天山云杉林土壤有机碳含量沿海拔梯度变化

【目的】 研究天山中部地区海拔对土壤有机碳含量的影响,研究区域尺度上土壤有机碳含量随海拔梯度变化,以及土壤其他因子之间的相关分析,精确估算森林生态系统土壤有机碳库。【方法】以新疆天山三个样区云杉林为对象,利用单因素方差分析和最小显著差异法等统计分析方法,研究不同海拔各土壤层有机碳含量垂直分布、积累特征及其与土壤全氮、全磷和pH值的关系。【结果】不同海拔梯度下,不同林区土壤有机碳含量随着土层深度呈逐渐减少的趋势;海拔梯度对有机碳含量的影响比较明显,尤其是2 000和2 200 m处的有机碳含量最高,1 800 m处次之,而2 400 m处最低;【结论】 三个林区有机碳含量在不同土层厚度中随海拔高度的增加无明显规律;土壤各土层有机碳含量与全氮含量为极显著正相关和土壤全磷含量为显著正相关,而与土壤pH值为弱负相关关系。     

地形因子对青海祁连圆柏林土壤有机碳空间分布的影响

做为青海三江源区主要森林类型之一,祁连圆柏（Juniperus przewalskii）林提供着重要的生态系统服务功能,尤其在增加青海省陆地生态系统碳储量方面。以青海祁连圆柏林为研究对象,采用野外样地调查、室内试验和数理统计相结合的方法,分析主要地形因子（海拔、坡向、坡位、坡度）对土壤有机碳空间分布的影响。结果表明,祁连圆柏林土壤有机碳密度均值为209.56 t·hm^-2。其中,以兴海中铁林场（247.37 t·hm^-2）最大,泽库麦秀林场（158.96 t·hm^-2）最小,各区域间存在一定差异。青海祁连圆柏林土壤有机碳密度随海拔增加呈先升后降的趋势,其中,以海拔3 500～3 700 m范围最大,为255.93 t·hm^-2,海拔2 900～3 100 m最小,为152.03 t·hm^-2;土壤有机碳密度随坡度增大而下降,坡度5°～15°最大,为297.22 t·hm^-2;下坡位（251.76 t·hm^-2）＞中坡位（212.56 t·hm^-2）＞上坡位（153.24 t·hm^-2）;阳坡土壤有机碳密度（206.72 t·hm^-2）略低于阴坡（215.55 t·hm^-2）。通过t检验,不同海拔、坡度和坡位间土壤有机碳密度存在差异。总之,在不同立地因子中,海拔和坡位是调控祁连圆柏林土壤有机碳密度的主导因子。     

更新方式对天山云杉林土壤碳氮的影响

【目的】 研究天山云杉林不同更新方式对土壤碳氮的影响,了解碳、氮的生物地球化学循环。【方法】 采用典型样方法,研究新疆天山云杉林不同更新方式对土壤碳氮含量的影响。【结果】 不同更新方式下林地土壤有机碳、全氮含量均随着土层加深呈逐渐下降的趋势。不同更新方式间土壤有机碳含量的差异主要在0~25 cm土层。与老龄云杉林相比,更新后,天然更新林、人促更新林和人工更新林0~10 cm土层土壤有机碳含量分别下降21.08、27.83 和53.2 g/kg, 10~25 cm土层分别比老龄云杉林下降9.09、13.88和13.83 g/kg,且与老龄云杉林差异均达到显著水平(P < 0.05);而不同更新方式间全氮含量的差异主要在0~10 cm土层,分别比老龄云杉林下降0.44、0.71和0.98 g/kg,且与老龄云杉林差异均达到显著水平(P < 0.05)。不同更新方式对林地土壤有机碳及全氮储量的影响不同,75 cm深土壤有机碳及全氮储量的大小顺序依次为,天然更新林＞人促更新林＞人工更新林。【结论】 不同更新方式对林地土壤碳氮影响程度不同,人工更新林土壤碳氮含量比天然更新林土壤下降的更为明显,其中表层土壤反映最为敏感,下降最快。     

