演替理论与植被恢复

《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》提出要高质量保护和恢复各30%的土地,最大化地实现保护生物多样性和缓解气候变化的目标,而演替理论和植被恢复可以为实现30%的保护和恢复目标服务。演替理论是植被生态学中的核心理论,演替是指在一个地点上由一群不同物种组成的生命体的结构或组成随时间而变化的过程; 植被恢复是以植物种植、配置为主,恢复或重建植物群落或天然更新恢复植物群落的过程,植被恢复是生态系统结构和功能从简单到复杂、从低级向高级变化的过程,最终目的是建立健康稳定的植物群落。演替是植被恢复的基础,植被恢复被视为对演替过程的操纵,以达到恢复受损植被生态系统的目标。演替理论可以指导植被恢复,而植被恢复对演替理论的发展有益。演替按裸地性质可以分为原生演替和次生演替,有研究建议将恢复过程视为第三演替,这将有助于理解通过人为干预促进植被恢复成功的管理选择,特别是通过强调退化生态系统中的环境和生物遗存的管理选择。此外,该文还提出了植被恢复理论和演替理论未来可能重点关注的科学和技术问题。     

常绿阔叶林植被动态研究进展

常绿阔叶林是亚热带地区的地带性植被,是亚热带陆地生态系统的重要组成部分,几十年来,中国的植物学家、生态学家对常绿阔叶林的区系成分、物种组成、外貌和结构、动态以及作为生态系统成员的功能等方面进行了大量的研究,积累了丰富的资料,取得了大量的研究成果,同时也在四川缙云山、浙江天童山、广东省鼎湖山和黑石顶、云南哀牢山、福建武夷山逐步形成了中国各具区域特色的常绿阔叶林研究基地,为常绿阔叶林的研究作出了突出的贡献。在常绿阔叶林的演替方面,研究内容从研究常绿阔叶林群落演替的过程、群落组成变化、结构动态及模型逐步向生态系统物质循环和能量流动发展,但对常绿阔叶林主要优势种动态、生理生态和群落演替机理等方面深入不够。在常绿阔叶林的更新动态研究方面,不但进行了通过研究种子雨和种子库的动态、种子的萌发、幼树生长的时空动态研究群落的更新,而且还通过研究林窗的形成、特征及其在森林动态中的作用来研究群落的更新,还进一步通过对常绿阔叶林主要树种更新植株的生理生态特性的研究来解释群落更新的原因。在常绿阔叶林退化和恢复重建研究方面,研究了常绿阔叶林各种退化生态系统的特征和恢复过程等,并将已有的理论和技术应用于退化生态系统的恢复和重建。即是以前人研究的成果为基础,从群落的演替、更新、退化和恢复等方面对我国多年来常绿阔叶林植被动态的研究作一总结。根据国内外的研究趋势提出了常绿阔叶林的动态方面急需开展3s技术在常绿阔叶林上的应用研究、常绿阔叶林的退化的生理生态机制、常绿阔叶林起源与系统发育、常绿阔叶的林保护与恢复生态学、常绿阔叶林重要物种的生理生态学和种群生物学、常绿阔叶林生态服务功能与区域可持续发展模式以及常绿阔叶林生态系统对全球变化的作用与响应机制等方面的研究。     

茂县土地岭植被恢复过程中物种多样性动态特征

植被恢复是退化生态系统重建的重要途径,植被恢复过程物种多样性的变化反映了植被的恢复程度.通过群落调查和多样性分析,研究了岷江上游土地岭植被恢复过程中群落物种多样性特征.结果表明： 恢复过程中6类不同类型群落分别表现其对于不同环境特征、干扰及更新方式等的响应;森林是较灌丛更适合当地环境状况的植被类型;人工恢复无干扰和轻度干扰群落的多样性相对较高,是较好的恢复模式.重度干扰使得1年生植物与地下芽植物比例增加,其它口食性较好的多年生草本减少.较强的干扰是群落无法更新、长期处于灌丛阶段且多样性较低的重要原因.本地区人工恢复群落在更新进程和多样性维持上优于自然更新群落,种植华山松加速了本地区植被演替进程.建议以适合恢复区域的多种恢复配置方式进行造林,并避免较强干扰,可以加速群落演替进程并保持恢复群落较高的物种丰富度与多样性.     

