天山雲杉
研究結果表明,該植物區系地理成分複雜。天山雲杉群落有維管束植物401種,其中,種子植物47科,194屬,393種。菊科、禾本科、唇形科、薔薇科和毛茛科是該研究區的優勢科,占總種數的47.58%。少屬科和單屬科較多,占總科數的89.36%。溫帶成分占總科數的44.68%,在區系組成和植被構成中占主導地位。這與本地區所處的氣候帶、地理位置及地史變遷相一致。乾旱荒漠氣候使溫帶的許多成分雖在本區多有分布,卻難以形成優勢,唯有廣布性的大科能以其龐大的種系和適應能力在這種生境惡劣的地域取得優勢。天山雲杉群落物種豐富度和多樣性指數較低,均勻度、優勢度指數較大,其中,喬木層豐富度指數僅為3,而優勢度指數達0.6073最大。天山山地天然次生林群落,經過多年競爭、演替,闊葉樹被取代,逐步形成了天山雲杉地帶性頂極群落。一般情況下,海拔2000m以上地區,如沒有外因破壞,天山雲杉林不易為其他樹種所更替。草本植物的豐富度指數、多樣性指數、生態優勢度指數,在海拔梯度上的變化沒有顯著變化。 天山雲杉種群大小級結構呈正金字塔型,各級均有分布,幼苗占25.37%,儲備量豐富。天山雲杉存活曲線屬Deevey-Ⅲ型,即增長種群。前期死亡率較高,後期較穩定。天山雲杉種群表現為聚集型分布格局,但各生長階段聚集強度略有不同。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級的負二項指數K值均小於1,聚集強度較高。其中,Ⅰ級幼苗K值為0.104最小,表現為強聚集分布。Ⅴ級大樹的K值為1.105>1,聚集強度急劇降低。Ⅰ級幼苗到Ⅴ級大樹聚塊性指標M~*/M值由10.619逐級遞減為1.905,種群表現為逐級擴敞趨勢。並且Ⅰ級幼苗→Ⅱ級幼苗→Ⅲ幼樹的擴散趨勢較強。研究結果證實,天山雲杉幼苗階段,受種群繁殖特徵和生境異質性的影響,表現為強聚集分布。隨樹木個體生長,自疏作用和它疏作用不斷加強,導致大量林木死亡,聚集強度逐漸減弱,到大樹階段已有向輕度聚集和隨機分布發展的趨勢。天山雲杉幼苗期需要適度的庇蔭才能存活,隨幼苗的不斷生長,對於光照的需求也逐漸增強,到大樹階段,基本需要全光照,若一直處於鬱閉林冠下,生長將停滯,甚至死亡。鬱閉度大的雲杉純林林冠下更新較差或無法更新,在林窗、雲杉疏林地和部分林緣地帶天然更新較好。天然更新受多種因素影響,尤其以牲畜的影響較大,造成天然更新能力下降,林分的脆弱性加大,穩定性降低。
天山雲杉種群空間格局與動態
Spatial distribution pattern of tree individuals in the Schrenk spruce forest,northwest China
<<生態學報 >>2005年05期
李明輝 , 何風華 , 劉雲 , 潘存德 , LI Ming-Hui , HE Feng-Hua , LIU Yun , PAN Cun-De
天山雲杉(Picea schrenkiana)林是天山林區的重要針葉林.研究調查了兩塊分別代表天山雲杉不同演替階段的標準地,套用Ripley's K係數法研究了天山雲杉種群空間格局與動態.結果表明:天山雲杉是聚集型種群,天山雲杉活立木、枯死木、天山樺(Betula tianschanica Rupr.)和天山柳(Salix tianschanica Rgl.)的空間格局均為聚集型;天山雲杉枯死木的聚集強度大於天山雲杉活立木的聚集強度;天山樺和天山柳的聚集強度大於天山雲杉枯死木的聚集強度;天山樺和天山柳的空間格局隨種群所處的演替階段不同而不同,增長型種群在所有尺度上其空間格局都為聚集型,在大於70 m尺度上表現為均勻格局,而天山雲杉成熟林中的天山樺和天山柳只在小尺度(0～40 m)上表現為聚集.隨著天山雲杉的生長,其聚集強度逐漸減小,聚集半徑不斷增大.從50a以下天山雲杉到50～100a的天山雲杉其聚集強度急速減小,這有利於天山雲杉幼樹獲得足夠的資源,是天山雲杉幼樹的一種生存策略或適應機制.150a以上天山雲杉的聚集強度增加,這是由於天山雲杉生長到150a左右時開始出現成熟後死亡,形成林窗有利於天山雲杉林的更新.研究還對Rip1ey's K係數法和頻次檢驗法進行了比較,Ripley's K係數法能夠分析各種尺度下的種群空間格局,且不受樣方大小的影響,結果清楚、直觀.
