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Biomass Change of Middle Aged Forest of Qinghai Spruce along an Altitudinal Gradient on the North Slope of Qilian Mountains

祁连山北坡青海云杉中龄林生物量随海拔的变化


[目的] 研究祁连山区重要的水源涵养林——青海云杉林的生物量随海拔(2 700~3 300 m)的变化规律,为预测祁连山区的产水能力和实施黑河流域植被-水的综合管理提供科学依据。[方法] 在祁连山中段北坡的排露沟小流域,沿海拔梯度,选取生长状况良好、具有代表性的林分布设样地,进行植被调查。在2 700~2 800,2 800~2 900,2 900~3 100 和3 100~3 300 m 4个海拔区段共设置15块20 m×20 m样地。利用已有的青海云杉生物量估算方程,计算研究区森林生物量的平均值、各海拔区段内的森林生物量以及不同径级树木对总生物量的贡献量,据此分析森林生物量的大小及其随海拔变化规律的主要影响因素。[结果] 研究区青海云杉林的生物量为 (128.61±50.25) t·hm-2,中树(12.5 cm 22.5 cm)是森林生物量的主要来源,二者所占比例分别为44%和35%,小树(5 cm-2,在海拔2 800~2 900 m达到最大为(152.33±73.01)t·hm-2,在海拔2 900~3 100 m为(124.28±39.54) t·hm-2,在海拔3 100~3 300 m最小为(100.48±65.69) t·hm-2。 不同海拔区段内,森林生物量的主要来源不同,在海拔2 700~2 800 m,以中树生物量最多,为63.54 t·hm-2(占该海拔区段内森林生物量的48%);在海拔2 800~2 900 m,中树生物量继续增加,达到90.53 t·hm-2(占该海拔区段内森林生物量的59%),在海拔2 900~3 100 m,大树成为森林生物量的主要来源,其生物量为54.46 t·hm-2(占该海拔区段内森林生物量的45%);在海拔3 100~3 300 m,大树生物量继续增加,达到71.46 t·hm-2(占该海拔区段内森林生物量的71%)。与附近地区相比,研究区青海云杉林的生物量(128.61 t·hm-2)与祁连山哈溪林场(132.90 t·hm-2)、祁连山平均值(169.80 t·hm-2)和全国平均值(156.66 t·hm-2)相近,但比甘肃省肃南县(282.54 t·hm-2)、祁连山寺大隆林区(217.41 t·hm-2)和祁连山北坡山区的平均值(209.24 t·hm-2)小。[结论] 林分密度、温度和降水共同决定了森林生物量的大小及其海拔变化规律, 海拔2 800~2 900 m是本研究区青海云杉林生长的最适宜场所。

[Objective] In this study, biomass changes in Qinghai spruce (Picea crassifolia) forests along an altitudinal gradient (from 2 700-3 300 m) were studied. The results will be helpful to the prediction of water yield in Qilian Mountains and the integrated management of vegetation, soil and water in Heihe Basin. [Method] In Pailugou small watershed, located in the middle section of the northern slope of Qilian Mountains, vegetation was investigated by setting up sample plots in selected representative stands with good growth along the altitude gradients. A total of 15 plots in a size of 20 m×20 m were set up at the altitudes of 2 700-2 800, 2 800-2 900, 2 900-3 100, and 3 100-3 300 m. The forest biomass and its distribution among different size classes were calculated using the existing equations on the relationship among biomass, tree height and tree diameter on breast height (DBH), which were built up for the study area. Key factors attributing to the forest biomass and its changes along the altitudinal increase were analyzed. [Result] The total biomass of Qinghai spruce forest was (128.61±50.25) t·hm-2, which came from the middle-sized trees (12.5 cm22.5 cm). The biomass of the middle-sized trees (12.5 cm22.5 cm) evenly accounted for 44% and 35% of total forest biomass, respectively. The contribution of saplings (5 cm-2, respectively. Along the altitudinal increase, key contributors to forest biomass shifted among tree size classes. At the altitudes of 2 700-2 800 m, middle tree size class was key contributor to the total biomass of spruce forest with the biomass of 63.54 t·hm-2, which accounted for 48% of the total forest biomass. At the altitudes of 2 800-2 900 m, the biomass of middle-sized trees increased and reached 90.53 t·hm-2 (accounting for 59% of the total). Nevertheless, at the altitudes of 2 900-3 100 m, the key contributor to forest biomass shifted to big tree size class with a biomass of 54.46 t·hm-2 (45% of the total). At the altitudes of 3 100-3 300 m, the biomass of big trees reached 71.46 t·hm-2 (71% of the total). The forest biomass (128.61 t·hm-2) in the study area was close to that in Haxi Forest Farm of Qilian Mountains (132.90 t·hm-2), the average biomass in Qilian Mountains (169.80 t·hm-2) and the national average of forest biomass (156.66 t·hm-2). However, it was less than the biomass of forests at Sunan County, Gansu Province (282.54 t·hm-2), Sidalong Forest Farm of Qilian Mountains (217.41 t·hm-2), and the average forest biomass of 209.24 t·hm-2 at the northern slope of Qilian Mountains. [Conclusion] The change of forest biomass along altitudinal gradients strongly relies on stand density, temperature and precipitation. The altitudes of 2 800-2 900 m is the most suitable area for Qinghai spruce forests in the study area.


