祁連山東段哈溪林區(qū)不同海拔青海云杉林下灌木和草本植物分布特征

張?zhí)毂?，牛赟2，3，敬文茂2，3

(1.甘肅祁連山國家級自然保護區(qū)管理局馬蹄自然保護站,甘肅 張掖 734016； 2.甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院，甘肅省森林生態(tài)與

凍土水文水資源重點實驗室，甘肅 張掖 734000；3.甘肅張掖生態(tài)科學研究院，甘肅省祁連山生態(tài)科技創(chuàng)新服務平臺，甘肅 張掖 734000)

摘要對祁連山東段哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂、哈溪林區(qū)黃草嶺大陰屲山峽及友愛十隊不同海拔高度地區(qū)灌木和草本植物的分布數(shù)量、高度和覆蓋度進行了調查與研究，分析了青海云杉林下灌木和草本植物的分布和生長狀況，結果表明：溫度為影響祁連山東段哈溪林區(qū)青海云杉林下灌木和草本植物生長的主要因子,隨著海拔的降低，青海云杉林下灌木和草本植物的分布均有顯著性的差異。

關鍵詞哈溪林區(qū)；海拔；青海云杉；灌木；草本植物

收稿日期：2015-04-24

基金項目：甘肅省基礎研究創(chuàng)新群體課題(145RJIG337)；國家自然科學基金項目(41461004)；甘肅省祁連山生態(tài)科技創(chuàng)新服務平臺(144JTCG254)

作者簡介：張?zhí)毂?1969-)，男，甘肅張掖人，大學，工程師，主要從事森林資源管理方面的研究.

通訊作者：牛赟(1974-)，男，甘肅通渭人，博士，高級工程師，主要從事森林水文學方面的研究,Email:niuyun2028@163.com

中圖分類號：S791.189

文獻標識碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2015.07.004

AbstractNumber, height & coverage of distribution in shrubs and herbs with different altitude were investigated in the top of Shenshugou & Dayinwa Gorge of Huangcao Mountain, Youai tenth headquarters of Haxi Forest Zone in eastern Qilian Mountain. Distribution and growth of shrubs and herbs under forest of Picea crassifolia were analyzed. Result shows that the temperature is main factors of influencing shrubs and herbs for Picea crassifolia in Haxi Forest Region of eastern Qilian Mountains;distribution of shrubs and herbs under forest of Picea crassifolia have significant differences with the decrease of altitude.

Distribution Characteristics of Shrubs and Herbs under Forest ofPiceacrassifoliaat

Different Altitudes in Haxi Forest Region in Eastern Region of Qilian Mountains

Zhang Tianbin1，Niu Yun2,3，Jing Wenmao2,3

(1. Mati Nature Protection Station, Qilianshan National Nature Reserve, Gansu Province, Zhangye 734016, China;

2.Qilian Water Conservation Forest Academy of Gansu Province, Gansu Provincial Key Laboratory of Forest Ecology

and Frozen-soil Hydrology and Water Resources，Zhangye 734000,China；3. Academy of Ecology Science of

Zhangye, Qilian Science and Technology Innovation Service Platform of Ecology in Gansu Province, Zhangye 734000,China )

Key wordsHaxi forest region; altitude;Piceacrassifolia;shrubs;herbs

祁連山是我國著名的大山之一，按地形分為東段、中段和西段，植物區(qū)系屬于青藏高原植物區(qū)，祁連山林區(qū)的優(yōu)勢種為青海云杉。目前，對祁連山青海云杉林氣象、水文、病蟲害、生物多樣性及其保護管理策略等方面進行了大量研究。近幾年來,中央和地方政府的高度重視,采取封山育林,依法治林,退耕還林等措施，祁連山水源涵養(yǎng)林得到了有效保護和治理。祁連山生態(tài)恢復特征:生物物種多樣性增加,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有維管束植物84科399屬1 044種,國家一級保護動物12種,二級保護動物38種,森林害蟲988種,天敵昆蟲218種,大型經濟真菌36種,森林病原菌59種;水、熱、光資源明顯改善,在水平、垂直方向都有明顯差異,氣溫和年平均氣溫隨海拔升高呈下降趨勢,年平均氣溫和海拔高度之間存在著淺型關系；涵養(yǎng)水源較好，土壤及林冠、枯枝落葉層生態(tài)功能增強,林冠層截降水率達25%~35%,枯枝落葉層有效阻滯徑流,削弱地表徑流量、沖刷量,具有良好的水土保持效益。

