研究结果表明,该植物区系地理成分复杂。天山云杉群落有维管束植物401种,其中,种子植物47科, 194属,393种。菊科、禾本科、唇形科、蔷薇科和毛茛科是该研究区的优势科,占总种数的47.58%。少属科和单属科较多,占总科数的89.36%。温带成分占总科数的44.68%,在区系组成和植被构成中占主导地位。这与本地区所处的气候带、地理位置及地史变迁相一致。干旱荒漠气候使温带的许多成分虽在本区多有分布,却难以形成优势,唯有广布性的大科能以其庞大的种系和适应能力在这种生境恶劣的地域取得优势。天山云杉群落物种丰富度和多样性指数较低,均匀度、优势度指数较大,其中,乔木层丰富度指数仅为3,而优势度指数达0.6073最大。天山山地天然次生林群落,经过多年竞争、演替,阔叶树被取代,逐步形成了天山云杉地带性顶极群落。一般情况下,海拔2000m以上地区,如没有外因破坏,天山云杉林不易为其他树种所更替。草本植物的丰富度指数、多样性指数、生态优势度指数,在海拔梯度上的变化没有显著变化。 天山云杉种群大小级结构呈正金字塔型,各级均有分布,幼苗占25.37%,储备量丰富。天山云杉存活曲线属Deevey-Ⅲ型,即增长种群。前期死亡率较高,后期较稳定。天山云杉种群表现为聚集型分布格局,但各生长阶段聚集强度略有不同。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的负二项指数K值均小于1,聚集强度较高。其中,Ⅰ级幼苗K值为0.104最小,表现为强聚集分布。Ⅴ级大树的K值为1.105>1,聚集强度急剧降低。Ⅰ级幼苗到Ⅴ级大树聚块性指标M~*/M值由10.619逐级递减为1.905,种群表现为逐级扩敞趋势。并且Ⅰ级幼苗→Ⅱ级幼苗→Ⅲ幼树的扩散趋势较强。研究结果证实,天山云杉幼苗阶段,受种群繁殖特征和生境异质性的影响,表现为强聚集分布。随树木个体生长,自疏作用和它疏作用不断加强,导致大量林木死亡,聚集强度逐渐减弱,到大树阶段已有向轻度聚集和随机分布发展的趋势。天山云杉幼苗期需要适度的庇荫才能存活,随幼苗的不断生长,对于光照的需求也逐渐增强,到大树阶段,基本需要全光照,若一直处于郁闭林冠下,生长将停滞,甚至死亡。郁闭度大的云杉纯林林冠下更新较差或无法更新,在林窗、云杉疏林地和部分林缘地带天然更新较好。天然更新受多种因素影响,尤其以牲畜的影响较大,造成天然更新能力下降,林分的脆弱性加大,稳定性降低。

Spatial distribution pattern of tree individuals in the Schrenk spruce forest,northwest China

<<生态学报 >>2005年05期

李明辉 , 何风华 , 刘云 , 潘存德 , LI Ming-Hui , HE Feng-Hua , LIU Yun , PAN Cun-De

天山云杉(Picea schrenkiana)林是天山林区的重要针叶林.研究调查了两块分别代表天山云杉不同演替阶段的标准地,应用Ripley's K系数法研究了天山云杉种群空间格局与动态.结果表明:天山云杉是聚集型种群,天山云杉活立木、枯死木、天山桦(Betula tianschanica Rupr.)和天山柳(Salix tianschanica Rgl.)的空间格局均为聚集型;天山云杉枯死木的聚集强度大于天山云杉活立木的聚集强度;天山桦和天山柳的聚集强度大于天山云杉枯死木的聚集强度;天山桦和天山柳的空间格局随种群所处的演替阶段不同而不同,增长型种群在所有尺度上其空间格局都为聚集型,在大于70 m尺度上表现为均匀格局,而天山云杉成熟林中的天山桦和天山柳只在小尺度(0~40 m)上表现为聚集.随着天山云杉的生长,其聚集强度逐渐减小,聚集半径不断增大.从50a以下天山云杉到50~100a的天山云杉其聚集强度急速减小,这有利于天山云杉幼树获得足够的资源,是天山云杉幼树的一种生存策略或适应机制.150a以上天山云杉的聚集强度增加,这是由于天山云杉生长到150a左右时开始出现成熟后死亡,形成林窗有利于天山云杉林的更新.研究还对Rip1ey's K系数法和频次检验法进行了比较,Ripley's K系数法能够分析各种尺度下的种群空间格局,且不受样方大小的影响,结果清楚、直观.