全 文 :书第 51 卷 第 8 期
2 0 1 5 年 8 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51,No. 8
Aug.,2 0 1 5
doi:10.11707 / j.1001-7488.20150801
收稿日期: 2015 - 03 - 10; 修回日期: 2015 - 07 - 06。
基金项目: 国家自然科学基金项目(91225302,31360201,91425301)。
* 于澎涛为通讯作者。
祁连山北坡青海云杉中龄林生物量随海拔的变化*
张 雷1 于澎涛1 王彦辉1 王顺利2 刘贤德2
(1. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 国家林业局森林生态环境重点实验室 北京 100091;
2.甘肃省祁连山水源涵养林研究院 张掖 734000)
摘 要: 【目的】研究祁连山区重要的水源涵养林———青海云杉林的生物量随海拔( 2 700 ~ 3 300 m) 的变
化规律,为预测祁连山区的产水能力和实施黑河流域植被 - 水的综合管理提供科学依据。【方法】在祁连山
中段北坡的排露沟小流域,沿海拔梯度,选取生长状况良好、具有代表性的林分布设样地,进行植被调查。在
2 700 ~ 2 800,2 800 ~ 2 900,2 900 ~ 3 100 和 3 100 ~ 3 300 m 4 个海拔区段共设置 15 块 20 m × 20 m 样地。
利用已有的青海云杉生物量估算方程,计算研究区森林生物量的平均值、各海拔区段内的森林生物量以及不
同径级树木对总生物量的贡献量,据此分析森林生物量的大小及其随海拔变化规律的主要影响因素。【结
果】研究区青海云杉林的生物量为 (128. 61 ± 50. 25) t·hm - 2,中树(12. 5 cm < DBH≤22. 5 cm)和大树 (DBH >
22. 5 cm)是森林生物量的主要来源,二者所占比例分别为 44%和 35%,小树(5 cm < DBH≤12. 5 cm)的生物量较
少,仅占 21%。随海拔升高,青海云杉林生物量呈“单峰”变化,在海拔 2 700 ~ 2 800 m 为(135. 43 ± 21. 25) t·hm - 2,
在海拔 2 800 ~ 2 900 m 达到最大为(152. 33 ± 73. 01) t·hm - 2,在海拔 2 900 ~ 3 100 m为(124. 28 ± 39. 54) t·hm - 2,
在海拔 3 100 ~ 3 300 m 最小为(100. 48 ± 65. 69) t·hm - 2。不同海拔区段内,森林生物量的主要来源不同,在海拔 2
700 ~ 2 800 m,以中树生物量最多,为 63. 54 t·hm - 2 (占该海拔区段内森林生物量的 48% );在海拔 2 800 ~ 2 900 m,
中树生物量继续增加,达到 90. 53 t·hm - 2 (占该海拔区段内森林生物量的 59% ),在海拔 2 900 ~ 3 100 m,大树成为
森林生物量的主要来源,其生物量为 54. 46 t·hm - 2 (占该海拔区段内森林生物量的 45% );在海拔 3 100 ~ 3 300 m,
大树生物量继续增加,达到 71. 46 t·hm - 2 (占该海拔区段内森林生物量的 71% )。与附近地区相比,研究区青海云
杉林的生物量(128. 61 t·hm - 2 )与祁连山哈溪林场(132. 90 t·hm - 2 )、祁连山平均值(169. 80 t·hm - 2 )和全国平均值
(156. 66 t·hm - 2 )相近,但比甘肃省肃南县(282. 54 t·hm - 2 )、祁连山寺大隆林区(217. 41 t·hm - 2 )和祁连山北坡山
区的平均值(209. 24 t·hm - 2 )小。【结论】林分密度、温度和降水共同决定了森林生物量的大小及其海拔变化规律,
海拔 2 800 ~ 2 900 m 是本研究区青海云杉林生长的最适宜场所。
关键词: 祁连山; 青海云杉林; 生物量; 海拔; 树木径级
中图分类号: S718. 5 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 7488(2015)08 - 0001 - 07
Biomass Change of Middle Aged Forest of Qinghai Spruce along an
Altitudinal Gradient on the North Slope of Qilian Mountains
Zhang Lei1 Yu Pengtao1 Wang Yanhui1 Wang Shunli2 Liu Xiande2
(Key Laboratory of Forestry Ecology and Environment of State Forestry Administration Research Institute of Forest Ecology,Environment and
Protection,CAF Beijing 100091; 2 . Academy of Water Resources Conservation Forests in Qilian Mountain of Gansu Province Zhangye 734000)
Abstract: 【Objective】In this study,biomass changes in Qinghai spruce ( Picea crassifolia ) forests along an
altitudinal gradient ( from 2 700 - 3 300 m) were studied. The results will be helpful to the prediction of water yield in
Qilian Mountains and the integrated management of vegetation,soil and water in Heihe Basin. 【Method】In Pailugou
small watershed,located in the middle section of the northern slope of Qilian Mountains,vegetation was investigated by
setting up sample plots in selected representative stands with good growth along the altitude gradients. A total of 15 plots
