基于CA模型的上海九段沙互花米草和芦苇种群扩散动态

基于1997年以来上海九段沙栽种芦苇和互花米草种群扩散格局的多年现场调查与遥感解译分析,并结合3S技术,构建了适合滩涂盐沼植物种群动态的元胞自动机（CA）模型．结果表明：该模型能较好地模拟九段沙上芦苇和互花米草种群扩散的格局和趋势,并验证了互花米草和芦苇的空间抢先占有模型以及锋面状连续扩散格局;土著植物芦苇与外来植物互花米草占据相同的生态位,而互花米草的种群扩散速度是芦苇的3—5倍,随着九段沙的不断淤涨,互花米草种群的快速扩展还将持续．构建的CA模型有助于深入研究外来物种扩散格局与其生态学过程之间的相互关系,对湿地生物多样性保护和资源管理具有重要意义．     

基于个体的空间显性模型和遥感技术模拟入侵植物扩张机制

基于个体的空间显性模型和遥感技术,以互花米草为例,模拟了自1997到2010年的种群扩张动态,揭示了土地利用变化与潮间带高程的影响;并通过全局敏感性分析揭示了种子扩散、成体存活率、有性和无性繁殖等种群统计学特征对互花米草种群扩张的相对重要性。研究结果发现:1)有性繁殖与无性繁殖共同决定互花米草种群快速扩张;2)潮间带高程和土地利用变化显著影响模型预测的精度,对互花米草种群扩张有非常重要的影响;3)成体存活率与种子长距离扩散是影响互花米草种群扩张速度最重要的因素;无性繁殖比有性繁殖对种群扩张的影响更大;种子长距离扩散比本地扩散更为重要,同时,小概率的种子长距离扩散事件对种群扩张有非常重要的影响。为了经济有效地控制外来入侵植物的扩张,应该抑制种子的长距离扩散和移除种子长距离扩散形成的位于入侵前沿的小斑块。     

上海地区外来种互花米草的分布现状

遥感技术(RS)现已广泛应用于海岸带资源调查、资源与环境动态监测以及滩涂植被定量分析。作者应用2003年8月2日Landsat5-TM多光谱遥感影像,利用遥感处理软件ERDASImagine8.6TM,经几何校正和分幅裁剪等图像预处理后,采用监督分类和目视解译相结合的方法对上海地区互花米草(Spartinaalterniflora)扩散现状进行解译分析,并结合全球定位系统(GPS)样点定位,对解译结果进行全面的野外验证和修正。同时,应用地理信息系统(GIS)对解译结果进行数据合成,统计出互花米草分布区域及面积等数据。实际调查与分析统计显示:上海地区互花米草群落总面积(2003年)为4,553.37hm2,占滩涂植被总面积的22.1%。除了崇明西滩和横沙岛外,互花米草群落已广泛分布于长江河口地区,其中南汇边滩最多,为2,069.01hm2,其次是崇明东滩和九段沙,分别为910.17hm2和769.05hm2。人工引种是互花米草种群在上海地区滩涂成功扩散的重要原因。大尺度的上海滩涂互花米草群落空间分布现状及其数量调查为外来物种的宏观定量调查提供了有效的手段,也为上海市滩涂资源生物多样性保护和可持续开发利用提供了科学依据。     