地形因子和物理保护对张广才岭次生林土壤有机碳密度的影响

在张广才岭西部典型低山丘陵次生林区,按坡位、坡向差异对等设置36块样地,采集1 m深度剖面内不同发生层土样,研究了地形因子(坡位、坡向、坡度)对土壤有机碳含量、有机碳密度的影响,以及土壤有机碳与物理保护因子(黏粒、团聚体)的关系,并借助逐步回归分析量化各地形因子对土壤有机碳密度变异的相对贡献。结果表明,本地区土壤有机碳具有较大的空间变异性,土壤剖面的有机碳密度范围为8.9～31.3 kg/m。土壤有机碳的表聚特征明显,平均而言腐殖质层(A1层)集中了全剖面总有机碳的55.2%。坡位和坡向显著影响土壤有机碳的分布:下坡A1层有机碳密度是上坡的1.83倍,其1 m剖面有机碳密度是上坡的1.67倍, 阴坡A1层有机碳密度是阳坡的1.37倍,其1 m剖面有机碳密度是阳坡的1.17倍。坡度对上、下坡土壤有机碳含量和密度均无显著影响。排除坡位和坡积埋藏层等影响因子后,土壤有机碳含量、有机碳密度与黏粒、团聚体均无显著相关性,因此黏粒保护和团聚体保护并非土壤有机碳积累的控制因子。逐步回归显示,坡位是土壤有机碳数量分异的主控因子,可独立解释A1层有机碳密度空间变异的57.4%与1 m剖面有机碳空间变异的63.2%, 下层土壤埋藏层则是主控因子,可独立解释沉积层(B层)有机碳密度空间变异的63.4%, 黏粒和团聚体作为公认的土壤有机碳物理保护因子,却因贡献较小而在逐步回归过程中被剔除。研究结果可为区域森林土壤碳储量准确估算和碳汇林立地选择提供参考。      

天山北坡中段土壤有机碳含量的空间分异

[目的]研究天山北坡中段土壤有机碳含量的空间分异。[方法]通过对天山北坡中段海拔1 200~1 900 m的垂直带内进行系统采样和实验室测试,分析该地区土壤有机碳含量的空间分异和分布特征。[结果]土壤有机碳含量与海拔存在显著正回归关系,在0~100 cm土层内,土壤有机碳含量表现为荒漠草原耕地山地草原山地森林;天山北坡的荒漠草原、山地草原、山地森林和耕地内,土壤有机碳含量在剖面垂直分异明显,随深度增加呈幂函数递减趋势,下降速率表现为山地森林山地草原荒漠草原耕地;Co Kriging插值比单因素Kriging插值拟合精度更高,更好地反映出研究区土壤有机碳含量的空间分布情况;土壤有机碳的空间分异与地理空间的水热组合条件、生长植被类型、群落植物生物量分配模式以及人为扰动有关。[结论]该研究为天山生态系统固碳功能评估和土地资源管理和利用提供科学依据。     

天山云杉林年龄结构的研究

本文根据8块皆伐标准地材料,分析了天山云杉林的年龄结构、林木年龄与直径之间的关系以及林分更新成林过程,提出了天山云杉林的年龄结构类型。又据449块标准地材料对天山中东部林区天山云杉林的年龄结构状况做了估计,同时提出了天山云杉林林木调查因子测定方法及采伐更新方面的意见。     