in a size of 20 m × 20 m were set up at the altitudes of 2 700 - 2 800,2 800 - 2 900,2 900 - 3 100,and 3 100 -
3 300 m. The forest biomass and its distribution among different size classes were calculated using the existing equations
on the relationship among biomass,tree height and tree diameter on breast height (DBH),which were built up for the
林 业 科 学 51 卷
study area. Key factors attributing to the forest biomass and its changes along the altitudinal increase were analyzed.
【Result】The total biomass of Qinghai spruce forest was (128 . 61 ± 50 . 25 ) t·hm - 2,which came from the middle-
sized trees (12 . 5 cm < DBH≤22 . 5 cm) and the big trees ( DBH > 22 . 5 cm) . The biomass of the middle-sized
trees (12 . 5 cm < DBH≤22 . 5 cm) and the big trees (DBH > 22 . 5 cm) evenly accounted for 44% and 35% of total
forest biomass,respectively. The contribution of saplings (5 cm < DBH < 12 . 5 cm) to forest biomass was limited
with the value of 21% of total forest biomass. Along the altitudinal increase,the total biomass of spruce forest showed
an“unimodal” change,and peaked at the altitudes of 2 800 - 2 900 m. The total biomass of spruce forest at the
altitudes of 2 700 - 2 800,2 800 - 2 900,2 900 - 3 100,and 3 100 - 3 300 m were( 135 . 43 ± 21 . 25),(152 . 33 ±
73 . 01),( 124 . 28 ± 39 . 54 ),and ( 100 . 48 ± 65 . 69 ) t·hm - 2,respectively. Along the altitudinal increase,key
contributors to forest biomass shifted among tree size classes. At the altitudes of 2 700 - 2 800 m,middle tree size class
was key contributor to the total biomass of spruce forest with the biomass of 63 . 54 t·hm - 2,which accounted for 48% of
the total forest biomass. At the altitudes of 2 800 - 2 900 m,the biomass of middle-sized trees increased and reached
90 . 53 t·hm - 2 ( accounting for 59% of the total) . Nevertheless,at the altitudes of 2 900 - 3 100 m, the key
contributor to forest biomass shifted to big tree size class with a biomass of 54. 46 t·hm - 2 (45% of the total) . At the
altitudes of 3 100 - 3 300 m,the biomass of big trees reached 71. 46 t·hm - 2 (71% of the total) . The forest biomass
(128 . 61 t·hm - 2 ) in the study area was close to that in Haxi Forest Farm of Qilian Mountains (132. 90 t·hm - 2 ),the
average biomass in Qilian Mountains (169. 80 t·hm - 2 ) and the national average of forest biomass (156 . 66 t·hm - 2 ) .
However,it was less than the biomass of forests at Sunan County,Gansu Province (282 . 54 t·hm - 2 ),Sidalong Forest
Farm of Qilian Mountains (217 . 41 t·hm - 2 ),and the average forest biomass of 209 . 24 t·hm - 2 at the northern slope of
Qilian Mountains. 【Conclusion】The change of forest biomass along altitudinal gradients strongly relies on stand density,
temperature and precipitation. The altitudes of 2 800 - 2 900 m is the most suitable area for Qinghai spruce forests in
the study area.
