特有植物多样性分布格局测度方法的新进展

特有植物是生物多样性保护的重要对象,对其分布格局的研究可以为生物多样性优先保护区的确定提供重要参考.研究人员利用多种测度和分析方法,在不同地理区域对特有现象的分布格局开展了大量研究.随着分子系统学方法的不断完善及一些空间统计分析方法的引入,新的生物多样性测度方法应运而生.本文介绍了生物多样性测度方法的类型及其特点、应用现状与前景.这些测度方法的发展经历了从单一的时间或空间格局到时空格局统一的过程,具体涉及物种丰富度、谱系多样性、进化特异性以及这3种测度方法整合空间分布加权的算法.其中,谱系多样性指数(phylogenetic diversity)、谱系特有性指数(phylogenetic endemism)以及空间加权的进化特异性指数(biogeographically weighted evolutionary distinctiveness)尤其值得关注.中国特有植物分布格局的研究需要在以下4个方面进一步开展工作:(1)完善特有物种的分布格局研究;(2)加强物种的测序工作,完善谱系多样性格局的分析;(3)结合系统发育信息,揭示谱系多样性及进化历史的分布格局,进而深入开展物种p多样性和谱系p多样性的研究;(4)加强物种分布区变化的模拟,在时间维度上探讨特有现象的变化格局,为生物多样性保护提供更完善的理论支持.     

中国东部沿海水仙归化群体的遗传多样性

为揭示我国东部归化水仙(Narcissus tazetta var. chinensis)的群体遗传多样性,利用2个叶绿体基因mat K和trn H-psb A片段对采自沪、浙、闽的5个代表群体的49株水仙进行了评估。结果表明,双基因联合序列的总长为1443bp,共定义6个单倍型,各归化群体的遗传多样性水平为DLSYPTDNJD=ZZCMD。AMOVA分析表明,群体内变异为遗传变异的主要来源(91.98%),群体间的遗传分化较低(Fst=0.080 22)。群体物种水平上的谱系结构不显著(Nst=0.020Gst=0.031;P0.05)。Mantel检验表明水仙群体间的遗传距离与地理距离呈显著的线性相关(r=0.929,P=0.02 0.05)。中性检验和错配分布分析结果均暗示水仙群体背离了快速扩张模型的假设。单倍型分布的中介网络图结合系统发育NJ树均将所有群体划分为2大分支。因此,我国东部沿海水仙归化群体整体遗传多样性水平较低,各群体间遗传分化较弱,遗传变异主要来自群体内,物种近期未经历扩张事件,可能是基因流受海岛隔离、自身生物学特征、生境异质性与及人为干扰的综合作用影响。     

流域水碳过程耦合模拟——WaSSI-C模型的率定与检验

在复杂的气候变化条件下, 利用水碳耦合模型进行生态水文学研究成为主要的研究手段和途径。该文以杂谷脑河上游流域为例, 在确定生态水文模型WaSSI-C模拟尺度的基础上, 探讨水碳耦合模型在中国西南湿润地区的适用性。杂古脑河上游流域位于岷江上游, 隶属于长江流域。在分析和讨论了模型结构和机理的基础上, 分别对模型蒸散和融雪计算进行了补充改进, 以提高模型的适用性。将1988-1996年作为模型的率定期, 1997-2006年作为模型的验证期, 分别在率定期和验证期利用实测的径流数据和中分辨率成像光谱仪数据的总初级生产力、蒸散(ET)数据, 对模拟结果进行对比验证。并利用决定系数(R²)和Nash-Sutcliffe效率系数(NS)两个指标对模拟效果进行评价。流域总径流率定期和验证期对比验证的R²分别为0.86和0.78; NS分别为0.82和0.67。总生态系统生产力和ET验证期的R²分别为0.89和0.78。可见模型模拟结果的两个评价指标都处于较为理想的区间内, 说明WaSSI-C模型在研究区内具有较好的适用性。并对模型的蒸散计算方法进行了讨论, 在此基础上提出了模型中存在的问题和改进的方向。     

黑河流域山区牧坡草地土壤呼吸的时间变化及水热因子影响

采用LI600-09土壤呼吸室和LI-600便携式光合作用测量系统,在生长季节对黑河流域山区牧坡草地土壤呼吸速率进行了连续观测,研究不同环境条件下土壤CO₂释放速率及其对气候和土地利用变化的反馈作用.结果表明,牧坡草地土壤呼吸速率的日变化规律为夜间土壤呼吸速率较低,最低值在5～10月份,分别出现在7:00、6:30、5:30、5:00、6:00和7:00,此后开始升高,达到最大值的时间分别为15:00、14:30、14:30、13:30、14:00和15:00,在16:00～18:30又逐渐下降,整个过程呈单峰曲线;土壤呼吸速率日均值介于0.31～6.98μmol·m^-2·s^-1.土壤呼吸速率7、8月份最高,5月与9月份次之,月与10月份基本一致,整个过程的变化趋势呈单峰曲线形式.土壤呼吸速率与温度呈显著指数关系,与土壤含水量呈显著乘幂关系.     

