半干旱黄土区苜蓿退化对坡面草本植物分布及多样性的影响

半干旱黄土丘陵区土壤水分亏缺引起人工苜蓿草地退化会显著影响其他草本植物的分布及多样性,然而地形驱动下的苜蓿草地退化及植被群落多样性响应还尚不清楚。以典型半干旱黄土丘陵区龙滩小流域为研究区,对不同地形条件下退化苜蓿草地地上生物量、草本多样性及生长季内0—200 cm土壤水分进行了定位监测,利用方差分析、相关分析和典范对应分析(CCA)明确坡面地形、苜蓿生长状况和土壤水分与其他草本植物分布及多样性之间的关系。结果表明:(1)地形显著影响植被群落特征,西坡、东坡和北坡样带苜蓿地上生物量明显不同,西坡和东坡样带中、下坡位苜蓿地上生物量明显高于上坡位,而其他草本的生物量、物种丰富度和多样性指数的变化趋势则与苜蓿相反;(2)苜蓿地上生物量与80—200 cm土壤水分显著正相关,而与0—20 cm和20—80 cm土壤水分的相关性较小;(3)地形特征、不同深度土壤水分和苜蓿地上生物量解释了退化苜蓿草地其他草本群落变异的87.8%,其中坡向、苜蓿地上生物量、0—20 cm和20—80 cm土壤水分4个因子解释了79.3%的群落变异。研究认为,半干旱黄土丘陵区不同地形条件引起坡面土壤水分变化,进而影响退化苜蓿草地地上生物量,使得苜蓿退化程度不同,而苜蓿退化程度和0—80 cm土壤水分决定了不同部位草本分布及多样性。     

北京东灵山地区地形土壤因子与植物群落关系研究

 地形与土壤因子是决定植物群落结构的主要因素,同时植物多样性在不同尺度上影响着景观中的流,植物、地形与土壤三者之间在不同尺度上密切联系,研究它们之间的关系对于了解生态系统功能过程非常重要。针对东灵山地区异质化景观现状,在小流域尺度上选取了76个20 m×20 m的样地进行调查,研究选取了16个指标,分别代表地形因子、植物群落与土壤性质。利用多元统计手段,对选取指标进行了主成分分析、聚类分析与典范相关分析。结果显示土壤、植被、地形因子三者相互影响：地形因子与土壤理化性质影响着植被的分布格局与群落结构,反过来群落因子也对土壤的理化因子产生较大的影响。土壤有机质含量是指示土壤肥力的一个敏感指标,3种不同肥力类型中,群落的层盖度与丰富度存在较大的差别,而决定其分布的地形特点也不相同。不同指标集团的典范相关分析表明,坡位主要影响乔木层盖度,海拔高度与全氮相关性密切,而乔木层物种丰富度与有机质含量关系密切。     

香溪河流域河岸带植物群落物种丰富度格局

通过不同海拔高度的样带调查来研究香溪河流域河岸植物群落物种丰富度格局,并探讨河岸带中生物多样性维持的生态学机制。结果表明：河岸植物群落总的物种丰富度、乔木层物种丰富度和草本层物种丰富度沿海拔梯度均表现出相似的格局特征,利用抛物线方程进行拟合,物种丰富度与海拔之间有显著的相关性。灌木层物种丰富度和藤本植物物种丰富度格局特征不明显,且物种丰富度与坡度相关,在流域尺度上,海拔对物种丰富度有着重要的控制作用;在局部尺度上,季节性洪水干扰导致的空间异质性和小地形对群落的生物多样性有着重要的影响,研究结果支在于总的物种多样性在原始河流的中间河段将达到最大值的预测。     

云雾山自然保护区环境因素对土壤水分空间分布的影响

选取黄土高原云雾山自然保护区天然草地,研究分析了地形因素、植被类型、降雨和封育措施对土壤水分的影响,研究结果表明:在0～100 cm土壤,单点季节平均土壤含水量的空间变化主要受坡向、坡位、群落类型和封育措施的影响;在深层土壤100～300cm,相对海拔、坡位、坡向、群落类型和封育措施在控制土壤水分的再分布中具有重要作用.不同的环境因素对土壤水分空间分布影响的季节变化存在明显差异,坡度、相对海拔、坡位与土壤湿度的关系依赖于前期降雨量,土壤湿度和坡度、海拔、坡位和封育措施的相关性一般随前期降雨的增加而增大.群落类型对土壤湿度的影响与群落盖度和蒸腾速率有关,在植被盖度差异较大的5月份和蒸腾速率差异较大的7月份影响显著.坡向对土壤湿度的影响依赖于太阳辐射的变化,在太阳辐射较强烈的7月份差异显著.由于长期自然封育,草地覆盖度不断增加,其蓄水保水能力增强,对土壤水分的调节能力得到提高,从而能在一定程度上改善土壤水分条件.     

