四川林科院研究项目.docx

1、四川林科院研究项目四川省林科院2003年度研究项目执行情况报告项目名称：四川卧龙亚高山暗针叶林生态系统定位研究项目编号： 2001010 承担单位：四川省林业科学研究院 负责人： 刘兴良 宿以明 专题经费：42万元 累计拨款金额：12万元 专题起止年月：2001年1月至2005年12月 填报日期： 2003年 12月 25日一、计划任务书（合同）年度计划、指标2003年：开展植被、气象、水文及森林碳分布规律研究。其中植被、气象、森林土壤水分全年观测。2001-2005年主要考核指标：1、依据森林生态系统定位观测及数据库设计完善并补充更新资料，建立数据库；2、完成卧龙地区动、植物编目，编出动植物

2、名录；3、提出川西高山林区C贮量及分布格局；4、建立森林与水的相关模型；5、公开发表论文、研究报告10篇。二、实际执行和完成的具体指标（注明哪些完成、哪些未完成）1、正在补充和更新资料，包括小气候观测资料、测流堰及林冠截流、树干径流、凋落物测定、土壤水分、植被调查、生物生产力等资料，建立和完善数据库；2、卧龙地区动植物相关资料收集和补充调查已经完成，动植物编目工作正在进行；3、据生态站历年研究资料和调查，已经完成川西亚高山地区15种植被类型生物量资料的整理，植物器官C元素分析工作已初步开展；4、观测仪器老化和损坏，测流堰观测一度终止；5、已公开发表论文6篇，完成2001-2005年计划的40%

3、。三、年度主要研究进展和取得的成绩（应详细汇报，包括图、表等，可另加页）1、试验示范或监测和规划研究进展(含试验示范技术体系名称、内涵、目的；物种（名称）筛选利用、试验、示范及推广面积等情况)2003年度继续进行两个小气候观测站的工作，形成了连续的观测资料。继续开展箭竹-岷江冷杉林、箭竹灌丛和杂灌林林冠穿透水连续观测和岷江冷杉树干径流的观测工作。完成了箭竹-岷江冷杉林和川滇高山栎灌丛固定标准地调查资料的整理和统计。继续开展箭竹-岷江冷杉林和川滇高山栎灌丛凋落物的收集，完成了凋落物各组分生物量的测定。（附件）初步研究结果(一)土壤水分动态研究在研究区范围内，选定四种不同且比较典型的植被类型，即箭

4、竹-岷江冷杉林、川滇高山栎灌丛、杜鹃灌丛和亚高山草甸，研究其土壤水分的动态变化。采用铝盒取土，在雨季进行。每月10、20、30日取土，分三层（020、2040、4060cm），重复三次。研究结果表明，阴坡植被类型的土壤含水量高于阳坡，即阴坡分布的箭竹-岷江冷杉林、杜鹃灌丛、亚高山草甸高于阳坡分布的川滇高山栎灌丛的土壤含水量。从阴坡植被类型的土壤含水量也可看出，杜鹃灌丛和岷江冷杉林高于亚高山草甸。一般规律为：随着土壤深度增加，含水量降低。该区域年降水量丰富，土壤含水量均处于较高水平。要真正了解各植被类型的土壤水分动态，应进行全年不间断的观测。（二）植物区系研究在调查的基础上，结合有关文献，对卧龙

5、自然保护区木本植物和蕨类植物区系地理特点进行了分析，结果表明：卧龙地区有母本植物83科、224属和684种（含种以下等级，不含栽培中）；卧龙地区以温带成分为主，占总属数58.33%，热带成分占36.56%；卧龙地区稀有濒危植物、单种属、少种属、中国特有属均占较大比例，说明其历史起源的古老性；卧龙地区木本植物地理成分复杂，联系广泛，分布交错，特别是热带、亚热带科、属种耐寒种类及中国西南特有成分的增多，为“川西山地欧亚大陆热带、亚热带的高山温带成分的发源地”提供了有利证据。卧龙地区有蕨类植物32颗68属183种，具有占主导地位的大科，拥有大量树种，但大部分科内属、种贫乏；地理成分多样，属和种分别由

