黄河三角洲植被空间分布特征及其环境解释

为了解黄河三角洲地区植被空间分布与环境因子之间的关系,通过局地植被样方调查、区域遥感影像提取归一化植被指数(NDVI)及地形高度、地下水位埋深、表层土壤Cl~-含量等环境数据采集,综合样地植被与环境数据进行了除趋势对应分析(DCA)和除趋势典范对应分析(DCCA),并对区域NDVI与主要环境变量进行了单因子相关性分析和多元逐步回归分析。结果显示:DCA排序可将黄河三角洲植被分为翅碱蓬、柽柳-翅碱蓬、芦苇-柽柳、芦苇4个主要群落类型(群丛),DCCA与DCA排序图总体相似,但DCCA更清晰地表明其第一轴主要代表的是潜水Cl~-浓度等关键水盐因子,且随着水土环境系统盐分含量的减小,群落由翅碱蓬逐渐向芦苇演变。区域典型植被群落和NDVI分布格局与变化趋势受地下水位埋深和潜水Cl~-浓度2个环境因素影响较大(NDVI与2个环境变量间建立的二元回归方程R~2=0.57),而土壤Cl~-含量的植被效应实际上受地下水位埋深和潜水Cl~-浓度的影响。在区域地下水普遍浅埋条件下,地下水成为影响植被生长与分布的生态环境最敏感要素,而地下水位埋深和潜水Cl~-浓度是这一要素中的2个关键因子,尤其是后者梯度变化对天然植被分布格局起重要的控制作用。     

黄河河口盐沼植被分布、多样性与土壤化学因子的相关关系

以黄河河口盐沼实地调查的67个样地19个植物种的重要值,运用双向指示种分析将黄河河口盐沼植被分为柽柳-翅碱蓬+补血草+碱蓬群落、翅碱蓬群落、柽柳-芦苇+翅碱蓬群落、芦苇群落、穗状狐尾藻+芦苇群落和旱柳-芦苇+荻群落.利用典范对应分析(CCA)分析了土壤盐分、pH、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、全氮、全磷、全碳、有机质等11个土壤化学因子与黄河河口盐沼植被分布的相关关系.CCA排序结果表明,土壤盐分和土壤pH是影响黄河河口盐沼植被分布的主要土壤化学因子.CCA排序第一轴与土壤盐分呈显著正相关关系(P<0.001),第二轴主要和土壤pH呈显著负相关关系(P<0.001).柽柳-翅碱蓬+补血草+碱蓬群落排列于排序图的右上部,与生境土壤中高含盐量及中等pH相对应,穗状狐尾藻+芦苇群落和芦苇群落分布于第一排序轴的最左端,主要与土壤低含盐量相关,翅碱蓬群落位于第二排序轴的下侧, 与较高的土壤pH相关,柽柳-芦苇+翅碱蓬群落和旱柳-芦苇+荻群落,土壤pH和盐分均较低.通过物种丰富度R、香农维纳多样性H′、物种均匀度E等指数与土壤化学因子的相关分析,发现黄河河口盐沼植物物种多样性与土壤盐分没有呈现出与土壤盐分很好的负相关关系,物种丰富度R、香农维纳多样性H′、物种均匀度E均与土壤盐分呈现显著正相关关系;R、H′与土壤pH呈现出十分显著的负相关关系; R、H′与土壤Ca2+、Mg2+含量呈现极为显著正相关关系.     

黄河三角洲湿地水盐影响下灌草群落的物种多样性研究

采用样地调查方法, 研究了黄河三角洲滨海湿地灌草群落的物种多样性及其与地下水埋深、土壤盐分之间的关系, 结果表明: 湿地灌草可划分为5 种群丛类型, 分别为(A)碱蓬+芦苇群丛, (B)柽柳-碱蓬群丛, (C)芦苇+碱蓬群丛,(D)芦苇群丛, (E)蒙古鸦葱群丛; 其中, 芦苇+碱蓬群丛具有较高的物种多样性与丰富度, 而柽柳-碱蓬群丛物种丰富度与多样性相对较低; 回归分析表明物种多样性与地下水埋深、土壤全盐量存在明显的线性关系, 随着地下水埋深的增加物种多样性为增长趋势, 反之随着土壤全盐量的增加物种多样性逐渐减少, 可用多元线性回归表明三者的关系为y=0.122+0.005X1-0.001X2。     