黄土丘陵区植物群落多样性及生物量随土壤水分梯度变化特征

了解土壤水分与物种多样性及生物量的关系对探究植物群落特征与分布具有重要意义。以陕北黄土丘陵区吴起、米脂、府谷、定边4个典型区域为研究对象,对比分析降水量影响下的土壤水分梯度对自然恢复植物群落多样性、生物量的影响,为黄土丘陵区植被恢复和生物多样性管理提供科学依据。结果表明:随降水量自东南向西北逐渐减少土壤水分呈降低趋势,吴起、米脂、府谷和定边平均土壤含水量分别为9.77%、9.40%、7.91%和6.40%;4个区域调查统计到植物24科56属71种,其中禾本科、菊科、豆科植物占多数且以草本植物为主;随着土壤含水量降低,4个典型区域植物群落物种组成具有较低的相似性,说明物种组成随土壤水分变化而更替;同时,群落生物量、Margalef指数、Shannon指数以及Pielou指数均表现出逐渐降低趋势,且群落生物量、Margalef指数、Shannon指数与浅层土壤含水量呈显著正相关。研究表明,土壤水分变化对群落物种组成、植物群落多样性及生物量有重要的影响,研究区植被恢复建设必须要考虑土壤水分承载力。     

秦岭太白山木本植物物种多样性的梯度格局及环境解释

物种多样性沿环境梯度的分布格局是生物多样性研究的重要议题,而海拔梯度包含了各种环境因子的综合影响,因此对于探讨物种多样性沿环境梯度的分布格局具有重要意义。秦岭山脉地处我国暖温带向亚热带的过渡带,其植被垂直带和物种多样性分布格局对于研究我国南北部植被分异特征具有重要意义。基于对秦岭山脉太白山南北坡海拔1200—3750m之间的垂直样带调查的83个样方,本文利用植被数量分析方法(DCA和TWINSPAN)和Shannon-Wiener多样性指数、Pielou指数以及Jaccard相异性系数对太白山木本植物物种多样性在南北坡沿海拔梯度分布格局进行了初步研究。结果表明：太白山的木本植物群落具有明显的环境梯度格局,海拔是决定太白山植物群落分布的主要因素,而坡向起到次要作用一植物群落类型与坡向的关系不大,当考虑群落的环境梯度格局时,DCA第一轴主要与年均温密切相关,而第二轴则取决于年平均相对湿度：乔木层和灌木层的物种具有相似的海拔梯度格局,植物群落中木本植物物种丰富度和多样性随着海拔的升高单调下降;群落均匀度随着海拔变化的规律不明显;灌木层的物种多样性比乔木层更为丰富,而南坡具有比北坡更多的物种数和更高的多样性。相邻海拔之问群落的相异性在南北坡具有不同的分布格局,在北坡2800m以下,群落相异性沿海拔梯度变化不大,而在2800m以上的高海拔地区,群落相异性随海拔的升高而降低;在南坡,随着海拔的升高,群落相异性不断减少。太白山南坡群落比北坡分布更连续。     

北京东灵山辽东栎林植物物种多样性的多尺度分析

多尺度分析物种多样性格局能够为有效保护生物多样性提供重要信息.利用物种多样性的加法分配法则分析了样方-坡位-坡面等级尺度系统辽东栎林植物物种多样性(gamma多样性)的alpha多样性和beta多样性在各尺度上的分配关系.结果表明以物种丰富度为指标的区域物种多样性的最大贡献来自坡面尺度,表明坡面尺度是维持辽东栎林物种多样性的有效尺度;而对Simpson多样性和Shannon多样性的最大贡献则来自样方内,这决定于群落物种优势度和稀有度格局;各尺度间beta多样性组分随尺度的增大而增大可能是环境异质性和扩散作用的综合结果.各尺度间Shannon多样性对总体多样性的贡献大于Simpson多样性的贡献是偶见种在各尺度间分配的结果.物种多样性分配的加法法则为物种多样性格局的多尺度分析提供了理论框架,是检验物种多样性格局形成机制的有效方法.     

