植被监测及趋势分析——植被数量生态学中几个理论问题的探讨

 系统监测可以对危机发出预警, 是防治灾害的重要手段。生态监测的基础是植被监测。多物种 多样本 多年的植被定位监测数据隐含 着植被变化的信息。该文探索描述植被的数学工具, 提出植被监测数据的趋势分析方法。植被是资源竞争系统, 可以用多维空间的向量来表示 。在向量空间(射影空间), 不是“距离” , 而是“方向”决定区别; 在植被科学, 不是“产量”, 而是“组成”决定区别。新方法用多维空间 的位置向量来表示植被: 向量的方向表示植被的组成、两向量夹角余弦值表示相似、向量长度表示植被总体。在简缩数据时, 用“中心化”滤 去样本噪音、“标准化”滤去系统噪音, 得到状态向量。在趋势分析时, 定义后、前状态向量的比值为变化趋势; 用当年的状态和趋势的乘积 来预报次年的状态。到次年, 再用实测数据修正、更新来自去年的预报, 是为“卡尔曼滤波”。卡尔曼滤波能降低监测成本, 有效地使用历史 数据, 提高分析精度。     

多维球面模型应用于草原监测数据分析的探讨

 提出分析归纳草原监测多元数据的新数学方法,多维球面模型。M个物种所组成的草原的状态可以用M元向量来表示,向量的长度用来表示草原的量值,向量的方向表示草原组成。从草原监测的角度,草原的相对组成是更重要的,成份变化的比率更能说明问题。在处理草原监测数据中使用向量等比系列和向量等差系列是可行的。等比系列比较能反映生物几何增长的本质。为了纠正中间过程被忽略的弱点,要坚持逐年监测,逐步分析,或使用滑动平均。二阶趋势值可尝试用于解决时间滞后问题,卡门滤波用于降低预报误差。因为草原监测需要使用分种数据,必须以人工监测记录为主,再辅以其它高科技手段,如遥感。     

松嫩草地水淹干扰后的土壤种子库特征及其与植被关系

研究了松嫩平原羊草草地不同强度水淹干扰对土壤种子库种类组成、物种多样性及其与植被物种组成的相似性关系等的影响。结果表明：（1）随着水淹强度的加重或水淹持续时间的延长,相应地段的土壤种子库物种数目和种子存量都呈减小趋势;（2）土壤种子库的种类成分在干扰样带和对照样带间差异明显,而受水淹干扰的样带之间种子库的种类组成差异不大,表明洪水漂移行使了繁殖体传播和散布的功能;（3）随水淹干扰强度增加,种子库物种多样性指数减小;（4）种子库与地上植被物种组成相似性普遍较低,其原因是主要靠营养繁殖以更新种群的多年生根茎植物经常在植被中出现而不在种子库中出现;（5）种子库与地上植被物种组成相似性随水淹干扰强度增加而下降,表明了水淹干扰对种子库与地上植被物种组成相似性有一定程度的影响。     