黄土高原半干旱区退化草地恢复与利用过程研究

草地退化表现为土壤和植被遭到彻底破坏,草地演替过程受到强烈抑制.实验采用长期(30年)封禁措施,定位监测退化草地从次生半裸地演变为近似原生植被(进展演替)的变化过程.结果表明,随着封禁时间的变化,退化草地恢复演替经历了4个阶段,群落盖度、植株密度、物种丰富度和多样性指数、地上生物量和地下生物量在草地群落恢复过程中逐渐增加,其特征变化出现的峰值均在封禁第20年(地下生物量峰值在第15年),其中地上生物量最高达520.5 g/m2;直到封禁的第20~25年,以本氏针茅为建群种的草原群落衰败退化现象明显,而大针茅种群密度剧增;在封禁的第26年以上以大针茅为优势的群落生长较为稳定,从目前群落演替进程看,大针茅有替代本氏针茅的趋势.另外,在草原沟道两侧以斑块状聚集分布有中旱生灌木,群落的演替进入了一个新的阶段.随着封禁时间的延续,退化草地从自然封禁恢复的0~26年,通过侵入-竞争-扩散-定居的几个演替阶段,目前形成以大针茅为建群种相对稳定的"亚顶级".虽然草地生物量有一定下降,但草地质量提高,物种多样性丰富,促进草地的进展演替.草地植物群落主要由禾本科、豆科和菊科组成;多年生植物、C3和旱生物种可以作为草地演替过程和植被恢复的指示物种.长期封育对草地物种更新和生态系统稳定性有负面影响,因此,合理的封育时间是草地生态恢复中非常重要的一个因素.本研究提出,在黄土区退化草地封育10~15年后可以开始进行合理的利用,例如通过两年一次刈割和轻度放牧(2只羊/hm2).本研究可为干旱区、半干旱区相似的退化草地恢复提供理论依据.     

植被生态系统恢复及其在华南的研究进展

介绍了恢复生态学常用的理论,并指出恢复生态学研究大多涉及植被生态系统恢复。植被恢复的目标就是要恢复植被的合理结构、功能和动态过程,从而为人类提供生态系统服务。植被恢复可以把区域的地带性植被生态系统作为参考生态系统,但目前的植被恢复工作绝大部分只是恢复了植被生态系统的部分组成、结构和功能。植被生态系统恢复研究主要从退化的原因与过程、恢复的过程与机理,以及从生境恢复、种群恢复、群落恢复、生态系统和景观恢复等不同尺度上的恢复开展。在介绍华南地区的植被生态系统现存问题的基础上,对华南地区开展的植被生态系统恢复,尤其是华南植物研究所(园)开展的植被生态系统恢复研究进行了介绍。最后,提出了华南地区植被生态系统恢复的方向及发展趋势。     

水文情势与盐分变化对湿地植被的影响研究综述

湿地植被是湿地生态系统的重要组成部分。水文情势与盐分变化直接影响到湿地植被的分布与演替。目前,全球气候变化和人类活动导致的水文情势改变与盐分聚集已造成大面积的湿地退化和盐渍化,已严重威胁全球淡水湿地生态系统的稳定和健康。系统总结了水文情势与盐分变化单一环境变量及其交互作用对湿地植物生理生态、物种多样性、群落结构与演替和植被动态等诸多方面的影响研究进展,并探讨了湿地水文动态-盐分变化-植被响应的综合模型研究现状,认为发展湿地综合模型预测未来水文情势与盐分变化情景下湿地演变,是应对气候变化湿地水盐管理和生态保护的重要工具,最后指出今后亟需加强的研究方向。     

基于功能性状的毛乌素沙地不同演替阶段适生植物筛选

沙地生态系统修复是恢复生态学研究的热点问题,适生植物筛选是修复的关键。植物功能性状反映了植物在不同环境中的生存策略,探究沙地植物功能性状及其与环境之间的关系,有助于筛选用于植被恢复的物种,为保护沙地生态系统提供理论依据。以毛乌素沙地为研究区,分析了1983-2015年间沙地典型飞播样地群落演替特征及其对环境因子的响应,建立基于10个植物功能性状的毛乌素沙地潜在种库,进一步筛选飞播恢复下沙地不同演替阶段的适生植物。研究表明:(1)飞播恢复下的毛乌素沙地植物群落分为三个演替阶段:固沙先锋物种群落、沙生植物为主的杂类草群落、中生植物为主的杂类草群落。(2)土壤因子是群落演替的主要驱动力,其中土壤全氮、土壤总有机碳、土壤硝态氮是影响群落演替的关键因素。(3)基于功能性状筛选出29种适生物种用于植被恢复,演替第一阶段可用雾冰藜、猪毛菜等,演替第二阶段可用拂子茅、无芒隐子草等,演替第三阶段可用草地风毛菊、猪毛蒿等。通过物种功能性状特征可以快速选择适合沙地退化生态系统修复的候选物种,为植被恢复提供了一定的理论支持。     

