桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征

Study on ecosystem service values (ESVs) is the bridge of understanding ecosystem and economic decision-making. To investigate the response of ESVs to ambient environment and their spatial scales is an urgent work in the process of ecological restoration and sustainable development in southwest China. Based on the previous research results, the remote images, and weather data of 31 years (1975-2005), the response of ESVs to ambient environment and their spatial scales in a typical karst area of northwest Guangxi, China were evaluated with the method of empirical mode decomposition (EMD) in this paper. The results showed that ESVs had obvious variations with changes in elevation, rocky types and soil types, and had corresponding characteristics of spatial scales. The ESVs in middle and low elevation areas were higher, but they decreased due to human activities such as deforestation. The ESVs in peak-cluster depression areas were lower, and they would increase as influenced by policies such as returning farmland to forestland. The ESVs were influenced by rocky types, showing lower values but an increasing trend in the typical karst regions while higher values but a decreasing trend in non-karst regions. The average ESVs in the west part of the study region, which is not only the main nature reserve for rare wildlife species in Guangxi, but also one of the best preserved natural vegetation regions in China, were more than 15,000 RMB Yuan ha-1,. Comparatively, the ESVs were less than 10,000 Yuan ha-1 in the middle part of the region attributed to low vegetation coverage, serious peak-cluster depression and karst rocky desertification. After about 20 years, that is from 1985 to 2005, the ecosystem conditions had been improved and the ESVs had increased in the middle and eastern part of this study region. On the contrary, in most western part, which was dominated by subtropical evergreen broad-leaved forest, they had been worsened, and the balance values of ESVs were negative. As for the relationships of ESVs with rocky types and soil types, lime soil and red soil were the two main soil types that contributed to ESVs (The total contribution was above 60%, and it is 63.77%,64.37%,64.56%,64.91% respectively in the four years of 1985, 1990, 2000 and 2005.). The variance contribution of intrinsic mode function (IMF) and trend (R) showed that there were obvious special sales for ESVs in this study area, and the main spatial scales were about 2.7 km, 5.5 km, and 11.6 km. The variance contribution ratio was 12.29%, 11.26%, 11.49% respectively, and the trend (R) was high (17.74%). In conclusion, this study indicated that ecosystem conditions in the typical karst area were improved owing to the application of rocky desertification control policies, such as ecological migration and returning farmland to forestland. Besides, the main spatial scales of ESVs in the study area were the interactions of terrain, physiognomy, land use / land cover and human activities.     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林植被的空间异质性

基于广西环江木论国家级自然保护区喀斯特典型峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林2 hm2动态监测样地,选择4个多样性和5个群落结构属性变量,运用地统计学和分形几何学理论方法,分析植被的空间异质性、分形特征和分布格局,以探讨其维持机制。结果表明:(1)样地树木种类和除平均高度外的4个结构属性变量均值适中,变异系数较高(48.37%～71.01%),植物多样性丰富且稳定性强,Shannon指数、Simpson指数和均匀度指数变异系数仅在5.49%～22.64%之间。(2)除均匀度的Moran’s I系数接近0且无规律外,其他8个属性变量均有不同程度的空间自相关性,分别用球状、指数和高斯模型拟合的决定系数(R2)高达0.900～0.982,C/(C0+C)值和分维数D值分别在0.582～0.827和1.738～1.871之间,具有中等以上的空间依赖性。(3)密度、平均冠幅和高度的自相关范围和变程小于其他指标,其分布和形成过程决定了整个森林植被的空间格局。(4)森林植被的Kriging等值线图充分表征了人为干扰、地形、土壤质量的综合差异。(5)自相关、半方差模型的变程和Kriging等值线图综合分析表明,喀斯特峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林空间异质性研究的采样间隔10 m左右较适宜,但采样范围应大于10hm2,这对确定该区域动态监测样地的面积具有一定的指导意义。     

喀斯特地区丛枝菌根真菌遗传多样性

为探明喀斯特地区丛枝菌根真菌( AMF)的遗传多样性特征,利用巢式PCR和DGGE相结合的分子生物学方法对茂兰喀斯特多个植被类型下的AMF遗传多样性进行了研究.结果表明,喀斯特地区AMF遗传多样性指数和物种丰富度分别平均为3.50和41,远高于非喀斯特对照样地的2.68和17,分析表明,喀斯特地区较高的AMF多样性与此地区丰富的植物多样性以及特殊的生态环境有关,是与喀斯特生态系统长期相互选择的结果.不同植被类型下的AMF多样性差异显著,相似性指数最高为0.34,喀斯特地区AMF的群落结构随着植被类型的改变发生显著变化;基因测序显示,喀斯特地区AMF的优势菌属是生态适应性很强的球囊霉属,在喀斯特石漠化生态恢复中具有较强的利用潜力.     