Key words: Botryosphaeria dothidea; Trichoderma aureoviride; Fusarium equiseti; biocontrol strains; inhibitory effect
祁连山是我国第二大内陆河———黑河的发源
地,对西北干旱地区的用水安全至关重要( Sakai et
al.,2012)。研究表明,山区产水能力和水文过程取
决于山地的森林结构 (Wang et al.,2012; He et al.,
2012),而森林生物量是反映森林结构的重要指标
(Pan et al.,2013),所以,研究祁连山森林生物量的
变化有利于评价和预测祁连山区的产水能力。
青海云杉(Picea crassifolia)林是祁连山区重要
的水源涵养林,垂直分布范围广泛 (海拔 2 500 ~
3 300 m)。受山区生境条件垂直变化的影响 (Zhao
et al.,2008),青海云杉林的生长状况存在明显的海
拔差异。如在森林分布下限,林分密度往往较小且
树木低矮,到中海拔段则逐渐变好,而到上限又呈现
为孤立木或散生木 (张立杰等,2008; 勾晓华等,
2004),这些变化将导致森林生物量出现海拔差异。
以往对青海云杉林生物量的研究多重点关注祁连山
区森林生物量的平均状况 (彭守璋等,2011; 许仲
林等,2011),或某一林区内森林生物量的大小(敬
文茂等,2011; 常学向等,1996),而对森林生物量
沿海拔梯度的变化规律却鲜有报道,这成为估算和
预测祁连山产水能力的瓶颈,阻碍了祁连山乃至整
个西北地区的区域植被 -水综合管理的实施。
因此,本研究分析青海云杉林林分结构随海拔
高度的变化,得出森林生物量随海拔的变化规律,为
预测祁连山区的产水能力和实施黑河流域植被 -水
的综合管理提供科学依据。
1 研究区概况
祁连山地处我国西北内陆(93°20—103°E,36°
30—39°30N),位于青藏高原、黄土高原和蒙新荒
漠的交汇处,是河西走廊南侧边缘山地,海拔
2 000 ~ 4 000 m,最高峰海拔 5 826. 8 m。属典型的
大陆性气候,气候因子随海拔变化明显,植被分布也
因此呈明显的垂直带性,从低海拔到高海拔,依次为
荒漠草原植被带、干性灌丛草原植被带、山地森林草
原植被带、亚高山灌丛草甸植被带、高山寒漠草甸植
被带。
选取位于祁连山中段北坡的排露沟小流域
(100°17E,38°24N)为研究区,该小流域也是甘肃
省祁连山水源林生态系统定位研究站所在地,海拔
2 600 ~ 3 800 m,流域面积 2. 91 km2。年平均气温
0. 5 ℃,年极端最高气温 28. 0 ℃,年极端最低气温
- 36. 0 ℃,7 月平均气温 10. 0 ~ 14. 0 ℃,年降水量
为 290 ~ 467 mm,年均蒸发皿蒸发量为 1 051 mm,年
2
第 8 期 张 雷等: 祁连山北坡青海云杉中龄林生物量随海拔的变化
均空气相对湿度为 60%。流域内土壤较薄、质地
粗,成土母质主要是泥炭岩、砾岩和紫红色沙页岩
等,有机质含量中等,pH7. 0 ~ 8. 0。土壤类型主要
有山地森林灰褐土、山地栗钙土和亚高山灌丛草
甸土。
研究区地处自然保护区,区内森林主要为青
海云杉林,呈斑块状分布在海拔 2 700 ~ 3 300 m
的阴坡、半阴坡,近半个世纪以来基本没有被采伐
和抚育,为天然次生林。林下灌木以箭叶锦鸡儿
(Caragana jubata)、高山柳 ( Salix cupularis)、吉拉
柳( Salix gilashanica)和金露梅(Potentilla fruticosa)
为主,草 本 植 物 主 要 有 珠 芽 蓼 ( Polygonum
viviparum)、黑穗薹草 ( Carex atrata)和针茅 ( Stipa
spp. )等,苔藓层较发达,主要为山羽藓( Abietinella
abietina)。
2 研究方法
2. 1 样地布设与植被调查
2007 年 6—9 月在青海云杉林分布的海拔范围
(2 700 ~ 3 300 m)内,避开受病虫害、火灾影响的区
域,沿海拔梯度,选取自然生长状况良好、具有代表
性的林分布设样地,进行植被调查。在 2 700 ~
2 800,2 800 ~ 2 900,2 900 ~ 3 100 和3 100 ~ 3 300 m
4 个海拔区段共设置15 块 20 m × 20 m 样地,样地内
无伐桩。样地基本特征见表 1。
调查指标包括样地的林冠郁闭度、林分密度,并
对树木进行每木检尺,测量 DBH < 1 cm 树木的树
高,DBH≥1 cm 树木的树高、胸径和冠幅。在每块
样地内,分别选取 5 ~ 6 株标准木,用生长锥取树芯,
