Vegetation change in acidic dry grasslands in Moravia (Czech Republic) over three decades: Slow decrease in habitat quality after grazing cessation

Aims

Shallow soils on acidic bedrock in dry areas of Central Europe support dry grasslands and heathlands that were formerly used as extensive pastures. These habitats are of high conservation value, but their abandonment in the 20th century triggered slow natural succession that poses a threat to specialized plant species. We asked how this vegetation and its plant diversity have changed over the past three decades and whether protected areas have positively affected habitat quality.

Location

Southwestern and central Moravia, Czech Republic.

Methods

In 2018–2019, we resurveyed 94 vegetation plots first sampled in 1986–1991 at 47 acidic dry grassland and heathland sites. We compared the number of all vascular plant species, Red List species and alien species per plot using parametric and non-parametric tests, life-form spectra using the chi-square test, species composition using detrended correspondence analysis, and indicator values using a permutation test. We also compared these changes between sites within and outside protected areas.

Results

Vegetation changes over the past three decades have been relatively small. However, we detected a decrease in total species richness, the number of Red List species and the number of characteristic species of dry grasslands. Neophytes were infrequent, while archaeophytes increased slightly. The competitive tall grass Arrhenatherum elatius, annual species and young woody plants increased in abundance or newly established at many sites. Indicator values did not change except for a slight increase in nutrient values. These negative trends occurred both within and outside protected areas but were more pronounced outside.

Conclusions

Formerly grazed acidic dry grasslands and heathlands in Moravia are slowly losing habitat specialists, including threatened plant species, and are increasingly dominated by Arrhenatherum elatius. Conservation management, especially cutting in protected areas, slows down the negative trends of decline in plant diversity and habitat quality but is insufficient to halt these processes completely.     

Elevated CO2 and the mineral content of herbaceous and woody plants

The CO₂ enrichment effects (300–650 µmol mol^-1) on mineral concentration (N, P, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Zn), absolute total mineral contents per individual and of whole stands of four herbaceous (Trifolium repens L.,Trifolium pratense L.,Lolium perenne L.,Festuca pratensis HUDS.) and two woody species (Acer pseudo-platanus L.,Fagus sylvatica L.) were investigated.In general, the mineral concentration of the plant tissues decreased (all six species: N>Ca>K>Mg) with the exception of P. Mn and Fe were only determined for the tree species. Both decreased in concentration (Mn>Fe). Zn was only analysed forTrifolium pratense andFestuca pratensis and decreased significantly in the grass.Despite of decreases in concentrations of as much as 20% in some cases there were increases in absolute amounts per individual and, therefore, in the whole vegetation up to 25% because of the enhanced dry matter accumulation at elevated CO₂ supply.Dedicated to Prof. Dr. R. Bornkamm, TU-Berlin, on behalf of his 60th birthday     

1981—2018年新疆草地归一化植被指数时空特征及其对气候变化的响应

在新疆开展长时间序列的草地监测,分析草地生长的时空变化特征,有利于草地环境压力分析和草地生态健康预测。以NOAA-AVHRR NDVI为数据源,采用最大值合成、一元回归分析与相关性分析,分别在年际尺度和多个空间尺度(全疆、南北疆与各地区及其11种草地类型)上探讨了1981—2018年新疆草地归一化植被指数(NDVI)时空特征及其对气温、降水的响应。结果表明：(1)1981—2018年,新疆草地NDVI多年均值0.326,变化范围0.259—0.386,具有轻微年际波动特征;(2)北疆、南疆草地NDVI均表现为轻微增加趋势;全疆占草地总面积41%的区域NDVI呈显著增加趋势,9%为显著减少区域,北疆草地NDVI显著增加的面积是南疆的1.7倍;(3)由于垂直地带性及区域差异,新疆草地NDVI由山区向盆地的荒漠降低;北疆草地NDVI是南疆1.4倍,总体上北疆各地区草地NDVI高于南疆各地区;(4)草地类型植被NDVI对降水的显著响应高于气温,其中温性荒漠类、温性荒漠草原类与温性草原类草地NDVI对降水变化的响应明显高于其余草地类型,降水对草地NDVI的影响更为显著,表明降水引起的地表水分变化...     