喀斯特山区不同植被类型土壤有机碳的变化

研究了贵州西南部典型喀斯特山区不同植被类型下常规土壤及小生境土壤中有机碳及不同粒径土壤颗粒有机碳的变化.结果表明:不同植被类型下,常规及小生境土壤有机碳含量均表现为:裸地＜草丛＜灌木林＜乔木林,常规土壤变幅在7.18 ～43.42 g·kg-1,土面和石坑土壤有机碳变幅分别为6.62 ～46.47 g· kg-1和9.01 ～52.07 g·kg-1;颗粒有机碳(POC)/矿物结合态有机碳( MOC)值均为:裸地＜草丛＜乔木林＜灌木林,同一植被类型下,与常规及土面相比,石坑中土壤POC/MOC值最高;植被在由裸地-草丛-灌木林-乔木林的变化过程中,不同粒径土壤颗粒有机碳含量增加,而土壤有机碳主要以砂粒及粉砂粒有机碳形式存在,说明喀斯特地区土壤的固碳能力及有机碳稳定性较弱,土壤易受外界干扰而引发有机碳流失,土壤质量存在下降或退化的风险.     

我国西南部喀斯特森林特有濒危树种掌叶木新的微卫星分子标记的开发

采用基因组DNA富集文库法FIASCO(Fast isolation by AFLP of sequences containing repeats)从掌叶木(Handeliodendron bodinieri)基因组中分离和筛选了10个新的微卫星位点,进而对掌叶木茂兰自然分布居群的遗传多样性进行了分析。结果表明, 每个位点在30株掌叶木个体上的平均等位基因数(A)为3.5(3~5个),平均观察杂合度(H_O)为0.650(0.267~0.900),平均预期杂合度(H_E)为0.494(0.224~0.652)。每个位点的第一排除概率值P_r(Ex₁)为0.029~0.240,位点综合值为0.7496。单个位点的第二排除概率P_r(Ex₂)为0.123~0.419,位点综合值为0.9517。这些信息预示着这些微卫星标记可以为研究喀斯特特有濒危树种掌叶木的基因流及居群遗传结构提供有效的遗传工具。     

喀斯特石漠结皮细尖鳞叶藓的吸水机制及耐旱适应性

生物结皮是由隐花植物和相关土壤微小生物与表层土壤颗粒胶结而形成的复合体,与维管束植物覆盖一样,它是干旱区地表的重要覆盖类型。苔藓是荒漠植被演替过程中常见的一类先锋植物,同时也是生物结皮中生物量最大的2个类群之一。研究了结皮细尖鳞叶藓的吸水机制和耐旱适应性。结果表明:细尖鳞叶藓最大吸水量和持水率分别达到干重的9.74倍和700%以上,动力学总吸水过程的表观Km值和Vmax值分别为21.67g、10.42g·g-·1DW·min-1,外吸水过程为28.91g和8.56g·g-·1DW·min-1,内吸水过程为43.18g和1.76g·g-·1DW·min-1。可溶性糖含量从142.6mg·g-·1DW(CK)上升到344.3mg·g-·1DW,增长近2.4倍,而游离脯氨酸积累微弱。抗氧化酶SOD活性变化不明显,在0.04U·g-·1FW上下浮动;POD活性在PEG6000胁迫浓度在20%之前呈大幅度上升状态,以后趋于缓和,30%时达最高的131U·g-·1min-·1FW,增加近2倍;CAT活性的变化情况与POD变化趋势相同,但变化量较小。膜脂过氧化指标MDA先略有升高又逐步回落,说明细尖鳞叶藓抗氧化酶系统利用提高POD和CAT活性清除SOD在清除超氧阴离子自由基过程中产生的H2O2。因此,在喀斯特石漠化缺少土壤、极度干旱且保水能力弱的环境区域,结皮藓类植物以其特有的吸水特征、持水功能和抗旱机制等生态功能在石漠化治理、退化生态系统的恢复中具有十分重要的作用。     

