基于Sentinel-2数据的草地植物功能多样性遥感反演及其与生产力的关系

生物多样性与生态系统功能的关系是当前生态学研究的焦点和难点。植物功能多样性是影响生态系统功能的重要指标, 开展植物功能多样性的研究对了解生物多样性与生态系统功能之间的关系有着重要意义。传统的草地植物功能多样性研究多以实地调查为主, 不仅费时费力, 而且由于受到时空的限制, 很难拓展到大尺度的研究中。遥感技术的发展为评估草地功能多样性提供了一种经济、有效的手段。该研究选取内蒙古自治区锡林郭勒盟乌拉盖管理区草甸草原为研究区, 利用Sentinel-2卫星影像和野外实测数据, 选取了波段及植被指数等46个特征变量, 探讨了逐步回归、偏最小二乘法(PLSR)和随机森林(RFR)等3种不同方法对草地植物功能丰富度(FRic)、功能均匀度(FEve)和功能离散度(FDiv)的反演精度, 并基于PLSR反演草地地上生物量, 进一步分析了研究区功能多样性与生产力的关系。研究结果表明: (1)波段B11、优化型土壤调节植被指数(OSAVI)、水波段指数(WBI)对FRic解释度最高; 波段B6、B10、B12、类胡萝卜素反射指数1 (CRI1)、双峰光学指数(D)、归一化差值指数45 (NDI45)等6个特征变量对FEve解释度最高; 波段B5、B9、B10、B11、加权差分植被指数(WDVI)、凸包面积等对FDiv解释度最高; (2)基于十折重复交叉验证, 利用逐步回归估算的FRic和FEve反演精度远高于其他两种回归方法, R²分别为0.52和0.44; 而利用PLSR方法估算的FDiv反演精度最高(R² = 0.61); (3)群落地上生物量反演精度为R² = 0.61; FRic与地上生产力的关系最好(R² = 0.40), 其次为FDiv (R² = 0.28)和FEve (R² = 0.27)。研究发现, 基于Sentinel-2卫星影像能较好地反演草地功能多样性和生产力, 为下一步能在大尺度上进行草地功能多样性估算及其与生产力关系研究提供了参考和依据。     

内蒙古荒漠草原植物遗传多样性对模拟增温处理的响应

为探究全球变暖对温带荒漠草原地上种群的遗传影响,对已经接受模拟增温处理6年的短花针茅草原4种不同生活型植物,即半灌木、多年生禾草、多年生杂类草和一年生植物,应用AFLP分子标记方法研究了其遗传多样性和遗传结构。结果显示,对照处理与增温处理下的木地肤、短花针茅、细叶葱、猪毛菜4种植物的多态位点百分率(PPB)分别为11.32%,11.32%;40.83%,39.91%;14.29%,13.10%;19.85%,19.12%。Nei's基因多样性指数(He)分别为0.0274,0.0259;0.0812,0.0899;0.0131,0.0084;0.0506,0.0456。Shannon's信息指数值(I)分别为0.0447,0.0430;0.1354,0.1466;0.0267,0.0182;0.0811,0.0733。分子方差分析(AMOVA)显示4种植物的变异主要来源于实验处理内部,木地肤为85.03%,短花针茅为66.35%,细叶葱为70.00%,猪毛菜为66.52%;增温处理间的变异分别占-2.81%,-5.47%,-3.60%,2.53%(P0.05)。4种植物增温处理与变异程度之间在统计学上并无相关性。研究表明虽然短时间的模拟增温并不足以使4种生活型植物种群遗传多样性和遗传结构发生显著变化,但相对于3种多年生植物,一年生植物猪毛菜更容易受到增温影响。多年生和一年生植物对增温具有不同的遗传响应。     

