践踏干扰对碧塔海高寒草甸植被茎叶性状、物种多样性和功能多样性的影响

高寒草甸具有重要的生态服务功能,然而固有脆弱性使其极易遭受气候变化和人为干扰等多重因素的影响。作为滇西北旅游资源中重要的组分之一,高寒草甸吸引了大批游客前往开展徒步旅行活动,但伴随着的践踏干扰作用会不可避免地对高寒草甸生态系统带来负面影响。然而,目前关注践踏干扰对滇西北高寒草甸植被的影响,特别是植被功能性状和功能多样性如何发生变化方面的研究还十分欠缺。以云南省香格里拉市碧塔海自然保护区内的典型高寒草甸生态系统为研究对象,采用实验践踏的方式(一共5种不同强度的践踏处理)来模拟旅游活动对草甸植被的干扰作用,并以草甸植被的茎叶性状特征为切入点,重点探讨践踏干扰对茎叶性状的平均大小和变异程度的影响,以及物种丰富度(以物种形态分类为基础)和功能丰富度(以功能性状为基础)之间的关系。研究结果显示,随着践踏强度的增加,植株高度和叶片大小的平均值,而不是茎叶性状的变异程度,出现明显下降趋势。此外,物种丰富度和功能丰富度均随践踏强度的增强而减小,且两者之间呈现显著正相关关系。然而,较之轻度践踏实验组,重度践踏实验组中的功能均匀度和功能分离度水平均有所增加,表明践踏干扰可能会在短期内打破优势种对资源的绝对占有格局和减少物种间的生态位重叠程度。尽管高寒草甸对人类践踏活动有一定的承受能力,但气候变化和人为干扰等多重因素势必会改变和影响高寒草甸群落的结构和功能可持续性,这也对高寒草甸的保护与管理工作提出了更加紧迫的要求。     

高寒草甸植物物候对温度变化的响应

植物物候是植物为适应其生长环境而呈现的规律性变化,是气候变化的指示器。为了解高寒植物物候对温度变化的响应,利用1997—2010年青海湖海北高寒草原生态监测站群落优势种矮嵩草物候观测资料和同时段的气象资料,应用偏最小二乘(PLS)回归定量分析了植物物候期变化特征、趋势及其与气温间的相互关系。结果表明:①1997—2010年青海湖地区年均温度总体上升,倾向率为0.5℃/10a,其中年均最高温度和最低温度呈现出非对称型变化,最低温度显著升高且高于年均温升幅,倾向率为0.7℃/10a(P0.05),而年均最高温度无明显变化。②1997—2010年间,矮嵩草平均返青期和枯黄期分别为4月18日和10月2日,矮嵩草返青期推迟,枯黄期提前,生长季长度缩短。③影响矮嵩草返青的关键时期为每年的1月和3—4月,1月温度升高影响植物休眠进程进而延迟返青,而3—4月温度升高有利于热量积累使返青提前;影响矮嵩草枯黄的关键时期为7月上中旬和8月,期间温度升高使枯黄期提前。④根据PLS分析和相关分析,最低温度在各关键时期内显著影响植物物候,而最高温度仅在8月对枯黄期影响通过显著性检验,因此最低温度是影响高寒草地矮嵩草物候期的关键因子。     

不同坡向高寒草甸土壤理化特性和微生物数量特征

阐明不同坡向草地土壤性质的空间分异格局,为退化草地的精准修复和科学管理提供参考。研究了青藏高原东缘高寒草甸退化草地不同坡向(北坡N、西北坡NW、西坡W、东坡E、东北坡NE、西南坡SW和南坡S)土壤理化性质和微生物数量特征。结果发现:从N→S坡向上,土壤有机质、碳氮比和全氮含量均呈下降趋势,土壤全磷含量和pH值在不同坡向间均无显著差异(P0.05),E坡向全磷含量最高((2.83±0.95)g/kg),NW坡向含量最低((2.07±0.12)g/kg);土壤细菌、真菌和放线菌数量变化呈波动现象,NW坡向的细菌((13.0×10~5±1.0×10~5)个/g)、真菌((14.0×10~3±0.0)个/g)和放线菌((24.0×10~4±1.0×10~4)个/g)数量最低,E坡向的细菌数量最高((85.5×10~5±2.5×10~5)个/g),S坡向的真菌((24.0×10~3±0.0)个/g)和放线菌((209.5×10~4±4.5×10~4)个/g)数量最高;回归分析表明,在E→S坡向上,随土壤含水量、有机质、碳氮比和全氮含量的增加,土壤细菌和放线菌数量均显著降低(P0.05),而土壤真菌数量随含水量、pH值、土壤养分含量的增加略有降低(P0.05)。可见,不同坡向高寒草甸土壤理化特征差异明显,也导致了土壤微生物数量分配格局的不同。     