鼎湖山南亚热带常绿阔叶林20公顷样地群落特征研究

 鼎湖山南亚热带常绿阔叶林是北回归线附近保存较完好的地带性植被,是在南亚热带季风湿润型气候条件下发育的植被类型,具有热带向亚热带的过渡性质,群落结构相对复杂,组成种类相对丰富。参照巴拿马巴洛科罗拉多岛（Barro Colorado Island, BCI） 50 hm²热带雨林样地的技术规范,采用中国森林生物多样性监测网络的统一调查研究方法,于2005年在鼎湖山南亚热带常绿阔叶林建立了20 hm² 固定监测样地,调查并鉴定了样方内胸径 （Diameter at breast height, DBH）大于1 cm的木本植物。首次调查结果表明,群落内共有木本植物210种,71 617个活的个体,分属于56科119属。从乔木区系的组成及其特点可以看出,其南亚热带的区系成分占绝对优势,并呈现出由亚热带向热带过渡的趋势。群落垂直结构复杂,地上成层现象较明显,乔木可分为3层,其中重要值最大的锥（Castanopsis chinensis）、木荷（Schima superba）和黄杞（Engelhardtia roxburghiana）均是乔木上层的优势种;中层是群落的主要层,由厚壳桂（Cryptocarya chinensis）、黄叶树（Xanthophyllum hainanense）和华润楠（Machilus chinensis）等中生和耐阴树种组成;下层成分较复杂,物种多样性高,不同地段的物种组成差异较大。样地内物种十分丰富,种-面积曲线拟合显示其物种数量接近于BCI。稀有种比例极高,有110种,占总物种数的52.38%,其中有45%的稀有种源于物种本身的特性,有20%源于区系交汇,人为或自然干扰造成的稀有种占30%以上。样地中所有个体的径级分布(以1 cm等级排列)明显呈倒“J"形,表示群落稳定与正常生长状态。根据对优势种径级结构的分布分析,将各树种的径级结构归纳为4种类型：1）峰型（中径级个体储备型）,此类物种为乔木上层优势种;2）倒“J"型 （正常型）,此类物种为乔木中层的优势种;3）类倒“J"型（偏正常型）,此类物种占据乔木的中、下层; 4）“L”型（灌木型）,此类物种分布于乔木下层和灌木层。点格局分析得出优势种在各个层上的绝大部分尺度都是聚集分布的,而不同径级的空间分布随物种的不同而呈现出明显的差异性,点格局显示了优势种在相同径级的分布（特别是DBH=10～40 cm）具有一定的空间互补性。对大径级（DBH＞40 cm）的504个个体进行空间分布格局分析,结果表明,所有这些个体随机分布于整个样地,但不同的物种在空间分布上存在一定的规律。     

生态交错带的定量判定

生态过渡性是梯度环境的特征之一,过渡带的显著性是地理学和地植物学中长期争论的重要问题,生态交错带位置和宽度的判定是定量研究交错带生态学过程的基础。样带法是采集非连续梯度数据和研究交错带的结构,功能和格局梯度变化的有效方法。生态交错带变化最为显著的特征是植被的变化,包括植物种类组成和植被结构的变化,植被生态学群落分析中的相异系数,β多样性,梯度分析和分类排序技术等已被证明是成熟可靠的方法。介绍两种交错带定量判定的有效方法。游动分割窗技术是通过滑动求取样带上样点间相异系数,通过相异系数变化曲线判定交错带的位置和宽度。分割窗技术提供了敏感地定位非连续梯度的客观且有效的方法,它不仅可用于环境梯度上的等距离样点取样,而且可用于非等距离梯度带多元变量的分析。植被的特征是对生态环境连续体的综合反应,植被在环境梯度上的排序参数提供了一种较好的交错带定量指标,样带植被数据特征参数的变异轮廓图能够反应植被沿样带的物种组成,结构和空间变化格局,可以反应植被沿环境梯度的β多样性和植物群落的梯度分化,植被变异侧面轮廓图的间断或不连续（突变）区间就是群落边界的位置。     

基于地理环境相似度的长江经济带入侵物种虚拟负样本生成方法

入侵物种空间分布建模的核心数据源来源于物种多样性采样(物种出现点和未出现点),然而,大多数入侵物种标本库只记录物种出现点样本信息,缺乏对未出现点(负样本)位置的记录。因此,生成有效的入侵物种虚拟负样本是建立物种空间分布模型的关键。本文提出了一种基于地理环境相似度的虚拟负样本生成方法。首先利用主成分分析(PCA)方法对地理环境原始变量进行线性相关性建模,基于提取的主成分,采用K-means算法对入侵物种样本进行聚类分析并计算各样本的地理环境相似度。在此基础上,通过建立基于主成分的入侵物种相似性度量与可信度计算框架来识别虚拟负样本。以长江经济带入侵物种一年蓬(Erigeron annuus)数据集为例,分析了整个区域虚拟负样本的可信度。结果表明,与空间随机采样和单类支持向量机采样相比,用本研究提出的方法生成的样本数据建立的logistic回归和支持向量机预测结果更优,验证了该方法的可行性与有效性。基于地理环境相似度的虚拟负样本抽样策略有助于解决由于随机采样而引起的误采样到潜在入侵点的难题,同时负样本的可信度能有助于识别不同等级的入侵物种适应区。     