中国松材线虫病空间分布格局

应用地统计学和克里格插值方法,分析了松材线虫病在中国的空间分布结构和空间相关性.研究表明,松材线虫病在中国呈聚集分布.在全国和江苏、安徽、广东、浙江5个不同空间尺度下,半变异函数均为球形,空间依赖性距离分别可达10 1888°、3.4464°、2.1581°、3.08°和2.4376°.松材线虫病在中国有着2个明显的聚集分布区域,一个位于(30.5～32.5°N,117.7～120.5°E),以南京为中心,包括江苏、安徽大部和浙江西北部,另一个位于(22.5～24°N,113～114.5°E ),在广东境内.松材线虫病在中国早期空间分布自然扩散模型为R = 5.4743e0.4139t(R2 = 0.9204).     

刺楸年轮中重金属含量动态变化及富集特性

为探索刺楸对受污染土壤重金属的富集和修复效应, 以南京栖霞山的乡土树种刺楸及其根际周边土壤为研究对象, 截取其根基部年轮盘及根际土壤样本, 采用ICP-AES法测定年轮及土壤样本中重金属(Cu、Cd、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn)元素含量。结果表明: 栖霞山样地中的土壤受Mn、Pb和Zn污染最为严重, 存在Cu、Cd、Mn、Pb、Zn元素的高度复合污染, Cd、Cr、Cu、Ni、Zn在土壤和年轮中存在相关性, Mn和Pb则没有表现出明显的相关性; 刺楸修复受Cd、Mn、Pb、Zn污染的土壤效果并不显著, 更适用于Cr、Cu、Ni污染的土壤修复; 鉴于Cu元素含量变化特征, 刺楸也可以作为反映当地污染历史的记录载体; 刺楸年轮中的重金属元素之间存在交互作用, 其中Cd与Zn元素含量高度相关(r=0.984, p<0.01), 在刺楸年轮吸收重金属元素的过程中, Cu与Cd、Cr、Mn、Zn元素具有协同作用, Mn元素对其他元素有一定的拮抗作用。     

中国特有植物雪落樱桃潜在分布及其生态特征

为明确中国特有植物雪落樱桃(Cerasus xueluoensis)的潜在分布与居群生态特征,利用DIVA-GIS软件及其耦合的BIOCLIM模型,首次绘制了雪落樱桃适生区分布模拟图,并对影响其分布的主导气候因子进行了定性定量分析。结果表明,雪落樱桃当前潜在适生区主要分布在亚热带长江流域1 200 m以上高海拔山区,其中渝-鄂-湘三省交界的大巴山-巫山山脉可视为现代核心分布区,湘黔交界及湘南的南岭山脉可视为雪落樱桃潜在分布的南界,陕-豫-鄂交界山区的秦岭南麓可能是其潜在分布的北界。主成分分析(PCA)筛选的主导气候因子及其贡献率依次为:年降水量(bio12)最冷季降水量(bio19)最暖季降水量(bio18)最湿季降水量(bio16),累计频率曲线进一步确定其适宜范围分别为:993.00～1 870.22、500.00～680.00、430.00～669.16和500.00～680.00mm,表明降水是影响雪落樱桃当下分布格局的主导气候限制因子。Pearson相关性分析表明,雪落樱桃分布格局在区域尺度上受海拔、经、纬度影响;最小树分析和聚类分析表明,雪落樱桃7个野生居群可划分为中西部与东部两大分支;受试者工作特征曲线(ROC) AUC值达到0.751,满足模型预测精度的基本要求。这些有助于为雪落樱桃制定科学合理的资源保护与科学引种规划。     