天山雲杉的自毒作用及其生理學機制研究
天山雲杉是中亞和亞洲中部山地的特有種,在中國僅見於新疆,其主要分布在天山北坡,天山南坡和崑崙山西部北坡也有少量分布,對天山的水源涵養、水土保持發揮著不可或缺的重要作用。隨著經濟建設對森林物質產品需求的增長和各類經濟活動對森林生態系統干擾強度的加大,天山雲杉的天然更新問題日顯突出。基於這一問題,許多學者從幼樹所處的光照、水分和養分條件等方面進行了大量的研究,但從研究結果和所產生的效果來看,距離對這一問題的解決還有非常大的差距。為此,本研究基於“天山雲杉天然更新故障的自毒作用”假設,採用生物測定的方法,在人工氣候箱中模擬天山雲杉種子萌發和幼苗生長條件,就針葉水浸提取液對天山雲杉種子萌發和幼苗生長的影響進行了檢驗。在此基礎上,利用高效液相色譜分析方法進一步測定了經針葉和凋落物水浸提取液處理後對天山雲杉種子萌發和幼苗生長過程中內源激素的變化情況。研究所得結果如下: 在自毒作用的生物鑑定方面,兩種溫度條件(①光周期20℃、16h,暗周期15℃、8h;②光周期15℃、16h,暗周期10℃、8h)的實驗表明,天山雲杉針葉水浸提取液對其種子萌發和幼苗生長存在自毒作用。
雲杉之王驚現新疆天山上 已有737歲高齡
不久前，中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所科技人員喻樹龍、崔宇等人，在天山北坡精河流域的原始森林採集樹輪標本時發現了它。經過研究確定，這顆雲杉已有737年的高齡。
不過，這棵天山雲杉沒有大家想像的那么粗，因為它長在海拔2500多米高的石崖處，直徑僅有25厘米。年輪非常細密，但清晰明了。
據了解，這是迄今為止，在我國天山山脈發現的樹齡最長的天山雲杉活樹。2002年10月，烏魯木齊沙漠氣象研究所科技人員曾採集到一棵651歲的天山雲杉活樹樣本。
該所研究員袁玉江說，根據樹木年輪的疏密，可以研究當地不同時期的氣候變化，這次的發現對研究天山北坡氣候、水文的長期變化具有非常重要的意義。同時，也標誌著新疆的樹木年輪氣候學研究取得了新的進展。
目前，研究人員正在利用各種先進的儀器設備進行樹樣的測量與分析，揭示天山精河流域過去700多年來氣候與水文的長期變化，以填補我國在該區域年輪研究的空白。
天山雲杉年輪再現320多年新疆氣候變化
新華網烏魯木齊3月24日專電（記者毛詠）研究人員通過對新疆天山雲杉年輪寬窄變化分析研究，再現了這一地區320多年來氣候的乾濕變化狀況，其中最乾旱期出現在1701年至1722年，最濕期出現在1961年至1981年。
中國氣象局烏魯木齊沙漠研究所研究員袁玉江介紹說，雲杉直徑的生長主要集中在每年5至8月，其中5至6月份為輪寬形成最活躍的時期，可形成當年年輪的一半以上，“這一生長特性可以分析其生長年份的降水變化。”
研究人員據此發現了樹木年輪寬度指數與氣候要素之間的相關關係。大量天山雲杉年輪的寬窄變化顯示，326年來的5月下旬新疆這一區域內的降水出現了8個完整的乾濕變化階段，1701年至1722年為最乾旱期，1961年至1981年為最濕潤期，而在1719年至1959年的241年中明顯出現了緩慢變乾的趨勢，1943到1945年的雲杉甚至出現缺輪現象。
新疆5月下旬的天氣狀況主要是受大氣環流影響，由副熱帶西風急流向北推進的快慢和控制歐洲的高壓脊的雙重影響下，降水由南到北，自西向東開始迅速增加，並由此造成天山中部山區降水年際變化率加大。
雲杉屬於喜陰樹種，年輪生長較快，7月以後，年輪基本不再生長，因此5月下旬的降水多寡將直接影響這一特殊區域裡雲杉年輪的生長。
研究人員還對目前及未來乾濕變化趨勢進行分析預測：2001年至2007年為降水偏少期；2008年至2015年降水偏多，“這7年對新疆北部重要糧食作物冬小麥的長期產量預報及種植規劃布局具有重要意義。”
天山雲杉生態氣象監測基地建成投入試運行
在國家財政部修購項目“林木生長與環境監測系統”的支持下，中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所分別在阿爾泰山、天山建立起西伯利亞落葉松和雲杉生態氣象監測基地。近日，天山雲杉生態氣象監測基地的儀器設備完成系統總體安裝，並投入試運行。
該基地由3個監測站組成：山頂監測站（海拔高度2274米）、山腰監測站（海拔高度2198米）和溝底牧業氣象試驗站（海拔高度1933米）。山頂監測站安裝在山頂高山草地自然坡面上，其北坡生長著大量的天山雲杉；山腰監測站安裝在北坡天山雲杉生長區；溝底的牧業氣象試驗站周圍為草地。建成後的監測基地可監測降水（包括固態降水）、2層風速風向和溫濕度、地表紅外溫度、淨輻射、光合有效輻射、4層土壤溫度和濕度和2層土壤熱通量等氣象要素，雲杉的生長（徑向和橫向）、葉面積、光合作用、莖流與蒸騰、林間土壤碳循環等生物要素。基地採集的數據將實時傳輸到中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所氣候與綠洲冰雪研究室（中國氣象局樹木年輪理化研究重點開放實驗室）。
該基地的建成運行，將為天山山地草原-針葉林生態區研究樹木生長與氣候環境、森林生態和草地生態系統與大氣相互作用提供一個良好的科技平台。
