东南亚生物多样性热点地区的形成与演化

东南亚地处热带,生物多样性极为丰富,可分为4个热点地区:印度-缅甸区的中南半岛、巽他区(含马来半岛、婆罗洲、苏门答腊岛)、菲律宾区(菲律宾群岛)、华莱士区(苏拉威西岛、爪哇岛、马鲁古群岛、小巽他群岛等)。中南半岛在泥盆纪便已是欧亚大陆的一部分,在印度板块撞击欧亚大陆之后受挤压而出;巽他区来自于冈瓦纳古陆和澳洲古陆;菲律宾群岛部分来自于劳亚古陆的碎片向南漂移,部分来自于太平洋西南岛弧的向北迁移;华莱士区则是劳亚古陆碎片、太平洋西南岛弧以及澳洲古陆北侧碎片的组合。巽他区地处赤道,常年温湿;菲律宾区、华莱士区、中南半岛则都受到不同程度的季风气候决定的干湿季变动。地质历史和季风气候影响程度的不同,奠定了东南亚4个生物多样性热点地区的雏形。华莱士区保存有大量的早期被子植物原始类群如睡莲目(Nymphaeales)和木兰藤目(Austrobaileyales),是现代被子植物起源地和冰期避难所之一。巽他区(婆罗洲)和中南半岛是亚洲热带植物的现代分布中心和"进化前沿",是整个东南亚地区重要的种源;而华莱士区的爪哇岛和小巽他群岛主要是物种迁入和中转的种库。这样的物种形成历史与迁移格局,塑造了东南亚4个生物多样性热点地区物种多样性水平与地理范围的基本格局。巽他区和印度-缅甸区曾在冰期通过陆桥相连,使得东南亚成为周边植物扩散交汇的一个"十字路口"。但是,人们对东南亚生物多样性热点地区的物种长距离扩散规律及植物地理学分区仍存在分歧;东南亚与邻近生物多样性热点地区如新几内亚岛、西高止山脉-斯里兰卡、中国横断山区的历史联系,还尚待深入解析。利用现代分子生物学技术,覆盖整个东南亚地区进行全域取样开展代表性类群的物种迁移与生物地理学研究,有望进一步揭示东南亚生物多样性热点地区的形成过程与演化趋势。     

土壤氮素异质性分布和马先蒿寄生对长芒棒头草生长发育及根系分布的影响

无论在农田还是自然生态系统中,土壤养分异质性普遍存在。植物具有感知土壤养分异质性的能力,并通过调节根系生物量分配及空间分布以获取更多资源。了解寄生胁迫在不同养分条件下对寄主生长发育及根系空间分布的影响,对解析寄主应对寄生胁迫和养分胁迫的适应策略,进而指导寄生性杂草防控具有重要的指导意义。该文采用分根试验,通过对寄主分根,并控制根室两侧氮供应水平及寄生胁迫程度,考察了氮胁迫及两种寄主依赖程度不同的马先蒿的寄生对寄主长芒棒头草生长发育及根系空间分布的影响。结果表明:(1)土壤氮水平与马先蒿寄生均可显著影响长芒棒头草生物量及根冠比,并且两者之间存在显著交互作用,其中土壤氮水平为主要影响因子。(2)两种马先蒿对长芒棒头草的危害程度不同。在NPK和2NPK 处理时,三色马先蒿的寄生显著降低长芒棒头草生物量(茎叶:37.1%、51.5%; 根系:35.6%、63.6%); 在NPK处理时,大王马先蒿的寄生显著增加长芒棒头草生物量(茎叶:29.9%,根系:61.2%)。(3)长芒棒头草的根系生长和空间分布受氮营养的异质分布和寄生的影响,具有明显的感知养分空间分布及调节根系生长能力。     

闽南三市绿地景观格局与地表温度的空间关系

深入探索绿地景观格局对热环境的影响机制,对于改善城市生态环境具有重要意义。基于厦门、漳州、泉州三市的Landsat遥感数据,应用景观生态学与空间自相关理论,探讨了绿地景观与地表温度的空间分布特征,并用双变量空间自相关与空间自回归模型分析两者之间的空间关系。结果表明:闽南三市绿地与地表温度均具有显著的空间自相关性;内陆的高海拔地区,绿地分布密集,地表温度较低,而城区、乡镇及大片的耕地,绿地分布较少,地表温度较高;漳州、泉州绿地景观格局对地表温度的影响更显著,厦门最弱;绿地的景观类型比例、最大斑块指数、聚集度指数、平均斑块面积与地表温度呈负相关,斑块密度与地表温度呈正相关;边缘密度、平均形状指数与地表温度的关系存在不确定性;空间滞后模型与空间误差模型能更好地解释绿地景观格局与地表温度的空间关系。     