荒漠草原建群种短花针茅功能性状对长期放牧的可塑性响应

植物功能性状反映了植物对生长环境的响应和适应,将环境、植物个体和生态系统结构、过程与功能联系起来,而放牧是草原生态系统的主要土地利用方式,对草原生态系统的群落结构和生态系统功能的改变起着重要作用。该研究测定了内蒙古四子王旗长期不同放牧强度下草原建群种短花针茅(Stipa breviflora)的功能性状,探讨放牧对草原群落结构的影响。研究发现:(1)随放牧强度增加,叶片各性状指标、个体生物量、植株高度、冠(丛)幅均有显著变小、变矮的趋势。(2)通过排序构建的短花针茅性状可塑性变化谱显示,各功能性状指标的可塑性指数均在重牧区最高,轻牧区最低;茎质量、叶质量、全株地上生物量对放牧响应敏感,而茎基部直径、冠(丛)幅和比叶质量响应不敏感。(3)短花针茅对长期放牧的变异系数(CV)与其响应程度(PI)之间符合指数方程y=0.08+0.18e~(1.61 x)(R~2=0.53,P0.05),植物功能性状的变异性与性状对放牧的响应强度呈正相关关系。(4)影响地上生物量的因子中,表型功能性状中的冠(丛)幅、平均叶长、叶片数量和总叶面积的贡献率之和达到72.93%。研究认为,随着放牧强度增强,短花针茅的变异性增大、可塑性增强,这可能是短花针茅能够成为建群种的生态响应机制。     

不同载畜率处理下短花针茅荒漠草原生态系统净碳交换特征

草地生态系统是我国最大的陆地生态系统, 其碳循环的动态变化在全球碳收支平衡中扮演着重要角色。放牧是草地生态系统的主要利用方式。不同的放牧利用强度对草地生态系统会产生不同的影响。该文采用便携式光合仪LI-6400和密闭式箱法于2014-2016年生长季(5-10月)测定了3个载畜率处理(对照、轻度放牧和重度放牧)的生态系统净碳交换, 同步测定了土壤10 cm温度和湿度, 探讨载畜率、水热因素对短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原碳交换的影响。结果表明: 载畜率对生态系统净碳交换有显著影响, 随着载畜率的增加, 生态系统净碳交换、生态系统呼吸以及生态系统总初级生产力分别降低了48.6%、35.3%、40.4%。重度放牧显著降低了草地的固碳能力, 但轻度放牧对草地的固碳能力没有显著影响。年际间生态系统净碳交换主要受降水调控。整个生长季, 短花针茅荒漠草原均表现为碳吸收, 土壤温度对生态系统净碳交换的贡献率高于土壤湿度。     

围封对内蒙古典型草原与荒漠草原植被-土壤系统碳密度的影响

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。     

内蒙古荒漠草原放牧强度对风沙通量和沉积物粒径的影响

以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)草原为研究对象, 在放牧11年的样地布设BSNE集沙仪, 通过2013年4月到2015年4月4个采样期对短花针茅草原放牧强度与风沙通量的定量关系及风蚀物粒度特征进行了研究。结果表明: (1)放牧强度对风沙通量有显著影响(p < 0.05)。随着放牧强度增强, 风沙通量逐渐增加; 风沙通量对放牧强度的响应存在季节差异, 生长季的日平均风沙通量小于非生长季, 且生长季不同放牧强度间风沙通量差异较大, 其中重度放牧区风沙通量是对照区的5倍, 而非生长季不同放牧强度间风沙通量差异较小, 重度放牧区是对照区的1.7倍; (2)生长季不同高度风沙通量的自然对数和垂直高度之间存在较好的二项式拟合结果, 而非生长季风沙通量的垂直分布没有明显规律; 放牧强度间通量的垂直分布差异主要表现在0-50 cm高度; 在同样高度, 放牧强度大, 垂直通量也大; (3)风蚀沉积物中粒径≤250 μm颗粒富集度随垂直高度变化而变化; 风沙沉积物中, ≤250 μm的颗粒占沉积物总量的85%以上, 沉积物中粒径≤50 μm的颗粒有明显的富集作用, 且随垂直高度增加富集比逐渐增加; 粒径为125-250 μm和50-125 μm的颗粒表现为随垂直高度增加富集比降低的趋势, 且125-250 μm粒径的富集比显著小于50-125 μm颗粒的富集比; 荒漠草原放牧强度对风沙通量有不同程度的影响, 放牧强度越大, 风蚀越重, 风蚀作用强化了重度放牧对草地退化的影响作用。     

梅花鹿3个种群遗传多样性的微卫星标记分析

利用16个微卫星标记对黑龙江省部分地区(兴凯湖农场、大庆市银浪牧场、五大连池大庆农场鹿苑)的3个梅花鹿(Cervus nippon)群体进行了遗传多样性检测.统计了3个鹿群的等位基因组成、平均有效等位基因数(Ne)、平均遗传杂合度(h)和多态信息含量(PIC).结果表明,除5个位点外,其余11个微卫星位点均表现出不同的多态信息含量,其中高度多态位点5个,中度多态位点4个.这说明本研究所选用的微卫星位点可较准确地评估3个梅花鹿群体的遗传多样性,并为今后相关研究筛选出了有价值的引物.3个梅花鹿群体的平均h在0.454～0.636之间变动,其中兴凯湖梅花鹿群体最高,为0.636,具有较大的遗传潜力.     

