1980—2018年祁连山南坡土地利用变化及其驱动力

祁连山是我国第一阶梯和第二阶梯的分界线,生态环境脆弱,对过渡地带土地利用变化及其驱动力研究具有重要的生态意义。本研究以祁连山南坡为研究区,基于1980—2018年遥感影像数据,运用空间自相关分析法、ArcGIS空间分析方法和主成分分析法分析了土地利用的时空变化特征及其驱动力。结果表明: 1980—2018年,草地是研究区土地利用类型的主体,建设用地所占比重最小,水域、草地表现为下降趋势,未利用土地、建设用地和耕地均呈现出增长态势,林地变化较小。不同地类单一土地利用动态度从大到小依次为:建设用地＞水域＞耕地＞未利用土地＞林地＞草地,综合土地利用动态度为0.9%。不同土地利用类型空间分布表现出空间集聚性特征。耕地增加的区域和林地、草地减少的区域主要分布在门源县城所处大通河谷地西北侧,天峻县东北部大通河上游地区存在工矿建设用地占用草地的现象。土地利用变化驱动力主要为人口数量、科技、城市化、经济发展水平和政策。本研究结果可为政府合理规划和利用土地资源提供依据,对祁连山南坡生态环境保护和社会经济可持续发展具有重大意义。     

大兴安岭北部不同海拔天然林土壤胞外酶化学计量特征及其季节动态

研究了大兴安岭北部奥克里堆山不同海拔(750～1420 m)天然林土壤胞外酶活性(EEA)和酶计量比的变化特征及影响机制。结果表明: 海拔、季节及其交互作用对β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP)活性均存在显著影响。5月,BG和NAG活性随海拔升高呈逐渐增大趋势,AP活性随海拔升高呈先升高后降低的趋势。7月,NAG活性随海拔升高而增大,AP活性则先升高后降低。9月,不同海拔上NAG活性变化幅度较大,在1420 m处活性最高,为124.22 nmol·h^-1·g^-1。随着海拔的升高,酶化学计量比ln(BG)∶ln(NAG+LAP)呈降低的趋势。除海拔830 m外,7月化学计量比值最高。土壤C、N、P转化酶活性对数转换后的比值为1∶1.25∶0.82。海拔和土壤温度是影响土壤胞外酶的主要因素,土壤温度与BG、NAG和AP呈显著正相关。ln(BG)∶ln(NAG+LAP)和ln(NAG+LAP)∶ln(AP)与pH分别呈显著正相关和负相关,与DOC分别呈显著负相关和正相关,而ln(BG)∶ln(AP)受土壤容重的影响较大。     

坡向和坡位对四川夹金山灌丛群落结构与物种多样性特征的影响

研究不同坡向、坡位夹金山灌丛群落结构和物种多样性特征。结果表明: 在 24 个样地中,共有维管植物 186 种,隶属于 50 科 127 属。其中,灌木层有 32 种,隶属于 14 科 22 属,阴坡下坡位物种数最多;草本层有 154 种,隶属于 43 科 109 属,阴坡物种数最少。灌木层的平均高度表现为阳坡>半阳坡>阴坡,平均密度则相反;草本层平均高度表现为阴坡>半阳坡>阳坡,平均密度无显著变化。坡位仅对阳坡草本层平均高度有显著影响,灌木层物种多样性在阴坡较高,草本层物种多样性在阳坡下坡位和阴坡中坡位较高。坡向对灌木层和草本层 Shannon多样性指数、Simpson优势度指数、物种丰富度指数、Pielou均匀度指数影响显著(除草本层 Simpson 指数),坡位对灌木层和草本层物种多样性指数均无显著影响,坡向和坡位的交互作用对草本层物种多样性的影响大于灌木层。冗余分析(RDA)表明,物种多样性不仅与坡向正弦值、坡向余弦值相关,也与群落结构特征相关性较大。     

南亚热带人工林种植对赤红壤团聚体分布及稳定性的影响

本文选取南亚热带地区桉树、杉木、马尾松、米老排和红锥5种典型人工林为研究对象,采用Elliott湿筛法和Le Bissonnais(LB)法研究了人工林对土壤团聚体稳定性的影响。结果表明: 5种人工林土壤经湿筛法处理后,水稳性团聚体(WR_>0.25)均在62.2%以上,团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别介于1.58～3.71和0.57～2.02 mm,表现为杉木林最大,桉树林最小。各林分土壤团聚体结构破坏率(PAD)介于4.6%～31.5%之间;采用转移矩阵法评价5种人工林土壤团聚体,得出土壤团聚体稳定性指数(ASI)为杉木林>红锥林>米老排林>马尾松林>桉树林。在LB法3种处理下,快速湿润处理(FW)对土壤团聚体的破坏程度最大,说明消散作用是研究区团粒崩解的主要机制;预湿润振荡处理(WS)的破坏程度最小;慢速湿润处理(SW)介于两者之间,MWD和GMD值变化一致,均表现为WS>SW>FW,且随土层的加深,呈现逐渐降低的趋势。5种人工林土壤在LB法FW处理下团聚体GMD值与湿筛法ASI、MWD、GMD均达到显著正相关,表明湿筛法与LB法的FW处理具有很好的相关性,可用于表征南亚热带赤红壤地区土壤团聚体的稳定性。综合MWD、GMD、PAD和ASI等团聚体稳定性指标,杉木人工林比其他4种人工林更有助于土壤团聚水平的提高,其土壤结构相对较为稳定。     