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。     

喀斯特次生林幼树更新空间分布格局及种间关联性

本研究以贵州省喀斯特典型区域紫云苗族布依族自治县撂荒30余年后自然恢复形成的次生林为对象,设置140 m×120 m固定样地,系统调查样地内幼树更新,并采用空间点格局分析方法分析幼树更新优势种群在不同空间尺度下的分布格局和种间关联性。结果表明: 调查样地中幼树共计1291株,包括39个树种,其中光皮桦、化香、马尾松、枫香和山杨5个树种的幼树个体数量总和达83.7%,重要值总和达77.8%,为幼树更新的优势树种。光皮桦、化香和枫香3个幼树优势种群的空间分布格局在0～60 m空间尺度上均呈现较强的聚集分布;马尾松和山杨2个幼树优势种群在小尺度上呈现聚集分布,大尺度上则随机分布。幼树优势种群空间关联性多呈现正关联,仅马尾松与枫香和山杨在小尺度呈现正关联,大尺度呈现不相关。调查样地5个幼树优势种群空间分布格局及种间关联性差别较大,可能与树种的生物学特性、生境及空间资源的利用密切相关。目前,林分多以先锋树种为主,群落结构不稳定;以马尾松和光皮桦为优势种群的松-桦混交林可能成为下一阶段演替方向,建议通过森林经营措施加快植被恢复进程。     

格网尺度下青海玛多县土地利用及生态系统服务价值空间自相关分析

开展黄河源区土地利用和生态系统服务价值空间量化评估,对于保障黄河流域生态安全具有重要意义。以黄河源区玛多县为例,基于3 km×3 km网格单元,应用空间自相关方法构建生态系统服务价值评价模型,定量评价了2015年玛多县土地利用/覆被空间自相关格局特征,可视化表达了玛多县生态系统服务价值空间信息。结果表明: 在3 km×3 km格网尺度下,不同覆盖度草地覆盖范围广阔;水域网格占总网格数的42.9%,在玛多县西北部分布密集;建设用地呈东北-西南走向的“线条式”分布;未利用土地体现为西南多、东北少的分布格局。在空间上,玛多县土地利用类型网格之间相互影响,表现为正相关性和聚集分布。水域的全局Moran I和局部Moran I值均最大,空间聚集性最强,局部连片度较高。建设用地的全局Moran I和局部Moran I值分别为0.293和0.127,空间自相关性最弱,在小范围内呈聚集特点。2015年,玛多县生态系统服务价值(ESV)为938.87亿元,网格的ESV平均值为3.20×10⁷元,最大值为19.96×10⁷元,水域分布网格是ESV的高值区。玛多县ESV分布格局整体上呈显著的空间正向自相关,ESV在网格之间为聚集分布。不同土地利用类型ESV网格总体呈高高、低低聚集,在局部零星为高低、低高聚集。可采取的国土空间规划与用途管制策略包括:水域、未利用土地采用强调生态溢出价值的“集中连片式”保护模式,高、中、低覆盖度草地采取主次分明、划区管理的“组团式”生态治理模式,建设用地在“廊道式”分布格局中采取小范围集约化开发利用模式。     

鹞落坪落叶阔叶林蔷薇科主要树种的空间分布格局及种间关联性

为探讨大别山森林群落的构建和演替机制, 本文基于安徽鹞落坪落叶阔叶林11.56 ha动态监测样地的定位监测资料, 采用最近邻分析和O-ring函数、Monte Carlo拟合和零模型选取的方法, 分析了落叶阔叶林蔷薇科主要树种水榆花楸(Sorbus alnifolia)、山樱花(Cerasus serrulata)和中华石楠(Photinia beauverdiana)不同年龄阶段的空间分布格局及种间关联性。结果表明: (1)在整个样地中3个树种的小树和成年树阶段都为聚集分布, 且随年龄增加聚集性减弱, 在老树阶段转为随机和均匀分布。(2)在0-50 m尺度范围内, 以完全随机模型(complete spatial randomness, CSR)为零假设时, 3个树种整体及小树都在小尺度(≤ 10 m)上呈聚集分布, 成年树与老树多为随机分布。以异质性泊松模型(heterogeneous Poisson, HP)为零假设时, 树种的聚集与生境异质性间呈负相关, 3个树种只在≤ 4 m尺度上出现聚集现象。(3) 3个树种种内各个年龄段之间在较大范围内多为负相关和无显著相关性, 同时各树种及不同年龄段之间受种间竞争和密度制约效应影响在小尺度上(≤ 10 m)多为负相关, 随尺度增加相关性减弱。综合而言, 大别山落叶阔叶林中蔷薇科植物的分布格局整体上多为聚集分布, 随树龄增加聚集性减弱, 在中大尺度上受生境异质性效应的影响显著, 在小尺度上多为负相关, 各树种内部各龄级相互之间也多为负相关。     