澜沧江流域水生昆虫群落分类多样性和功能多样性海拔格局的空间尺度依赖性

群落分类多样性和功能多样性的海拔格局研究, 是了解生物多样性空间分布现状、揭示多样性维持和变化机制的重要途径。当前对水生昆虫分类多样性和功能多样性沿海拔梯度分布格局, 及其尺度依赖性依旧缺乏深入研究。本文基于2013-2018年在云南澜沧江流域500-3,900 m海拔梯度共149个溪流点位的水生昆虫群落调查数据, 利用线性或二次回归模型探索并比较了局部尺度(点位尺度)和不同区域尺度(100 m、150 m、200 m、250 m海拔段)的分类多样性指数(物种丰富度指数、Simpson多样性指数和物种均匀度指数)和功能多样性指数(树状图功能多样性指数(dbFD)、Rao二次熵指数(RaoQ)和功能均匀度指数(FEve))的海拔格局。结果表明, 在局部尺度, 物种丰富度指数和dbFD指数沿海拔梯度均无显著分布特征, Simpson多样性指数、RaoQ指数、物种均匀度指数和FEve指数沿海拔梯度呈现U型或者单调递减趋势。在区域尺度, 随着区域海拔带宽度的增加, 物种丰富度指数沿海拔呈不显著的单调递减格局, 但dbFD指数沿海拔分布由U型转变为单调递减趋势; Simpson多样性指数和RaoQ指数沿海拔梯度由显著U型趋势转变为无显著分布特征; 物种均匀度指数沿海拔梯度无显著分布特征, 但FEve指数呈显著增加的海拔格局。综上, 群落分类多样性指数和功能多样性指数沿海拔梯度分布存在局部和区域尺度的空间差异, 但区域尺度下二者海拔格局随海拔带宽度的增加存在一定程度的一致性。     

Patterns of grassland community composition and structure along an elevational gradient on the Qinghai–Tibet Plateau

青藏高原草地群落组成和结构的海拔梯度格局 青藏高原高寒草地是维持区域生态安全的天然屏障,也在一定程度上造就了该区域较高的生物多样性。然而,我们对青藏高原高寒草地植物群落组成和结构的海拔分布格局及其自身维持机制仍知之甚少。本研究在青藏高原东北部沿公路形成的海拔梯度设置了39个实验样地(海拔跨度为2800–5100m),每个样地设5个调查样方进行群落调查,包括物种组成、高度、盖度,评估青藏高原高寒草地植物群落的α和β多样性的海拔梯度格局及其影响因素。研究结果发现草地群落高度随着海拔的增加而显著降低,而群落盖度变化却不显著。随着海拔的增加,植物物种丰富度(α多样性)显著增加,而群落变异性(β多样性)显著降低。约束聚类分析表明,随海拔增加草地群落结构逐渐发生变化,基于此,在这种变化过程中,我们监测到3个渐变的海拔间断点,分别在海拔3640、4252和4333 m处。结构方程模型(SEM)表明,降水增加和温度降低对α多样性有显著的正向作用,但植物群落α多样性的变化显著改变群落变异性。以上结果表明,青藏高原的群落组成和结构沿海拔梯度发生了从量变到质变的过程。     

运用稀疏法分析物种丰富度的海拔梯度分布格局:以样方实测乔木种数据为例

植物物种丰富度随山地海拔梯度的变化格局是生物多样性研究的热点之一.基于种-面积关系的任何模型对群落物种数目所作估计,其精度都依赖于样本的代表性、抽样尺度以及所涉及的分类群.作者以秦岭南坡森林群落样方实测的乔木种数据为例,借鉴群落最小面积(minimum area,MA)的概念及其确定方式,利用稀疏法(rarefacti...     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林植物与土壤地形因子的耦合关系