基于MaxEnt模型的黄河三角洲滨海湿地优势植物群落潜在分布模拟

采用千米网格的方法,对黄河三角洲滨海湿地进行土壤采样和植被群落调查,利用MaxEnt模型和GIS空间分析技术,模拟该地区优势物种的潜在分布,定量分析优势物种的主导环境影响因子及其生态位参数.结果表明: 黄河三角洲滨海湿地的优势物种为柽柳、芦苇和盐地碱蓬.影响柽柳、芦苇和盐地碱蓬潜在分布的主导环境因子分别为硝态氮、盐分、坡度、镁、海拔和铵态氮,硝态氮、盐分、全磷、pH、海拔和铵态氮,硝态氮、盐分和铵态氮.黄河三角洲滨海湿地优势物种的存在概率与盐分呈正相关,与其他主导环境影响因子呈负相关.黄河三角洲滨海湿地优势物种的潜在核心适生区主要分布在滨海地区,芦苇的分布范围较柽柳和盐地碱蓬更广泛.     

盐地碱蓬、柽柳和芦苇生长的水盐阈值对类圆形植被斑块形成机制的解释

山东省黄河三角洲离海向陆25 km左右的区域内分布着不同类型的类圆形植被斑块,其演替速度快、生物多样性高,是研究黄河三角洲水盐交互作用和植被演替的理想对象,揭示其形成过程和机制对于黄河三角洲盐碱滩地植被恢复有着重要的实践意义。基于类圆形植被斑块的盐地碱蓬(Suaeda salsa)、柽柳(Tamarix chinensis)、芦苇(Phragmites australis)生长发育的水盐阈值和生活习性,以及黄河三角洲缓平低地盐生植物群落的分布规律,对类圆形植被斑块形成过程和机制进行了解析。结果表明：缓平低地的积水地形导致的局部水盐再分配是类圆形植被斑块形成的基础。盐地碱蓬分布在类圆形植被斑块的最外缘,为局部高盐分(1.0%～2.1%)、湿润地带;向斑块中心,分布着矮小的芦苇,为局部中高盐分(0.12%～0.79%)、低水深地带;再向斑块中心,柽柳散落分布在积水线附近,为局部低水深、中等盐分(0.16%～0.70%)地带;斑块中心区分布着芦苇和白茅,为局部高水深、低盐分(0.1%～0.32%)区域。春季和冬季,灰白色的高含盐量盐斑出现在盐地碱蓬外侧,为局部高盐分(1.6%～3.4%)、干...     

黄河三角洲新生湿地净初级生产力时空变化

以黄河三角洲新生湿地为研究区,结合野外调查和遥感影像数据,利用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach,CASA)模型对近20年新生湿地植被净初级生产力(net primary production,NPP)时空变化特征及其主要影响因素进行研究。结果表明:研究区植被NPP实测值与估算值显著相关(P0.001),相对误差介于-21.96～8.16;研究区植被NPP呈现由海向陆递增,由河流沿岸向外围递减趋势; 1998—2016年研究区植被NPP均值、总量整体呈下降趋势,植被NPP均值变化较小,但植被NPP总量变化明显,1998年植被NPP总量最大,2010年植被NPP总量最小;研究区四季植被NPP变化明显,春季植被NPP均值为74.25 g C·m~(-2),夏季为101.58 g C·m~(-2),秋季为41.83 g C·m~(-2),冬季为13.10 g C·m~(-2);研究区不同植被NPP估算值差异显著,各类植被NPP均值估算结果大小为刺槐群落芦苇柳树群落农作物芦苇荻白茅群落芦苇柽柳群落柽柳群落碱蓬群落大米草互花米草群落柽柳碱蓬白茅群落;研究区植被NPP与土壤可溶性盐相关系数为-0.389(P0.01),合理的"调水控盐"模式可以降低土壤盐度,促进植被有机物积累。     

