祁连山不同海拔梯度青海云杉树高和生物量变化规律的研究

马剑, 颉芳芳, 赵维俊

(1．甘肃省祁连山水源涵养林研究院，甘肃 张掖 734000；2．张掖市甘州区人民政府，甘肃 张掖 734000)

祁连山不同海拔梯度青海云杉树高和生物量变化规律的研究

马剑1, 颉芳芳2, 赵维俊1

(1．甘肃省祁连山水源涵养林研究院，甘肃 张掖 734000；2．张掖市甘州区人民政府，甘肃 张掖 734000)

通过野外样地调查和试验，以祁连山典型林分的建群树种青海云杉作为研究对象，研究了青海云杉树高、地上生物量和地下生物量沿海拔梯度的变化规律。结果表明：海拔从低到高，青海云杉树高总体上呈单峰型曲线变化，但总体变化幅度较小，最大值分布在海拔3 200 m处，为12.4 m；最小值分布在海拔3 300 m处，其值为7.3 m。地上生物量和地下生物量海拔梯度总体上呈单峰型曲线变化，最大值出现在海拔3 200 m处，分别为3.34 thm-2和0.92 thm-2。

祁连山；海拔梯度；青海云杉；生物量；树高

青海云杉(Piceacrassifolia)是我国特有树种, 集中分布在甘、青两省交界的祁连山[1],是祁连山区的主要建群树种，呈单种聚集，以带状、块状形式分布在阴坡、半阴坡，形成西北亚高寒地区暗针叶群落。祁连山青海云杉林生态系统对维系林区生物多样性、涵养水源和保持水土起着非常重要的生态作用，同时对区域农业发展及整个西北地区经济建设和气候有着重大的影响。

树高和生物量是森林垂直结构的测量参数，对其不同角度的研究对森林生态系统功能、森林物质与能量交换，尤其是森林碳储量、全球碳循环的研究有至关重要的作用[2]。关于树高国内外研究比较多的是具有生物学意义的树高理论模型和胸径-树高关系模型[3-6]，而对生物量国际上也进行了广泛而深入的研究, 获得了主要森林生态系统的生物量[7]。我国植被生物量的测定始于20世纪70年代末80年代初, 国内众多学者先后开展对生物量及其模型等方面的研究[8-11]，而有关祁连山区青海云杉树高和生物量的研究相对较少[9，10,12，13]。

本文以祁连山典型林分中的主要建群种青海云杉作为研究对象，采用野外调查和室内试验相结合的方法，估算不同海拔梯度上青海云杉地上生物量和地下生物量，研究了青海云杉树高、地上生物量和地下生物量沿海拔梯度的变化规律，以期为祁连山地区植被恢复和保护以及准确估算区域青海云杉林生物量和碳储量提供科学依据。

1 研究区概况

研究区设在祁连山中段，位于甘肃省祁连山水源林生态系统定位研究站西水试验区排露沟流域(100°17′—100°18′ E,38°32′—38°33′ N)，海拔2 640～3 796 m，流域面积为2.74 km2，属高寒山地森林草原气候。该研究流域的气象站资料表明：区域年平均气温0.5 ℃，极端最高气温28.0 ℃，极端最低气温-36.0 ℃，7月平均气温10.0～14.0 ℃；年降水290.2～467.8 mm；年均蒸发量1 051.7 mm；平均相对湿度60%。(以上数据为1994—2004年气象观测资料)

土壤主要类型为山地森林灰褐土、山地栗钙土以及亚高山灌丛草甸土，总的特征是土层薄、质地粗，以粉沙块为主；成土母质主要是泥炭岩、砾岩、紫红色沙页岩等；有机质含量中等；pH值为7.0～8.0。研究区土壤和植被类型随山地地形和气候的差异而形成明显的垂直分布带，青海云杉林是构成乔木层唯一建群种，以斑块状分布在阴坡、半阴坡。海拔3 300 m以上是以金露梅(Potentillafruticasa)、箭叶锦鸡儿(Caraganajubata)和吉拉柳(Salixgilashanica)等为优势种的湿性灌木林。而阳坡、半阳坡则主要为山地草原(海拔2 600～3 000 m),主要优势种有珠牙蓼(Polygonumviviparum)、黑穗薹(Carexatrata)和针茅(Stipacapillata)。

2 研究方法

2.1 固定样地信息

在研究区内阴坡从低海拔向高海拔选择生境具有代表性、树木分布相对均匀、不受人为干扰或干扰较小的固定样地(20 m×20 m)7块(表1)。

表1 祁连山排露沟流域青海云杉固定样地信息

2.2 调查方法及数据处理

对样地内林木进行每木检尺，树高采用激光测高仪测量[14]，并计算林分的平均树高和平均胸径。以样地内平均树高和平均胸径为基准，采用回归方程[8]来估算青海云杉林生物量。

