祁连山东段哈溪林区不同海拔青海云杉林下灌木和草本植物分布特征

祁连山东段哈溪林区不同海拔青海云杉林下灌木和草本植物分布特征

张天斌1，牛赟2，3，敬文茂2，3

(1.甘肃祁连山国家级自然保护区管理局马蹄自然保护站,甘肃 张掖 734016； 2.甘肃省祁连山水源涵养林研究院，甘肃省森林生态与

冻土水文水资源重点实验室，甘肃 张掖 734000；3.甘肃张掖生态科学研究院，甘肃省祁连山生态科技创新服务平台，甘肃 张掖 734000)

摘要对祁连山东段哈溪林区黄草岭神树沟顶、哈溪林区黄草岭大阴屲山峡及友爱十队不同海拔高度地区灌木和草本植物的分布数量、高度和覆盖度进行了调查与研究，分析了青海云杉林下灌木和草本植物的分布和生长状况，结果表明：温度为影响祁连山东段哈溪林区青海云杉林下灌木和草本植物生长的主要因子,随着海拔的降低，青海云杉林下灌木和草本植物的分布均有显著性的差异。

关键词哈溪林区；海拔；青海云杉；灌木；草本植物

收稿日期：2015-04-24

基金项目：甘肃省基础研究创新群体课题(145RJIG337)；国家自然科学基金项目(41461004)；甘肃省祁连山生态科技创新服务平台(144JTCG254)

作者简介：张天斌(1969-)，男，甘肃张掖人，大学，工程师，主要从事森林资源管理方面的研究.

通讯作者：牛赟(1974-)，男，甘肃通渭人，博士，高级工程师，主要从事森林水文学方面的研究,Email:niuyun2028@163.com

中图分类号：S791.189

文献标识码：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

祁连山是我国著名的大山之一，按地形分为东段、中段和西段，植物区系属于青藏高原植物区，祁连山林区的优势种为青海云杉。目前，对祁连山青海云杉林气象、水文、病虫害、生物多样性及其保护管理策略等方面进行了大量研究。近几年来,中央和地方政府的高度重视,采取封山育林,依法治林,退耕还林等措施，祁连山水源涵养林得到了有效保护和治理。祁连山生态恢复特征:生物物种多样性增加,发现现有维管束植物84科399属1 044种,国家一级保护动物12种,二级保护动物38种,森林害虫988种,天敌昆虫218种,大型经济真菌36种,森林病原菌59种;水、热、光资源明显改善,在水平、垂直方向都有明显差异,气温和年平均气温随海拔升高呈下降趋势,年平均气温和海拔高度之间存在着浅型关系；涵养水源较好，土壤及林冠、枯枝落叶层生态功能增强,林冠层截降水率达25%~35%,枯枝落叶层有效阻滞径流,削弱地表径流量、冲刷量,具有良好的水土保持效益。

祁连山以其优势群落青海云杉林为主体的生态系统,发挥着显著和巨大的水源效益、水土保持效益、净化空气和碳贮存效益、保护野生动植物效益,维持着祁连山及河西生态平衡和稳定。

祁连山青海云杉林生态效益是和谐社会发展的基础,通过对祁连山青海林灌木和草本植物分布特征的研究,有助于人们了解祁连山哈溪青海云杉林下灌木和草本植物种群个体属性特征的数量分布状况，特别是种群和群落与环境相互作用机理以及群落的发展、演变趋势，可以更好发挥祁连山生态效益,具有保持和促进社会稳定,增加社会就业、发展森林文化,促进林业科学技术研究,社会效益巨大,三效益协调发展。

1材料与方法

1.1　研究区概况

研究区位于祁连山东段的甘肃省武威市天祝藏族自治县西北部,介于102°01′—102°51′ E,37°16′—37°45′ N之间,属高寒半湿润气候。林区年平均气温1.8 ℃,1月平均气温-10.9 ℃,极端最高气温28.5 ℃,极端最低气温-27.8 ℃,平均温较差26.4 ℃。年降水量约400 mm,雨量主要集中分布在5—9月,占全年降水量的76%,年蒸发量1 234.8 mm,无霜期110 d。青海云杉林主要分布在海拔2 500~3 200 m的阴坡、半阴坡,林区土壤为山地灰褐土,有轻微的水土流失,林下苔藓、草本和灌丛植被分布较少,草本层优势种主要有珠芽蓼(Polygonumviviparum),薹草(Carextristachya),藓生马先蒿(Pedicularismuscicola)等。灌木层优势种主要有吉拉柳(Salixgilashaniea),金露梅(Potentillafruticasa),高山绣线菊(Spiraeaalpina)等。

