坡向对海拔梯度上祁连圆柏树木生长的影响①

朱永鹏

（青海省海东市互助县土族故土园景区管理委员会 青海海东 810599）

海拔梯度、坡向、坡度等地形的复杂因素，对高山植被祁连圆柏既有一定的影响还有特定的生态促进作用。研究表明，不同环境下祁连圆柏对气候也会产生影响，造成了坡度海拔的差异性。因此，对祁连复杂高原环境特征下的高山祁连圆柏的研究十分必要。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究地区概况

祁连圆柏在青海全省各林区均有分布，通常分布于海拔2 600～4 300 m的阳坡、半阳坡或半阴坡，具备极强的抵抗高寒及高温天气的能力，在干旱贫瘠土壤中也能生长，但不耐荫湿积水，对土壤及气候条件要求不严，有很强的适应性。本研究采样区位于阿尼玛卿山地东部的河北林场，区域性降水的性质非常有益于祁连圆柏的生长。在黄河两岸及附近支流上生长的天然树木，具有树木更新不频繁的特征，对生长环境要求较简单[1]。但不同海拔决定了生长环境的区别，雨水量、温度及湿度等，都会对祁连圆柏的生长环境产生水热差异，在不同的环境中各气候要素对树木生长造成的影响程度也不一样。

1.2 研究方法

1.2.1样点设置

为研究影响祁连圆柏生长环境的因素，采用随机采点，对连续上坡进行定点，并设置5 个采样点：坡度最高点、中间地带、与公路连接的平缓区、最高点与中间连接上坡地带、公路与中间地带连接的下坡点，由采集取样分析出：在中间地带往上的三点特点表现为土壤湿度较大，公路附近人为或非人为干扰因素过多，因此除上限树木稀疏外，其余两点树木较为密集。因此，要规范遵循基本的采样原，样本应选择树龄较长且健康的树，且在每个采样地点进行20 株以上树木胸径附近1 ～2 芯取样。

1.2.2树轮宽度年表的数据建立

对样品进行分析研究，采取国际通用法（Stokes&Smiley，1968），对祁连圆柏进行风干晾干、树木固定打磨并测量树轮的宽度，最后通过COFECHA 程序对交叉定年与测量结果进行分析检验。为了避免叠加因素，保留更多数轮的环境及各方面信息，并考虑到进行此项研究的基本目的，针对坡度的不同及不同海拔梯度生长的祁连圆柏的差异进行各方面比较，得出三类树轮宽度年表：标准化年表（STD）、差值年表（RES）与自回归年表（ARS），对于STD，其中包含较多的高频度与丰富的低频度信息，能多尺度反映气候变化[2]。通过采用祁连圆柏STD 的研究数据进行详细分析，并在研究中采纳子样本信号强度（subsample signal strength，SSS；Cook&Kairiukstis，1990）＞0.8 的样本量作为标准化年表的起始研究点，认为高于样本量的年表序列是可靠地（图1）。从土壤含水量及分布产量曲线可知，当土壤含水率为50%～60%时，含水量降低，产量就相对减少。

图1 5 个采样点海拔树轮宽度标准年表与样本数量

2 祁连圆柏年轮现象的分析

由图2 可知，7、8 月气温对上限祁连圆柏的限制较大且影响效果显著，而下限树木主要受当年6 月与前一年11 月气温的制约限制影响。随着海拔梯度的逐渐上升，祁连圆柏树轮的生长与前一年8 月与当年5 月降水量的相关性又呈递减趋势。综合分析，整个坡面的圆柏生长主要受7、8 月的影响最大，而5 月的降水则十分利于圆柏的生长与树苗萌发，因此，不同海拔的坡面与气温、降水量的作用都十分显著。

图2 树轮序列的第一主成分与月平均气温和月降水量之间的相关系数

在气温、水分等环境较好的条件下，气温偏高，利于圆柏吸收养分以及宽年轮的形成，形成的木质部也比较稀疏，植物色度相对较浅，生长较快。而在气温、水分等环境比较恶劣的条件下，温度多用于融化冻土，形成的木质部相对较密，色度较深，形成了窄轮。树木的年轮不仅体现植物的生长状况，也反映在生长中环境条件是否对植物的生长起促进作用。

3 讨论

3.1 不同海拔梯度及坡度对祁连圆柏的影响

要使整个年轮分析中的环境及气候信息含量最大，样品就要表现出对群体的代表性（或是序列的共性越强）。此项数据研究中的5 个采样点的树轮序列特征值的SNR 与EPS 都相对较高，由此可表明，在此地区树轮研究中，树轮里包含丰富的环境及气候信息，下限树轮中包含的环境信息更加明显，但仍会表现出递增或递减的垂直变化规律。海拔梯度中间地带以上的3 个圆柏树数据取样点中树轮序列特征值MS、SD 和表征树轮当年的树轮宽度与前一年相比，其特征表现为AC 差异性不大，且不同采样点树轮序列中的MS 相比较，有且只有中间下限树轮高于中间地带以上的3 个数据采样点，且AC 值也远小于其他取样数据年表。树轮的宽窄与年份影响通过较高的MS 与较低的AC 体现，若是树轮的宽窄变化相对差异性较大，那MS 值也会相对较高，反之，若AC 值较低，那前一年比当年影响小。因此，年轮的巨大差异表明了坡度及海拔梯度对祁连圆柏生长的影响。

3.2 光照及温度对坡度祁连圆柏树的影响

土壤的含水率造成祁连圆柏的生长分布，其高山降水量也会对坡度祁连圆柏的生长造成影响，降水量偏多，会导致气温与地温的降低，限制性作用也就越强。还有太阳辐射、空气温度、空气相对湿度、风速等影响因素对干茎的影响，由于气温与地温的降低，降水量也相对增加，对树木生长的限制性及作用也会随之增强，也间接造成树木的生长[3]。通过数据及分析研究，随着海拔梯度的逐渐升高，祁连圆柏在当年7 ～8 月的月均温度相关值也会逐渐增高，且上限呈显著相关（p ＜0.05），因此表明夏季温度对青藏高原东北地区的森林上限树木的生长有非常显著的制约作用；但对于下限树木生长，低海拔树木与7 月温度呈负相关。通过对前一年的数据研究发现，高海拔地区冬季温度对树木生长的影响也较大，温度对祁连圆柏树木生长影响较大的月份是在当年11 月至次年3 月，且随着海拔升高而逐渐增强。在往期研究温度数据中发现，此现象的出现还可能是由于当年1 ～3 月，当地温度偏高引起的树木较早结束“休眠”，且地温随着气温的升高，更有利于根系吸收水和无机盐。间接促进祁连圆柏的生长期提前，年轮加宽。窄轮的形成多是由于树木生长期缩短，而春季温度回升是间接因素。各项影响环境的因素都会导致各方面发生差异性变化，例如，山地植物生理生态适应性、分布界限及地域性等。气候及植物生长分布也会造成不小的影响。

4 结语

阿尼玛卿山地是位于黄河源的高山，森林带幅度较宽，森林幅度与跨度较大，为各种植被的生态年轮采样抽查与进行系统研究提供了非常有利的环境。本研究表明，在连续坡面不同梯度的海拔高度上生长的树木与气候，会产生相互作用性，既呈现一定规律性又有一定区域整体性，5 个采样点的土壤含水率及空气湿度等环境作用也会产生不同的作用力，对祁连圆柏的生长做出一定程度的影响。不论是树木生长的年表特征值，还是海拔梯度与年表的数据关系或是年表与气候因素及含水率的相关数据分析，都说明坡向变化对树轮及气候的影响相对较大。