毛乌素沙地景观的植被与土壤特征空间格局及其相关分析

以毛乌素沙地景观不同尺度和生境中的植被盖度、植物物种数、土壤有机碳和全氮含量的空间格局和相互关系进行了研究。结果表明：不同尺度和生境中的植被盖度与植物物种数之间,以及土壤有机碳含量与全氮含量之间都具有显著的相关。在50－5000m的尺度上,植被盖度与植物物种数之间,以及土壤有机碳含量与全氮含量之间具有相似的空间格局,但植被特征（植被盖度与植物物种数）与土壤特征（土壤有机碳含量与全氮含量）具有不同的空间变化格局,两者之间没有显著的相关关系;在小于50m的尺度上,固定沙丘中的植物物种数与土壤有机碳和全氮含量之间具有显著的正相关,半固定水丘中的植物物种数与土壤有机碳含量具有显著的负相关。这说明,在小于50m的尺度上土壤有机碳和全氮含量格局制约了植被格局,但在50－5000m的尺度上却没有。这一研究表明植被与土壤之间的相互关系依赖于不同的空间尺度。     

大明山中山植被恢复过程植物物种多样性的变化

对大明山中山退化生态系统植被恢复过程植物物种多样性的发展研究表明：大明山中山植被恢复过程物种数量的增减总是伴随着阳性先锋物种的衰退和中生性顶极种的发展。恢复过程中植物物种数量呈前期（２～２０年）迅速增加,中期（５０～６０年）减少,后期（１５０年以上）维持一定水平的发展趋势。中山区退化生态系统的植被恢复是朝着地带性植被类型的方向发展的,此过程可以不经过马尾松先锋林阶段,而直接进入以阔叶树种为优势的先锋群落。因此,大大缩短了中山山地退化生态系统植被向中生性顶极植被恢复的进程。     

内蒙古地区不同景观植被地带蝗总科生态区系的区域性分异

为了阐明内蒙古地区不同景观植被地带蝗总科生态区系（Acridoidea ecofaunas）的生态地理学特征,本文依据长期野外考察和文献积累数据,分别对寒温型明亮针叶林带（F1）、中温型夏绿阔叶林带（F2）、森林草原带（FS）、典型草原带（TS）、荒漠草原带（DS）、暖温型草原化荒漠亚带（SD）和典型荒漠亚带（TD）等7个不同类型植被地带（或亚带）内蝗总科区系结构组成、生态生存条件（植被、气候、土壤等）及其区系形成的生态学机理进行了分析,综合比较了各植被地带（或亚带）的蝗虫物种多样性、区系地理成分的区域性分异及其与地带间不同植被的相关性。结论指出,由于多数蝗种具有以禾本科（Gramineae）和菊科（Compositae）植物为主要食料的食性特征,而典型草原带的植被群落恰以“多年生丛生禾草及根茎禾草”为建群优势层片,其形成的丰富食物资源、多样的栖息场所、充足的日光辐射和较长的生长期以及有利于产卵孵化的土壤条件等,为蝗虫提供了最为多样的时间、空间和营养生态位（niches）,故蝗虫长期受自然选择的压力,在适应协同进化的历史过程中,形成了它们在典型草原带内具有最高的物种多样性。相比之下,在具有极端生态生存条件的内蒙古东部针叶林带和西部典型荒漠亚带内,分别因其低温高湿和高温低湿的两类不同极端气候特征的生态作用,形成了蝗虫在这两个植被地带内生存分布的生态阻限,故其拥有的物种多样性水平最低,其区系结构的组成种类也截然不同。     