气候变化背景下近30年祁连山高寒荒漠分布时空变化

高寒荒漠作为青藏高原植被带谱的顶端类型广泛分布于祁连山高海拔地区, 其生长和分布条件与周边区域差异明显, 对气候变化的响应更为敏感, 且研究较少。该文利用1990年以来的Landsat TM、OLI数据, 采用决策树分类和人工目视解译方法, 提取了祁连山高寒荒漠的分布范围。结合气候变化情况, 综合分析了气候变化背景下近30年祁连山高寒荒漠分布的动态变化及其时空差异。结果表明: (1)近30年增温气候变化过程中, 祁连山高寒荒漠分布范围呈萎缩趋势, 萎缩速率约为348.3 km ²·a ^-1, 萎缩变化幅度表现为西段>中段>东段, 局部地段上存在扩张现象。上述现象导致高寒荒漠下界平均海拔以每10年约15 m的平均速率向更高海拔推进, 向上推进幅度为西段>东段>中段; (2)受水热条件控制, 近30年祁连山高寒荒漠分布动态变化集中分布在低坡度地区。由于水热背景条件的空间差异, 祁连山东段和中段阳坡上高寒荒漠分布动态变化大于阴坡, 而在祁连山西段表现相反; (3) 1990年以来, 祁连山增温显著, 降水量微弱增加。在气候变化以及区域地形限制共同影响下, 祁连山高寒荒漠分布变化时空差异明显, 且过渡带上归一化植被指数与气温相关性高于降水量。以上结果表明, 气候变化影响祁连山高寒荒漠分布动态变化及其空间差异, 但气温是主要的影响因子, 增温促进了高寒荒漠下接植被带主体高寒草甸的生长。     

Competition and abiotic stress affect the size of mangroves near their geographic range limit

竞争和非生物胁迫影响处于地理分布边界的红树植物的个体大小 关于红树植物竞争的研究大多局限于幼苗和人工林。我们首次对天然红树林中成年红树的种内竞争进行了控制实验研究,旨在检验竞争和非生物因子在决定红树植物个体大小中的相对重要性。研究样 地位于靠近红树林地理分布边界的美国德克萨斯州阿兰萨斯港(Port Aransas)附近区域。该区域的红树林由“灌丛”状的黑红树(萌芽白骨壤,Avicennia germinans)单一物种组成。我们对10个样方中原生红树 林进行疏伐,形成系列红树林覆盖度梯度,在2013–2019年期间观测各样方中红树植物的生长指标,量化分析红树林覆盖度对红树植物生长的影响;并于2019年调查了红树林的冠层高度。研究结果表明,在该研究期间,红树植物的相对生长速率随着红树林覆盖度的增加而降低,100%红树林覆盖度样方中的红 树植物大小几乎没有增长,说明它们已经达到了该红树林密度条件下的最大尺寸。在红树林覆盖度降低 的样方中,株高明显增加,在红树林覆盖度为11%的样方中,红树植物株高增加了约52%。对比临水岸 边和林内两种生境中的样方,处于临水岸边生境的红树林冠层高度比处于林内生境的高约30%,且这两 种生境的红树林冠层高度均随红树林覆盖度的增加而降低。叶片叶绿素含量和冠层光截留量的测定数据 显示,该区域红树植物的生长也受到氮限制的影响。由此表明,处于地理分布边界的“灌丛”状红树林一 方面受到营养的限制,另一方面红树植物种内个体间仍存在较为强烈的竞争,且种内竞争对红树植物生长的影响较该红树林内非生物生境因子更为重要。     

岷江干旱河谷优势灌丛对土壤微生物群落组成的影响

通过调查岷江干旱河谷两河口、飞虹、撮箕和牟托4个样地优势灌丛及其灌丛间空地的表土土壤物理化学性质和微生物群落组成,探讨植物灌丛群落对土壤微生物群落组成的影响。研究发现不同灌丛种类对土壤微生物群落组成以及土壤物理化学性质并没有显著影响,而同一样地灌丛与空地间的差异却较为显著。灌丛下比空地土壤中具有更高的有机质、养分含量,更高的土壤含水量和更低的容重,而灌丛下相对富集的养分资源是造成灌丛与空地间微生物群落组成差异的主要原因。不同样地影响微生物群落的主要因子存在一定差异,但与氮相关的因子(总氮、有效氮、碳/氮比)对土壤微生物群落着非常重要的影响,特别是对土壤微生物群落总生物量和细菌类群(革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、细菌等)。虽然不同灌丛和空地下土壤中细菌群落都没有显著地变化,但真菌和菌根真菌却明显的在灌丛下富集。在飞虹和牟托样地,总磷和碳/磷比与真菌类群,主要指真菌和菌根真菌,表现出显著正相关性,这或许反映了真菌类群对于该区域磷循环的重要作用。研究结果揭示了灌丛植被在干旱河谷地区地下生态系统中的重要作用,以及氮、磷这两种养分元素对土壤微生物群落的重要影响。同时,未来对于干旱河谷地区植物-土壤关系的研究应该关注真菌和菌根真菌类群的作用。     

