北京东灵山地区植物群落多样性研究 Ⅹ.不同尺度下群落样带的β多样性及分形分析

选取不同尺度,采用β多样性指数和分形分析方法对东灵山暖温带森林样带上群落多样性随海拔梯度的空间变异规律进行了研究。结果表明,１）Ｃｏｄｙ指数揭示出乔木层在取样尺度２０ｍ和灌木层在取样尺度８０ｍ时,随海拔梯度变化呈明确的物种替代规律性;乔木层和灌木层在同一地点的物种替代速率具有互补性;群落多样性的空间变异在样带的起始（山底）和终止（山顶）地段较高。２）笔者提出的群落结构变异（ＣｏｍｍｕｎｉｔｙＳｔｒｕｃｔｕｒｅＶａｒｉａｔｉｏｎ,ＣＳＶ）指数介于０～１之间,作为Ｃｏｄｙ指数的改进,它对群落多样性沿环境梯度变化的揭示更接近于实际情况;ＣＳＶ指数分析显示乔木层在＞４０ｍ取样尺度,灌木层＞２０ｍ取样尺度群落结构出现明确变异规律;物种丰富度（Ｃｏｄｙ指数）和群落结构（ＣＳＶ指数）变化规律性的表现尺度（取样尺度）不同。３）分形分析的结果,乔木主林层在２００ｍ内不同尺度间不存在相关规律,乔木更新层只在＜４０ｍ尺度显示出尺度依赖性,灌木层的尺度依赖特征则表现为小尺度变异显著而较大尺度上变异程度降低;乔木更新层与灌木层的异质性规律发生显著变化（拐点）的尺度不同,分别为４０ｍ和９０～１００ｍ。同时,还对群落学研究中的取样尺度问题进行了探讨。     

暖温带乔木和灌木物候变化及对气候变化的响应

根据2003-2014年气象数据和暖温带3种乔木(辽东栎、五角枫和核桃楸)和3种灌木(土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木)的物候观测数据资料, 采用气候倾向率和回归分析等方法, 观察乔木和灌木物候变化特征的差异, 分析温度、降水以及乔木、灌木的物候变化趋势, 同时对气象因子与乔木和灌木物候期的相关关系进行研究。结果表明: ①研究期间, 北京东灵山平均气温呈不显著的上升趋势, 气候倾向率为0.200℃·10a–1, 春季(3–5月)和夏季(6-8月)温度显著上升; 降水量呈下降趋势, 平均减少71.630 mm·10a–1, 总体呈暖、干的趋势。②3种乔木的生长季长度都缩短, 辽东栎、五角枫和核桃楸平均生长季长度分别缩短50.70 d·10 a–1、29.83 d·10a–1和22.36 d·10a–1。3种灌木的生长季长度也都缩短, 土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木的平均生长季长度分别缩短42.55 d·10a–1、42.76 d·10a–1和38.15 d·10a–1。乔木和灌木的物候变化趋势相同, 整体表现为春季物候推迟, 秋季物候提前, 生长季长度都缩短且生长季长度相差不大。乔木和灌木都表现出芽期推迟最明显, 每10年推迟达19天以上。③乔木和灌木各物候期与气温总体表现为负相关, 即气温升高, 物候期提前, 其相关性显示出夏季(6-8月)温度对植被物候期影响较大, 夏季温度与各物候期表现为正相关, 即夏季温度升高, 物候期推迟。同时乔木和灌木与总体降水没有明显的相关关系, 但秋季物候与不同时段降水表现不同的相关性, 由此可知夏季温度变化对木本植物春季物候(出芽期、展叶期和首花期)的影响更大, 而秋季物候(叶变色期和落叶期)受温度和降水共同影响。     

南方丘陵地区生态系统服务变化对国土空间规划的指示意义

以保护和提高生态系统服务功能为原则,优化生态空间格局对于保障区域生态系统稳定性具有重要作用。以南方丘陵地区为研究对象,基于土地利用数据,评估了南方丘陵地区20年间生态系统服务功能的时空变化,据此提出区域国土空间规划建议。结果表明：（1）1995-2000年间森林生态系统面积与生态系统服务功能急剧下降,在2000年之后两者均逐渐恢复。（2）南方丘陵地区生态系统服务主要受自然因素与社会经济因素的影响,空间分布呈自东南至西北逐渐降低的趋势。（3）空间叠加分析南方丘陵地区生态敏感性,划定4个生态功能区,明确重点保护区范围,严格规范对服务供给区、适度开发区及城镇建设区的干扰程度,在现有国土空间规划方案的基础上进行合理优化。研究成果探讨了生态系统服务格局在国土空间规划过程中的重要作用,可为进一步评估优化南方丘陵地区的生态空间格局提供科学参考。     