大凌河口湿地水盐梯度下翅碱蓬的生态阈值

基于大凌河口湿地翅碱蓬生物量、密度、株高、株重等生物指标之间极显著的相关性,选取生物量为指标,研究不同土壤理化因子条件下,翅碱蓬种群分布的变化规律。结果表明:翅碱蓬生物量自然对数分别与土壤盐分、水分含量之间具有极显著的一元二次曲线拟合关系,表明翅碱蓬群落分布受土壤水分、盐分的影响;用高斯模型求解出大凌河口湿地翅碱蓬随土壤水盐变化的生态阈值,翅碱蓬的最适土壤盐分为12.14 g·kg-1,生态阈值区间为5.02~19.26 g·kg-1,最适生态阈值区间为8.58~15.70 g·kg-1;翅碱蓬最适土壤水分为59.82%,生态阈值区间为22.02%~97.62%,最适生态阈值区间为40.92%~78.72%。上述研究结论为河口湿地翅碱莲生境保护与植被修复提供了科学依据。     

黄河三角洲植物群落与环境因子的典范分析和主分量分析

黄河三角洲自然植物群落的主要类型是盐生灌丛和草甸。植物群落的类型分布主要决定于环境中的土壤水分含量及土壤盐分含量。植物群落与其环境因子的典范相关系数为０．９９７（第一对典范变量）。在土壤水分含量由高低的梯度上,依次分布着芦苇群落、香蒲群落、芦苇－荻群落、獐茅群落、盐地碱蓬群落、柽柳群落、白茅－茵陈蒿群落、獐茅－菌陈蒿群落、白茅群落、茵陈蒿群落;在土壤盐分含量由高到低的梯度上,依次分布着盐地碱蓬群落     

黄河三角洲湿地草本植被的双变量主坐标排序

利用双向指示种（TWINSPAN）分类技术将黄河三角洲湿地草本植被划分为7个群落类型,然后应用双变量主坐标分析（double principal coordinate analysis, DPCoA）法对其进行排序,结果表明：在物种组成上,芦苇＋盐地碱蓬群落为芦苇群落和盐地碱蓬＋芦苇群落、盐地碱蓬群落、盐地碱蓬＋补血草＋碱蓬群落、补血草群落的过渡类型,而芦苇＋穗状狐尾藻群落与其他群落类型差异较大;黄河三角洲湿地草本植被的分布主要与土壤因子中的土壤盐分、土壤pH等紧密相关,而与土壤全磷、全氮、有机质等养分无显著相关关系。将DPCoA和其他一些常用的植被排序方法进行了比较,相对于主分量分析（PCA）和除趋势对应分析（DCA）而言,DPCoA信息保留量更高,能够将物种组成和类别上较为接近的植物群落聚集在一起,而将差异较大的植物群落在排序图中分散开来,在揭示群落间相互关系以及植被与环境之间关系上可能更为有效。     

鄱阳湖湿地地下水埋深及其与典型植被群落分布的关系

地下水位直接影响土壤含水量,进而影响湿地植被生长、分布和演替。本研究以鄱阳湖湿地为研究区,基于2014—2018年地下水位野外定点观测数据,分析湿地地下水年内与年际动态变化特征,构建鄱阳湖湿地地下水数值模型,分析地下水流场空间特征以及地下水埋深分布,结合高斯回归方法分析地下水埋深与典型植被分布之间的关系。结果表明: 年内洲滩湿地地下水位呈明显的动态变化,且地下水位与湖水位变化高度一致。地下水埋深年内变化与降水量季节性分布之间存在1个月的滞后。年际洲滩湿地地下水位由上游向下游呈减小趋势,且上游洲滩湿地地下水埋深变幅较小(0.1～1.1 m),下游洲滩湿地地下水埋深变幅较大(0.1～5.6 m)。研究区地下水流场由上游丘陵地区指向下游地势相对平坦的湖区,其流向与地形高程变化一致。研究区平均地下水埋深为2.07 m,且由远湖区至近湖区,地下水埋深不断减小。苔草、芦苇、茵陈蒿群落生长的最适地下水埋深分别为1.1、3.7、5.7 m;典型植被的分布对地下水埋深梯度的响应差异显著;茵陈蒿群落的生态幅宽大于苔草和芦苇群落;3种植被群落在地下水埋深1.1～5.7 m范围内出现生态位重叠现象,其中,苔草植被分布指数迅速减小,芦苇植被分布指数先增大后减小,茵陈蒿植被分布指数持续增至最大值,在地下水埋深达到5.7 m后开始减小。     