山楂叶螨、苹果全爪螨及其捕食性天敌生态位的研究─—营养生态位

多维营养生态位由红生苹果叶片的１０种无机营养元素组成,利用树冠不同部位各营养元素含量和各种主要活动位点构成的矩阵进行多元统计分析建立各种物种的多维营养生态位。针对各物种营养生态,位在时间维上的变化,进行了生态位胀缩和中心转换分析。结果表明：（１）主成分分析使１０个营养维降为两维规范空间ＰＣⅠ和ＰＣⅡ。ＰＣⅠ代表了综合主成分;ＰＣⅡ代表了不同营养成分的特殊作用。（２）两种叶螨间的营养生态位在生长季中     

湖北植被区划(下)

本植被地带居湖北南半部,位于英山、罗田、新洲、黄陂、天门、荆门、远安、兴山一线以南。东部为幕阜山脉北坡,以丘陵低山地貌为主,中部为坦荡的冲积平原,大小湖泊星罗棋布,是湖北水生植物分布最广的区域;西部为武陵山系的东北麓,以山地丘陵为特点。年均温16℃以上,≥10℃年积温4800—5600℃,为本省区两个高温区域之所在,无霜期在250天以上,年降水量1100—1600毫米。长江贯穿全境,还有众多的大小支流。     

温带大陆性半干旱季风气候区植被覆盖度时空变化及其地形分异研究

以内蒙古大青山为研究区，基于4期TM/OLI影像，提取NDVI，采用像元二分模型，计算植被覆盖度，探测温带大陆性半干旱季风气候区2000-2017年间植被覆盖度的分布格局、动态变化及其地形分异规律。研究结果表明：（1）研究期间，随着研究区从经济开发到国家自然保护区功能规划的改变，植被覆盖度先降低后升高，整体上趋向良好，平均有64.19%的区域以中高植被覆盖度为主。（2）植被覆盖度空间格局总体上呈"东高西低，南高北低"的分布特征。中高植被覆盖度集中在大青山呼和浩特段南部和乌兰察布段，而低植被覆盖度主要分布在西段山体。（3）研究期间，研究区32.46%的植被覆盖度得以改善，12.92%的植被退化，表明研究区植被覆盖度总体改善。（4）地形因子对研究区植被覆盖度分布格局影响显著：植被覆盖度随海拔升高呈增加趋势，在2000-2296m高程带最高。植被覆盖度与坡度正相关，坡度越高，植被覆盖度越大。植被覆盖度在不同坡向上差异明显，总体上呈现阴坡 > 平地 > 阳坡的分布规律。     

基于地形梯度的黄河流域中段植被覆盖时空分异特征——以延安市为例

植被恢复是黄河流域生态保护和高质量发展的关键,深入研究植被的时空分异特征具有重要的现实意义。本研究以4期Landsat TM/OLI为遥感数据源,采用像元二分模型估算植被覆盖度,运用转移矩阵、地学信息图谱和重心迁移模型分析1988—2018年黄河流域中段延安市植被覆盖的时空演变特征;并结合地形数据,利用地形分布指数分析高程、坡度上植被覆盖的空间响应规律。结果表明: 研究期间,延安市植被覆盖呈北低南高的空间分布特征,植被覆盖受政策影响而大幅增高;1988—2018年,延安市植被变化模式以持续向好和稳定不变为主导,有50%的区域植被覆盖情况改善,83%的高植被覆盖区域保持稳定。在各高程和坡度等级上,高植被覆盖的分布优势度随时间变化而增大;在各坡度等级上,植被增加百分比和植被稳定性随坡度增加而增大。延安不同等级植被覆盖的迁移方向与植被覆盖整体的迁移趋势基本一致,总体向北偏西转移。延安植被建设已取得显著成效,但北部植被覆盖状况仍待提高,优化植被类型和结构是未来植被建设的重要方向。     