微地形对云冷杉阔叶混交林土壤有机碳和全氮的影响

  目的  土壤有机碳与全氮是土壤质量评价的重要指标,同时与全球碳氮循环和气候变化密切相关。地形,尤其微地形是驱动土壤特征空间异质性的重要因素。本文旨在探究微地形对土壤有机碳和全氮的影响,为无人机数据应用与东北天然林土壤养分管理提供依据。  方法  以云冷杉阔叶混交林为对象,通过无人机激光雷达数据提取4块1 hm2样地中400个10 m × 10 m样方的微地形因子,采用相关性分析和冗余分析研究微地形对土壤有机碳和全氮的影响。  结果  研究区20 ~ 40 cm土层土壤有机碳和全氮均与高程呈极显著正相关（r = 0.26,0.25,P < 0.01）,0 ~ 20 cm土壤全氮含量与坡度呈极显著正相关（r = 0.18,P < 0.01）,其余相关性皆不显著。各样地的相关性分析结果存在差异。样地Ⅰ土壤有机碳与高程呈负相关（0 ~ 20 cm:r = ?0.37,P < 0.01;20 ~ 40 cm:r = ?0.21,P < 0.05）,样地Ⅲ与样地Ⅳ 20 ~ 40 cm土壤有机碳与高程呈负相关（r = ?0.20,?0.21,P < 0.05）,样地Ⅲ 0 ~ 20 cm土壤有机碳与坡向呈正相关（r = 0.26,P < 0.05）;样地Ⅰ20 ~ 40 cm土层土壤全氮与高程呈负相关（r = ?0.34,P < 0.01）,与复合地形因子平面曲率呈负相关（r = ?0.24,P < 0.05）。在冗余分析中,RDA1约束轴的解释率达到88.05%,其中高程与20 ~ 40 cm土壤有机碳向量夹角较小,呈正相关关系,且高程与坡向对土壤有机碳和全氮有较大影响。  结论  对比样地中心法和缓冲区法两种方法提取的无人机激光雷达数据,发现样方中心法选取的地形因子更多,且回归模型R2较大。微地形中的高程、坡度、坡向均对云冷杉阔叶混交林表层土壤有机碳和全氮有一定影响。以研究区4块样地整体和样地个体为尺度,分析微地形因子与土壤有机碳和全氮的相关性时发现,两者存在较大差异,表明云冷杉阔叶混交林土壤有机碳和全氮具有很强的空间异质性,且与简单地形因子的相关性强于复合地形因子。      

黄土高原小流域不同地形下土壤有机碳分布特征

研究了黄土高原小流域尺度塬面、坡地、沟道和梯田4种地形条件下土壤有机碳总量和活性组分的分布、储量及碳库管理指数的差异.结果表明,小流域土壤有机碳和不同活性有机碳的变异系数介于32％-70％之间,表现出中到高度的变异特征.4种地形下各组分有机碳含量和储量以塬面土壤最高,沟道土壤最低,并随土层深度的增加而降低,降低程度随有机碳活性增强而增加.以塬面土壤为对照所获得的碳库管理指数可灵敏指示有机碳对地形条件的响应特征,中活性有机碳库管理指数的指示效果最好.研究结果可部分解释黄土高原土壤有机碳地带性分布特征.     

天山北坡中部天山云杉林植物多样性沿海拔变化特征

海拔对物种多样性的影响是生态学领域研究的热点.通过对天山云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey.)林地上植被进行调查,计算地上植被α多样性指数,分析物种多样性与海拔梯度间的相关性,为天山云杉林地上植被沿海拔梯度分布提供依据.分析得出,海拔1750～2150 m,共鉴别出64种植物,隶属32科...     

天山云杉林下土壤物理性质空间异质性研究

天山云杉(Picea schrenkiana var.tianschanica)是整个天山植被群落的优势树种和建群种,在新疆天山中段天山云杉分布海拔范围(1 960～2 700 m)内,按海拔梯度每隔100 m取样,研究不同海拔高度天山云杉林下.土壤物理性质的变化规律.结果表明:(1)土壤容重随土层深度的增加而增加,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤含水量、土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量随土层加深而减小;(2)0～60 cm土层中,在海拔1 960～2 300 m之间,随着高度的增加,土壤容重逐渐减小,在2 300-2 700 m之间则相反;(3)在海拔1 960～2 300m范围内,土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度、毛管持水量、饱和持水量和田间持水量随海拔升高逐渐增大,在海拔2 300 m以上.随高度增加而逐渐变小;非毛管孔隙随着海拔高度的变化不大.(4)海拔2 500 nl处的土壤自然含水量最高.     