祁連山以其優(yōu)勢群落青海云杉林為主體的生態(tài)系統(tǒng),發(fā)揮著顯著和巨大的水源效益、水土保持效益、凈化空氣和碳貯存效益、保護野生動植物效益,維持著祁連山及河西生態(tài)平衡和穩(wěn)定。

祁連山青海云杉林生態(tài)效益是和諧社會發(fā)展的基礎,通過對祁連山青海林灌木和草本植物分布特征的研究,有助于人們了解祁連山哈溪青海云杉林下灌木和草本植物種群個體屬性特征的數(shù)量分布狀況，特別是種群和群落與環(huán)境相互作用機理以及群落的發(fā)展、演變趨勢，可以更好發(fā)揮祁連山生態(tài)效益,具有保持和促進社會穩(wěn)定,增加社會就業(yè)、發(fā)展森林文化,促進林業(yè)科學技術研究,社會效益巨大,三效益協(xié)調發(fā)展。

1材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于祁連山東段的甘肅省武威市天祝藏族自治縣西北部,介于102°01′—102°51′ E,37°16′—37°45′ N之間,屬高寒半濕潤氣候。林區(qū)年平均氣溫1.8 ℃,1月平均氣溫-10.9 ℃,極端最高氣溫28.5 ℃,極端最低氣溫-27.8 ℃,平均溫較差26.4 ℃。年降水量約400 mm,雨量主要集中分布在5—9月,占全年降水量的76%,年蒸發(fā)量1 234.8 mm,無霜期110 d。青海云杉林主要分布在海拔2 500~3 200 m的陰坡、半陰坡,林區(qū)土壤為山地灰褐土,有輕微的水土流失,林下苔蘚、草本和灌叢植被分布較少,草本層優(yōu)勢種主要有珠芽蓼(Polygonumviviparum),薹草(Carextristachya),蘚生馬先蒿(Pedicularismuscicola)等。灌木層優(yōu)勢種主要有吉拉柳(Salixgilashaniea),金露梅(Potentillafruticasa),高山繡線菊(Spiraeaalpina)等。

1.2　樣地的設置

根據(jù)研究區(qū)林帶在不同海拔的分布，該研究主要選取哈溪林區(qū)海拔3 014 m的黃草嶺神樹溝頂 、海拔2 790 m的黃草嶺大陰屲峽和海拔2 536 m的友愛十隊三種不同海拔高度的樣地類型，對不同樣地灌木和草本植物的分布數(shù)量、植被高度及植被蓋度等方面進行研究，詳細情況見表1。

表1　樣地的基本情況

1.3　研究方法

在不同的海拔高度各選擇5個樣地，面積為25 m×25 m，對樣地內灌木和草本植物種類、數(shù)量、高度和蓋度進行了調查和統(tǒng)計。用測高儀對青海云杉林下灌木逐一測量，記錄數(shù)據(jù)；用皮尺對林下草本植物的高度進行測量，并記錄數(shù)據(jù)，再通過對數(shù)據(jù)分析處理得到結論。

1.4　分析方法

用Excel進行統(tǒng)計分析與作圖。

2結果與分析

2.1　不同海拔青海云杉林下灌木和草本植被數(shù)量變化分布特征

從圖1中可以看出，隨著海拔的下降，灌木的種類和數(shù)量都在變化。在海拔3 014 m哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂?shù)貐^(qū)灌木僅有金露梅分布，分布數(shù)量也較少僅有4株；在海拔2 790 m哈溪林區(qū)黃草嶺大陰屲峽地區(qū)灌木也只有銀露梅1種，分布有17株；在海拔2 536 m哈溪林區(qū)友愛十隊地區(qū)灌木分布主要是銀露梅和鮮黃小檗分布數(shù)量分別是8株和2株。分析認為，研究區(qū)不同海拔高度的青海云杉林下灌木數(shù)量分別存在顯著的差異，表現(xiàn)為海拔的降低灌木數(shù)量呈先增加后減小趨勢。

圖1　不同海拔青海云杉下灌木分布數(shù)