青海祁连瑞香狼毒的光谱差异特征提取

瑞香狼毒是分布在青海省高寒草甸的主要毒害草之一,近年来其迅速蔓延对当地畜牧业危害严重并使草地生态系统日趋退化.在海北州祁连县选取狼毒分布的典型退化草甸,采用2012—2014年狼毒盛花期获取的实测光谱数据,分析狼毒与牧草的光谱差异性.结果表明： 在350~900 nm的可见光 近红外波段,狼毒顶花的光谱反射特征明显异于狼毒叶片和同期牧草等绿色背景,顶花与绿色背景的光谱反射率差异主要体现在红谷和蓝谷.随着盖度的增加,狼毒群落光谱反射率整体升高,在近红外反射峰处狼毒群落与牧草群落光谱反射率具有最大差值,且不同盖度狼毒群落之间的差异性最明显.顶花与绿色背景以及狼毒群落与牧草群落的一阶导数光谱差异均体现在黄边幅值和蓝边幅值.狼毒群落盖度与光谱特征参量的线性回归分析表明,红谷与狼毒群落盖度的相关性最好(R²=0.94),反演狼毒群落盖度的精度最高.盛花期区分狼毒与牧草的主要光谱特征参量为红谷、蓝谷与近红外反射峰,其对应的红、蓝及近红外波段的组合可用于构建狼毒提取的敏感指数.     

高原鼢鼠扰动及恢复年限对高寒草甸土壤养分和微生物功能多样性的影响

为了研究高原鼢鼠扰动后退化高寒草甸恢复演替的动态过程,利用常规实验室分析方法和Biolog-ECO生态板法对青藏高原东缘高寒草甸土壤养分和微生物功能多样性进行分析.结果表明: 高原鼢鼠扰动显著降低了土壤有机质、全氮、速效氮和速效磷含量,对土壤全磷和全钾含量无显著影响;在一定植被恢复年限内,土壤微生物的碳源利用率、Shannon、Pielou和McIntosh指数随着植被恢复年限的增加而升高;主成分分析表明,碳水化合物和氨基酸是土壤微生物利用的主要碳源类型;冗余分析表明,土壤pH、有机质、全氮、速效氮和全钾是影响土壤微生物代谢活性和功能多样性的主要因子.不同植被恢复年限土壤微生物功能多样性的变化可能是对地上植被、土壤微生物群落组成和土壤养分变化的响应.     

山西霍山灌丛空隙草本植物物种多样性与更新

采用物种重要值和物种多样性指数,分析了山西霍山灌丛空隙内主要草本组成及其多样性随灌丛空隙面积梯度的变化规律。结果表明:在自然状况下形成的10 m2的灌丛空隙最多,占51.2%。灌丛空隙内草本植物的重要值高于灌丛下草本,且以10~20 m2的空隙为最高。主要草本可分为3类:(1)对灌丛空隙更新反应不明显的草本,(2)对灌丛空隙有正更新反应的草本,(3)对灌丛空隙有负更新反应的草本。灌丛空隙内的物种丰富度、多样性指数和均匀度指数均高于灌丛下,而生态优势度均小于灌丛下,呈现"单峰型"的变化趋势,且在10~20 m2达到峰值。因此,适宜大小的灌丛空隙是森林生态系统草本层植物多样性维持的重要途径。     

环境因子和干扰强度对高寒草甸植物多样性空间分异的影响

采用样带与样地结合的方法在三江源自然保护区的核心区沿海拔梯度在阴坡、阳坡分别进行草本植被调查,通过因子分析和偏相关分析研究丰富度指数、多样性指数与环境梯度（包括海拔梯度、裸斑面积、坡度、土壤总碳、总氮含量、土壤pH值、土壤总可溶性盐含量）和干扰强度（鼠类干扰强度、放牧强度）之间的关系。研究结果表明：杂类草丰富度指数（DMa杂）与总物种丰富度指数（DMa总）极显著相关（P<0.01）;阳坡DMa杂和DMa总均呈现“中海拔膨胀”现象,阴坡DMa杂和DMa总与海拔梯度呈正相关,莎草科和禾本科的丰富度指数（DMa莎和DMa禾）随海拔升高并无明显规律;通过主成分分析,及偏相关分析,第一主成分（裸斑面积、鼠类干扰和放牧强度）与除莎草科Margalef丰富度指数、禾本科Simpson指数和禾本科Pielou均匀度指数外的其他草地多样性指数均显著相关,是影响阳坡草地植物多样性的主要因子,土壤总碳、总氮含量对阳坡禾本科类群的多样性指数和均匀度指数有极显著影响,土壤pH值、TDS含量和坡度对阳坡莎草科类群的丰富度有显著影响;海拔梯度、土壤总碳、总氮以及pH值对阴坡草本植物群落的多样性影响较大。研究结论认为,植物群落生物多样性的空间分异特征是地理环境、土壤环境以及干扰强度等因素综合作用的结果。无干扰或干扰较弱时,物种多样性主要受土壤环境状况所影响;而在强干扰存在条件下,干扰强度对物种丰富度和多样性的影响比环境因子更显著;遏制高寒草甸植物多样性降低应首先控制放牧及鼠类等强干扰活动。