6、13个和11个分布区类型（含变型）；有58种为中国特有分布，并有2个中国特有属；在属和种的分类等级上分别以热带成分和温带成分占优势，对种来说，它们与热带蕨类植物区稀有一定的亲缘关系；东亚成分有93种，在两种变型中，中国-喜玛拉雅分布占31种，中国-日本分布占39种，该区处于中国-喜玛拉雅和中国-日本成分的交汇地区。（三）植物群落多样性研究就植物群落而言，以个体数作为多样性测度指标时会带来很大的误差，所以Pielou、Whittaker等学者建议采用相对盖度、重要值或生物量等作为多样性测度的指标，本研究选用重要值作为多样性的测定指标。这里，重要值（IV ）的含义为：乔木和灌木：IV =（相对密度

7、+相对盖度+相对频度）*100草本：IV =（相对盖度+相对频度）*100根据许多文献所评述的植物群落多样性测度方法，选择了以下四种进行测度：丰富度指数物种丰富度指数：S =出现在样地的物种数多样性指数：Simpson指数 D =1-Ni(Ni-1)/N(N-1)Shannon-Wiener指数 H=-PilnPi均匀度指数：Pielou指数 J =(-PilogPi)/logs式中，Ni 为第i个物种的重要值；N 为群落（样地）中所有物种重要值之和；Pi =Ni/N为第i个物种的相对重要值。（1）箭竹-岷江冷杉林群落多样性研究箭竹-岷江冷杉林群落调查样地位于卧龙邓生阴坡，海拔2780m的河谷

8、底部，坡度40度左右，岷江冷杉林龄在200年以上。在箭竹-岷江冷杉林内设置6060m的永久性观测样地，样地内设置巢式样方分别调查乔木、灌木、草本和苔藓植物。共设置9个20*20m的乔木调查样方，18个4*4m的灌木调查样方，36个1*1m的草本和苔藓植物调查样方。乔木树种树高大于1.8m者计入乔木层，树高小于1.8m者计入灌木层；灌木或小乔木胸径大于3cm者计入乔木层，其余记入灌木层。乔木计录种类、胸径、树高和冠幅并统计株数；灌木计录种类、株数、高度和盖度；草本计录种类、高度和盖度。最后分层计算各植物种类的重要值和各层次的多样性。箭竹-岷江冷杉林重要值排列前三位的植物种是：乔木层：岷江冷杉、红

9、桦和华铁杉；灌木层：紫箭竹、巴朗杜鹃和陇塞忍冬；草本层：鞭打绣球、膨囊苔草和阔柄蟹甲草。值得一提的式巴朗杜鹃，虽然密度不大，但是盖度较大，因而重要之相对较大。箭竹-岷江冷杉林3600m2样地共有植物74种，其中乔木层10种，灌木层31种（含乔木层部分种类），草本层33种，物种丰富度表现为草本层灌木层乔木层。Simpson指数表现为：草本层乔木层灌木层，后两层差异极小，Shannon-wiener指数为草本层灌木层乔木层，Pielou均匀度指数三层大小排序为草本层乔木层灌木层(表1)。表1 箭竹-岷江冷杉林群落3600m2样地植物多样性指数层次多样性指数物种丰富度(S)Simpson指数(D)S

10、hannon指数(H)Pielou均匀度指数(J)乔木层100.69791.56880.6813灌木层310.69022.05770.5992草本层330.9062.73960.7835（2）川滇高山栎灌丛群落多样性研究从卧龙邓生河谷地带川滇高山栎分布的最低线开始，每隔100m海拔高度设置一个固定样地。样地面积1010m，内分为四个55m样方调查灌木，每个55m样方内设2个11m小样方（共8个）调查草本植物。灌木层计录植物种类、盖度、密度和高度，草本层记录植物种类、盖度和高度。计算各植物种的重要值及群落和不同海拔梯度的多样性指数。川滇高山栎灌从灌木种重要值排列前三位的是：川滇高山栎、鞘柄菝契和