從圖2中可以看出，隨著海拔的下降，草本植物的數(shù)量和種類都在變化，在海拔3 014 m哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂?shù)貐^(qū)草本植物主要以珠牙蓼和苔草分布，分布數(shù)量都特別少，珠牙蓼的分布數(shù)量為45株，苔草數(shù)量分別為30株；在海拔2 790 m哈溪林區(qū)黃草嶺大陰屲峽地區(qū)還是只有珠牙蓼和苔草兩種草本植物，珠牙蓼的數(shù)量是58株，苔草的數(shù)量是80株；在海拔2 536 m哈溪林區(qū)友愛十隊樣地沒有珠牙蓼的分布，只有苔草、箭葉托吾和一種不知名的草本植物，苔草數(shù)量為496株，箭葉托吾的數(shù)量為8株，不知名草本植物的數(shù)量為1株。分析認為，研究區(qū)不同海拔高度的青海云杉林下草本植物數(shù)量分別存在顯著的差異，表現(xiàn)為海拔的降低草本植物數(shù)量呈逐漸遞增趨勢。

圖2　不同海拔青海云杉下草本植物分布種類及數(shù)量

2.2　不同海拔青海云杉林下灌木和草本植被高度變化分布特征

圖3　不同海拔青海云杉下灌木的高度

由圖3可以看出，青海云杉林下灌木在海拔3 014 m哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂?shù)母叨群艿?，金露梅的高度?.3 m；而在海拔2 790 m哈溪林區(qū)黃草嶺大陰屲峽地區(qū)青海云杉下灌木的高度相對較高，該樣地中銀露梅的高度為0.6 m；在海拔2 536 m哈溪林區(qū)友愛十隊地區(qū)銀露梅的高度是0.3 m，鮮黃小檗的高度是1.3 m。鮮黃小檗的高度是銀露梅的高度的3倍多。分析認為，研究區(qū)不同海拔高度的青海云杉林下灌木的高度存在顯著差異，同一海拔高度對青海云杉林下不同灌木的高度影響結果是有所不同的。

由圖4可以看出，在海拔3 014 m哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂、海拔2 790 m哈溪林區(qū)黃草嶺大陰屲峽和海拔2 536 m哈溪林區(qū)友愛十隊地區(qū)，苔草的高度都為6 cm，在海拔3 014 m哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂和在海拔2 790 m哈溪林區(qū)黃草嶺大陰屲峽珠牙蓼的高度都是7 cm，說明海拔高度降低對苔草和珠牙蓼的高度沒有影響；在海拔2 536 m哈溪林區(qū)友愛十隊地區(qū)，箭葉托吾的高度為6 cm，不知名草本植物高度為21 cm。分析認為，研究區(qū)不同海拔高度的青海云杉林下同種草本植物的高度都相同，海拔的降低對同種草本植物的高度沒有影響；同一海拔高度下的不同種草本植物的高度存在顯著差異。

圖4　不同海拔青海云杉下草本植物的高度

2.3　不同海拔青海云杉林下灌木和草本植被蓋度變化分布特征

圖5　不同海拔青海云杉下灌木的覆蓋度

由圖5可以看出，隨著海拔的降低，青海云杉林下灌木的覆蓋度呈遞增趨勢，在海拔3 014 m 哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂?shù)貐^(qū)金露梅的覆蓋度為1%，在海拔2 790 m哈溪林區(qū)黃草嶺大陰屲峽地區(qū)銀露梅的覆蓋度為2%，在海拔2 536 m哈溪林區(qū)友愛十隊地區(qū)銀露梅的覆蓋度為3%，鮮黃小檗的覆蓋度<3%。分析認為，研究區(qū)不同海拔高度的青海云杉林下灌木的覆蓋度總體呈遞增趨勢，但是覆蓋度都很小。

由圖6可以看到，在海拔3 014 m 哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂區(qū)珠芽蓼和苔草的覆蓋度分別為8%和7%；在海拔2 790 m哈溪林區(qū)黃草嶺大陰屲峽地區(qū)珠芽蓼和苔草的覆蓋度分別為10%和18%；在海拔2 536 m哈溪林區(qū)友愛十隊苔草覆蓋度為20%，箭葉托吾的覆蓋度不到1%。分析認為，研究區(qū)不同海拔高度的青海云杉林下草本植物覆蓋度隨著海拔的降低呈遞增趨勢。