闽江河口互花米草不同入侵阶段湿地土壤nirK型反硝化微生物群落结构及多样性

为了明确闽江河口互花米草海向不同入侵阶段湿地土壤nirK型反硝化微生物的群落结构及多样性,在鳝鱼滩东部的互花米草分布区,由陆向海方向选择互花米草海向入侵前的光滩(MF)、入侵1～2年(SAN)和入侵6～7年的互花米草(SA)湿地为研究对象,基于高通量测序技术,测定并分析了不同互花米草入侵阶段湿地土壤nirK型反硝化微生物群落结构及多样性的差异。结果表明:互花米草海向入侵降低了土壤中nirK型反硝化微生物群落的多样性及丰富度。不同入侵阶段湿地土壤的nirK型反硝化微生物主要包括变形菌门和放线菌门,其中变形菌门占绝对优势地位。互花米草海向入侵整体改变了湿地土壤中nirK型反硝化菌属的组成特征,MF、SAN、SA湿地土壤中相对丰度最高的nirK基因菌属分别为慢生根瘤菌属、中慢生根瘤菌属和产碱杆菌属。互花米草海向入侵增加了土壤中nirK型反硝化微生物群落组成的空间异质性,尤其是在SAN样地,这主要与样地本身的环境扰动性较大及互花米草海向入侵加大了样地环境因子的空间异质性有关。互花米草海向入侵主要是通过显著改变土壤理化因子(粒度组成、pH值和含水量)和氮养分条件(全氮、NH₄⁺-N、NO₃^--N)来影响nirK型反硝化微生物的群落结构及多样性。本研究结果有助于揭示互花米草海向入侵对湿地土壤反硝化过程影响的微生物机制。     

外来种互花米草入侵模式与爆发机制

互花米草（Spartina alterniflora Loisel）因其促淤造陆和消浪护堤作用显著而被许多国家引种,如今却在侵入地快速蔓延并呈现爆发趋势,对生态系统造成了极大危害,被认为是研究生物入侵生态学和遗传学的模式植物。从种群的入侵力、生态系统可入侵性和入侵通道3个方面探讨互花米草的爆发机制,研究结果表明高遗传分化和基因渗入能力是互花米草爆发的遗传基础,对逆境的高抗性和强竞争力是其快速扩张的保障,而高繁殖系数是互花米草爆发的源泉。我国互花米草种群的早期扩散人为影响超过了自然过程,快速扩张呈现出点源扩散和多点爆发的特点,从而为其种群控制带来困难,同时种子的跳跃式和连续式扩散在互花米草种群维持、更新和爆发中有重要作用,强有力的克隆生长能力也为互花米草种群的连续扩张提供了保障。现阶段要完全控制和根除互花米草是不实际的,但在及时预测预警的基础上,应用成本一效益分析方法,采取有序控制和综合开发利用的策略,仍可望妥善解决互花米草入侵所带来的负面效应。     

崇明东滩湿地芦苇和互花米草种群的分布格局及其与生境的相关性

应用GIS技术与实地调查相结合的方法,对上海崇明东滩湿地芦苇〔Phragmites australis(Cav.)Trin.exSteud.〕和互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)种群斑块的分布格局和沿潮位梯度的分布特征及其与部分环境参数的相关性进行了研究。结果显示:在1 500 m×100 m尺度内共有42个斑块;其中,互花米草种群斑块数量较少(13个)但面积和周长均较大,呈集中化分布特征;芦苇种群斑块数量最多(25个)但面积和周长均较小,呈现破碎化特征;芦苇种群的斑块密度和边缘密度均大于互花米草种群,但二者的聚集度指数及连通度指数均较高。沿潮位降低,芦苇种群数量减少,互花米草种群数量增多;中、低潮位以互花米草种群为主,中、高潮位以芦苇种群为主。不同潮位二者活体与立枯体株数有明显差异且具有不同程度的相关性,其中,互花米草总株数与芦苇活体株数、互花米草立枯体株数与芦苇立枯体株数均呈显著负相关(P<0.05)。该区域内各景观和斑块类型格局指数数值均较高,Shannon多样性和均匀性指数均较大。不同潮位的环境参数差异明显且与距堤坝的距离有不同程度的相关性;中潮位相对高程最高(9.2 m),低潮位土壤盐度最高(37.17 ng.L-1);随潮位降低土壤总氮和总磷含量总体上下降,但中高潮位土壤总磷含量最高、高潮位土壤总氮含量最高。芦苇活体株数与距堤坝的距离及土壤盐度、互花米草活体株数与相对高程及土壤总磷含量、互花米草总株数与相对高程均呈显著负相关(P<0.05)。研究结果揭示:该区域景观已出现破碎化现象;互花米草种群规模逐年增大,与芦苇种群有明显的竞争,二者呈明显的镶嵌分布格局。高潮位的相对高程低而土壤盐度高,这种微生境有利于互花米草生长却能抑制芦苇生长,对二者的扩散和分布格局产生复杂的局部性影响。     