1.2　样地的设置

根据研究区林带在不同海拔的分布，该研究主要选取哈溪林区海拔3 014 m的黄草岭神树沟顶 、海拔2 790 m的黄草岭大阴屲峡和海拔2 536 m的友爱十队三种不同海拔高度的样地类型，对不同样地灌木和草本植物的分布数量、植被高度及植被盖度等方面进行研究，详细情况见表1。

表1　样地的基本情况

1.3　研究方法

在不同的海拔高度各选择5个样地，面积为25 m×25 m，对样地内灌木和草本植物种类、数量、高度和盖度进行了调查和统计。用测高仪对青海云杉林下灌木逐一测量，记录数据；用皮尺对林下草本植物的高度进行测量，并记录数据，再通过对数据分析处理得到结论。

1.4　分析方法

用Excel进行统计分析与作图。

2结果与分析

2.1　不同海拔青海云杉林下灌木和草本植被数量变化分布特征

从图1中可以看出，随着海拔的下降，灌木的种类和数量都在变化。在海拔3 014 m哈溪林区黄草岭神树沟顶地区灌木仅有金露梅分布，分布数量也较少仅有4株；在海拔2 790 m哈溪林区黄草岭大阴屲峡地区灌木也只有银露梅1种，分布有17株；在海拔2 536 m哈溪林区友爱十队地区灌木分布主要是银露梅和鲜黄小檗分布数量分别是8株和2株。分析认为，研究区不同海拔高度的青海云杉林下灌木数量分别存在显著的差异，表现为海拔的降低灌木数量呈先增加后减小趋势。

图1　不同海拔青海云杉下灌木分布数

从图2中可以看出，随着海拔的下降，草本植物的数量和种类都在变化，在海拔3 014 m哈溪林区黄草岭神树沟顶地区草本植物主要以珠牙蓼和苔草分布，分布数量都特别少，珠牙蓼的分布数量为45株，苔草数量分别为30株；在海拔2 790 m哈溪林区黄草岭大阴屲峡地区还是只有珠牙蓼和苔草两种草本植物，珠牙蓼的数量是58株，苔草的数量是80株；在海拔2 536 m哈溪林区友爱十队样地没有珠牙蓼的分布，只有苔草、箭叶托吾和一种不知名的草本植物，苔草数量为496株，箭叶托吾的数量为8株，不知名草本植物的数量为1株。分析认为，研究区不同海拔高度的青海云杉林下草本植物数量分别存在显著的差异，表现为海拔的降低草本植物数量呈逐渐递增趋势。

图2　不同海拔青海云杉下草本植物分布种类及数量

2.2　不同海拔青海云杉林下灌木和草本植被高度变化分布特征

图3　不同海拔青海云杉下灌木的高度

由图3可以看出，青海云杉林下灌木在海拔3 014 m哈溪林区黄草岭神树沟顶的高度很低，金露梅的高度为0.3 m；而在海拔2 790 m哈溪林区黄草岭大阴屲峡地区青海云杉下灌木的高度相对较高，该样地中银露梅的高度为0.6 m；在海拔2 536 m哈溪林区友爱十队地区银露梅的高度是0.3 m，鲜黄小檗的高度是1.3 m。鲜黄小檗的高度是银露梅的高度的3倍多。分析认为，研究区不同海拔高度的青海云杉林下灌木的高度存在显著差异，同一海拔高度对青海云杉林下不同灌木的高度影响结果是有所不同的。

由图4可以看出，在海拔3 014 m哈溪林区黄草岭神树沟顶、海拔2 790 m哈溪林区黄草岭大阴屲峡和海拔2 536 m哈溪林区友爱十队地区，苔草的高度都为6 cm，在海拔3 014 m哈溪林区黄草岭神树沟顶和在海拔2 790 m哈溪林区黄草岭大阴屲峡珠牙蓼的高度都是7 cm，说明海拔高度降低对苔草和珠牙蓼的高度没有影响；在海拔2 536 m哈溪林区友爱十队地区，箭叶托吾的高度为6 cm，不知名草本植物高度为21 cm。分析认为，研究区不同海拔高度的青海云杉林下同种草本植物的高度都相同，海拔的降低对同种草本植物的高度没有影响；同一海拔高度下的不同种草本植物的高度存在显著差异。