2000—2019年四川省植被恢复成效与影响因素

国家实施天然林资源保护工程与退耕还林等生态建设工程,为构筑长江上游生态屏障、促进长江流域经济可持续发展做出了突出贡献;评估退耕还林等生态工程实施后植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复优化与生态环境改善的关键一步。基于MODIS MOD13Q1数据,应用Theil Sen斜率与Mann-Kendall趋势检验、“基线”评价方法、时空地理加权回归模型等量化不同时间尺度的植被时空变化、恢复成效和恢复机制。结果表明(1)植被覆盖状况良好,截止2019年底,四川省91%的区域植被出现增长,四川盆地东北部、四川省南部地区以及东南部乌蒙山、川西北高原地区植被覆盖较高;成都市内以及周围市区植被覆盖率较低。(2)植被恢复成效时空差异显著,占全省面积98.68%的区域植被恢复成效明显,高值区面积占比71.47%,集中于除成都平原外的四川省绝大部分区域。(3)气候变化对植被变化的影响以不显著为主,气温、降水对四川省植被恢复影响微弱,海拔和>35°坡度面积比等地理环境因子则以弱抑制作用为主。(4)在相对平稳的气候背景下,人均财政支出、耕地面积与人均GDP所代表的社会经济因素是植被恢复成效改善的重要影...     

热岛效应下亚热带城市植被叶气孔权衡特征及其与叶功能性状的关系

叶片气孔不仅是植物平衡光合-蒸腾关系的重要门户,也是影响大气碳循环与水循环的关键结构。分析热岛效应下福州市乔木、灌木、草本3种生活型和常绿、落叶2种叶习性植物的气孔性状间的差异及其与其他叶功能性状间的权衡关系有助于探究不同类型植物在热环境下的适应策略。以福州市区的自然和半自然植被为研究对象,测定441个植物样本的气孔特征、化学计量特征和形态特征,结果表明：（1）3种生活型、2种叶习性植物的气孔长度（SL）、气孔密度（SD）差异显著（P<0.05）,潜在气孔导度指数（PCI）不存在显著差异（P>0.05）。草本的SL高于灌木和乔木,乔木的SD最高,灌木次之,草本最低;落叶植物的SL高于常绿植物,SD低于常绿植物。（2）SL与SD间的权衡关系稳定存在于3种生活型和2种叶习性植物中,且随着不同生活型和落叶习性植物的生态策略而呈现各异的权衡特征,即当SL一定时,乔木的SD最大,灌木的SD最小,常绿植物的SD大于落叶植物。（3）气孔性状和叶片形态、化学计量特征紧密联系,SL与比叶面积（SLA）正相关（P<0.01）,与叶面积（LA）负相关（P<0.01）;SD与叶氮含量（LNC）、叶磷含量（LPC）、SLA负相关（P<0.01）,与LA正相关（P<0.01）;PCI与LNC、SLA负相关（P<0.01）,与叶厚度（LT）正相关（P<0.05）。（4）复杂的环境是气孔性状变异的重要驱动因素,SL、PCI均与年均温（MAT）负相关（P<0.05）。     

基于主体功能区的长江经济带绿色发展评价与问题区域识别

长江经济带已成为我国推进绿色发展的重要阵地。基于主体功能区视角,构建以水系统为纽带的长江经济带绿色发展评价指标体系,采用综合加权法、空间自相关、耦合协调度模型等方法探究2018年长江经济带130个城市绿色发展及各子系统耦合协调水平的空间格局,并对绿色发展的问题区域进行分类识别。结果表明：(1)长江经济带绿色发展水平呈由下游、中游至上游递减趋势;各主体功能区绿色发展指数表现为优化开发区>限制开发区>重点开发区。(2)绿色发展各子系统耦合协调度值位于0.365—0.656之间,多处于濒临失调和勉强协调的临界区间,耦合协调水平整体偏低。(3)从长江经济带整体来看,长江中上游地区绝大部分城市绿色发展主要受资源利用和产业发展水平偏低,及由此带来的生态和生活问题限制,且长江中上游地区各省会或直辖市对区域内其他城市绿色发展带动能力不足。从主体功能区视角来看,优化开发区以生态问题为主,仅上海和嘉兴两市;重点开发区以生态和生产问题为主,集中于武汉都市圈和成渝双城经济圈内部;限制开发区以生产和生活问题为主,主要位于省际边界型城市地区。最后综合问题识别结果,分别对长江经济带各主要问题区域绿色发展...     

黄河流域植被格局变化对水分利用效率的影响

黄河流域横跨3个气候带,是全球人类活动最为强烈的地区之一,特殊的地理位置和复杂的下垫面导致其碳-水循环过程较为复杂。研究黄河流域碳水循环不仅是区域水资源利用的基础,也是实现气候变化条件下双碳目标的关键。水分利用效率(WUE)作为表征碳水过程的重要指标,可用于反映生态系统碳水耦合规律及其相互作用关系。基于此,利用全球陆表特征参量数据(GLASS)的净初级生产力(NPP)和蒸散(ET)产品以及中国逐年土地利用与覆盖数据集(CLUD-A),分析了黄河流域植被格局变化背景下WUE在1990—2018年的时空变化特征及其驱动力。结果表明：(1)黄河流域全域WUE在29 a的均值处在0.18—1.53 g C/kg H₂O之间,存在明显的空间异质性,上游地区WUE明显高于中下游地区,分别在0.66—0.92 g C/kg H₂O和0.43—0.62 g C/kg H₂O之间波动,二者均存在波动上升态势。(2)黄河流域全域WUE在以2000年为中间点的10 a的增速达到近29 a的峰值,流域植被格局变化所带来的流域内NPP与ET变化速...     