Geographical variation in germination traits of the salt-marsh cordgrass Spartina alterniflora in its invasive and native ranges

入侵地和原产地盐沼植物互花米草种子萌发性状的地理变异 种子萌发是植物早期生活史中最重要的阶段,决定了植物的生态位和地理分布范围,对外来植物的入侵潜力有重要影响。盐沼植物互花米草(Spartina alterniflora)在中国沿海滩涂的入侵范围最大,并已入侵到比原产地更低的纬度范围,这为我们研究互花米草在不同地理区域之间以及沿纬度梯度的萌发性状差异和适应提供了契机。在控温培养箱中淡水培养条件下,我们比较研究了来自入侵地(19°–40° N)10 个地点和原产地(27°–43° N)16个地点不同纬度互花米草种群的种子萌发性状差异,以及这种差异与各种 群来源地潮差和气候因素的相关性。原产地互花米草种群种子的萌发率和萌发指数比入侵地种群分别高10%和20%,但入侵地互花米草种群的萌发速度比原产地快3 d。入侵地互花米草种群的萌发率和萌发 指数随着纬度升高呈现线性递增的变化趋势,而原产地呈现线性递减的变化趋势。入侵地和原产地互花米草种群的平均萌发时间都与纬度呈现线性负相关。入侵地互花米草种群的萌发率和萌发指数与年日均温、年日最低均温、和年日最高均温呈现负相关,而在原产地呈现相反的相关关系。入侵地和原产地互花米草种群的平均萌发时间分别与年日均温、年日最低均温和年日最高均温呈现正相关关系。我们的研究结果表明,入侵地和原产地互花米草种群的萌发率和萌发指数已沿纬度进化出不同的渐变群格局,但平均萌发时间进化出与原产地一致的纬度渐变群格局,即在生物入侵过程中沿纬度梯度种子萌发策略会随着入侵时间和过程而发生变化。     

不同纬度地区互花米草生长性状及适应性研究

互花米草是我国沿海潮间带分布面积最广的入侵植物, 研究不同纬度地区间互花米草的生长特征和适应对策有助于揭示该植物对大范围异质生境的入侵适应机制。对我国沿海10 个省市26 个地区互花米草生长情况的调查发现:1)不同地区间互花米草的株高、节长、基茎、单株地上生物量、种群密度等性状特征均存在显著差异(P<0.01), 其变化规律与纬度密切相关: 随着纬度的升高, 互花米草的株高、节长、基茎、单株地上生物量、种群地上生物量总体呈现先升后降的规律, 而种群密度呈现为先降后升的规律。2)边缘区的互花米草种群密度优势明显: 植物个体矮小细密,种群密度最高达到2668 株·m–2, 是分布区中部的20 多倍, 较高的种群密度大幅度增加了个体或分株数量, 提高了生存概率, 降低了因种群面积过小带来的种群灭绝风险; 分布区中部的互花米草植株个体优势明显: 植株种群密度较低, 但植株个体高大粗壮, 单株地上生物量最高达到48.81 g, 是分布区边缘的30 倍; 表明中心区和边缘区的互花米草种群分别表现出“表现最大化”和“种群维持”的适应对策。3)温度是影响不同地区间互花米草生长差异的主要因素, 降水次之, 而pH 和盐度影响较小。     