海拔梯度对祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度的影响

以祁连山西水林区青海云杉典型林分为研究对象,按照青海云杉分布界限海拔2500—3300 m,采用梯度格局法,研究祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度沿海拔梯度的空间分布特征,以期为准确估算祁连山青海云杉林碳储量变化影响因素提供科学依据。结果表明:(1)青海云杉林生物量平均值为115.83 t/hm~2,碳密度平均值为60.23 t/hm~2。生物量整体随海拔梯度增加表现为先增加后波动降低的趋势,在海拔2800 m处达到最高值(197.10 t/hm~2),海拔3300 m处达到最低值(7.66t/hm~2),且不同海拔梯度间差异显著。林分各器官生物量分配格局在各海拔处均表现为干根枝叶。(2)土壤有机碳含量平均值为54.80 g/kg,变化范围为31.49—76.96 g/kg。随着土壤层次的增加,除海拔3200 m和3300 m的土壤有机碳含量未表现出规律变化外,其他海拔梯度则均呈现出逐渐降低趋势。土壤有机碳密度在海拔2900 m最高,为245.40 t/hm~2,在海拔2700 m处最低,为130.24 t/hm~2;海拔2500—2700 m表现为平缓降低趋势,在2800 m处急剧上升,且海拔2800—3200 m呈现无显著性轻度波动变化,在海拔3300 m又急剧降低。(3)青海云杉林生态系统平均总碳密度为255.15 t/hm~2,乔木层和土壤层占总碳密度的比例分别为23.61%和76.39%,且不同海拔梯度间存在极显著差异。土壤有机碳密度与海拔、年均降水量、土壤有机碳含量、土壤全氮呈显著正相关,与年夏季平均气温呈显著负相关;乔木层碳密度与年夏季气温、林分密度、胸高断面积呈显著正相关,与海拔和土壤全氮呈显著负相关。(4)祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度均随海拔梯度变化受水热条件组合的改变而呈现规律变化,以中部海拔区段2800—3200 m碳密度较高。     

Soil organic carbon density and influencing factors in tropical virgin forests of Hainan Island,China

Aims
Estimating soil organic carbon (SOC) density and influence factors of tropical virgin forests in Hainan Island provide new insight in basic data for SOC pool estimation and its dynamics study.
Methods
The main distribution areas of tropical virgin forests in Jianfengling (JFL), Bawangling (BWL), Wu- zhishan (WZS), Diaoluoshan (DLS), Yinggeling (YGL) of Hainan Island were selected, and soil samples (0-100 cm) were sampled and analyzed. SOC density was estimated by soil vertical fitting method and soil stratification method to discover the distribution characteristics of soil organic carbon in tropical virgin forests of Hainan Island.
Important findings
Results showed that: (1) The average SOC density using soil vertical fitting method in JFL, BWL, WZS, DLS and YGL was 14.98, 18.46, 16.48, 18.81, 16.66 kg·m^-2, respectively, which was significantly higher (p < 0.05) than the estimated average SOC density using soil stratification method in these areas (14.73, 16.24, 15.50, 16.91, 15.03 kg·m^-2, respectively). It is better to use soil vertical fitting method for SOC density estimation when the soil was natural without disturbance. (2) The proportion of SOC content in the first 0-30 cm depth interval out of SOC in the whole 0-100 cm soil profiles in JFL, BWL, WZS, DLS and YGL was 50.50%, 48.56%, 43.49%, 47.37%, 42.88%, respectively. (3) SOC density was significantly negative correlated with Shannon-Wiener index, Simpson index, species richness, and soil bulk density; and was significantly positive correlated with altitude, soil porosity, and soil nitrogen. However, SOC density was not significantly correlated to slope, biomass, average diameter at breast height, or average height. (4) Our study area Hainan was located in low latitude area with high rainfall and high temperature, which accelerated the decomposition of organic matter and nutrient recycling, resulting in significantly lower SOC densities in this tropical virgin forests of Hainan Island than the average value in China.     

西南高山地区净生态系统生产力时空动态

西南高山地区生态系统类型丰富、地形复杂,是响应全球气候变化的重点区域,对全球气候变化具有重要的指示作用.应用生态系统模型(Carbon Exchange between Vegetation,Soil,and the Atmosphere,CEVSA)模型估算了1954-2010年西南高山地区净生态系统生产力(NEP)的时空变化,分析了其对气候变化的响应.结果表明:(1)1954-2010年西南高山地区NEP平均为29.7gC·m-2·a-1,其中低海拔地区常绿针叶林和常绿阔叶林NEP较高,而高海拔地区的草地覆盖类型NEP较低.(2)西南高山地区NEP总量的变动范围为-8.36-29.4Tg C/a,平均每年吸收碳15.4Tg C;NEP年际下降趋势显著(P＜0.05),平均每年减少0.187Tg C,下降显著的区域占研究地区总面积的35.2％ (P＜0.05),其中草地(-0.526 g C·m-2·a-2,P＜0.01)和常绿针叶林(-0.691g C·m-2·a-2,P＜0.01)下降趋势极为显著.(3)年NEP总量的年际变化与年平均温度呈负相关(r=-0.454,P＜0.01),与年降水量呈正相关(r=0.708,P＜0.01),与温度显著负相关的区域占60.3％ (P＜0.05),与降水显著正相关的区域占52.1％(P＜0.05),其中草地和常绿针叶林均与温度极显著负相关(r=-0.603,P＜0.01;r=-0.485,P＜0.01),而与降水量极显著正相关(r=0.554,P＜0.01; r=0.749,P＜0.01).(4)西南高山地区是明显的碳汇区,但是由于土壤异养呼吸(HR,heterotrophic respiration)的增长速度大于净初级生产力(NPP,net primary production)的增长速度,最近20a有部分地区开始由碳汇转为碳源.