植被制图色彩和符号设计原则与全国植被图图例方案

植被图通常采用不同的颜色并结合符号来区分不同的植被类型, 以期更加直观、清晰地将植被类型信息传达给读者。如何通过色彩和符号的合理搭配来区分不同的植被类型是植被制图中的关键步骤, 尤其是对于植被类型较丰富的区域, 植被图的色彩和符号设计更为复杂。植被图图例系统建立在植被分类系统之上, 近10余年来我国的植被分类系统得到了进一步的发展和完善, 因此, 非常有必要在最新的植被分类系统基础上, 提出一套植被制图色彩和符号设计方案, 用以指导当前的植被制图工作。该研究整理了地图学、植被图以及其他专题地图色彩和符号设计的要求, 提出了植被制图的色彩和符号设计原则。在最新的植被分类系统基础上, 采用颜色三属性(色调、明度、饱和度)及符号的基本视觉变量(形状、尺寸、方向、色彩、密度、亮度)的变化及其组合, 依据色彩和符号设计的系统性、科学性、象征性等原则, 对中国植被分类系统高级分类单位中的植被亚型, 进行了标准化配色和符号设计, 旨在为植被制图工作者及新一代1:50万植被图编研提供理论依据和参考, 提升植被制图的效率和质量。     

长白山南坡苔原植被的特殊性及坡向间差异性分析

以长白山苔原带南坡植被为对象,通过植被调查,与北坡和西坡植被进行比较,研究长白山苔原植被因坡向差异导致的不同植被变化模式。结果显示：（1）长白山苔原南坡植被中灌木处于优势地位,与北坡、西坡情况一致。但在物种组成上,各坡向差异明显,为中度不相似水平;（2）在生物多样性、多度、盖度等群落特征上,南坡与西坡的差异较大、与北坡相似性较强;（3）在物种多样性的空间分布上,南坡与北坡相同,即随海拔升高呈单峰变化且峰值出现在中部,与西坡物种多样性随海拔升高呈单调递减的趋势完全不同。表明不同群落抗干扰能力以及所受干扰程度存在差异,北坡处于演替中后期,较为稳定,抗干扰能力更强。南坡因受干扰强度较小,植被处于较稳定状态;（4）长白山苔原各坡向植被变化差异较大。南坡和北坡的植被相对稳定,与西坡草本植物强烈上侵明显不同。长白山苔原带植被的坡向差异源于各坡向的本底差异、环境差异以及对全球气候变化的差异性响应,是火山、强风干扰下植被演替与响应气候变化的植被变化共同作用的结果。     

中国植被分类系统修订方案

为了推动《中国植被志》研编工作, 该文回顾了中国植被分类系统的发展过程和主要阶段性成果, 提出了作为《中国植被志》研编技术框架组成部分的中国植被分类系统修订方案, 对各植被型组及各植被型进行了简单定义和描述, 并针对中国植被分类系统若干问题, 特别就中国植被分类系统总体框架、混交林的界定以及土壤在植被分类中的重要性等问题进行了讨论。1960年侯学煜在《中国的植被》中首次提出了中国植被分类的原则和系统, 1980年出版的《中国植被》制定了分类等级和划分依据等更加完善的系统, 之后《中国植被及其地理格局——中华人民共和国1:1 000 000植被图说明书》和《中国植物区系与植被地理》以及很多省区的植被专著对该系统进行过修订。2017年宋永昌在《植被生态学》中提出了一个分类等级单位调整的方案。本次提出的中国植被分类系统修订方案基本沿用《中国植被》的植被分类原则、分类单位及系统, 采用“植物群落学-生态学”分类原则, 主要以植物群落特征及其与环境的关系作为分类依据, 包含三级主要分类单位, 即植被型(高级单位)、群系(中级单位)和群丛(低级单位); 在三个主要分类单位之上分别增加辅助单位植被型组、群系组和群丛组, 在植被型和群系之下主要根据群落的生态差异和实际需要可再增加植被亚型或亚群系。修订方案包含了森林、灌丛、草本植被(草地)、荒漠、高山冻原与稀疏植被、沼泽与水生植被(湿地)、农业植被、城市植被和无植被地段9个植被型组, 划分为48个植被型(含30个自然植被型、12个农业植被型、5个城市植被型和无植被地段)。自然植被中有23个植被型进一步划分出了81个植被亚型。     

