组成状况

5．2 森林生物量随海拔的变化

5．3 森林生物量与林分密度的关系

5．4 不同径级树木对总生物量的贡献

5．5 森林生物量的大小及其随海拔变化的原因分析

5．5．1 研究区森林生物量与其他地区的比较

5．5．2 密度、降水、温度共同决定了生物量的海拔变化

第六章 树木生长随海拔的变化

6．1 不同海拔树轮交叉定年统计结果

6．1．1 林木树轮交叉定年统计量

6．1．2 孤立木树轮交叉定年统计量

6．2 树木生长速率随海拔的变化

6．3 树木生长趋势随海拔的变化

6．4 林分密度对树木径向生长的影响

6．5 不同海拔树木生长对温度和降水的响应差异

6．5．1 林木生长与生长季均温和降水的相关分析

6．5．2 孤立木生长与生长季降水和温度的相关分析

6．6 树木生长随海拔变化的原因分析

第七章 结论

7．1 主要研究结论

7．1．1 林分密度、胸径、树高等随海拔的变化

7．1．2 森林生物量随海拔的变化

7．1．3 树木生长的海拔差异

7．2 不足和展望

参考文献

在读期间学术研究

致谢