祁连山青海云杉林的结构和养分特征研究成果

森林群落是以乔木林为主体，与周围生长环境包括植物、动物、微生物以及生长所需的水、土、气等相互共存而形成的综合生态系统，在这个生态系统中，森林群落与环境协同进化，形成了具有区域特色的植被类型及其组成成分的生态学特性，这就是群落植被与环境综合关系的反应。森林群落植被是一个具有镶嵌性质的异质体［1］，群落通过与环境因素相互作用，导致群落结构分布的空间异质性，特别是在特殊的环境条件下，群落内的关键种或优势种的空间分布反映了群落为维持自我稳定而做出对环境干扰的生态格局和过程，对维持群落稳定起着关键作用［2］。与森林植被生长密切相关的养分循环，其与森林内部变化是不可分离的，森林林木在生长过程中，通过新陈代谢将有机养分以凋落物的形式归还到生态系统中用于植物生长需要，是影响森林林木个体生长、种群数量、群落动态、物种共存，乃至生态系统结构和功能的重要因素［3-4］。认识植物物质生产过程中不同养分元素的相互关系，对生态系统生源要素耦合循环过程的理解显得尤为重要。

分布大面积水源涵养林的祁连山，位于中国青海省东北部与甘肃省西部边境，是中国境内主要山脉之一。被誉为河西走廊的生命之源和我国西北地区的生态屏障——祁连山水源涵养林，为当地经济发展和社会稳定提供了丰富的水资源，是一座巨大的天然固体水库。经统计，2013年祁连山北坡有林地面积达到20.0×104 hm2［5］，庞大的森林面积在维系祁连山重要生态功能中发挥着独特作用，是保证生态系统稳定和多种服务功能发挥的关键。因祁连山森林生态地位的重要性，历来受到国家高层决策部门和领导以及专家和学者的广泛关注。政策导向的正确使得祁连山森林面积近些年来不断增加，但是保护与利用的矛盾仍然突出［5］。2015年，环境保护部卫星环境应用中心和西北环境保护督查中心分别对甘肃祁连山国家级自然保护区进行遥感监测与实地核查，结果发现，该保护区内矿产资源开发和水电设施建设活动明显，旅游设施未批先建，生态环境局部有所恶化。祁连山的生态环境问题从根源上说就是整个生态系统的问题，在这个系统中气候、森林、土壤、灌草、人类等如何相互影响的，在森林结构特性和养分特征方面有待深入研究。

地处干旱半干旱地区的祁连山是青藏高原、内蒙古高原和黄土高原的过渡区［6］，高海拔、低气温气候特征使得祁连山北坡分布的干草原、青海云杉林和高寒草甸植被及土壤对气候变化极为敏感，为研究该区不同生态系统的结构特性和养分特征提供了非常理想的研究场所，已成为地学、生态学研究关注的热点地区［7］。分布在其阴坡、半阴坡的关键种或优势种青海云杉林生长受山地气候、地形、土壤、干扰和生物学特性的综合影响，森林生态系统环境较为脆弱，生态系统的稳定性和抗干扰性差［8-9］。由于人类活动的长期干扰，该区生态系统退化严重，服务功能降低，逆向演化显著，进程加快［10］，给区域生态环境建设和经济发展带来了负面影响。通过详细的森林观测研究，可以证明和理解这些变化背后的生理和生态机制，从而可以估测森林群落的更长期和更大规模的变化。如何有效阐述森林群落结构和养分在空间上的分布、变异和相关特征，将生态过程和空间格局结合起来，传统的取样面积和调查方法不能满足监测种群生长、出生和死亡动态过程的这个要求。在大面积固定样地上开展动态观测研究和不同样地生态学过程实证观测与分析，也是我国森林生态系统监测3条样带（东北阔叶红松林样带、中部油松林样带和西部云冷杉林样带）中西部云冷杉林样带的重要组成部分，与国家“生态安全战略格局”和“两屏三带”生态安全战略格局紧密相关。特别是填补了我国大型森林群落动态网络中中纬度北温带山地寒温性针叶林生态系统类型的不足。因此，通过森林动态观测大样地结合长期固定观测小样地研究祁连山青海云杉林群落结构和养分的空间格局对生态功能和过程的响应，这对青海云杉林的恢复与重建及土壤资源的可持续利用具有重要的意义。(www.xing528.com)

本研究基于这样一个背景下，选择分布在祁连山中段西水林区大野口流域青海云杉林为研究对象，应用国内外成熟的森林生态学、土壤学、化学计量学、地统计学等理论和方法，以祁连山国家级森林生态站在青海云杉林群落内建立的10.2 hm2动态观测大样地和建立在不同海拔梯度上的长期固定监测样地（20 m×20 m）为试验样地，通过对试验样地青海云杉林群落结构和养分的定位观测与分析，研究青海云杉林林分结构和群落结构的结构特性，土壤养分空间异质性、有效微量元素含量的可获得性、土壤养分与有机碳的相互关系等养分变化特征以及养分在青海云杉林植被和土壤间的运移特征，探讨自然状态下的青海云杉林结构特性和养分特征，为合理保护、恢复与重建生长在严酷脆弱生态环境的青海云杉林生态系统可持续利用提供理论依据和数据支持，也为我国亚高寒山地地区的结构特性与养分特征的研究提供基础的理论依据。