阿拉善荒漠灌丛群落谱系结构及其影响因子

为探究阿拉善荒漠灌丛群落的构建机制,该研究选取净亲缘关系指数(NRI)作为谱系结构指数,在对阿拉善荒漠灌丛群落野外调查的基础上,以群落物种组成为基础数据,计算各样地群落的NRI,并分析NRI在经纬度梯度上的变化趋势及其与土壤因子和水热因子的关系。结果表明:(1)阿拉善荒漠灌丛群落谱系结构在阿拉善高原东南部以发散状态为主,在阿拉善高原西部和北部地区以聚集状态为主。(2)阿拉善荒漠灌丛群落的NRI随经度的升高而减小,随纬度的升高而增大。(3)阿拉善荒漠土壤质地、土壤容重、土壤pH值和土壤有机碳含量与其群落谱系结构均无显著相关性;在降水因子和温度因子中,与群落谱系结构相关系数最大的分别为年降水量和年温度变化范围(最暖月最高温与最冷月最低温的差值),其中:年降水量与NRI呈显著负相关关系,年温度变化范围与NRI呈显著正相关关系,且最暖月最高温和最冷月最低温与NRI均有显著相关性,推测年温度变化范围对阿拉善灌丛群落谱系结构的影响是通过最暖月最高温和最冷月最低温起作用的。研究发现,阿拉善高原东南部区域的荒漠灌丛群落构成主要受竞争排斥的作用,其西部和北部地区的群落构成主要受环境过滤的影响;阿拉善荒漠灌丛群落的谱系结构主要受年降水量和极端温度的影响。     

Distribution and species diversity patterns of Vitex negundo var. heterophylla shrublands in North China

生境差异是影响植物群落及其物种多样性分布格局的重要因素。该研究基于370个荆条(Vitex negundo var. heterophylla)灌丛的野外调查样方, 结合多元回归树(MRT)、显著性分析、Pearson相关分析等技术手段, 分析了华北地区荆条灌丛及其物种多样性的空间分布格局。结果表明: 荆条灌丛的经纬度均跨越10°以上, 可分为高、中、低纬度分布区; 分布海拔则从117 m至1 248 m跨越了1 000 m以上, 也可分为高、中、低海拔分布区。所有分布区中荆条灌丛草本层的Shannon-Wiener指数、Simpson指数和均匀度指数均高于灌木层。灌木层物种多样性随着纬度的降低而降低, 随着海拔的升高而降低; 草本层相反, 物种多样性随着纬度降低而升高, 随着海拔升高而升高。灌木层和草本层的物种丰富度(Shannon-Wiener指数)与水、热、地形等环境因子显著相关, 其中灌木层物种多样性随着气温、坡位升高而显著减少, 随着降水的增加而显著增加;草本层则相反。     

1:100万中国植被图森林和灌丛群系类型的补充资料

《中华人民共和国植被图(1:1,000,000)》是我国植被研究的最重要数据。受当时研究基础和制图技术限制, 部分植被群系未能体现在中国植被图上。为了给新一代中国植被图的编研提供基础数据, 本文在搜集从20世纪50年代至今的中国植被研究的相关文献的基础上, 提取其中的植被群系名称和分布信息, 采用植物群落学-生态学原则, 以优势种相同作为依据, 合并部分相近的群系类型。与《中华人民共和国植被图(1:1,000,000)》中的森林和灌丛群系进行对比, 本文新增了1,475个森林和灌丛群系。     