两种不同干扰方式下的天山云杉更新格局

该文采用点格局分析方法，对新疆天山中部林区天山云杉林在林冠和强度择伐干扰方式下的天然更新格局进行了研究.结果表明:在林冠干扰方式下，林冠空隙（林窗）内天山云杉天然更新幼树/幼苗呈现聚集分布，并在每一聚集分布中都有最大聚集强度；林冠空隙内天然更新幼树/幼苗与林冠空隙形成木呈现出在空间位置上的依存关系.这在所研究的尺度范围内（130 m×80 m标准地），强度择伐干扰后天山云杉保留木呈现聚集格局，天然更新幼树/幼苗与保留木之间依空间尺度由小到大而在空间上呈现斑块镶嵌、随机排列和空间依存，天然更新幼树/幼苗与择伐作业采伐木伐桩呈现出在空间位置上的依存关系.表明在天山云杉林分中，天然更新幼树/幼苗与强度择伐作业采伐木伐桩之间具有类似于其与林冠空隙形成木之间的空间位置关系.说明在创造天然更新的条件上，强度择伐作业的采伐木具有某些与林冠空隙形成木相同的生态作用.      

天山云杉林生物量及其变化规律的研究

选择新疆天山山脉从西到东处于不同经度位置3个地点(巩留、乌鲁木齐和哈密)的天山云杉林群落进行垂直样带调查,根据所调查数据及已建立的回归方程推算了不同地点天山云杉林的生物量,并分析了其随海拔梯度和林木径级的变化规律.结果表明:不同地点天山云杉林生物量变化在100.921t·hm-2和436.915 t· hm-2之间,不同地点天山云杉生物量总体呈现西部大于中东部的趋势,天山云杉生物量随海拔梯度和林木径级的变化总体上都呈现单峰型.     

基于机载激光雷达数据的天山云杉林蓄积量反演模型构建

构建多变量的天山云杉林Schumacher蓄积收获模型,提高林分蓄积量反演精度,获得便捷、快速提取森林蓄积信息的技术方法,为探索山地天然林精准监测与评价提供技术途径。以2020年激光雷达影像与样地实测数据为研究材料,在激光雷达影像图中提取遥感因子,代入Schumacher蓄积收获模型中,通过再参数化来构建适用于天山云杉林的可变密度收获预估模型,并进行精度检验。结果表明,激光雷达影像分辨率较高,进行点云数据处理后,树高提取精度为89.64%,每公顷株数提取精度为85.13%,坡度提取精度为84.26%,坡向提取精度为84.26%,海拔提取精度为97.25%。结合Schumacher蓄积收获模型构建天山云杉蓄积量反演模型,R²=0.80,将检验数据代入模型中,估测蓄积量与实测蓄积量平均精度为90.22%,模型的拟合度较好。研究将立地因子、林分密度、林龄等变量引入Schumacher蓄积收获模型,对于天山云杉的蓄积估测精度有较大提高,优于以往经验模型,满足新疆山地天然林数字经营管理的标准。     

天山云杉林不同发育阶段种群分布格局研究

以新疆西部天山云杉林6hm2永久样地调查数据为基础,采用点格局分析方法,对不同发育阶段的天山云杉种群空间分布格局和种群之间相关性进行统计分析。结果表明:1)调查样地内天山云杉群落物种组成简单,仅7个物种,区系成分均为温带成分,是以天山云杉为主的单优植物群落。2)样地内天山云杉大树个体数较多,小树和中树个体数较少,不同发育阶段其个体密度大小顺序为:大树中树小树,表现为衰退型种群。3)天山云杉不同发育阶段种群分布格局与研究尺度紧密相关,各发育阶段均以聚集型分布为主;不同尺度下均表现为小树的聚集强度最大,中树次之,大树最小。4)天山云杉种群不同发育阶段之间存在着相关性,大树和小树表现为显著的负相关;中树和小树在中小尺度上呈现显著的正相关,大尺度上相关性不显著;中树和大树相关性不显著。     