喀斯特峰丛洼地旱季土壤水分的空间变化及主要影响因子

基于动态监测样地(200 m×40 m)的网格(10 m×10 m)取样,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地4类典型生态景观类型旱季表层土壤(0—10 cm)水分的空间变化,通过主成分分析和相关分析,探讨了其生态学过程和机制。结果表明,沿严重、重度、中度和轻度的干扰递减梯度,喀斯特峰丛洼地产生了农作物(Ⅰ)→人工林(Ⅱ)→次生林(Ⅲ)→原生林(Ⅳ) 的4类典型生态景观格局变化,土壤水分显著提高,变异系数逐渐增大;4类生态景观类型的土壤水分均具有良好的空间自相关性,正负空间自相关距离反映了性质不同的两大斑块,Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ下半部斑块的半径为50 m,拐点在坡地和洼地的分界处,Ⅱ的下半部斑块的半径为75 m,拐点是土地利用方式的转折点;不同景观类型空间变异特征不同,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的半变异函数分别符合指数模型、高斯模型、指数模型和球状模型,基台值(C0+C)升高,变程缩小,系统的空间总变异增强,其中Ⅰ和Ⅳ的\[C0/(C0+C)\]值分别为48.3%和39.4%,空间相关中等,Ⅱ和Ⅲ的\[C0/(C0+C)\]值≤25%,空间相关强烈;Kriging等值线图清楚表明Ⅰ和Ⅳ土壤水分呈凸型分布,Ⅱ呈单峰分布,Ⅲ呈凹型分布。主成分分析显示除海拔和坡位始终是影响4类生态景观类型土壤水分的主导因子外,不同景观类型的其他主导因子不同,且同一因子在不同景观类型与土壤水分的正负作用关系和相关程度也不同。因此,应根据4类典型生态景观类型土壤水分的空间变化及主要影响因子制定相应的水资源合理利用和管理策略。     

喀斯特木论自然保护区土壤养分的空间变异特征

基于网格(20m×20m)采样法采集土壤样品,利用经典统计学和地统计方法分析了典型喀斯特峰丛洼地(200m×100m)土壤养分的空间变异特征.结果表明:研究区土壤pH值表现为弱变异,其他各养分指标均为中等程度变异,大小顺序为速效磷(AP)速效钾(AK)碱解氮(AN)土壤有机质(SOM)全钾(TK)全磷(TP)全氮(TN);pH半变异函数的最佳拟合模型为球状模型,TK和AK的最佳拟合模型为指数模型,其他养分指标的最佳拟合模型均为高斯模型;pH、AK的变异尺度(变程)较小,分别为58.1和41.1m,SOM、TN、TP、AN、AP的变异尺度相近,在100～150m,TK的变异尺度最大(463.5m);除研究区土壤TK、TN表现为中等的空间自相关性外,其他土壤养分指标均表现为强烈的空间自相关性.pH、AK呈零星斑块状分布,表现为高异质性;SOM、TP、TK的变化趋势较平缓,呈中间高、两边低的分布格局;AN、AP的空间分布具有显著的相似性,均随坡度的增加而呈片状上升趋势;TN的分布较特殊,呈中间低、两边高的趋势.植被、地形和高异质性的微生境是造成喀斯特木论自然保护区土壤养分格局差异的主要因素.     

岩性和土地利用方式对桂西北喀斯特土壤肥力的影响

选取桂西北喀斯特石灰岩和砂页岩典型土地利用方式的土壤为研究对象,揭示土地利用方式和岩性对土壤肥力的影响.选取土壤的11项肥力指标进行因子分析,并对各样地的因子得分进行PCA排序和聚类分析.因子分析将11项指标归纳为土壤的综合肥力、土壤pH和全磷、有效磷和全钾4个因子.PCA排序和聚类分析结果表明:土壤的综合肥力主要受土地利用方式的影响,撂荒有利于土壤综合肥力的提高;土壤pH和全磷主要受母岩性质的影响,沙页岩发育的红壤pH和全磷含量都低于石灰土;有效磷和全钾主要受施肥的影响.与全国总体水平相比,桂西北喀斯特石灰岩和砂页岩土壤均很缺乏有效磷和全钾.石灰土可通过施用铵态氮肥提高磷的有效性,红壤可通过施用石灰提高有效磷含量.另外,喀斯特石灰岩和红壤区都需注重施用钾肥以改善土壤肥力.     

喀斯特地区植被恢复过程中适生植物的生理生态学研究进展

从喀斯特地区适生植物的生境适应性、光合生理、水分生理、养分生理、菌根生理以及遗传生理等方面综述了当前喀斯特地区植被恢复过程中开展的一些生理生态学研究成果,提出今后喀斯特地区需要开展适生植物的钙适应机制、碳循环以及抗旱遗传机制等方面的研究,为喀斯特地区植被恢复提供理论参考。