长芒草(Stipa bungeana)种子萌发与出苗对关键环境因子的响应

种子萌发为植物生活史的关键阶段,对植物的定居、群落演替与动态起着决定作用。通过室内控制实验的方法,研究长芒草(Stipa bungeana)种子萌发对光照和温度,水势和温度,以及幼苗出土对沙埋深度和供水的响应。使用光照、温度和湿度自动控制的生长箱,设置光照、黑暗和持续黑暗3个光处理和5个变温处理(5℃:15℃、10℃:20℃、15℃:25℃、20℃:30℃和25℃:35℃)(夜:昼);设置11个水势处理(0、-0.2、-0.4、-0.6、-0.8、-1、-1.2、-1.4、-1.6、-1.8 MPa和-2 MPa)和5个恒温处理(10、15、20、25℃和30℃),研究长芒草种子萌发对光照和温度、水势和温度的响应。设置6个沙埋深度(0.5、1、1.5、2、3、5 cm)和10个供水处理(2.5、5、7.5、10、15、20 mm和30 mm 7个单次供水处理,2.5、5、7.5 mm/3d 3个多次供水处理),研究长芒草幼苗出土对沙埋和供水的响应。结果表明:光照对长芒草种子萌发具有促进作用,黑暗与持续黑暗条件下的最终萌发百分率无显著差异。在10:20℃—15:25℃温度范围内,长芒草种子萌发快速且集中,15:25℃为种子萌发最适温度,超过最适温度时,最终萌发百分率随温度升高而下降。水势低于-1 MPa时长芒草种子不能萌发,最终萌发百分率和萌发速率均随水势的降低而降低。当温度达到30℃时,种子基本不能萌发。单次供水条件下,长芒草的最终出苗百分率和出苗速率接近为零;5 mm/3d及7.5 mm/3d供水条件下,最终出苗百分率可达到50%。5 mm/3d及7.5 mm/3d的多次供水与单次供水及2.5 mm/3d的多次供水相比更有利于长芒草出苗。适宜出苗的沙埋深度为0.5—2 cm,沙埋深度超过3 cm时最终出苗百分率和出苗速率均率接近于零。长芒草种子出苗情况随沙埋深度增加而降低,在供水量为7.5 mm/3d,沙埋深度为0.5—2 cm时,出苗最好。降低人为干扰对表层土壤的破坏,提高表层土壤含水量,是促进长芒草种子萌发和幼苗出土的有效措施。     

宁夏荒漠草原柠条锦鸡儿枯落物分解特征及其影响因素

以宁夏荒漠草原柠条锦鸡儿(Caragana kornshinskii)枯落物为研究对象,利用网孔分解袋法研究了极小型、小型、中型和大型柠条锦鸡儿灌丛微生境枯落物分解率变化特征及对土壤环境的响应规律。结果表明:(1)随着分解时间延长,不同大小柠条锦鸡儿灌丛微生境土壤含水量和土壤温度均呈现出相似的分布特征,而土壤pH值和电导率随时间分布特征则受到灌丛大小的显著影响。(2)3种网孔内,不同大小柠条灌丛微生境间枯落物分解率均无显著差异性。但是,灌丛微生境中枯落物分解率受到灌丛大小和网孔大小的共同影响。(3)中型灌丛微生境中枯落物分解率在3种网孔间均无显著差异性。但在极小型灌丛微生境中,120 d时枯落物分解率表现为4 mm(40.95%)0.01 mm(38.51%)2 mm(32.14%),150 d时枯落物分解率表现为2 mm(37.64%)4 mm(35.20%)0.01 mm(26.68%)。在小型灌丛微生境中,120 d时枯落物分解率表现为0.01 mm(46.81%)4 mm(41.07%)2 mm(34.75%)。在大型灌丛微生境中,120 d时枯落物分解率表现为4 mm(39.65%)2 mm(36.65%)0.01 mm(35.96%),210 d时枯落物分解率表现为2 mm(48.05%)4 mm(35.96%)0.01 mm(30.80%)。(4)Olson衰减指数模型得出枯落物分解50%和95%所需时间,表现为极小型灌丛和中型灌丛微生境中均为0.95年和4.1年(3种网孔相同);小型灌丛微生境中为0.63年和2.74年(4 mm)、1.90年和8.21年(2 mm)、0.95年和4.1年(0.01 mm);大型灌丛微生境中为0.95年和4.1年(4 mm)、0.63年和2.74年(2 mm)、1.90年和8.21年(0.01 mm)。研究表明,在宁夏荒漠草原,仅灌丛大小引起的微生境差异对枯落物分解率影响较小,但灌丛大小和土壤动物类群的相互作用对枯落物分解率的影响较大。     