兴隆山国家级自然保护区不同生境的蝴蝶群落结构与种-多度分布

为明确甘肃兴隆山国家级自然保护区内的蝴蝶种类, 以及不同生境的蝴蝶群落结构与种-多度分布的变化情况, 在全部5个林场选取6条样线, 于2015-2018年连续4年采用样线法对保护区的蝴蝶进行调查和采集, 并分析了其多样性指数及种-多度分布。4年共采集蝴蝶标本5,719号, 经鉴定隶属8科69属120种。眼蝶科(3,093号)是保护区的优势类群, 喙蝶科仅采集到1号标本(朴喙蝶, Libythea lepita), 为保护区的稀有种类。其中, 各样线的种数、个体数、多样性指数以及物种丰富度表现为: 样线I最高, 样线IV次之, 说明其生境结构稳定, 环境良好, 适合蝶类生存; 样线III蜜源植物丰富, 各项指数较高; 样线V海拔较高, 各项指数较低; 样线II植物群落结构单一, 各项指数最低。相似性系数分析结果表明: 样线I和VI、III和IV、III和VI均为中等相似; 其余各样线间为中等不相似。区系分析结果表明: 古北种有63种, 占总种数的52.5%; 东洋种2种, 占总种数的1.7%; 广布种55种, 占总种数的45.8%。说明古北种占绝对优势, 且明显高于东洋种, 具有很强的地区代表性。种-多度分布分析结果表明: 样线I和IV呈现出对数正态分布, 模型拟合效果较好; 样线II和VI为非典型的对数级数模型, 符合生态位优先占领假说。说明不同生境以及人为干扰因素与蝶类多样性关系密切, 表现出单一生态系统蝴蝶群落的多样性指数较低, 复杂生态系统其多样性指数较高的特点。     

西双版纳国家级自然保护区蚂蚁-树互作网络空间变异

网络分析(network analysis)可以同时分析群落中的物种多样性和种间关系, 为了解生态群落的稳定性机制提供了新的分析思路和方法。本研究从西双版纳国家级自然保护区的纳板河、勐仑和勐腊(补蚌)三个地点采集了树栖性蚂蚁及树木的种类和数量数据, 对蚂蚁-树组成的二分网络进行了分析, 探讨了3个采样点物种的多样性、网络指标以及群落指标之间的关系。我们采用零模型的方法比较了3个样点的标准化网络参数差异。结果表明: 蚂蚁和树木的物种数以及树的异质性指数(Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数)都呈现出勐仑 > 纳板河 > 补蚌的趋势。树木-蚂蚁的灭绝曲线系数大小关系同样为勐仑 > 纳板河 > 补蚌, 灭绝曲线与树的物种数及异质性指数大小趋势一致, 而与蚂蚁的异质性指数并不吻合。根据Z值的绝对值来看, 网络参数(加权嵌套性、平均连接数、特化水平、模块性、连接度)与群落参数(灭绝曲线系数、生态位重叠)的大小趋势相同, 表现出勐仑 > 纳板河 > 补蚌的趋势。综上所述, 蚂蚁-树互作网络的稳定性(灭绝曲线系数)主要由树的数量和异质性指数决定。网络的加权嵌套性和网络中节点的平均连接数也能促进群落的稳定性。而在一个特化的(数值越大表示专性互作越多)和模块化(具有较多密切互作的节点单元)的网络中, 当低营养级物种灭绝时高营养级物种数量将迅速减少。     

罗霄山脉翼手目物种多样性及适生区预测

罗霄山脉位于中国大陆东南部, 是一条南北走向的大型山脉, 面积约6.76万km²。该山脉位于欧亚大陆东部季风区, 生物多样性丰富, 是亚洲东部第三纪冰期动物重要的避难所。为了解罗霄山脉翼手目物种多样性状况, 本研究组于2013-2018年, 使用雾网、手网和竖琴网等工具开展了针对性调查与标本采集, 同时运用形态分类学和分子系统发生学方法鉴定物种。根据调查结果并结合文献记载: 罗霄山脉地区现有翼手目物种4科14属40种, 其中罗霄山脉翼手目新记录种25种, 省级翼手目分布新记录种9种。同时, 本研究基于5年的调查采集位点, 使用生物多样 性与气候变化虚拟实验室(the Biodiversity & Climate Change Virtual Laboratory)在线生境预测平台, 对罗霄山脉翼手目物种当前的适生区, 以及3种不同量温室气体排放情景下(representative concentration pathway, RCP 2.6 / 6.0 / 8.5) 2050年的适生区进行预测, 其中随机森林算法(random forest)的模型解释力较优, 其预测结果显示: 影响该区域翼手目分布的主要环境因子为降水季节性和年平均温度; 山脉中部及南部为翼手目的高适生区, 面积约为罗霄山脉的30%; 与当前适生区相比, RCP 2.6情景下2050年该类群适生区有所扩增, RCP 6.0和RCP 8.5情景下均会导致翼手目适生区急剧缩减, 且分布区将迁移至高海拔区域以响应气候变化。而本项目的开展不仅初步掌握了罗霄山脉翼手目物种多样性本底状况, 也为开展后续的翼手目研究和保护管理提供了参考。     