通过数年轮测得林龄。
表 1 样地基本特征
Tab. 1 Basic characteristics of sample plots
项目 Item 2 700 ~ 2 800 m 2 800 ~ 2 900 m 2 900 ~ 3 100 m 3 100 ~ 3 300 m
样地数量 Number of sample plots 4 4 4 3
坡度 Slope /( °) 25 ~ 34 12 ~ 30 20 ~ 34 23 ~ 36
坡向
Aspect
东北、北
Northeast,north
东北、西北、北
Northeast,northwest,north
东北、北
Northeast,north
东北、北
Northeast,north
土壤厚度 Soil thickness / cm 60 ~ 138 40 ~ 80 40 ~ 60 40 ~ 60
2. 2 生物量计算
根据王金叶等 (2000)在该研究区内依据解析
木建立的青海云杉生物量估算方程[式 ( 1 ) ~
(4)],先用每株树木的树高 (H,m)和胸径 (DBH,
cm)计算出单株树木的各器官生物量,然后将各器
官生物量相加得到整株树木的生物量(W T,kg)[式
(5)]。样地内所有树木生物量累加则得到该样地
的总生物量(W,t·hm - 2)[式(6)]:
W S = 0 . 047 8 (DBH
2·H) 0 . 866 5 (R2 = 0 . 988 7);
(1)
WB = 0 . 012 2 (DBH
2·H) 0 . 890 5 (R2 = 0 . 956 8);
(2)
W L = 0 . 265 (DBH
2·H) 0 . 470 1(R2 = 0 . 862 2); (3)
WR = 0 . 375 6 (DBH
2·H) 0 . 272 5 (R2 = 0 . 970 7);
(4)
W T = W S + WB + W L + WR; (5)
W = 10·∑
n
i = 1
W Ti / S。 (6)
式中: W S,WB,W L和WR分别为单株树木的干、枝、叶
和根生物量(kg); W Ti 为第 i 株树的生物量( kg); S
为样地面积(m2); n为样地内树木株数; i为树木在
样地内的编号。
根据胸径大小将青海云杉划分为 4 个等级(陈
银萍等,2013):Ⅰ级为幼树,DBH≤5 cm;Ⅱ级为小树,
5 cm < DBH≤ 12. 5 cm; Ⅲ级 为中 树,12. 5 cm <
DBH≤22. 5 cm; Ⅳ级为大树,DBH > 22. 5 cm。小
树、中树和大树均按上述公式计算生物量;但因幼树
的胸径小于 5 cm,树高也通常小于3 m,导致其单株
生物量较小,并且样地内幼树的数量也较少,多在
10 株以下,因此,在青海云杉林总生物量中未包括
幼树生物量。
生物量计算和统计分析运用 EXCEL 和 SPSS
19. 0 软件完成。
3 结果与分析
3. 1 青海云杉林林分结构特征随海拔的变化
由表 2 可知,青海云杉林 密 度较 大,其中
DBH > 5 cm的树木密度为 650 ~ 1 741 株·hm - 2。林
龄相近,平均林龄为 70 ~ 87 年,属中龄林。郁闭度
平均为 0. 56 ~ 0. 72,平均胸径为 12. 4 ~ 16. 9 cm,平
均树高为 7. 1 ~ 9. 1 m。树冠冠幅较小,平均宽度为
2. 8 ~ 4. 4 m。
研究区各海拔段之间的林分密度差异显著
(P < 0. 05)。DBH > 5 cm 植株密度随海拔升高呈
3
林 业 科 学 51 卷
“单峰”变化,在海拔 2 800 ~ 2 900 m 处达到最大,
为1 741株·hm - 2,在海拔 3 100 ~ 3 300 m 处最小,为
650 株·hm2。1 cm≤DBH≤5 cm 植株密度普遍较
小,仅为 92 ~ 219 株·hm - 2,并且随海拔升高呈降低
趋势。树木平均胸径随海拔升高呈上升趋势。林木
胸径在海拔 3 100 m 以下维持在 12. 4 ~ 13. 1 cm,到
海拔 3 100 m 以上则跃升至 16. 9 cm。树高随海拔
升高表现为先增加后降低的变化趋势,海拔 2 800 ~
2 900 m 的平均树高最高,为 9. 1 m,海拔 2 900 ~
3 100 m最低,为 7. 1 m。
表 2 各海拔区段森林结构特征
Tab. 2 Characteristics of the Qinghai spruce forests at different elevations
项目 Item 2 700 ~ 2 800 m 2 800 ~ 2 900 m 2 900 ~ 3 100 m 3 100 ~ 3 300 m