11、小叶荀子，第一种占绝对优势地位，处于主林层；鞘柄菝契处于下层，高度仅1m左右，但株数多，密度大；小叶荀子则处于林下匍匐生长，盖度大。草本层植物种重要值排列前三位的是：糙野青茅、华东蹄盖蕨和双花堇菜。糙野青茅是本区域亚高山草甸的主要种类，郁闭度小的川滇高山栎林下和林窗，糙野青茅占绝对优势。川滇高山栎灌丛灌木层植物种21种，草本植物64种，三个多样性指数均是草本层大于灌木层（表2）。表2 川滇高山栎灌丛植物多样性指数层次物种丰富度(S)Simpson指数(D)Shannon指数(H)Pielou均匀度指数(J)灌木层210.78782.12290.6973草本层640.88153.0870.742

12、3从不同海拔高度川滇高山栎灌丛群落的多样性可以看出，灌木种丰富度随着海拔升高而减小，四个海拔梯度分别是15、12、9、8种，与草甸接壤地带种类更少；草本种丰富度指数前三个海拔梯度逐渐降低，第四梯度增大，且为四个海拔梯度的最大值（38种），与灌木相反，与草地接壤地带，草本植物种类会更多。三种指数均是2720m处最大 (表3)。表3 川滇高山栎灌丛植物多样性指数层次海拔高度(M)物种丰富度(S)Simpson指数(D)Shannon指数(H)Pielou均匀度指数(J)灌2720150.832.18540.807木2820120.73571.80120.7248层292090.74681.6561

13、0.7537302080.74151.6160.7772草2720330.94473.06250.8759本2820310.76372.28250.6647层2920270.89662.7290.8283020380.87272.79710.769（四）岷江冷杉林主要乔木树种的演替趋势分析由于年龄与胸径及树高生长密切相关，存在随着年龄的增长径级和树高越大的规律，只是越来越缓慢。根据这一特点，应用径级和树高的分布频率（表4），探讨各树种的演替趋势结果表明：红桦虽表4 三个主要树种径级和树高度级分布径级（m）分布频率（%）树高级(cm)分布频率（%）岷江冷杉红桦华铁杉岷江冷杉红桦华铁杉579.87

14、70.2764.29579.87070.2764.295.1-102.6010.811.795.1-103.89612.165.3610.1-150.975.411.7910.1-150.64910.811.7915.1-200.976.761.7915.1-203.2475.4116.0720.1-250.654.053.5720.1-255.8441.3512.5025.1-301.301.351.7925.1-306.49430.1-351.621.353.5730.1-3535.1-401.955.3635.1-4040.1-452.921.7940.14545.1-500.971.7

15、945.15050.1-552.601.7950.15555.1-601.951.7955.16060.1-650.973.5760.16565.1-700.001.7965.17070.1-750.651.7970.17575.1-801.7975.180然占次要地位，但从径级和树高级的株数分布频率来看，径级和树高越小，分布频率越大，说明具有发展的趋势，岷江冷杉林为过熟林，由于林窗的发生给喜阳的红桦更新提供了机会；岷江冷杉胸径小于5cm、树高小于5m的株数最多，但在中间有一段频率较低，林下更新可能具有间断发生的特点，同时更新苗主要集中在林窗下，具有林窗更新的特点。虽然数量众多的幼苗和幼树不会

16、全都生长到主林层，由于竟争将造成部分死亡，但岷江冷杉林是本区域的顶级演替群落，其他树种占次要地位，在无大的人为和自然干扰的情况下，将不会被其它树种所更替。华铁杉也具有阶段发生和林窗更新的特点，与岷江冷杉形成伴生状态。（五）林冠截留和干流研究在岷江冷杉林(林冠郁闭度0.6)内砍除杂灌，机械布设6个20*200cm的接水槽测定乔木层林冠穿透水；在岷江冷杉林林窗中的箭竹冠层（盖度0.95）下机械设置3个20*200cm的接水槽，测定箭竹冠层穿透水；在以川滇高山栎和柳树为主的杂灌(盖度0.8)冠层下设置2个上述规格的接水槽。观测工作在雨季进行。在岷江冷杉林内选择6株不同径级的林木，缠绕胶管测定树干径流