基于中国科学院亚热带农业生态研究所在木论国家级自然保护区借鉴CTFS标准建立的2hm2喀斯特常绿落叶阔叶混交林动态监测样地(50个20m×20m样方),选取代表木本植物群落、土壤性质和地形因子的22个指标,对其总体特征及三者之间的相互关系进行了经典统计分析、主成分分析、聚类分析与典型相关分析。结果表明,喀斯特常绿落叶阔叶混交林生态系统的景观异质性强、土壤养分含量高、物种丰富且结构合理,除海拔、Simpson指数、均匀度、pH之外的18个指标均呈中、强变异;综合土壤因子是影响生态系统的主要因子群,其次是综合群落多样性因子和结构性因子,综合地形因子的作用相对较弱;4种不同类型真实而直观地表征了群落类型、土壤肥力和地形的差异,相对优化的第3种类型主要分布在海拔较高、裸石率较大、坡度较高的阴坡中上部;植被、土壤、地形两两之间均存在着较高的相关性,植被与土壤因子之间,有机质、氮、磷起较大的作用,主要影响群落结构,植被和地形之间,坡向和岩石裸露率影响群落结构和物种丰富度,而坡向和坡位直接导致了土壤有机质、全氮、有效磷和pH的变化。     

Intercanopy community structure across a heterogeneous landscape in a western juniper‐encroached ecosystem

Questions: How does landscape position influence biotic and abiotic attributes of western juniper (Juniperus occidentalis) encroached ecosystems? How does intercanopy plant community structure respond to changes in soil moisture and temperature based on juniper cover and topographic position? Location: Steens Mountain, southeast Oregon, USA. Objectives: Competition with western juniper modifies plant community composition, alters soil hydrology, and reduces plant productivity. Research is needed to understand these influences across heterogeneous landscapes. This study characterizes the relationship between juniper encroachment and soil water, soil temperature, topographic position, and intercanopy plant community structure. Methods: Using a completely randomized block design, plant density and cover, percent bare ground, percent soil moisture, soil temperature, heat accumulation, and elevation were sampled in 10 m² plots representing low (<1%), moderate (～14%), and high (～27%) juniper cover at four aspects. The relationship and difference between vegetation patterns and environmental variables were analyzed using AOV, NMS, and MRPP (α=0.1). Indicator species analysis tested for shifts in dominant species along ecological gradients. Results: Soil moisture remained higher in low juniper cover sites than moderate and high juniper cover sites. North‐facing sites had highest soil moisture at 5 cm depth with low and moderate juniper cover levels. With increasing soil temperature from May to June, soil moisture declined by 19.7% at 5 cm depth. Achnatherum lemmonii and Pseudoreogneria spicata occurred in closed juniper stands while Achnatherum occidentale and Leymus cinereus were common when encroachment was limited. Application: This approach can be used to predict ecosystem response to western juniper encroachment across heterogeneous landscapes.     

Scale-dependent relationships between landscape structure and microclimate

This paper examined the scale-dependent relationships between landscape structure (e.g., slope, elevation, and overstory canopy coverage) and microclimate (e.g., air and soil temperatures and soil moisture) at different spatial scales along a 10050 m transect in the Southeastern Missouri Ozarks, USA. The landscape structure and microclimate variables were measured every 10 m along the transect during the growing season, June to September, 1996. We used the simple correlation analysis and "moving window" technique (no overlap between two adjacent windows) to examine the correlation coefficients between landscape structure and microclimate variables at scales or window sizes from 10 m to 2000 m. Because the sample size decreased rapidly in the "moving window" method, we also used the standardized cross-variogram to investigate the relationships between landscape structure and microclimate variables at a larger range of scales from 10 m to 8000 m. We found that the relationships between landscape structure and microclimate were apparently scale-dependent along the transect, suggesting the interactions between landscape structure and microclimate were stronger at some scales than others. The landscape structure variables were poor in explaining the variation of each microclimate variable at fine scales (e.g., 10 m). The correlations between elevation and microclimate variables were, in general, significantly improved with the increase of scales, while the improvement was less significant for slope and canopy coverage. Of the landscape structure variables, elevation, in general, had a higher correlation with the microclimate variables than slope and overstory canopy coverage at most scales examined. Our results suggest that small scales (e.g., < 100 m) are not suitable to study the relationships/interactions between landscape structure and microclimate and larger scales (e.g., > 500 m) are more appropriate though the relationships vary at the larger scales. Both the simple correlation analysis and standardized cross-variogram analysis were effective and, in general, consistent in characterizing the scale-dependent relationships between landscape structure and microclimate. Meanwhile, the standardized cross-variogram had the advantage to examine the relationships at large scales over the correlation analysis because the sample size reduced rapidly in the correlation analysis.     