密度 Density(DBH > 5 cm) /( tree·hm - 2 ) 1 594 ± 650 1 741 ± 718 1 431 ± 559 650 ± 282
密度 Density(1 cm≤DBH≤5 cm) /( individual·hm - 2 ) 219 ± 199 128 ± 93 194 ± 166 92 ± 72
林龄 Age / a 86 ± 28 70 ± 25 87 ± 30 87 ± 39
郁闭度 Canopy density 0. 72 ± 0. 11 0. 70 ± 0. 15 0. 71 ± 0. 15 0. 56 ± 0. 28
胸径 DBH /cm 13. 1 ± 6. 6 12. 4 ± 6. 2 13. 0 ± 7. 9 16. 9 ± 11. 1
树高 Tree height /m 8. 7 ± 3. 8 9. 1 ± 3. 7 7. 1 ± 3. 2 7. 9 ± 4. 4
冠幅 Crown width /m 3. 1 ± 1. 1 2. 8 ± 1. 1 3. 0 ± 1. 4 4. 4 ± 2. 1
3. 2 青海云杉林生物量随海拔的变化
森林生物量受林分密度、胸径和树高 3 个因素
的影响,是反映森林对环境条件响应能力的综合指
标。本研究区青海云杉林的生物量为(128. 61 ±
50. 25) t·hm - 2。随海拔升高,青海云杉林生物量呈
“单峰”变化,最大值出现在海拔 2 800 ~ 2 900 m
处,为(152. 33 ± 73. 01) t·hm - 2;最小值出现在海拔
3 100 ~ 3 300 m 处,为(100. 48 ± 65. 69) t·hm - 2 (图
1)。这种随海拔的“单峰”变化与林分密度的海拔
变化表现一致(表 2),可见林分密度是导致森林生
物量随海拔变化的主要因素。
图 1 各海拔段青海云杉林的生物量
Fig. 1 Biomass of Qinghai spruce forest at different elevations
森林生物量在各器官中的分配表现为: 树干生
物量最多,占林分总生物量的 46% ~ 55% ;其次为
根生物量,占 20% ~ 30% ;枝占 14% ~ 17% ;叶生物
量最少,仅占 8% ~ 10%。随海拔升高,树干生物量
的比例呈增加趋势,在海拔 3 100 m 以下为 46% ~
47%,在海拔 3 100 m 以上达到 55% ; 枝和叶生物
量比例随海拔升高变化不大,但根生物量比例在海
拔 3 100 m 以上却有所下降,在海拔 3 100 ~ 3 300 m
根生物量占总生物量的 20%,低于海拔 2 700 ~
2 800 m根生物量的比例(30% )(图 2)。
青海云杉林的林分密度和总生物量随海拔的变
化趋势相同,二者均随海拔升高呈现增加或降低的
“单峰”变化,但二者的变化速率却明显不同。其
中,林分密度随海拔升高变化剧烈,自海拔 2 800 ~
2 900 m(峰值高度)至 3 100 ~ 3 300 m,林分密度从
1 741下降到 650 株·hm - 2,下降了 59% (表 2);而总
生物量的变化则相对平缓,自海拔2 800 ~ 2 900 m
(峰值高度 ) 到海拔 3 100 ~ 3 300 m,生物量从
152. 33 下降到 100. 48 t·hm - 2,仅降低了 34% (图
1)。这种差异性可能与青海云杉林的径级结构随
海拔的变化有关。
图 2 各海拔不同器官的生物量百分比
Fig. 2 Biomass percentage of each organ at different elevations
3. 3 青海云杉林不同径级对总生物量的贡献
从图 3 可以看出,在整个研究区,青海云杉林的
生物量主要来源于中树和大树,二者生物量分别占
林分总生物量的 44%和 35%,小树的生物量较少,
仅占 21%。然而,在不同海拔区段,生物量的组成
状况并不相同:在海拔 2 700 ~ 2 800 m,青海云杉林
以中树生物量最多,为 63. 54 t·hm - 2,占所在海拔区
4
第 8 期 张 雷等: 祁连山北坡青海云杉中龄林生物量随海拔的变化
段林分总生物量的 48%,大树生物量与小树生物量
相近,分别为 35. 89 t·hm - 2(占所在海拔区段林分总
生物量的 27% )和 33. 41 t·hm - 2 (占所在海拔区段
林分总生物量的 25% );在海拔 2 800 ~ 2 900 m,中
树生物量仍为森林生物量的最主要来源并有所增
加,为 90. 53 t·hm - 2(占所在海拔区段林分总生物量
的 59% ),小树生物量为 34. 88 t·hm - 2(占所在海拔