图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盖度变化分布特征

图5　不同海拔青海云杉下灌木的覆盖度

由图5可以看出，随着海拔的降低，青海云杉林下灌木的覆盖度呈递增趋势，在海拔3 014 m 哈溪林区黄草岭神树沟顶地区金露梅的覆盖度为1%，在海拔2 790 m哈溪林区黄草岭大阴屲峡地区银露梅的覆盖度为2%，在海拔2 536 m哈溪林区友爱十队地区银露梅的覆盖度为3%，鲜黄小檗的覆盖度<3%。分析认为，研究区不同海拔高度的青海云杉林下灌木的覆盖度总体呈递增趋势，但是覆盖度都很小。

由图6可以看到，在海拔3 014 m 哈溪林区黄草岭神树沟顶区珠芽蓼和苔草的覆盖度分别为8%和7%；在海拔2 790 m哈溪林区黄草岭大阴屲峡地区珠芽蓼和苔草的覆盖度分别为10%和18%；在海拔2 536 m哈溪林区友爱十队苔草覆盖度为20%，箭叶托吾的覆盖度不到1%。分析认为，研究区不同海拔高度的青海云杉林下草本植物覆盖度随着海拔的降低呈递增趋势。

图6　不同海拔青海云杉下草本植物覆盖度

3讨论

3.1　不同海拔对青海云杉林下灌木和草本植被数量和植被盖度的影响

在3种不同样地类型中，海拔3 014 m哈溪林区黄草岭神树沟顶区青海云杉林内土壤温度最低，土壤湿度及含水量最大，林内空气中负氧离子浓度最高。在该海拔高度下，青海云杉林下灌木和草本植物的数量最少，说明林内温度、土壤温度及空气中负氧离子浓度是决定该海拔下青海云杉林下灌木和草本植物分布数量较低的关键因素。该海拔高度下，高寒、低温等气候因子导致青海云杉林下的灌木和草本植物不能满足正常生长的需要，因此在海拔3 014 m哈溪林区黄草岭神树沟顶区青海云杉林下灌木和草本植物的分布数量极少，进而导致该海拔高度青海云杉林下灌木和草本植物的盖度也很小。海拔2 536 m哈溪林区友爱十队地区，随着海拔的降低，同种灌木的生长高度是逐渐降低的。青海云杉林灌木的数量和盖度等结构参数均与海拔的高度有密切的关系，在不同海拔光照、温度和降水等环境因子不同，导致不同海拔青海林下灌木和草本植物数量和盖度均有所不同。

3.2　不同海拔青海云杉林下灌木和草本植被高度变化分布影响

青海云杉下下灌木和草本植物的高度受海拔的影响不明显，祁连山东段青海云杉下灌木层高度最高，一者与该区域青海云杉个体高度、生长空间大有很大的关系；二者与灌木生长所需要的营养空间也有一定的关系。在海拔2 536 m哈溪林区友爱十队的草本植物能够获得更多的生长空间，能更充分利用自然资源，因此该区草本植物数量和覆盖度均高于其他两个研究区域。

4结论

青海云杉林线一般位于高海拔偏远山区的北坡，气候条件非常恶劣，在这种严酷的环境条件下，青海云杉林内的灌木和草本植物对气候的变化具有很强的敏感性。祁连山在过去的几十年里，气温出现显著变暖的趋势。林下草本植物数量和盖度差异变化一致，随着海拔的降低，草本植物的数量和盖度都呈增长趋势。

祁连山青海云杉林大部分分布于高寒阴湿的半干旱山区，温度和水分条件是影响植物生长的主要限制性因子。祁连山气候垂直分带非常明显，随着海拔降低，降水量减少，平均气温升高。随着海拔的降低，水分条件显著不足，而平均气温明显升高，因此温度为影响祁连山东段哈溪森林青海云杉林下灌木和草本植物生长的主要因子，随着海拔的降低，青海云杉林下灌木和草本植物的分布均有显著性的差异。

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