荒漠草原向灌丛转变过程两种优势植物定植土壤水分阈值特征

为探究宁夏东部荒漠草原灌丛转变过程中两种优势种蒙古冰草（Agropyron mongolicum）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）植物更新土壤水分需求特征,在前期萌发土壤水势阈值研究的基础上,进一步通过野外观测和室内干旱胁迫试验分析确定转变过程中两种优势植物种的定植土壤水分阈值。结果表明：荒漠草原灌丛近30年人为转变过程中0-200 cm土壤水分呈降低趋势,灌丛地土壤水分含量较荒漠草地显著降低了52.43%（P<0.05）,灌丛转变加速了土壤旱化;柠条锦鸡儿和蒙古冰草幼苗定植过程中叶绿素含量随干旱胁迫程度加深呈先增加后降低趋势,其死亡率逐渐上升。通过渗透势和死亡率的拟合函数以及其对应样地的土壤水势、土壤水分关系分析得出,随样地转变柠条锦鸡儿定植土壤水势、水分阈值均低于蒙古冰草,两者平均土壤水势阈值分别为-9.38—-9.95 kPa、-8.72—-9.28 kPa,平均土壤水分阈值分别为4.93%-5.23%、5.92%-6.50%。与蒙古冰草相比,柠条锦鸡儿更适应灌丛引入下或降雨减少引起的土壤旱化,其旱生条件下的定植成功更易发生。     

湘西南喀斯特地区灌丛生态系统植物和土壤养分特征

以湖南省邵阳县轻度、中度(弃耕地)和重度石漠化的灌丛生态系统为研究对象,采集3种不同石漠化程度的灌丛植物样品以及0～15、15～30、30～45 cm 3个土层土壤,研究土壤、植被养分的分配格局及相互关系.结果表明:土壤有机碳、全N含量在不同土层中差异显著,且其含量均随土层深度增加而减少,而全P、全K、全Ca、全Mg含量在各土层间无显著差异;3种石漠化程度灌丛土壤全N、全P、全Ca、全Mg含量差异显著,且中度石漠化样地土壤有机碳、全N和全P含量相对较高.轻度和重度石漠化土壤各元素含量排序均为有机碳>全K>全Ca>全Mg>全N>全P,而中度石漠化样地土壤各元素含量排序为有机碳>全K>全Ca>全N>全Mg>全P;3种石漠化程度植物各养分含量由高到低依次为Ca>N>K>Mg>P,且植物N、P含量和土壤全N、全P含量均呈显著正相关.土壤养分状况与植物生长密切相关,根据不同石漠化程度土壤养分状况,应该采用封山育林与人工造林相结合以及针对性施肥的方法来治理石漠化.     

吉林灌木群落物种多样性与气候和局域环境因子的关系

为了研究气候和局域环境因子对物种多样性的相对作用大小,以及验证两种均匀度地理格局的假说在半湿润地区次生灌丛的适用性,对吉林东、南部地区的灌木群落进行了研究。共调查森林破坏后形成的次生灌丛样方45个,结合气候数据和局域环境因子数据,研究了气候、局域环境因子对群落、灌木层、草本层的物种丰富度、均匀度的影响,以及对不同水分生态型(旱生、旱中生、湿中生)灌木影响的差异。结果表明:1)吉林次生灌丛的群落、草本层物种丰富度,以及草本层均匀度,随纬度增加而显著上升。2)对物种多样性和气候、局域环境因子的分析表明,群落、草本层物种数主要受局域环境因子而不是气候的影响;其物种丰富度与纬度的反常关系,是由于灌木层盖度随降水增加而上升,从而导致物种数下降。灌木层物种数与纬度、气候因子的相关性不显著,则是由于不同水分生态型对气候梯度的响应不一致,反映出功能群对多样性格局的影响。3)群落、灌木层均匀度主要受气候因子的影响;而草本层均匀度主要受局域环境因子的影响,降水同样通过对灌木层盖度的影响间接作用于草本均匀度。但群落、灌木和草本层的结果,都支持均匀度随着环境条件改善而增加的假说,而不支持随着生产力增加、竞争加剧,从而导致均匀度下降的假说。结果表明,物种丰富度和均匀度的影响机制存在很大差异,但二者都受到局域环境因子的强烈影响。气候通过局域生物因素(如盖度、生活型)间接作用于多样性格局,是气候对多样性影响的一个重要方面,但尚未得到应有的重视。由于局域生物因素也随气候而变化,仅研究多样性和气候的表面关系,将无法准确预测气候变化对多样性的影响。     