《中国植被志》的植被分类系统、植被类型划分及编排体系

植被志(vegegraphy)是基于植被调查资料, 全面记叙植被的群落外貌、种类组成、结构和功能、生境条件, 以及地理分布等特征, 并对同类植被进行归纳和总结的志书。“植被志”的英文译为“vegegraphy”, 是本文的新造词, 它是由“vegetation”的词头“vege-”和英文后缀“-graphy” (记叙之意)组成的合成词。《中国植被志》的研编是一项时间紧迫、内容复杂、工作量浩繁的重大科学工程。它的完成将极大提升中国植被科学和生态学的研究水平, 并为中国植被资源的合理利用、生物多样性保护及生态环境治理等提供不可或缺的基础资料。本文首先简述了植被的基本特征(主要包括外貌特征、种类组成、群落结构以及动态变化等)和国内外植被调查的进展情况, 简要回顾了中国植被分类系统的研究历史, 并对以往的分类系统进行了若干修订。在此基础上, 着重讨论并提出了《中国植被志》卷册编排体系和用于《中国植被志》研编的植被类型划分方案。在对植被分类系统的修订方面, 主要对高级分类单位及相对应的英文名称进行了讨论和修订。按照本文修订的分类系统, 中国植被的分类单位及其对应的英文名称分别是: 植被型组(Vegetation Formation Group)、植被型(Vegetation Formation)和植被亚型(Vegetation Subformation)、群系组(Alliance Group)、群系(Alliance)和亚群系(Suballiance)、群丛组(Association Group)以及群丛(Association)。在植被型组中, 划分为9类: 森林、灌丛、草本植被、荒漠、高山冻原与稀疏植被、沼泽与水生植被、农业植被、城市植被及无植被地段。关于《中国植被志》的卷册编排和“植被类型”划分, 首先按高级分类单位——植被型划分相应的“卷”; 在此框架下, 模糊“植被亚型”、“群系组”和“群系”的概念, 确定“植被类型” (Vegetation type), 并将其作为植被志各卷中的“册”。这样处理不仅保证了研编工作的可操作性, 也保持了同一卷册中特定植被类型的完整性。《中国植被志》编排体系中的“植被类型”的划分很重要, 它是指具有相同建群种及相同优势类群(如种、属)的植被组合, 但它不是严格意义上的植被分类单位。“植被类型”的划分遵循“优势类群及生活型的同一性, 生境条件的相对重要性, 植被特征及用途的差异性, 以及突出植被志的应用性”等原则。按该编排体系, 《中国植被志》将由48卷约110册组成。     

长白山南坡苔原植被的特殊性及坡向间差异性分析

以长白山苔原带南坡植被为对象,通过植被调查,与北坡和西坡植被进行比较,研究长白山苔原植被因坡向差异导致的不同植被变化模式。结果显示:(1)长白山苔原南坡植被中灌木处于优势地位,与北坡、西坡情况一致。但在物种组成上,各坡向差异明显,为中度不相似水平;(2)在生物多样性、多度、盖度等群落特征上,南坡与西坡的差异较大、与北坡相似性较强;(3)在物种多样性的空间分布上,南坡与北坡相同,即随海拔升高呈单峰变化且峰值出现在中部,与西坡物种多样性随海拔升高呈单调递减的趋势完全不同。表明不同群落抗干扰能力以及所受干扰程度存在差异,北坡处于演替中后期,较为稳定,抗干扰能力更强。南坡因受干扰强度较小,植被处于较稳定状态;(4)长白山苔原各坡向植被变化差异较大。南坡和北坡的植被相对稳定,与西坡草本植物强烈上侵明显不同。长白山苔原带植被的坡向差异源于各坡向的本底差异、环境差异以及对全球气候变化的差异性响应,是火山、强风干扰下植被演替与响应气候变化的植被变化共同作用的结果。