松嫩碱化草甸土壤种子库格局、动态研究进展

草地退化是全球干旱和半干旱草地生态系统的共同特征,由于土壤种子库在植被恢复和生物多样性维持等方面的重要作用,已成为研究热点。作为重要的脆弱生态系统,松嫩碱化草甸在人类活动和全球变化影响下发生了明显退化。松嫩碱化草甸土壤种子库研究始于20世纪90年代,主要集中在对虎尾草群落、星星草群落、碱蓬群落、羊草群落等不同演替阶段土壤种子库物种种类、密度、季节变化研究;该地区土壤种子库的物种数目随着恢复演替由初级向高级阶段而呈现逐渐增加的趋势,但物种数目均相对较少,且多以1年生为主。另外对种子雨和某些物种种子散布动态也有零星报道,主要是从群落水平进行的研究,种子雨的空间异质性表现在其组成和大小因群落而异。今后需要加强对松嫩碱化草甸土壤种子库格局与关键生境要素的耦合特征、种子库分布格局的形成机制等研究,研究方法上,引入稳定同位素标记和分子遗传学等研究方法和手段,开展持久种子库的长期定位监测研究,为盐碱地植被恢复提供理论依据。     

典型红壤区自然生态修复的适用性

自然修复主要通过封山育林、禁止农作、禁牧禁伐措施,减少人类对环境的扰动,利用自然生态环境的自我演替能力,恢复生态环境,实现生态平衡。自然修复作为一种成本低、无污染的生态修复手段很早就受到人们重视,但关于自然修复适用范围的研究较少。为了正确认识自然修复的适用性,选择了我国南方红壤地区长期遭受严重土壤侵蚀危害的福建省长汀县为研究对象,通过对长期自然修复样地的监测资料分析,发现在坡度条件为20%—30%下,当植被覆盖度低于20%的退化阈值时,严重的土壤侵蚀引发的土壤肥力损失将导致生态系统自我退化,自然修复不仅无法改善当地的生态系统,反而会引起生态系统的进一步恶化。由此可见,自然修复并不适合所有的生态系统,当生态系统退化到一定程度时,退化生态系统必须通过人工干预来修复。因此,必须探索适合当地的生态修复模式,在生态系统退化突破阈值时,红壤丘陵区应通过恢复土壤肥力、促进自然植被覆盖度增加、综合提高生态系统健康水平。     

安太堡矿区复垦地植被恢复过程多样性变化

植被生态系统的重建是矿区复垦地恢复的主要环节之一。通过群落调查和实验分析,采用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数,结合DCCA排序、多元线性回归和相关分析,研究了平朔安太堡矿区复垦地植被恢复过程中多样性的变化。群落多样性分析结果表明:(1)直接种植植被演替后期的植物种大大加速了原始植被演替进程;(2 )多样的人工配置群落比单一的人工配置群落更能促进群落向正向演替的方向发展;(3)能够适应矿区特殊生境的植被配置方式在恢复进程中与自然植被表现出一定的差异,这种差异只持续发生植被恢复的前3a,3a之后群落的演替与自然植被的演替表现出趋同性;(4)森林群落是较灌丛群落更适合安太堡矿区特殊生境的植被配置方式,其中刺槐和油松的混交效果较好。物种多样性的分析表明:(1)多样性偏高的群落与有机质和时间联系较为紧密,而多样性偏低的群落则与锰的联系较为紧密;(2 )制约矿区物种多样性变化的主要因素是土壤水分和演替时间;(3)锌对各多样性指数都有一定的影响(4)有机质、时间与丰富度指数相关显著;(5 )海拔与综合多样性指数相关显著;(6 )铜对均匀度指数的影响较大。方法的比较结果表明:(1)多元线性回归的灵敏度比相关分析高;(2 ) DCCA可以作为对定量分析的补充,解释那些在定量分析中不显著的因     

滇西北高原典型退化湿地纳帕海植物群落景观多样性

采用时空替代法,运用3S技术,结合植物群落实地调查,研究了云南西北高原典型退化湿地纳帕海的植物群落景观多样性格局。结果表明:人为干扰加速了纳帕海原生沼泽、沼泽化草甸植物群落景观向草甸、垦后湿地植物群落景观演替,湿地环境不断丧失,湿地功能逐渐退化;不同演替阶段沼泽植物群落景观多样性在空间上呈现出不同的格局是对湿地环境变化的响应,体现了湿地环境变化与功能现状,并在一定程度上反映了人为干扰的类型与强度。     