松嫩平原西部草甸草原典型植物群落土壤呼吸动态及影响因素

以松嫩平原西部草甸草原中典型植物虎尾草、碱茅、芦苇和羊草群落为对象,分析了4种植被群落土壤呼吸速率日动态和季节动态及其影响因素,以及土壤盐碱度与土壤呼吸碳排放量的关系.结果表明： 4种植物群落的土壤呼吸速率日变化均呈明显的单峰曲线,峰值出现在11:00-15:00,而谷值大多出现在21:00-1:00或3:00-5:00;4种植被群落土壤呼吸速率的季节变化趋势一致,7、8月的土壤呼吸速率(3.21~4.84 μmol CO₂·m^-2·s^-1)最高,10月最低(0.46~1.51 μmol CO₂·m^-2·s^-1);各群落土壤呼吸速率与土壤和近地表大气温度之间呈极显著相关关系,其中,虎尾草群落的土壤呼吸速率与土壤表层含水量极显著相关,芦苇和羊草群落土壤呼吸速率与近地表的相对湿度显著相关.土壤盐分含量明显抑制了土壤CO₂排放量,土壤pH、电导率和土壤交换性钠可以解释该草甸草原土壤呼吸空间变异的87%～91%.     

黄河三角洲植被指数与地形要素的多尺度分析

结合地理信息系统和遥感技术, 研究了黄河三角洲植被指数NDVI与一系列地形要素间的尺度依赖关系, 从而检验在较大尺度上滨海生态系统植被分布格局是否存在水分再分配的调控作用。结果表明: 1)NDVI值在4种主要群落类型间差异显著, 这种显著差异是由滨海盐生植物的生境特点决定的; 2)地表高程在所有的10个粒度尺度上均与NDVI相关关系显著, 这种显著关系在小尺度上与地下水埋深有关, 而在大尺度上可能参与水分再分配过程; 3)在750 m粒度尺度附近存在水分再分配的调控作用, 在该尺度附近地形湿润度指数(TWI)和坡度与NDVI相关达到极显著, 而且其Moran’sI指数突然增大。黄河三角洲的植被地形关系表现为不同尺度上对土壤水分和盐分的调控, 在小尺度上地形因素通过土壤表面蒸发过程影响土壤水分与盐分, 而在大尺度上地形因素主要通过地表径流对土壤水分与盐分进行再分配。     

黄土丘陵沟壑区植被恢复对土壤微生物生物量碳和氮的影响

对典型黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域5年生刺槐、沙棘和杏树人工林及5、15和25年生刺槐人工林土壤进行比较研究,以揭示不同植被及恢复年限对土壤微生物生物量碳和氮的影响.结果表明： 在5年生的3种人工林中,以沙棘林土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量最高;刺槐林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于其他两种林地,分别为99.56和28.81 mg·kg^-1,其中MBC含量依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,MBN含量依次为：刺槐林>杏树林>沙棘林;土壤MBC/SOC依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,而MBN/TN为：刺槐林>杏树林>沙棘林,且差异均达到显著水平(P<0.05).随植被恢复年限增长,3种林龄刺槐林的土壤pH值下降,SOC、TN含量、电导率(EC)、MBC和MBN均呈增加趋势.在黄土丘陵沟壑区,种植刺槐比沙棘和杏树更有利于MBC和MBN含量的提高;随着刺槐种植年限的增长,MBC、MBN以及SOC和TN含量均呈增加趋势.     