崇明东滩南部盐沼植被空间分布及影响因素分析

崇明东滩南部滩面高程、土壤盐度在空间上呈明显的梯度变化规律。高程整体西高东低、北高南低, 盐度东北高、西南低, 两者共同限制着盐沼植物在空间上的分布。该文围绕崇明东滩南部主要植被类群及其空间分布, 探讨了土壤盐度、潮滩高程两大环境因子与植物种群分布的对应关系。基于2013年夏、秋季植被空间网格采样和空间插值, 分析了东滩南部植物的空间分布现状, 发现不同植物类群在高程和土壤盐度上存在极显著的差异(p < 0.01)。高程差异: 莎草科类群主要分布于高程区间2.93-4.07 m的低潮滩, 禾本科主要集中分布在高程3.13-4.31 m的中、高潮滩; 盐度差异: 海三棱藨草(Scirpus mariqueter)和互花米草(Spartina alterniflora)优势种群植被覆盖区表层30 cm的平均土壤盐度为(3.2 ± 0.6) g·kg^-1, 显著高于其他类群植物分布区的平均土壤盐度(2.0 ± 0.3) g·kg^-1 (p < 0.01)。崇明东滩湿地生态系统的关键种兼先锋种——海三棱藨草, 分布高程介于2.53-3.97 m, 而互花米草能适应海三棱藨草80%的高程区间, 两者在高程上存在竞争关系。统计数据显示, 研究区域中近90%的海三棱藨草分布在研究区东北部, 土壤盐度范围为1.6-4.5 g·kg^-1, 海三棱藨草、互花米草能较好地适应该空间内的盐度胁迫, 两种植物在此交替出现。但是在高程和土壤盐度的综合作用下, 互花米草的生长状况更好, 因此该区的海三棱藨草很可能会被互花米草逐步取代。对各类群植被分布和优势面积的研究发现, 海三棱藨草总分布面积为294 hm², 优势群落面积120 hm², 海三棱藨草仅占莎草科植物总优势面积的15.7%, 占研究区总面积的6.9%, 在6种主要植物(芦苇(Phragmites australis)、白茅(Imperata cylindrica)、互花米草、糙叶薹草(Carex scabrifolia)、藨草(Scirpus triqueter)、海三棱藨草)中比重最小, 这给保护区内海三棱藨草种群的恢复和保护带来极大的挑战。     

基质及水位对入侵种互花米草生长的影响

为了揭示基质和水位对互花米草种群扩张过程的影响,通过室内模拟试验分析了不同基质和地下水位对互花米草幼苗存活率、高生长和生物量及分配等表型参数的影响。结果表明:基质、水位及其交互作用对互花米草幼苗生长影响显著;基质类型和地下水位的交互作用显著影响幼苗的存活率;同种基质中地下水位的降低显著促进了幼苗根长的增加;由于不同基质持水力和营养的差异,沙中生长的幼苗随地下水位的降低地上部分表现出显著的生长抑制,而沙土和壤土中的幼苗在中等水位生长最好;沙中幼苗根状茎的长度显著低于沙土和壤土,而随水位的降低,沙土和壤土根茎长度显著下降。由此可以推论,互花米草种群扩张强度因生境而异,在沙土和壤土基质中互花米草可能表现出更强的入侵性和扩散能力。     

A study of the population dynamics of Spartina alterniflora at Jiuduansha shoals,Shanghai, China

This study investigated the population expansion pattern of an exotic species of Spartina alterniflora for a period of 7 years, after it had been newly introduced to the neonatal shoals of Jiuduansha (GPS), in the Yangtze Estuary, Shanghai. Remote sensing, in conjunction with geographical information systems (GIS) and global positioning systems (GPS) was used to map saltmarsh vegetation on the Jiuduansha shoals and the classifications were then checked using in situ field surveys of selected areas. The results showed that the S. alterniflora population had expanded from 55 hm² when first introduced in 1997, to 1014 hm² in 2004. The population expansion pattern of S. alterniflora on the Jiuduansha shoals was compatible with the common feature of invasions, i.e. the initial colonization, a lag time and the onset of rapid population growth and range expansion. In the first year of plantation (1997), about 35 hm² of S. alterniflora was successfully colonized on the Jiuduansha shoals. The period between 1998 and 2000 was characterized by a lag time, and the area of S. alterniflora increased only to 101.6 hm². The year 2000 marked an onset of rapid population growth and range expansion and the annual expanding rate reached 25–116%, which exceeded any of the indigenous species and indicated the strong competitive capability, rapid range expansion and wide ecological niche of S. alterniflora.The advent of remote sensing, in conjunction with geographical information systems and global positioning systems, provides a potential tool for mapping vegetation, and for monitoring population dynamics and range expansion of invasive species on a large scale. The implications for population and community dynamics, biodiversity conservation and wetland management in terms of the analysis of the sequence of events associated with the initial colonization, a lag time, rate of geographic spread and features of geographic spread of the exotic S. alterniflora and the native P. australis on the Jiuduansha shoals are discussed.     