17、。由于无降雨的自计观测，不能计算降雨强度，仅统计每月的穿透水和降雨量的总和。2001年观测月份太少，仅以2002年的观测结果进行说明。研究结果表明，三种林冠截留量和截留率达小排序为紫箭竹林冠、杂灌林冠、岷江冷杉林冠。2002年410月的降雨量为643.7mm，岷江冷杉林冠截留量为139.76mm，截留率为21.7%；紫箭竹灌丛截留量为249.45mm，截留率为38.8%；杂冠林分别是144.99mm和22.5%（表4）。三种林灌截留量（率）与降雨强度的关系有待进一步研究。岷江冷杉林410月树干径流量为0.478mm，干流率为0.74。由于岷江冷杉生长到一定年龄后树皮厚而粗糙，树体高大、枝下高较

18、大且枝叶平展，树干自身能吸附一定量的雨水，同时降低了雨水下流的速度，所以干流量（率）微小，干流滞后。研究发现，径级较小的树干，由于树皮光滑，树体相对矮小，干流量可达大树的几倍乃至几十倍。表5 岷江冷杉林林冠截留量、干流量及干流率月降水日数降水量（mm）岷江冷杉林紫箭竹林杂灌林岷江冷杉林截留量（%）截留率（）截留量（%）截留率（）截留量（%）截留率（）干流量（%）干流率（）46404.110.210.726.78.521.20.0360.9051592.820.121.729.932.219.821.30.0720.78616121.321.217.545.637.626.321.70.0830

19、.69714135.434.425.452.538.836.827.10.1270.9481690.221.624.037.241.212.714.00.0390.4391370.78.211.630.943.716.423.20.0260.37101293.330.232.342.745.824.726.40.0951.02合计92643.7139.7621.7249.4538.8144.9922.50.4780.74（六）植被生物量研究依据相对生长法，用川滇高山栎灌丛各径级个体地径、植株高度与各器官生物量进行相关显著性分析表明（表6），川滇高山栎灌丛个体地径、植株高度与各器官生物量间具有显

20、著的相关关系，而且川滇高山栎个体地径、植株高度、以及干、皮、枝、叶、总生物量等两两间的相关均达到极显著水平。表6川滇高山栎灌丛个体地径、株高度与各器官生物量的相关矩阵项目地径高度D2H生物量干皮枝叶总计地径1高度0.9053761D2H0.9013270.885671干0.8801200.8668020.9936091干皮0.8855750.8851920.9921340.9982551枝0.8549090.7728470.9578890.9615390.9513061叶0.9431620.8570360.9672330.9565970.9509820.9675421总计0.8893350.8

21、402520.9880110.9911860.9858310.9884570.9776961再以生物量（W）为因变量，地径（D）、树高（H）、D2H为自变量,采用Y=aXb , Y=aeb, Y=aX+b, Y=1/(u+abX), Y=a+blnX等数学模型进行回归拟合，求出相应参数a, b的值，经筛选建立了估测川滇高山栎单株器官生物量的统计模型（表7），从筛选建立的川滇高山栎单株器官生物量的统计模型来看，用地径（D）、树高（H）估测单株林木器官生物量的适合模型均为指数模型和幂函数模型，且以指数表7 川滇高山栎个体及其器官的生物量统计模型对应关系模型因变量自变量ab相关系数样本数DWwY=a

22、Xb干生物量（Ww）皮生物量(Wbb)枝生物量（Wbr）叶生物量（Wl）总生物量（Wt）地径（D）0.0263492.3850520.957706 24Y=aebx0.0180050.7722310.928238 24DWbb Y=aXb0.0066542.3052410.987812 24Y=aebx0.0048260.7323550.939410 24DWbr Y=aXb0.0088432.9551800.987618 24Y=aebx0.0058220.9407320.941124 24DWlY=aXb0.0135872.2782790.982246 24Y=aebx0.0098750.