秦岭地区林地与草地景观格局变化及其驱动因素

以1980—2015年土地利用数据集为数据源,利用GIS空间分析、景观格局指数和主成分分析法,研究了秦岭地区林地与草地景观格局时空变化特征,并探讨其演化的驱动因素。结果表明:(1)林地和草地是秦岭地区主要景观类型,约占研究区总面积的72%,其中有林地为优势景观类型,其次为高覆盖度草地和中覆盖度草地,其他林地和低覆盖度草地分布面积相对较少。(2)35年来,林地和草地总面积整体呈减少趋势,净减少了309.44km~2,其中草地减少占主导地位;空间变化上,损失严重的区域主要分布于以西安市为中心的周边区域,主要向建设用地和耕地转移。(3)林地和草地景观破碎化程度逐渐增加,连通性降低,景观异质性增强且景观形状更为复杂,草地较林地变化明显;空间分布上,林地和草地景观格局指数空间分布特征明显,在地形因子作用下呈现一定的地形梯度性,尤其与海拔的相关性最好。(4)人为活动干扰是影响秦岭地区林地和草地景观格局变化的主要驱动因素,气候因素次之,同时国家宏观政策起着重要的导向作用。减缓人为活动对秦岭地区的过度影响,维护林地和草地的平衡性及完整性,是实现该区生态系统科学管理和资源的可持续利用的关键。     

黄土高寒区典型植被类型土壤入渗特征及其影响因素

为了研究黄土高寒区典型植被在不同坡位下土壤入渗性能差异及其影响因素,采用恒定水头法测定了不同植被类型的土壤入渗过程,并分析了土壤孔隙状况、机械组成、水稳性团聚体等与渗透速率的相关性。结果表明:(1)初渗速率和稳渗速率均表现为青海云杉祁连圆柏华北落叶松荒草地,且差异性显著;同一植被类型的土壤入渗速率沿坡面向下逐渐增大,但差异性不显著;(2)对不同植被类型的土壤入渗过程模拟发现Horton模型拟合效果最好,决定系数均在0.8以上,通用经验模型拟合精度较差,决定系数在0.614—0.982之间;(3)土壤入渗性能与孔隙状况、水稳性团聚体质量分数、有机质含量均有极显著相关性;0.25 mm团聚体质量分数是影响稳渗速率的主要决策因素;总孔隙度是影响初渗速率的最主要的决策因素,而毛管孔隙度是主要的限制因子。为高寒地区土壤入渗模拟以及植被配置等提供了科学依据。     

黄土丘陵区人工柠条种植年限和坡位对土壤团聚体稳定性的影响

柠条(Caragana korshinskii Kom.)种植是黄土高原地区生态环境建设中重要的人工植被恢复措施。选择黄土丘陵区条带种植15、25和35年的柠条坡地,以荒草坡地为对照,运用Le Bissonnais法分析柠条种植不同年限和坡位对0—40 cm土层团聚体分布及其稳定性的影响。结果表明:长时间柠条种植对土壤团聚体稳定性的影响主要在0—20 cm土层;不同处理下土壤大团聚体(0.25 mm)含量总体表现为柠条35年柠条25年柠条15年荒草地,表明柠条种植年限增加促进了大团聚体的形成。从坡面尺度看,柠条平均重量直径整体表现为坡下坡上坡中;在上坡的柠条35年样地具有最大值(3.08 mm),但在下坡荒草地显著高于柠条林地(P0.05)。基于相对消散指数和相对机械破碎指数,上中坡土壤团聚体均对消散作用和机械破碎作用较敏感,而下坡的下层土壤团聚体对破碎作用更敏感。冗余分析表明,土壤有机碳和粘粒含量与柠条平均重量直径呈显著正相关关系(P0.05)。种植年限是影响土壤团聚体稳定性的主要因素,解释了30.4%的变异;其次是土层(2.75%)和坡位(0.61%)。总体而言,柠条种植年限增加有利于促进黄土丘陵区土壤团聚体稳定性提升,但这种影响在不同坡位具有差异:在上中坡团聚体稳定性均随种植年限增加而增强,在下坡则先降后增。