内蒙古荒漠草原放牧强度对风沙通量和沉积物粒径的影响北大核心CSCD

以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)草原为研究对象,在放牧11年的样地布设BSNE集沙仪,通过2013年4月到2015年4月4个采样期对短花针茅草原放牧强度与风沙通量的定量关系及风蚀物粒度特征进行了研究。结果表明:(1)放牧强度对风沙通量有显著影响(p<0.05)。随着放牧强度增强,风沙通量逐渐增加;风沙通量对放牧强度的响应存在季节差异,生长季的日平均风沙通量小于非生长季,且生长季不同放牧强度间风沙通量差异较大,其中重度放牧区风沙通量是对照区的5倍,而非生长季不同放牧强度间风沙通量差异较小,重度放牧区是对照区的1.7倍;(2)生长季不同高度风沙通量的自然对数和垂直高度之间存在较好的二项式拟合结果,而非生长季风沙通量的垂直分布没有明显规律;放牧强度间通量的垂直分布差异主要表现在0–50 cm高度;在同样高度,放牧强度大,垂直通量也大;(3)风蚀沉积物中粒径≤250μm颗粒富集度随垂直高度变化而变化;风沙沉积物中,≤250μm的颗粒占沉积物总量的85%以上,沉积物中粒径≤50μm的颗粒有明显的富集作用,且随垂直高度增加富集比逐渐增加;粒径为125–250μm和50–125μm的颗粒表现为随垂直高度增加富集比降低的趋势,且125–250μm粒径的富集比显著小于50–125μm颗粒的富集比;荒漠草原放牧强度对风沙通量有不同程度的影响,放牧强度越大,风蚀越重,风蚀作用强化了重度放牧对草地退化的影响作用。     

荒漠草原主要植物种间关系对降水年型变化的响应

该研究采用内蒙古短花针茅荒漠草原长期试验平台2004~2015年期间不同降水年型(丰水、平水、欠水)下的植被数据,分析研究区7个主要植物21个种对的种间关系及其对降水年型的响应;应用方差比率法确定物种间的总体联结性,基于χ^2检验测定种对间的联结性,采用联结系数AC判断种对间联结的正负,运用共同出现百分率PC、Ochiai指数、Dice指数分析种对相伴出现的几率,以明确荒漠草原主要物种间的关系,揭示降水对种群间相互作用的影响机制。结果表明:(1)样方内的平均物种数在平水年达到最大,主要物种的总体联结性在丰水年呈显著正相关、平水年呈不显著正相关、欠水年呈不显著负相关,表明年降水量的下降致使种对间的关系由共存为主转变为竞争为主。(2)降水年型的变化使部分种对间的联结性发生改变,丰水年正联结的种对占57.1%,平水年降至52.4%,欠水年降至33.3%,也表明干旱胁迫导致协同共存的种对数减少,相互竞争的种对数增加。(3)降水年型的变化主要影响狭叶锦鸡儿与其他物种的共同出现几率,并以平水年最大,而对其他种对间的正相互作用无影响。     

重度放牧对荒漠草原主要植物种间关系及群落稳定性的影响

种间关系是群落演替的表征之一,常由种间联结体现。本文采用方差比率法计算主要物种的总体联结性,以χ2统计量检验为基础,结合使用联结系数、共同出现百分率、Ochiai指数、Dice指数,计算了群落的时间稳定性与物种异步性,研究了无放牧与重度放牧时内蒙古短花针茅荒漠草原群落7个主要物种之间的种间联结性,探讨了重牧对种间关系及群落稳定性的影响。结果表明:(1)对照区主要物种总体呈不显著的负联结,负联结种对占比最大,为33.3%,而重牧区呈显著的正联结,正联结种对占比最大,为57.1%,表明重牧使群落物种间的关系由竞争为主转变为互利为主;(2)重牧区种对间的共同出现百分率、Ochiai指数、Dice指数均下降,表明重牧使主要物种间的关系更加松散;(3)重牧区群落的时间稳定性与物种异步性下降,表明重牧使群落处于相对不稳定状态。重牧对群落稳定性的影响与种间关系的改变密切相关,种间关系越紧密的群落稳定性越强。