根(R)WR=3.375 6(D2H)0.272 5

全株(T)WT=0.256 1(D2H)0.742 5

式中:WR为根生物量；WT为全株生物量；D为胸径；H为树高。

所有数据采用 Excel 2003 和 SPSS 11.0 进行数据统计、分析和作图处理。

3 结果与分析

3.1 平均树高与海拔梯度关系

树高是衡量森林生长状况和立地情况的一个重要指标，在林分调查中是仅次于胸径测量精度和存在意义的因子，若要充分掌握林分结构、林分动态变化，树高是不可或缺的一项指标[15]。青海云杉林树高因立地条件、海拔位置不同而存在一定的差别。由图1可见：随海拔升高，树高总体上呈先增加后减小趋势，但总体变化幅度较小。其中最大值分布在海拔3 200 m处，为12.4 m;最小值分布在海拔3 300 m处，其值为7.3 m。这是由于海拔3 200 m处水、肥、气、热等因子较为适宜，得益于各因子的综合作用，青海云杉生长良好；3 300 m 处是青海云杉的生长上限，热量条件是限制青海云杉生长的关键，其树高相对较小。由图1还可看出随着海拔高度的变化，树高变化趋势较为平缓，由此表明海拔对青海云杉树高的影响作用较小，这与刘谦和等人[13]的研究结果一致。

图1 青海云杉树高与海拔高度关系

3.2 生物量与海拔梯度关系

3.2.1 地上生物量对海拔梯度的响应 生物量的空间分布受地理位置和海拔的影响。在研究区域内，青海云杉地上生物量沿海拔升高总体上呈先增加后减小趋势(图2)。由图2可知，除海拔3 200 m，其他海拔段变化趋势较小，海拔3 200 m处，地上生物量最大，其值为3.34 t·hm-2，这是因为海拔3 200 m处，水热条件配置适宜，青海云杉生长良好，故地上生物量最高。

图2 青海云杉地上生物量与海拔高度关系

3.2.2 地下生物量对海拔梯度的响应 青海云杉地下生物量沿海拔梯度变化规律与地上生物量变化趋势一致，总体上呈先增加后减小趋势，整体变化较平缓(图3)。由图3可知，海拔3 200 m以下地上生物量变化幅度较小，说明气温、湿度、土壤含水量、有机碳含量等立地因子的变化对青海云杉地下生物量的影响作用较小，因此地下生物量在海拔梯度上的变化趋势较平缓。海拔3 200 m处，青海云杉地下生物量最大，其值为0.92 t·hm-2。这是因为3 200 m处水、肥、气、热等各种因子的配置较为合理，青海云杉根系较为发达，而且3 200处青山云杉地上部分生长较好，光合作用较强，提供了大量的能量以供根系生长，在一定程度上也促进了根系的生长。

图3 青海云杉地下生物量与海拔高度关系

4 讨论与结论

4.1 受到热量和水分条件的综合影响，随着海拔升高，青海云杉与气候的关系表现为从水分制约向热量制约转变的趋势。随着海拔的升高，水分对青海云杉生长的促进作用逐渐减弱，而较多的降水和较大的湿度对高海拔处青海云杉的生长反而不利。本研究中随着海拔梯度的变化，青海云杉林平均树高总体上呈现了先增加后减小的趋势，最小值出现在海拔3 300 m处，其值为7.3 m，这一结论与白登忠[16]研究结果相似。

4.2 水分和温度条件是决定青海云杉生物量的2个最主要因素[17]，而在祁连山区海拔是影响水分、温度条件的重要因素，因此海拔不同，水分、温度条件存在差异，青海云杉生物量也存在一定的差异。本研究发现，随着海拔不断地升高，青海云杉林地上生物量、地下生物量总体上呈先增加后减小趋势，均在海拔3 200 m值最大，分别为3.34 t·hm-2和0.92 t·hm-2。

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Variation of Elevation Gradient for Tree Height and Biomass ofPiceacrassifoliain Qilian Mountains

Ma Jian1, Xie Fangfang2, Zhao Weijun1

(1.Academy of Water Conservation Forest in Qilian Mountains of Gansu Province, Zhangye,734000, China;2.People’s Government of Ganzhou District, Zhangye City,Zhangye 734000, China)

Through field investigations and experiments, taking the dominant tree species of typical forest in Qilian Mountains--Piceacrassifoliaas the research objects, the variation law of tree height, the aboveground biomass and the underground biomass ofPiceacrassifoliaalong elevation gradient was studied.Result shows that: as the altitude rising, the tree height ofPiceacrassifoliaappears a unimodal curve, and its maximum and minimum tree height is 12.4 m & 7.3 m locate at the altitude of 3 200 m & 3 300 m respectively;aboveground biomass & underground biomass appear a unimodal curve also, and the maximum biomass of them are 3.34 thm-2& 0.92 thm-2locate at the altitude of 3 200 m.

Qilian Mountains;elevation gradient;Piceacrassifolia;biomass;tree height

1005-5215(2015)01-0004-03

2014-10-28

国家科技支撑计划项目子课题 (2012BAC08B 01)；国家自然科学基金重大项目(91125012)

马剑(1986-)，男，甘肃张掖人，硕士，助理工程师，主要从事森林生态方面的研究.

S725.3

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.01.002