黄土丘陵沟壑区植被恢复对土壤微生物生物量碳和氮的影响

对典型黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域5年生刺槐、沙棘和杏树人工林及5、15和25年生刺槐人工林土壤进行比较研究,以揭示不同植被及恢复年限对土壤微生物生物量碳和氮的影响.结果表明： 在5年生的3种人工林中,以沙棘林土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量最高;刺槐林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于其他两种林地,分别为99.56和28.81 mg·kg^-1,其中MBC含量依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,MBN含量依次为：刺槐林>杏树林>沙棘林;土壤MBC/SOC依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,而MBN/TN为：刺槐林>杏树林>沙棘林,且差异均达到显著水平(P<0.05).随植被恢复年限增长,3种林龄刺槐林的土壤pH值下降,SOC、TN含量、电导率(EC)、MBC和MBN均呈增加趋势.在黄土丘陵沟壑区,种植刺槐比沙棘和杏树更有利于MBC和MBN含量的提高;随着刺槐种植年限的增长,MBC、MBN以及SOC和TN含量均呈增加趋势.     

黄土高原4种植被类型的细根生物量和年生产量

细根(≤2 mm)在陆地生态系统净初级生产力的分配中占有重要地位,在碳循环和水土保持方面具有重要意义. 本文采用土钻法和内生长法,以黄土高原刺槐人工林、落叶灌木、退耕草地和沙蒿群落4种主要植被类型为对象,研究0～40 cm土层细根生物量、垂直分布和细根年生产量. 结果表明： 细根生物量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根生物量的大小顺序为落叶灌木(220 g·m^-2)>刺槐人工林(163 g·m^-2)≈退耕草地(162 g·m^-2)>沙蒿群落(79 g·m^-2). 退耕草地直径≤1 mm细根生物量占直径≤2 mm总细根生物量的74.1%,在4种植被类型中最高;4种植被类型细根生物量随着土层深度的增加而减少,最大值均出现在0～10 cm土层. 退耕草地0～10 cm土层细根生物量占0～40 cm土层总细根生物量的44.1%,显著高于其他3种植被类型;细根年生产量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根年生产量大小顺序为退耕草地(315 g·m^-2·a^-1)>落叶灌木(249 g·m^-2·a^-1)>刺槐人工林(219 g·m^-2·a^-1)>沙蒿群落(115 g·m^-2·a^-1),其中退耕草地显著高于其他3种植被类型. 退耕草地0～10 cm土层细根生产量占0～40 cm土层总细根生产量的40.4%,在4种植被类型中最高. 退耕草地细根周转时间为0.51 a,低于其他3种植被类型.     

海涂区不同植被类型下土壤盐渍剖面及其电磁感应响应特征

针对滨海滩涂区植被类型与土壤盐渍化间的内在联系,以黄河三角洲典型海涂区为研究对象,结合电磁感应仪EM38与田间采样,分析了不同植被类型下土壤盐渍剖面分布特征,并对各植被类型下土壤盐渍剖面的电磁感应响应特征进行了比较.结果表明：研究区土壤盐分具有较强的表聚性与变异强度,水平磁感式表观电导率(EM_h)对浅层土壤盐分响应较好,而垂直磁感式表观电导率(EM_v)对深层土壤盐分的响应优于EM_h;土壤盐渍剖面分为表聚型、底聚型和平均型3类,表聚型盐渍剖面主要为光板地和盐蒿地,底聚型的地表植被以棉花为主,平均型主要为杂草,且土壤盐分表聚强度为光板地>盐蒿地>杂草地>棉花地;随着植被类型由棉花—杂草—盐蒿—光板地变化,各剖面的EM_v/EM_h值逐渐降低.经非参数检验,植被类型与电磁感应响应特征具有显著相关性,且不同植被类型的EM_v/EM_h分布特征差异明显.     