23、7243010.934778 24DWt Y=aXb0.0608992.4394850.977577 24Y=aebx0.0415000.7880810.945365 24HWw Y=aXb干生物量（Ww）皮生物量(Wbb)枝生物量（Wbr）叶生物量（Wl）总生物量（Wt）树高（H）0.0387590.0387540.959026 24Y=aebx0.0109371.4121410.916052 24HWbb Y=aXb0.0098482.8960600.978424 24Y=aebx0.0029511.3480150.933170 24HWbr Y=aXb0.0157593.5871360.

24、945179 24Y=aebx0.0036791.6522520.892050 24HWlY=aXb0.0211642.7692190.941308 24Y=aebx0.0067991.2812500.892391 24HWt Y=aXb0.0939813.0330460.958281 24Y=aebx0.0266141.4115420.913807 24D2HWw Y=aX+b干生物量（Ww）皮生物量(Wbb)枝生物量（Wbr）叶生物量（Wl）总生物量（Wt）D2H0.017341-0.0140090.993724 24Y=aXb0.0280340.8761300.968044 24D2HW

25、bb Y=aXb0.0071080.8431260.996226 24Y=aX+b0.0033700.0059810.992134 24D2HWbr Y=aXb0.0098691.0705820.986580 24Y=aX+b0.016277-0.0738870.95788924D2HWlY=aXb0.0147760.8256650.981576 24Y=aebx0.0053110.0638960.967233 24D2HWt Y=aX+b0.042293-0.0224700.988011 24Y=aXb0.0657230.8896370.983043 24模型为最佳，而用D2H估测单株林木器

26、官生物量的适合模型均为直线和指数模型，以直线统计模型为最佳，指数模型也能达到估测效果；还可以看出，所筛选统计模型的相关系数较高，在0.8820.996之间，达到极显著水平，而且剩余回归标准差较小，说明估测值与实测值的拟合度高，估测误差小，同时，该组统计模型消除了树种、林型和立地条件不同的影响，可以认为所筛选的统计模型估测林木的生物量比较优越。在实际应用中，选用地径（D）或树高（H）可估测川滇高山栎单株生物量，根据样地的每木资料即可计算川滇高山栎种群的单位面积生物量。川滇高山栎灌丛群落生物量平均为33 891.8kg.hm-2，各组分生物量从大到小排序为川滇高山栎枯枝落叶层伴生灌木苔藓层草本层。

27、其中，川滇高山栎生物量为26 408.7 kg.hm-2，占总生物量的77.92%，枯枝落叶层生物量为5 979.1 kg.hm-2，占总生物量的17.64%，伴生灌木的生物量为725.3 kg.hm-2，占总生物量的2.14%，苔藓层生物量为417.5 kg.hm-2，占总生物量的1.23%，草本层生物量最低为361.2 kg.hm-2，占总生物量的1.07%（表8）。表8 川滇高山栎灌丛群落生物量及其分配项目生物量组成及其分配（kg.hm-2）川滇高山栎伴生灌木草本苔藓枯枝落叶合计生物量26408.7725.3361.2417.55979.133891.8百分率(%)77.922.141.071.2317.64100川滇高山栎生物量为33880.1 kg.hm-2，其中干、皮、枝、叶各占23.27%、5.39%、14.45%和56.90%。叶生物量所占比重最大，可能与株高矮化、多枝和叶革质有关，是恶劣生境生态适应的表现。随着海拔升高，单位面积生物量逐渐降低，主要是直径和高度降低所致。山脊处等恶劣生境也使得植株矮小，生物量低（表9）。表9 不同海拔高度川滇高山栎种群地上部分器官生物量及其分配海拔（m）生物量及其分配（kg.hm-2）干：枝：叶：皮干皮枝