圖6　不同海拔青海云杉下草本植物覆蓋度

3討論

3.1　不同海拔對青海云杉林下灌木和草本植被數(shù)量和植被蓋度的影響

在3種不同樣地類型中，海拔3 014 m哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂區(qū)青海云杉林內土壤溫度最低，土壤濕度及含水量最大，林內空氣中負氧離子濃度最高。在該海拔高度下，青海云杉林下灌木和草本植物的數(shù)量最少，說明林內溫度、土壤溫度及空氣中負氧離子濃度是決定該海拔下青海云杉林下灌木和草本植物分布數(shù)量較低的關鍵因素。該海拔高度下，高寒、低溫等氣候因子導致青海云杉林下的灌木和草本植物不能滿足正常生長的需要，因此在海拔3 014 m哈溪林區(qū)黃草嶺神樹溝頂區(qū)青海云杉林下灌木和草本植物的分布數(shù)量極少，進而導致該海拔高度青海云杉林下灌木和草本植物的蓋度也很小。海拔2 536 m哈溪林區(qū)友愛十隊地區(qū)，隨著海拔的降低，同種灌木的生長高度是逐漸降低的。青海云杉林灌木的數(shù)量和蓋度等結構參數(shù)均與海拔的高度有密切的關系，在不同海拔光照、溫度和降水等環(huán)境因子不同，導致不同海拔青海林下灌木和草本植物數(shù)量和蓋度均有所不同。

3.2　不同海拔青海云杉林下灌木和草本植被高度變化分布影響

青海云杉下下灌木和草本植物的高度受海拔的影響不明顯，祁連山東段青海云杉下灌木層高度最高，一者與該區(qū)域青海云杉個體高度、生長空間大有很大的關系；二者與灌木生長所需要的營養(yǎng)空間也有一定的關系。在海拔2 536 m哈溪林區(qū)友愛十隊的草本植物能夠獲得更多的生長空間，能更充分利用自然資源，因此該區(qū)草本植物數(shù)量和覆蓋度均高于其他兩個研究區(qū)域。

4結論

青海云杉林線一般位于高海拔偏遠山區(qū)的北坡，氣候條件非常惡劣，在這種嚴酷的環(huán)境條件下，青海云杉林內的灌木和草本植物對氣候的變化具有很強的敏感性。祁連山在過去的幾十年里，氣溫出現(xiàn)顯著變暖的趨勢。林下草本植物數(shù)量和蓋度差異變化一致，隨著海拔的降低，草本植物的數(shù)量和蓋度都呈增長趨勢。

祁連山青海云杉林大部分分布于高寒陰濕的半干旱山區(qū)，溫度和水分條件是影響植物生長的主要限制性因子。祁連山氣候垂直分帶非常明顯，隨著海拔降低，降水量減少，平均氣溫升高。隨著海拔的降低，水分條件顯著不足，而平均氣溫明顯升高，因此溫度為影響祁連山東段哈溪森林青海云杉林下灌木和草本植物生長的主要因子，隨著海拔的降低，青海云杉林下灌木和草本植物的分布均有顯著性的差異。

參考文獻：

[1] 魏克勤，祁連山水源涵養(yǎng)林的青海云杉//付會恩，車克鈞，劉建勛.甘肅祁連山水源涵養(yǎng)林的研究，蘭州：蘭州大學出版社，1990：28-32

[2] 劉建泉，宋秉明，郝玉福.祁連山青海云杉林撫育更新研究.江西農業(yè)大學報，1998,20(1)： 82-85

[3] 劉建泉.祁連山保護區(qū)青海云杉種群分布格局的研究.西北林業(yè)學院學報，2004,19(2):152-155

[4] 劉建泉.祁連山保護區(qū)種子植物科的區(qū)系研究.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005,19(S1)：221-228

[5] 王國宏，車克均，王金葉.祁連山北坡植物區(qū)系研究.甘肅農業(yè)大學學報，1995，30 (3):249-255

[6] 黨榮理，潘曉玲.西北干旱荒漠區(qū)種子植物的區(qū)系分析.西北植物學報，2002,22(1):24-32

[7] 陳桂琛，彭敏，黃榮福，等.祁連山地區(qū)植被特征及其分布規(guī)律.植物學報，1994,49(1):63-72

[8] 劉賢德，楊全生.祁連山生物多樣性研究.北京：中國科學技術出版社，2006:31-39

[9] 胡啟斌，吳琴，張鋒，等.祁連山青海云杉林樹線溫度特征.干旱區(qū)地理，2009，32(5)：698-703

[10] 賈文雄，何元慶，李宗省，等.祁連山區(qū)氣候變化的區(qū)域差異特征及突變分析.地理學報，2008，63(3):257-269

[11] 王金葉，常學向，葛雙蘭，等.祁連山(北坡)水熱狀況與植被垂直分布.西北林學院學報，2001，16(S1):1-3

[12] 劉建全，丁國民，郝虎，等.青海云杉群落特征和動態(tài)研究.西北林學院學報，2008,23(1):14-17,22

[13] 王國宏.祁連山北坡中斷植物群落多樣性的垂直分布格局.生物多樣性，2002(1):7-14