Evaluating the ecological performance of wetland restoration in the Yellow River Delta,China

Long-term monitoring is essential to evaluate the effects of wetland restoration projects. A monitoring program before and after restoration has been carried out in the study area located in the Yellow River Delta since 2001. Water quality, soil salinity, soil organic matter, plant community, and bird species were chosen as indicators in this program. During the past seven years, the restored wetland showed increasing efficiency in reducing water pollution levels. Soil quality was constantly improved through salinity reduction and soil organic matter accumulation. The vegetation community quickly re-established after the restoration was initiated in 2002. The restored vegetation communities provide favorable habitat conditions for birds and thirty-seven bird species were observed in October 2007. Based on Canonical Correspondence Analysis (CCA), plant species and vegetation community are mainly influenced by soil salinity and water depth. These indicate that conducting freshwater to the project area is an efficient measure for vegetation restoration. While monitoring results show that the restoration project had positive effects on the wetland ecosystem over the past seven years, two issues remain for future study: (1) the contribution of harvesting vegetation to stabilizing nutrient removal rate and the accumulation of soil organic matter in the soil; and (2) the effects of excessive propagation of Phragmites australis on spatial heterogeneity and plant diversity.     

黄河三角洲滨海湿地地下水位变化对土壤种子库特征的影响

地下水位是影响湿地生态系统结构和功能的重要环境因子之一，然而其如何影响滨海湿地土壤种子库特征尚不清楚。通过地下水位控制试验，研究黄河三角洲滨海非潮汐湿地地下水位梯度（-20、-60、-100 cm）下，土壤种子库密度、物种多样性等特征，并通过土壤化学指标与对应的土壤种子库特征之间的通径分析，探讨地下水位深度变化对土壤种子库特征的影响机理。研究发现，在该区域秋季采样的土壤种子库中，碱蓬和盐地碱蓬的种子数量最多；地下水位变化对土壤种子库密度无显著影响，但对土壤种子库的物种组成影响较大，随着地下水位深度增加，多年生草本植物种类呈增加趋势。整体上，随着地下水位深度增加，土壤种子库的Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数随之增大。主成分分析表明，土壤盐是影响黄河三角洲滨海湿地土壤种子库组成特征的主导因素，贡献率为69.482%，土壤养分为次要影响因素，贡献率为23.710%，进一步通径分析表明，土壤水溶性盐总量对种子库物种多样性起到限制作用，同时，有效磷浓度通过水溶性盐总量对Margalef指数和Shannon-Wiener指数表现为间接负作用，总磷浓度对种子库与地上植被相似性起到促进作用。研究表明，黄河三角洲滨海湿地地下水位深度变化，主要通过影响土壤水溶性盐总量，进而影响土壤种子库物种多样性。     

不同植被类型下红壤pH和交换性酸的剖面特征

研究湘南红壤丘陵区11种植被类型下施肥区域和未施肥区域红壤剖面(0～100 cm)pH及交换性酸的变化特征.结果表明: 施肥区域0～60 cm土层土壤的pH大小顺序为茶园<花生地<柑橘园,交换性酸含量大小为花生地≤柑橘园<茶园;种植茶树和花生后,表层(0～40 cm)相对底层(60～100 cm)均产生酸化,pH分别降低0.55和0.17,而种植柑橘后,土层间无显著差异.未施肥区域中,植被恢复区0～40 cm土层pH大小为白檵木林≤湿地松林<板栗园<白茅草地,交换性酸含量大小为白茅草地<板栗园<白檵木林≤湿地松林;天然林区0～20 cm土层中次生林和油茶林的pH均显著低于马尾松林0.34和0.20个单位,马尾松林和次生林交换性酸含量显著低于油茶林.与裸地相比,未施肥区域除白茅草地外,其他植被类型均加速了表层土壤酸化,其中天然次生林酸化最严重,pH降低0.52;未施肥区域除天然次生林外,其他植被类型均提高了深层土壤pH,其中白茅草地提升效果最显著,pH升高0.43.无论施肥区域还是未施肥区域,整体上随着土层深度的增加,植被类型或施肥对土壤酸度的影响越来越小.