丛枝菌根在退化土壤恢复中的生态学作用

土壤退化 (包括土壤侵蚀、贫瘠化、盐碱化、沙化、酸化 )不仅为全球所关注 ,而且是关系到我国农业可持续发展的重大问题。全球 1.3× 10 8ｋｍ2 的总土地面积中 ,因人为原因引起的退化面积为 2 0×10 7ｋｍ2 ,这些退化土壤中 ,耕地近 5× 10 8ｈａ ,约占总耕地面积的 1/ 3。我国南方丘陵区土壤退化问题也突出 (水土流失面积 8 0× 10 7ｈａ ,养分贫瘠化 1 9×10 7ｈａ ,污染土壤 3 2× 10 6ｈａ ,酸化土壤 3 2×10 6ｈａ) ,因而探讨恢复和重建退化土壤的途径已成为该地区农业持续发展的重要内容[5] 。菌根 (ｍｙｃｏｒｒｈｉｚａ)是土…     

Receding Water Line and Interspecific Competition Determines Plant Community Composition and Diversity in Wetlands in Beijing

Climate and human-induced wetland degradation has accelerated in recent years, not only resulting in reduced ecosystem services but also greatly affecting the composition and diversity of wetland plant communities. To date, the knowledge of the differences in community parameters and their successional trends in degraded wetlands remains scarce. Here based on remote sensing images, geographic information system technology, and statistical methods, we produced a successional gradient map of the Yeyahu Wetland Nature Reserve in Beijing, which has experienced a steady decline in water level in recent decades. In addition, we analyzed community composition and diversity along with each identified gradient. The results showed that community diversity decreases while dominance increases with the progress of succession, with the highest diversity occurring during the early stage of succession. Moreover, the community demonstrates greater similarity among subareas during later successional stages, and the similarity coefficients calculated from the important value (IV) of each species are more accurate. Correlation analysis showed that the impact of soil factors on diversity was not significant at a subarea scale, although these nutrients showed an increasing trend with the community succession. Furthermore, the IVs of the dominant species had a particularly significant impact on diversity, showing a significantly negative correlation with diversity indices and a significantly positive correlation with dominance indices. Further analysis showed that the retreat of water level resulted from sustained drought and local human activities was a major extrinsic driving force resulting in observed differences in the community successional stages, which resulted in differences in community composition and diversity. On the other hand, interspecific competition was the main intrinsic mechanism, which significantly influenced the IVs of the dominant species and community diversity. The results of this study could aid in improving the understanding of community composition, diversity, and its successional trends in degraded wetlands.     

祁连山典型流域谷地植被斑块演变与土壤性状

植物群落演变与土壤性状变化之间的相互作用和过程研究对于认识生态系统结构和功能演变有着重要的意义.对祁连山谷地灌丛草甸退化演变过程中植物群落物种组成、土壤物理和化学性状特征、及土壤与植被的相互作用进行了研究,结果表明,在祁连山谷地阴坡林线以下较小的空间范围,植被斑块由金露梅群落向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,植被盖度降低,但物种多样性增加.不同植被斑块之间土壤水分有显著的梯度变化,土壤水分的变化导致植被的退化演替.植被斑块的演变导致土壤性状的明显分异,从金露梅灌丛斑块向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,土壤容重显著增加,土壤团聚体组成由大粒级的大团聚体(》1mm)破碎为小粒级的大团聚体(1-0.25mm)和微团聚体(《0.25mm),团聚体稳定性降低,表明土壤结构的退化;土壤有机碳含量下降了31.2%和55.9%,干筛各粒级土壤团聚体中有机碳含量金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块显著低于金露梅斑块,土壤团聚体平均重量粒径与有机碳含量存在显著相关,植被退化演变中土壤有机碳的损失部分地由于团聚体的破碎引起;土壤全氮和有效氮不同斑块之间也有显著的差异,植被斑块退化演变使氮的有效性降低;但磷、钾养分对植被变化的响应不敏感.植被的退化演变使土壤团聚体破碎、土壤结构退化,有机碳和全氮含量下降,使其抗侵蚀能力和水源涵养功能显著降低,又进一步加速植被的退化演替.在气候变暖的趋势下,马蔺斑块将进一步向林线逼近,灌丛草甸植被将会进一步退化和萎缩.     