长江口九段沙植物群落研究

长江口九段沙属于发育早期的河口沙洲,植被完全保持着自然演替的早期状况。对九段沙湿地高等植物群落的结构特点及演替特征进行研究。研究结果表明：九段沙湿地植被分布几乎覆盖整个沙岛,生物量丰富。高等植物中多克隆植物,植物群落结构简单,生物多样性低,植被具原生性,群落演替的早期原生特征明显,演替过程在没有引种互花米草之前人为干扰少,互花米草的引种加速了九段沙湿地植被的陆地化演替进程。最后提出保护和开发利用九段沙植被的适应原则。     

九段沙湿地植被群落演替与格局变化趋势

长江口新生湿地九段沙由上沙、中沙和下沙三部分组成。2004年对湿地植被群落的演替与格局变化进行了研究。结果表明,九段沙湿地植被群落由芦苇(Phragmites austra-lis)、互花米草(Spartina alterniflora)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)和藨草(S.triqueter)构成。芦苇和互花米草生长于潮滩高程,海三棱藨草和藨草生长于低潮位。1998—2004年,上沙植被覆盖面积年平均约增长17%,中沙22%,下沙38%~39%,植被群落处于快速增长演替状态,这可能与沙洲发育速度有关。由于在中沙、下沙人为种植过外来物种互花米草,其增长速度最快,覆盖面积占九段沙植被总面积的比例从1998年不足1%上升到2004年的22%,地上部分总生物量的年平均增长率为79.79%,互花米草对藨草-海三棱藨草的竞争压力较大。鉴于互花米草对九段沙的影响尚无定论,本文提出了初步的植被管理措施。     

半干旱黄土丘陵区人工林叶面积特征

 该文通过对黄土丘陵区4个密度的刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林、3个密度的侧柏（Platycladus orientalis）人工林生长季叶面积变化的研究,揭示了不同密度林分叶面积生长与林分密度的关系;通过对灌木生长季叶面积变化的研究,建立了灌木柠条(Caragana korshinskii)、沙棘（Hippophae rhamnoides）和紫穗槐（Amorpha fruticosa）叶面积与叶鲜重、枝条基径的经验公式,为半干旱区灌木生长调查提供了一种方便、快捷的方法。结果表明：1）刺槐和侧柏各密度林分的单株林木叶面积和叶面积指数均在9月达到最大值,其中刺槐林叶面积指数峰值可达到10.5,侧柏峰值可达到3.2;灌木柠条、沙棘和紫穗槐叶面积和叶面积指数都在8月份达到各自的最大值,柠条、沙棘和紫穗槐的叶面积指数峰值分别为1.1 95、1.123和1.882;2）刺槐叶面积与叶鲜重具有极显著相关的幂函数关系,侧柏、柠条、沙棘、紫穗槐叶面积与叶鲜重具有极显著相关的线性函数关系,其中柠条枝条基径与叶面积还具有极显著相关的幂函数关系,沙棘、紫穗槐枝条基径与叶面积还具有极显著相关的线性函数关系;3）黄土丘陵区,由于林地土壤水分条件的限制,承载力有限。人工林进入生长盛期后, 不同密度刺槐和侧柏林分叶面积指数趋于一致,与最初的造林密度和现存密度没有关系。在不同密度的刺槐和侧柏林分间,单株叶面积与其林分密度成反比。在对上述结果分析的基础上得出：黄土丘陵区,由于林地土壤水分条件的限制,承载力有限。该文所研究的刺槐和侧柏各林分均已达到了当地土地承载力的上限,基于提高单株林木质量的考虑,建议刺槐林郁闭后的密度不超过833株&;#8226;hm^-2,侧柏则不超过1 111株&;#8226;hm^－2。如以全林分生物量为目标,林分密度也可适当减小。     