天山云杉是中亚和亚洲中部山地的特有种,在中国仅见于新疆,其主要分布在天山北坡,天山南坡和昆仑山西部北坡也有少量分布,对天山的水源涵养、水土保持发挥着不可或缺的重要作用。随着经济建设对森林物质产品需求的增长和各类经济活动对森林生态系统干扰强度的加大,天山云杉的天然更新问题日显突出。基于这一问题,许多学者从幼树所处的光照、水分和养分条件等方面进行了大量的研究,但从研究结果和所产生的效果来看,距离对这一问题的解决还有非常大的差距。为此,本研究基于"天山云杉天然更新故障的自毒作用"假设,采用生物测定的方法,在人工气候箱中模拟天山云杉种子萌发和幼苗生长条件,就针叶水浸提取液对天山云杉种子萌发和幼苗生长的影响进行了检验。在此基础上,利用高效液相色谱分析方法进一步测定了经针叶和凋落物水浸提取液处理后对天山云杉种子萌发和幼苗生长过程中内源激素的变化情况。研究所得结果如下: 在自毒作用的生物鉴定方面,两种温度条件(①光周期20℃、16h,暗周期15℃、8h;②光周期15℃、16h,暗周期10℃、8h)的实验表明,天山云杉针叶水浸提取液对其种子萌发和幼苗生长存在自毒作用。

不久前，中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所科技人员喻树龙、崔宇等人，在天山北坡精河流域的原始森林采集树轮标本时发现了它。经过研究确定，这颗云杉已有737年的高龄。

不过，这棵天山云杉没有大家想象的那么粗，因为它长在海拔2500多米高的石崖处，直径仅有25厘米。年轮非常细密，但清晰明了。

据了解，这是迄今为止，在我国天山山脉发现的树龄最长的天山云杉活树。2002年10月，乌鲁木齐沙漠气象研究所科技人员曾采集到一棵651岁的天山云杉活树样本。

该所研究员袁玉江说，根据树木年轮的疏密，可以研究当地不同时期的气候变化，这次的发现对研究天山北坡气候、水文的长期变化具有非常重要的意义。同时，也标志着新疆的树木年轮气候学研究取得了新的进展。

目前，研究人员正在利用各种先进的仪器设备进行树样的测量与分析，揭示天山精河流域过去700多年来气候与水文的长期变化，以填补我国在该区域年轮研究的空白。

新华网乌鲁木齐3月24日专电(记者毛咏)研究人员通过对新疆天山云杉年轮宽窄变化分析研究，再现了这一地区320多年来气候的干湿变化状况，其中最干旱期出现在1701年至1722年，最湿期出现在1961年至1981年。

中国气象局乌鲁木齐沙漠研究所研究员袁玉江介绍说，云杉直径的生长主要集中在每年5至8月，其中5至6月份为轮宽形成最活跃的时期，可形成当年年轮的一半以上，"这一生长特性可以分析其生长年份的降水变化。"

研究人员据此发现了树木年轮宽度指数与气候要素之间的相关关系。大量天山云杉年轮的宽窄变化显示，326年来的5月下旬新疆这一区域内的降水出现了8个完整的干湿变化阶段，1701年至1722年为最干旱期，1961年至1981年为最湿润期，而在1719年至1959年的241年中明显出现了缓慢变干的趋势，1943到1945年的云杉甚至出现缺轮现象。

新疆5月下旬的天气状况主要是受大气环流影响，由副热带西风急流向北推进的快慢和控制欧洲的高压脊的双重影响下，降水由南到北，自西向东开始迅速增加，并由此造成天山中部山区降水年际变化率加大。

云杉属于喜阴树种，年轮生长较快，7月以后，年轮基本不再生长，因此5月下旬的降水多寡将直接影响这一特殊区域里云杉年轮的生长。

研究人员还对目前及未来干湿变化趋势进行分析预测:2001年至2007年为降水偏少期;2008年至2015年降水偏多，"这7年对新疆北部重要粮食作物冬小麦的长期产量预报及种植规划布局具有重要意义。"

雪岭云杉林在我国分布于新疆天山南北坡、昆仑山西部、准噶尔西部山地，东西绵延1800公里，向西延伸到吉尔吉斯斯坦的天山与阿赖山，是中亚荒漠带最主要的山地常绿针叶林。在天山北坡，雪岭云杉林分布于海拔1500~2800米的中低山--亚高山，构成了断断续续连绵千里的山地森林垂直带。在带内森林与山地草甸、草原、灌丛交错分布。在 天山的云杉林中，除了雪岭云杉外，还有天山云杉。天山云杉是雪 岭云杉的变种。二者的区别很小，岭云杉的当年生嫩枝为灰色，天山云杉的嫩枝淡黄色或姜黄色。它们常常在林分中混生，一般人很少注意到这一点，读者也无须仔细辨认，变种是种以下的一个分类单位，把它们统称为雪岭云杉并没有错。