恢复及演替过程中的土壤生态学考虑

 人类社会的日益扩张,导致人类加速占据地球表面景观,并胁迫地球上生态系统提供不断增长的资源需求和废物吸收能力。所以保护尚未“开放”的自然生态系统及恢复退化的生态系统成为人类长期生存的重要保证。该文着重讨论了恢复过程中的土壤生态学问题。土壤是所有陆地生态系统的结构与功能基础。土壤微生物与动物的种群变化,土壤有机质的积累,及主要元素地球化学循环的改变是恢复生态的重要环节。生态恢复与演替有许多共性,所以演替理论对于认识生态系统恢复中的结构与功能变化有着很大帮助。与自然演替不同的是,人的积极参与在生态恢复中占有中心位置。从最初样地的确立与物种的选择,到后续的灌溉与施肥管理,人的选择影响着土壤的演化,生态系统的发展方向,和最终恢复生态的结果。为保障恢复生态系统的可持续性,短期的工作目标,如提供养分促进植物生长,务必与长期的工作目标,如土壤的恢复相结合。植物与土壤的相互反馈是生态恢复成功的重要标志。成功的生态恢复不仅是对现有生态学理论的“试金检验”,也是推动生态学学科发展的重要原动力。     

汉江中下游水生植物群落及演替

水生植物是河流生态系统的重要组成部分, 研究河流水生植物群落组成及演替对于河流生态系统健康诊断具有重要意义。该研究采用野外生态学研究方法, 于2013年9月和2014年6月2次对汉江中下游12个典型代表性江段的水生植物群落的组成、分布和生物量等进行调查。调查结果表明, 现阶段汉江中下游的主要水生植物共有69种, 隶属28科49属, 其中优势种主要是穿叶眼子菜(Potamogeton perfoliatus)、竹叶眼子菜(P. malaianus)、芦苇(Phragmites australis)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)和喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)等。结合早期的研究表明, 汉江中游江段沉水植物优势群落变化明显; 下游则呈现出由沉水植物群落向挺水植物群落演替的格局。挖沙和污染等人类干扰以及水位波动、河流底质和植物繁殖策略等自然因素可能是导致汉江中下游水生植物优势种变化和群落演替的主要因素。该研究结果可为汉江中下游的水生植物多样性保护和生态修复提供科学依据。     

植物-土壤反馈与草地群落演替:菌根真菌和土壤病原菌的调控作用

由植物引起的根际土壤生物或非生物环境的改变能够反馈影响群落中不同植物的生长,直接改变共存植物的相对竞争关系,推动群落结构的动态变化。作为土壤生物群落的重要组成部分,土壤微生物在植物-土壤反馈关系中起到重要的调控作用,对解释植物群落的演替进程和方向有着重要的意义。在草地植物群落演替的早期阶段和外来物种入侵的过程中,宿主植物对丛枝菌根真菌（AMF）的依赖性较低,受本地病原菌的影响较小,一般不存在负反馈。在演替后期,植物对AMF更具依赖性,而积累的病原菌则产生较强的负反馈效应,从而促进群落物种共存和植物多样性,提高草地生产力和稳定性。研究微生物-植物反馈机制不仅有助于完善草地退化与恢复理论,还对退化草地恢复治理的实践有着指导意义。未来关于根际微生物-植物反馈在草地群落演替中的作用应该加强以下几方面的研究：（1）在实验方法上,开展专性微生物-植物反馈研究;（2）在测定指标上,进一步量化不同微生物在反馈关系中的功能差异;（3）在研究对象上,加强土壤微生物在植物群落水平的反馈研究;（4）在应用上,明晰植物-土壤反馈在退化草地恢复过程中的作用,指导草地管理实践。     

Contrasting Responses of Soil Microbial and Nematode Communities to Warming and Plant Functional Group Removal Across a Post-fire Boreal Forest Successional Gradient

Global warming is causing increases in surface temperatures and has the potential to influence the structure of soil microbial and faunal communities. However, little is known about how warming interacts with other ecosystem drivers, such as plant functional groups or changes associated with succession, to affect the soil community and thereby alter ecosystem functioning. We investigated how experimental warming and the removal of plant functional groups along a post-fire boreal forest successional gradient impacted soil microbial and nematode communities. Our results showed that warming altered soil microbial communities and favored bacterial-based microbial communities, but these effects were mediated by mosses and shrubs, and often varied with successional stage. Meanwhile, the nematode community was generally unaffected by warming and was positively affected by the presence of mosses and shrubs, with these effects mostly independent of successional stage. These results highlight that different groups of soil organisms may respond dissimilarly to interactions between warming and changes to plant functional groups, with likely consequences for ecosystem functioning that may vary with successional stage. Due to the ubiquitous presence of shrubs and mosses in boreal forests, the effects observed in this study are likely to be significant over a large proportion of the terrestrial land surface. Our results demonstrate that it is crucial to consider interactive effects between warming, plant functional groups, and successional stage when predicting soil community responses to global climate change in forested ecosystems.