长江口新生湿地大型底栖动物群落时空变化格局

为了解长江口新生湿地大型底栖动物时空变化格局,2004年11月—2005年10月对九段沙湿地的3个沙洲以及各主要生境进行了调查。结果表明:九段沙湿地大型底栖动物密度和生物量均呈春季最高,夏、秋季下降,秋季末和冬季回升的趋势,整体生物多样性水平较低,分布不均匀。夏季上沙和中沙底栖动物密度存在显著差异,四季生物密度和生物量空间梯度为下沙>上沙>中沙。由物种组成分析可知,九段沙湿地大型底栖动物群落时空变化与优势种的消长有关。各季海三棱藨草带和藨草带底栖动物密度和生物量最高,芦苇和互花米草次之,光滩区域最低,且群落季节波动大。外来物种互花米草生境下底栖动物群落特征与土著种芦苇生境下无显著差异。     

四川西北部亚高山云杉天然林生态系统碳密度、净生产量和碳贮量的初步研究

该文利用野外实际调查数据对四川西北部亚高山云杉(Picea asperata)天然林碳密度、净生产量、碳贮量及其分布进行了分析,结果表明,在调查区域,云杉天然林分平均生物量为230.37×10³ kg·hm^-2,其中乔木层为212.77×10³ kg·hm^-2,占林分生物量的92.30%。云杉天然林生态系统各组分的平均碳密度为树干57.85%,树皮47.12%,树枝51.22%,树叶48.27%和树根52.39%,灌木层平均碳密度49.91%,草本层平均碳密度46.34%,地被层平均碳密度43.21%,枯落物层平均碳密度39.44%,土壤碳密度平均值为1.41%,随土层深度增加各层次土壤碳密度逐渐减少。云杉林平均生态系统总碳贮量为273.79×10³ kg·hm^-2,其中乔木层109.30×10³ kg·hm^-2,占云杉林生态系统总碳贮量的39.92%,灌木层5.69×10³ kg·hm^-2,占2.08%,草本层1.26×10³ kg·hm^-2,占0.46%,地被物层0.60×10³ kg·hm^-2,占0.22%,枯落物层0.83×10³ kg·hm^-2,占0.30%,林内土壤(0~100 cm)碳贮量为156.11×10³ kg·hm^-2,占57.01%。云杉林的碳库分布序列为土壤(0~100 cm)>乔木层>灌木层>草本层>枯落物层>地被物层。云杉天然林分平均净生产总量为6 838.5 kg·hm^-2·a^-1,碳素年总净固量平均为3 584.98 kg·hm^-2·a^-1,其中乔木层净生产量为4 676 kg·hm^-2·a^-1,占林分总量的68.38%,碳素年平均固定量2 552.99 kg·hm^-2·a^-1,占林分总量的71.21%。     

盐度变化条件下芦苇对互花米草的化感效应

以芦苇凋落物为试材,采用溶液浸提法和厌氧腐解法,获得水提物和腐解产物两种浸提物母液;在5‰和10‰盐浓度下以两种浸提物母液和25%母液分别处理互花米草种子、刚萌发的幼苗以及互花米草滩涂中特有的互花米草益生菌,考察盐度变化对互花米草种子的萌发、幼苗生长以及菌落生长的影响.结果表明：盐处理能够显著促进互花米草种子的萌发、幼根以及互花米草益生菌的生长(P＜0.05).较高的盐浓度(10‰)下,芦苇水提物对互花米草的萌发、生长和互花米草益生菌的生长呈促进作用;当盐浓度降低至5‰时,该促进作用消失.在较低的盐浓度(5‰)下,芦苇腐解产物对互花米草萌发产生显著的抑制作用;在较高盐浓度(10‰)时,则对互花米草益生菌产生显著促进作用(P＜0.05);在试验的任一盐浓度下,芦苇腐解产物对互花米草幼苗和幼根的生长均存在显著的抑制效果(P＜0.05).