中国南海北部不同岛屿植被与土壤的耦合协调发展度

植被和土壤是陆地生态系统两个重要的组成部分,二者相互影响相互促进,探明两者的耦合协调关系是生态恢复与重建的顺利实施的关键。基于中国南海北部大庙墩岛、涠洲岛、大汉三墩岛、甘蔗岛和蜈支洲岛等个海岛的典型植被群落植被土壤的全面调查和取样分析,建立10个植被因子和14个土壤因子的2级层次指标体系,采用层析分析法确定各因子的权重,构建5个海岛植被土壤耦合度和耦合协调度模型。结果表明,不同岛屿的植被土壤耦合度和耦合协调度模型并不完全对应,植被与土壤的综合指数在不同岛屿中也不完全一致,甘蔗岛的植被效应和大汉三墩岛的土壤效应最佳。中国南海北部5个岛屿的植被土壤耦合协调状况较好,均处于初、中级协调发展状态,且除甘蔗岛外处于植被土壤同步型。总的来说,由于岛屿远离内陆,人类干扰相对较小,在植被土壤长期的演替过程中,中国南海北部岛屿植被土壤耦合协调较好,在其恢复与生态重建时要注重提高植物多样性、抚育水平和土壤管理水平。     

植物光合作用限制因素与植被生产力研究进展

随着全球气候变化的加剧,陆地生态系统中植物光合作用限制影响程度的增加已成为降低全球植被净初级生产力的主要因素。系统了解植物光合作用限制因素是科学评估植被生产力的重要前提,也是缓解植物光合作用限制,增加植物光合碳同化能力的先决条件。对植物光合作用限制因素进行了系统解析,分析了光合作用三种限制因素生化限制(Biochemical limitation,l_b)、气孔限制(Stomatal limitation,l_s)、叶肉限制(Mesophyll limitation,l_m)的环境响应,重点讨论了叶肉限制及其影响机理,述评了光合作用限制定量分析方法及改善措施,最后以提高植被生产力为驱使目标,对未来植物光合作用限制因素研究提出以下内容：(1)基因工程技术与系统生物学数据相结合提高植被生产力;(2)气孔响应速度对植物光合作用的影响机制;(3)水通道蛋白(Aquaporin, AQPs)和碳酸酐酶(Carbonic anhydrase, CAs)感知环境信号变化的驱动基因。以期为未来气候变化背景下,深入认识和降低植物光合作用限制,提...     

长三角地区植被覆盖演变城乡差异及其原因

城市生态环境和城市化之间的关系是城市可持续发展的关键。研究不同城市化水平下植被覆盖的长时间演变趋势,对理解城市化过程对植被生长动态的影响,城市更新以及推进城市绿化的科学管理具有重要意义。然而,目前对城市内部沿城乡梯度植被生长趋势差异的认识还比较有限。以我国城市化发展最为强烈的长三角地区为研究对象,基于2000-2020年长三角归一化植被指数数据,采用趋势分析和地理探测器方法,探究了长三角地区城市内部植被覆盖演变城乡差异,并从土地利用/覆被变化和城市化发展的角度解析其成因。研究结果表明：（1）2000-2020年长三角地区植被总体呈绿化趋势,植被明显绿化占最大比例（52.06%）,轻微绿化与稳定不变地区占31.68%,零星分布的褐化区占6.82%。（2）城市老城区植被覆盖变化总体呈现返绿趋势（0.016/10 a）,新城区褐化明显（-0.019/10 a）,农郊区绿化突出（0.023/10 a）。在上海、南京和杭州等人口城市化水平较高的城市中,老城区土地利用变化强度最高,其绿化趋势也最高,体现了城市更新过程对绿地空间的促进作用;而在人口城市化水平相对较低的宣城、蚌埠和阜阳等城市,土地利用变化强度相对较低的农郊区也呈现明显的绿化趋势,更多的是受到区域生态保护的影响。（3）土地城市化是长三角地区老城区和新城区植被覆盖变化的主导因子,而城市化因子对农郊区解释程度总体不显著。从长三角总体区域看,城镇人口比重、不透水面积/总面积以及地区生产总值三者对植被覆盖演变存在显著影响,其中城镇人口比重影响最大。