黄土丘陵沟壑区坡面尺度土壤水分空间变异及影响因子

土壤水分空间分布特征及其影响因子是土壤前期含水量模拟和小流域产流机制研究的重要内容,也是半干旱地区进行生态建设的重要参考。通过对黄土高原典型坡面雨季前后100 cm深度内土壤含水量进行观测,分析地形、植被和雨季对土壤水分空间分布的影响。基本统计分析显示,土壤水分的空间异质性在上层(<20 cm)较小,在下层(>40 cm)较大。坡面尺度上,土壤含水量的空间差异主要表现在不同植被类型之间,而不是坡位之间。各覆被类型的土壤含水量相对大小为荒草地>8年生刺槐林>20年生刺槐林>沙棘林。即使沙棘林和刺槐林位于更利于获取土壤水分的地形条件下,其土壤含水量仍然明显低于荒草地。地形对土壤水分的影响被植被类型的影响所掩盖。上述规律在雨季前后都有明显表现。因此,完全基于地形指数的土壤水分预测模型在黄土高原应该慎用,植被类型应该作为土壤水分空间预测的一个重要参数。雨季使土壤含水量整体提高,但是土壤水分空间分布格局并没有根本改变,高处仍高,低处仍低,各样点处的土壤含水量在雨季前后达到显著相关水平,说明土壤水分空间格局并不是瞬时状态,而具有明显的时间稳定性。     

山西太岳山小流域土壤水分空间异质性及其影响因子

以山西太岳山华北落叶松林地为主的小流域作为研究对象,采用地统计学方法结合地理信息系统(GIS)技术手段,研究了接石沟小流域土壤水分(0—60cm)的空间变异特征,以及植被分布和地形因子对其影响规律。结果表明:在时间稳定性的前提下,土壤水分含量和变异系数随土层加深逐渐降低。三层土壤水分半方差函数的最优拟合模型为球状模型,变程范围在1.1—1.4 km,均具有强烈的空间自相关性,其中0—20 cm和20—40 cm层土壤水分的空间异质性程度高于40—60 cm土层,以中间层的结构因素占总变异比例最大。自然结构因素(地形、母质、植被和土壤等)对不同土层土壤水分的总空间变异性起主导作用(81.4%—91.3%),而随机因素(取样误差、人为干扰等)的影响相对较小(8.7%—18.6%)。沿着集水线由西-东方向,从边缘的土壤水分高值斑块区逐渐过渡到明显的低值斑块区,梯度变化明显。研究发现,在植被覆盖异质性小的山地,土壤水分的空间异质性主要由地形因素引起,具体表现为其与坡向指数(TRASP)、坡度、海拔和土壤有机碳、全氮呈极显著相关关系(P0.01),而与植被指数(NDVI)呈弱的负相关关系。叠加分析显示,在阴坡、坡度较缓(15°)及高海拔叠合的区域土壤水分含量较高。研究结果可为山地人工林构建和植被恢复中土壤水资源的利用以及水分管理策略的制定提供理论依据。     

Biophysical indicators based on spatial hierarchy for informing land reclamation: The case of the Lower Athabasca River (Alberta,Canada)

In the Lower Athabasca region of Alberta (Canada), surface mining for bitumen from oil sands creates highly disturbed environments, which need to be restored, after mine closing, to equivalent land capability in terms of biodiversity and ecosystem services. We demonstrate a method to characterize ecosystem diversity and conditions using biophysical indicators of the Lower Athabasca meant for informing land reclamation planning and monitoring by identifying and creating a typology of the main assemblages of topography, soil and forest vegetation at the watershed, landform and ecosite scales, and analysing the relationships among land units of various scales. Our results showed that watersheds could be classified into distinct groups with specific features, even for a region with a generally flat or gently rolling topography, with slope, surficial deposits and aspect as key drivers of differences. Despite the subtle topography, the moisture regime, which is linked to large-scale cycles that are dependent on the surrounding matrix, was of primary importance for driving vegetation assemblages. There was no unique and homogeneous association between topography and vegetation; the specific landforms each displayed a range of ecosites, and the same ecosites were found in different landforms. This suggests that landscapes cannot be defined in a qualitative manner but rather with quantitative indicators that express the proportion occupied by each class of ecological units within the coarser units, therefore requiring during land reclamation that sufficient care is given to create heterogeneity within a given landform in terms of soil texture and drainage so that a mosaic of ecosite conditions is created.