区段林分总生物量的 23% ),大树生物量为 26. 93
t·hm - 2(占所在海拔区段林分总生物量的 18% );但
在海拔 2 900 ~ 3 100 m,大树跃升为青海云杉林生
物量的主要来源,为 54. 46 t·hm - 2(占所在海拔区段
林分总生物量的 45% ),而中树降为森林生物量的
次要来源,为 39. 65 t·hm - 2(占所在海拔区段林分总
生物量的 33% ),小树生物量为 27. 65 t·hm - 2 (占所
在海拔区段林分总生物量的 22% );在海拔3 100 ~
3 300 m,大树的贡献进一步上升,成为青海云杉林
生物量的最主要来源,其生物量为 71. 46 t·hm - 2(占
所在海拔区段林分总生物量的 71% ),中树生物量
的贡献进一步降低,仅为 22. 06 t·hm - 2(占所在海拔
区段林分总生物量的 22% ),小树生物为 6. 96
t·hm - 2(占所在海拔区段林分总生物量的 7% )。由
此可见,随海拔升高,小树的生物量呈降低趋势,中
树的生物量先增加后减小,大树生物量及其在总生
物量中的比重均呈增加趋势。
图 3 各海拔不同径级青海云杉林的生物量
Fig. 3 Biomass of different tree size classes in Qinghai
spruce forest at different elevations
不同径级青海云杉林对林分总生物量贡献的海
拔变化主要源于各径级树木密度的海拔差异。如图
4 所示,随海拔升高,小树在青海云杉林内的密度逐
渐减小,自海拔 2 700 ~ 2 800 m 到海拔 3 100 ~
3 300 m,密度由 825 株·hm - 2 (占所在海拔区段样
地树木总数的 52% )下降到 225 株·hm - 2(占所在海
拔区段样地树木总数的 35% ); 中树密度随海拔升
高呈“单峰”变化,从海拔 2 700 ~ 2 800 m的 655 株·
hm - 2(占所在海拔区段样地树木总数的 41% )增加
到海拔 2 800 ~ 2 900 m 的 806 株·hm - 2 (占所在海
拔区段样地树木总数的 46% ),再减少到海拔
3 100 ~ 3 300 m 的 200 株·hm - 2(占所在海拔区段样
地树木总数的 31% ); 大树密度逐渐增大,从海拔
2 700 ~ 2 800 m的 113 株·hm - 2(占所在海拔区段样
地树木总数的 7% )增大到海拔 3 100 ~ 3 300 m 的
225 株·hm - 2 (占所在海拔区段样地树木总数
的 35% )。
图 4 各海拔不同径级青海云杉林的密度
Fig. 4 Stem density of different tree size classes in Qinghai
spruce forest at different elevations
4 结论与讨论
本研究区青海云杉林的生物量 平均值 为
128. 61 t·hm - 2,与 祁 连 山 哈 溪 林 场 ( 132. 90
t·hm - 2)(刘兴聪,1992)、祁连山平均值 (169. 80
t·hm - 2)(许仲林等,2011)和全国平均值(156. 66
t·hm - 2)(方精云等,1996)接近,但比祁连山寺大隆
林区(217. 41 t·hm - 2)(常学向等,1996)、甘肃省肃
南县(282. 54 t·hm - 2 ) (敬文茂等,2011)和祁连山
北坡山区平均值 ( 209. 24 t·hm - 2 ) (彭守璋等,
2011)小。这主要有 2 方面的原因: 1) 林龄的影
响。林龄是影响树木生长的关键因素,林龄不同森
林生物量也明显不同(Fang et al.,2001),本研究区
青海云杉林的林龄为 70 ~ 87 年,属中龄林,森林生
物量尚处在积累期(王金叶等,2000);而在寺大隆
林区和肃南县,森林的林龄达 120 ~ 200 年,属成熟
林,森林生物量已接近或达到随林龄增长的最大值
(彭守璋等,2011)。2) 生境条件的影响。除了林
龄等树木本身因素的影响之外,生境条件也是影响
森林生物量的重要因素(勾晓华等,2004)。在对寺
大隆林区和肃南县的研究中,样地多布设在树木生
长较好的中低海拔区(海拔 2 625 ~ 2 738 m),因此
森林生物量较大;而本研究结果是青海云杉林在其
5
林 业 科 学 51 卷
垂直分布范围(海拔 2 700 ~ 3 300 m)内的平均值,
所以森林生物量较小。此外,本研究区地处祁连山
浅山区,区内降水较少 (许仲林等,2011; 王金叶,
2008),这可能也会导致本区青海云杉林的生物量