基于参数优化的人工灌丛生态系统碳水通量模拟

荒漠草原是陆地生态系统中最为脆弱且受人类干扰较为严重的生态类型之一,精准模拟其碳水通量及对人为干扰的响应,不仅能够揭示其复杂的生态学过程,而且还可为人为生态修复和保护提供决策依据。生态模型能够有效地模拟陆地生态系统的碳水循环过程,但模型众多的参数及其取值的合理性限制了其普遍应用,故探索参数优化是提升生态模型应用的有效途径。利用PEST参数优化方法和涡度相关观测数据对Biome-BGC模型的生理生态参数进行优化,在评估参数优化效果的基础上模拟了1986-2018年宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力（Gross primary productivity,GPP）和蒸散（Evapotranspiration,ET）。结果表明：（1）参数优化可以改善Biome-BGC模型对荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET的模拟效果,参数优化后模拟的GPP和ET均更接近于观测值,其中月尺度的模拟效果更佳;（2）基于PEST的Biome-BGC模型参数优化方法具有较强的普适性,优化后的参数可推广应用于荒漠草原区人工灌丛生态系统长时间序列的GPP和ET模拟;（3）宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的GPP在1986-2018年呈缓慢上升趋势,增幅为1.47 g C m^-2 a^-1,但ET的年际变化率较大,且无显著变化趋势。     

增温对窄叶鲜卑花高寒灌丛生物量碳和氮分配的影响

文章以青藏高原东部窄叶鲜卑花灌丛为研究对象,采用开顶式生长室(OTCs)模拟增温实验(+1.2℃),分析增温对灌木层和草本层各器官碳、氮分配的影响及其影响因素,以揭示青藏高原东部高寒灌丛灌木层和草本层碳、氮分配对增温的响应策略。结果显示:(1)增温使窄叶鲜卑花灌木层叶、粗根、细根碳库显著增加18.8%、7.7%和139.4%,使灌木层细根氮库显著增加153.9%;增温使草本层地上和地下部分碳库显著增加60.4%和130.5%,使草本层地上和地下部分氮库显著增加46.1%和124.0%。(2)增温使灌木层茎和粗根碳分配比例显著降低18.9%和16.2%,使灌木层叶、茎和粗根氮分配比例显著降低25.2%、23.3%和14.4%,使灌木层细根碳、氮分配比例显著增加86.5%和96.2%;增温使草本层地上部分碳、氮分配比例显著降低19.5%和18.9%,使草本层地下部分碳、氮分配比例显著增加15.6%和24.8%。(3)Pearson相关分析和多元线性回归分析结果表明,空气温度和土壤微生物生物量是影响灌木层地上碳、氮分配的主要因子,能解释其变异的72.0%以上;土壤温度、土壤有机碳含量和土壤脲酶活性是影响灌木层地下碳、氮分配的主要因子,能解释其变异的92.0%以上;土壤有机碳含量、土壤转化酶和脲酶活性是影响草本层地上和地下碳、氮分配的主要因子,能解释其变异的92.8%以上。(4)土壤氮素有效性对灌木层和草本层生物量碳、氮分配的影响不显著。研究表明,气候变暖情景下,青藏高原东部窄叶鲜卑花高寒灌丛的灌木层和草本层植物通过提高地下部分碳、氮分配,进而更好地适应外界环境温度的提高。