气候变暖背景下青藏高原草本植物物候变化空间换时间预测

气候变暖背景下的植物物候变化广受关注, 然而常用的植物物候变化预测模型未充分考虑植物对环境的适应性, 给预测结果带来了较大的不确定性。该文基于2002-2011年青藏高原10个站点的地面物候观测资料以及年平均气温数据, 对空间换时间模型预测车前(Plantago asiatica)和蒲公英(Taraxacum mongolicum)各主要物候事件(展叶始期、开花始期和黄枯普遍期)变化的可行性及其在升温背景下的变化规律进行了分析。首先利用不同海拔高度的气温和物候事件分别与地理因子(经度、纬度和海拔)建立多元线性回归模型, 然后在此基础上剔除经度和纬度的影响, 单独考察海拔变化所引起的气温与植物物候变化, 最后以海拔高度作为桥梁来考察物候变化与温度变化的关系。结果表明, 采用各站点对应的海拔高度来模拟年平均气温空间差异的R²均大于0.89, 表明海拔梯度可以用来反映时间尺度下的年际温度变化; 车前和蒲公英各物候事件发生日期拟合值均与海拔高度变化关系显著, R²均大于0.70, 表明海拔变化是影响它们各物候事件变化的主要地理因子; 在物候事件发生日期拟合值和年平均气温拟合值的回归方程中, R²均大于0.93, 说明基于不同海拔高度模拟得到的年平均气温变化可以对时间尺度上车前和蒲公英的物候事件变化进行预测。空间换时间预测表明, 温度每升高1 ℃, 车前展叶始期和开花始期分别提前5.1和5.4 d, 而黄枯普遍期推迟4.8 d; 蒲公英展叶始期和开花始期分别提前6.5和7.8 d, 而黄枯普遍期推迟6.7 d。     

基于生态系统服务的城市生态管理分区——以深圳市为例

生态系统服务是人类赖以生存和发展的基础,开展城市生态系统服务评估并对生态管理单元实行分区管控有助于人居环境的改善。针对高度城市化地区生态系统服务的功能特征,采用生态系统服务价值当量测算不同用地类型的生态系统服务价值。研究从生态功能和经济功能2个方面构建生态系统服务指标体系,对2017年深圳市666个社区单元的生态系统服务价值进行评估;运用空间自相关分析方法,依据局部空间自相关的集聚特征叠加产生的组合类型,划分不同社区生态管理单元,并提出生态分区管控策略。研究结果表明：①生态系统服务价值评估便于高度城市化地区城市生态系统服务功能的整体评价。②2017年深圳市生态系统服务价值空间差异明显,呈现东部高、中西部低的空间格局。深圳市生态系统服务总价值约583.96亿元,最高值为大鹏新区的160.25亿元,最低值为福田区的13.24亿元。③将深圳市666个社区单元划分为4类城市生态管理分区,并采用差异化的分区管控措施,表明有效的城市生态管理分区能够兼顾各项生态系统服务功能并实现功能效益的最优化。该研究结果可为区域生态系统服务精细化管理和生态治理差异化管控提供借鉴。     

三峡水库消落区不同生活史类型植物群落的空间分布格局

为探究三峡水库消落区不同生活史植物群落随海拔梯度及水库干流沿程的空间分布规律,于2017年8月至2017年9月对三峡水库干流消落区植被进行了调查。研究结果表明:(1)三峡水库消落区植被的植物物种丰富度随距大坝里程距离的缩短而呈现逐渐减小的趋势。(2)三峡水库消落区不同生活史类型植被群落盖度对水淹梯度胁迫的响应呈现相反的变化规律:随着消落区高程的升高,一年生植物对消落区植被覆盖度的贡献逐渐增加,而多年生植物对植被群落覆盖度的贡献逐渐降低。但是,在消落区的任一高程区域,多年生植物物种盖度均要大于一年生植物物种盖度。(3)采用TWINSPAN植被分类方法可对9个样地607个样方的三峡水库消落区植被划分为25个组,其中苍耳+狗牙根群落Ass.Xanthiumsibiricum+Cynodon dactylon(含213个样方)、狗牙根群落Ass.Cynodon dactylon(包含137个样方)、狗牙根+香附子群落Ass.Cynodon dactylon+Cyperus rotundus(含55个样方)、狗牙根+酸模叶蓼群落Ass.Cynodon dactylon+Polygonum lapathifolium(40个样方)、苍耳+藿香蓟群落Ass.Xanthiumsibiricum+Ageratum conyzoides(38个样方)等为消落区的优势植物群落,群落特征明显表现出对水位涨落及小生境差异的适应。