较小。
本研究结果表明,森林生物量随海拔的“单峰”
变化趋势是由林分密度决定的,但其变化速率则受
到径级结构的影响。在林龄基本相同的情况下,各
海拔区段间的树木径级结构存在差异,说明不同海
拔树木生长速率不同。这主要是由不同海拔区间内
生境条件的差异所致的。
降水和温度是生境条件的主要体现,也是限制
树木生长的主要环境因素 (勾晓华等,2004;
Namgail et al.,2012)。在典型山区,随海拔升高,温
度降低,降水增加,并在中间海拔区段形成良好的水
热组合(Namgail et al.,2012; 刘贵峰等,2013);而
当温度和水分条件均较好时,树木往往会将更多的
营养用于树高的生长,而不是胸径 (Wang et al.,
2006)。所以,在本研究区的海拔 2 800 ~ 2 900 m
处,森林生物量最大(图 1),同时平均树高也达到最
高(表 2)。自该海拔段向下,温度升高,降水减少,
导致土壤蒸发增强、土壤水分明显减少(王顺利等,
2010),从而使树木生长受阻(勾晓华等,2004),森
林生物量减小。自该海拔段向上,虽然降水增多,但
温度降低,树木生长受限 (刘贵峰等,2013)。与此
同时,祁连山高海拔区冻土层的存在 (牛赟等,
2014)也会导致可供树木根系利用的水分减少。然
而,高山区的低温和强光照往往会使树木将更多的
营养用于胸径的生长(Fajardo et al.,2012)。所以,
在高海拔区,森林生物量明显减小(图 1),但树木胸
径却增大(表 2)。
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(责任编辑 于静娴)
《林业科学》创刊 60 周年纪念座谈会暨第十届编委会第一次全体会议在京召开
2015 年 7 月 21 日,《林业科学》创刊 60 周年纪念座谈会暨第十届编委会第一次全体会议在北京隆重召
开。全国绿化委员会副主任、中国林学会理事长赵树丛,全国政协人口资源环境委员会副主任、中国林学会
名誉理事长江泽慧,中国科协党组成员、书记处书记王春法,国家林业局党组成员、中国林学会副理事长彭有
冬,中国工程院原副院长、《林业科学》原主编沈国舫院士,国家林业局党组成员、中国林学会副理事长谭光
明,中国林学会副理事长、《林业科学》主编尹伟伦院士等出席会议。中国科协学会学术部、国家林业局有关
司局和直属单位的负责人,在京林业科研、教学单位的代表,《林业科学》编委,作者、审稿人、兄弟期刊代表
及媒体记者等近 100 人参加了会议。
座谈会由彭有冬主持。与会领导同志充分肯定了《林业科学》办刊 60 年来的成就,并对今后办刊工作
提出了希望和要求。赵树丛理事长指出,《林业科学》今后要积极围绕创国内外一流科技期刊的目标,着力
加强期刊现代化建设和编辑队伍建设,强化"四个服务",使《林业科学》真正成为林业科技创新的优秀平台
和学术引领的一面旗帜。
江泽慧名誉理事长在致辞中强调,要充分发挥《林业科学》在林业科技创新中的重要作用,引导林业科
技创新的方向,发挥学术交流重要平台作用,活跃学术思想、启迪创新思维,助力林业科技人才成长。
王春法书记表示,中国科协将一如既往地支持《林业科学》的发展,为期刊发展营造良好的环境和支撑
条件。
第九届编委主编沈国舫表示,《林业科学》是广大林业科技工作者十分喜爱的期刊,办刊成效显著。在
新形势新任务下,办刊工作既要秉承传统、遵循科学规律,又要与时俱进、开拓创新,不断提高办刊水平,让
《林业科学》生命之树常青。
第十届编委主编尹伟伦强调,要进一步发挥好编委会的作用,认清形势、应对挑战,以创刊 60 周年纪念
为契机,团结带领各方面办刊力量,使《林业科学》越办越好。希望国家林业局、中国科协和有关单位加大对
学术期刊的支持力度,营造良好的外部环境。
在下午召开的第十届编委会第一次会议上,第九届编委会主编沈国舫作第九届编委会工作报告,中国林
学会副理事长兼秘书长陈幸良作讲话,编辑部主任张君颖汇报了第九届编委会期间的编辑部工作。第十届
主编尹伟伦主持会议并作总结讲话。
会议讨论了《林业科学》编委会工作条例,提出了修改意见。编委们重点围绕期刊定位与发展、稿源质
量和办刊队伍建设等问题进行讨论,积极提出意见和建议。大家一致认为,要继续把握好期刊的学术定位,
保持期刊的学术引领作用,努力把《林业科学》办成国内一流、国际上有重要影响的期刊;要积极应对优质稿
件外流问题,千方百计提高稿源质量;编委要提高责任意识和危机意识,积极为期刊撰稿、约稿和组稿。要加
强办刊支撑条件建设,进一步完善科技成果评价制度,加大对编辑队伍建设和数字化建设的支持力度。
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