基于无人机影像的天山云杉林树高提取及蓄积量的反演

【目的】提取影像高程数据建立模型反演天山云杉林分蓄积量,为天然林保护工程实施后天山云杉生态恢复与科学管理提供参考依据。【方法】以新疆天山西部巩留县恰西森林公园的天山云杉(Picea Schrenkiana var. tianshanica)为研究对象,无人机航拍影像与样地每木检尺为数据源,使用点云分类与克里金插值法提取无人机影像高程数据得到天山云杉树高,根据样地实测数据建立胸径树高模型,最终根据胸径树高模型反演天山云杉林林分蓄积量。【结果】利用无人机影像提取树高与实测树高存在显著正相关关系,提取平均精度为88.42%,建立天山云杉胸径-冠幅模型的相关系数为0.696,而胸径-树高模型的相关系数为0.730;验证胸径-树高模型,计算RMSE值为12.386,拟合效果显著。基于胸径-树高模型反演林分蓄积量精度为87.66%,与实测值比对,残差值大部分落在(-2,+2)残差区间。【结论】采用局部最大值算法对天山云杉林树高信息的提取效果较好,建立胸径-树高模型弥补了无人机不能对胸径直接测量的缺陷,进而反演天山云杉林林分蓄积量。     

天山北坡中部天山云杉1 a生天然更新幼苗存活数量与功能性状的微生境分析

【目的】分析天山云杉(Picea schrenkiana var.tianschanica)1 a生天然更新幼苗存活数量和功能性状与微生境因子的相互作用及关系,为环境筛(environmental filter)在天山云杉幼苗定居阶段筛选作用提供参考。【方法】采用冗余分析(redundancy analysis, RDA)方法,分析天山云杉1 a生天然更新幼苗存活数量和功能性状与微生境因子的关系,并选用层次分割法定量分解微生境因子的解释率。【结果】显著影响天山云杉1 a生天然更新幼苗存活数量和功能性状的微生境因子有苔藓厚度、枯落物厚度、草本盖度、根系盘结层厚度、大树邻体效应和海拔、坡位,可解释47.43%的天山云杉1 a生天然更新幼苗存活数量和功能性状变异。其中,由苔藓、草本、枯落物构成的林下地被物的解释率为26.16%,根系盘结层厚度和海拔高度的解释率分别为9.79%和5.95%。【结论】天山云杉林下的枯落物、苔藓和土壤根系盘结层厚度,以及林地所处的海拔高度对天山云杉1 a生天然更新幼苗的存活具有较强的筛选作用。     

基于无人机影像的天山云杉林更新类别划分及提取

森林伐后更新对森林资源的有效利用密不可分,对森林的经营管理和动态监测具有重要意义。为了对不同皆伐迹地林分进行主要特征选取并实现高精度提取,本研究通过分析天山云杉皆伐迹地更新群落特征,并利用R软件进行聚类分析,将其划分为4个类别(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ),其林分平均年龄为33、28、25 a和20 a;平均胸径分别为25.62、17.95、13.03 cm和10.05 cm;平均树高为12.25、10.02、8.92 m和7.53 m。基于eCognition Developer 9.0软件,对研究区进行多层次、多尺度分割,以无人机影像的纹理、光谱等特征为辅助信息进行SEaTH算法结合面向对象分类。结果表明,研究区皆伐迹地林分生长状况主要为类别Ⅰ状态,类别Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分布面积相对较少。SEaTH算法结合隶属度分类方法,不仅准确地识别出皆伐迹地空间分布情况,还精确地提取出不同类别的天山云杉林,总体精度达到80.22%,Kappa系数为0.73,平均面积吻合度为81.34%。该方法取得了较好的分类效果,可精确地对伐后更新林分进行分级提取,为森林经营管理提供一定的参考依据。     

天山北麓中段土壤侵蚀影响因素及特征分析

通过对天山北麓中段土地类型、河流径流和植被覆盖等土壤侵蚀影响因素的空间分布特征分析认为 :1天山北麓中段主要侵蚀类型为风蚀、水蚀、冻融侵蚀及人为加速侵蚀 ;2侵蚀产沙类型以及产沙强度在空间上具有明显的垂直变化规律 :沙漠以风力侵蚀、高山和亚高山以冻融侵蚀为强烈侵蚀类型 ,普遍存在微度水力侵蚀 ,局部表现为中度甚至强度 ;3水蚀类型有冰川融雪径流侵蚀和降雨径流侵蚀两种方式。天山北麓中段河流产沙时间上主要在每年的 5月初至 8月末 ,且冰川雪水径流产沙要比雨水径流产沙量大 ,空间上则主要位于海拔 80 0～ 1 50 0 m的由第三纪、第四纪地层和黄土堆积所组成的中、低山丘陵地