我国珍稀濒危植物保护红线的划定

本文依据《国家生态保护红线——生态功能基线划定技术指南(试行)》原则和植物保护的具体情况, 探讨了我国珍稀濒危植物保护红线划定的原则与方法。研究选取《国家重点保护野生植物名录》中收录的所有物种作为研究对象。将其定义为红线保护植物, 其中的I级保护植物定义为红线关键植物, 并基于文献资料及标本记录等数据建立了我国植物的属性数据库和地理分布数据库。在GIS支持下, 以建立的数据库为基础研究了我国红线保护植物的地理分布特征; 基于保护生物学理论, 结合我国自然保护区的就地保护现状进行了分析和评价; 以热点地区和GAP分析为理论基础, 在其分布地中识别具有代表性的热点区域以及不同属性植物分布的重点区域, 进而结合土地利用和人类干扰因素, 划定我国珍稀濒危植物生境整体保护的红线。通过在全国尺度上的分析, 得出我国珍稀濒危植物的整体保护红线面积为71.63万km², 占陆域国土面积的7.45%。植物生境保护红线划定的原则、方法和划定方案的研究对于更准确地划定生态安全预警红线具有重要意义, 同时可以为我国国土生态安全格局的构建提供依据。     

长白山红松和鱼鳞云杉在分布上限的径向生长对气候变暖的不同响应

用树木年代学方法研究了近50年来气候变化对长白山自然保护区两种广泛分布的重要乔木树种红松(Pinus koraiensis)和鱼鳞云杉(Picea jezoensis var. komarovii)分布上限树木径向生长的影响, 发现红松年轮宽度具有与温度升高相一致的趋势, 而鱼鳞云杉年轮宽度则出现随温度升高而下降的“分离现象”。对水热条件的正响应是分布上限红松年表与温度保持一致的关键: 生长季的温度和降水的增加对上限红松的生长有促进作用, 且二者对树木生长的有利效应有相互促进的现象; 生长季的延长也有利于红松的生长。升温导致的水分胁迫是造成上限分布的鱼鳞云杉年轮宽度与温度变化趋势相反的重要因素: 分布上限的鱼鳞云杉年表与大多数温度指标均呈负相关关系; 随着温度升高, 年表与年降水量尤其是春季降水量的相关性逐渐由负转正; 各月的高温以及生长季中后期的少雨是形成上限鱼鳞云杉窄轮的主要气候因素, 而较低的各月温度以及生长季后期充足的降水则有利于上限鱼鳞云杉的生长; 此外, 生长季长度没有变化也可能是造成鱼鳞云杉年表序列对温度变化敏感性下降的重要因素。     

北京山区3种暖温带森林生态系统未来碳平衡的模拟与分析

使用LPJ-GUESS植被动态模型, 在北京山区研究了未来100a以辽东栎 (Quercus liaotungensis) 为优势种的落叶阔叶林、以白桦 (Betula platyphylla) 为主的阔叶林和油松 (Pinus tabulaeformis) 为优势种的针阔混交林的碳变化, 定量分析了生态系统净初级生产力 (NPP) 、土壤异养呼吸 (Rh) 、净生态系统碳交换 (NEE) 和碳生物量 (Carbon bio-mass) 对两种未来气候情景 (SRES A2和B2) 以及相应大气CO2浓度变化情景的响应特征。结果表明:1) 未来100a两种气候情景下3种森林生态系统的NPP和Rh均增加, 并且A2情景下增加的程度更大;2) 由于3种生态系统树种组成的不同, 未来气候情景下各自NPP和Rh增加的比例不同, 导致三者NEE的变化也相异:100a后辽东栎林由碳汇转变为弱碳源, 白桦林仍保持为碳汇但功能减弱, 油松林成为一个更大的碳汇;3) 3种森林生态系统的碳生物量在未来气候情景下均增大, 21世纪末与20世纪末相比:辽东栎林在A2情景下碳生物量增加的比例为27.6%, 大于B2情景下的19.3%;白桦林和油松林在B2情景下碳生物量增加的比例分别为34.2%和52.2%, 大于A2情景下的30.8%和28.4%。     

蒙古栎红松林演替模型FOROAK的研究

Based on forest dynamics theory, gap model FOROAK was developed for simulating long-termdynamics of Mongolian oak (Quercus rnongolica Fisch. )-Korean pine (Pinus koraiensis Sieb. et Zucc. )forest. The model included two parts: biological growth and environmental impacts on growth. Different areapatches were used in simulating forest changes. The results showed that this forest gap was 0.05 hm2. Themodel testing demonstrated that it could reasonably simulate forest dynamic process, and had a very highaccuracy to predict species compositions. The observed species basal areas was similar to the predicted at 60,100 and 270 year forests, the observed species compositions were similar to the predicted at old forest period.Complex changes were found through modeling forest dynamics of bare ground. Mongolian oak and white birch( Betula platyphylla Sukacz. ) dominated at early stage, forest dominated by broad leaved species was formedat middle stage, and then Korean pine dominated at latter stage. The prediction of current primary forestshowed that it was steady during the next 300 year period, the number of trees and the biomass of Korean pine changed very little.     

外来入侵种飞机草在不同环境胁迫下抗氧化酶系统的变化

飞机草（Eupatorium odoratum）原产于中南美洲,在我国最早发现于1934年,目前已经分布到云南、海南、台湾、广东等省区,是一种典型的外来入侵种。研究其在逆境条件下的生理适应机制对于有效治理该入侵种具有十分重要的意义。研究了其在不同环境胁迫条件（高温、低温和干旱）下抗氧化酶系统的变化。结果表明：超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和脱氢抗血酸还原酶（DHAR）在3种环境胁迫下酶活性都升高;过氧化氢酶（CAT）在高温胁迫下升高,而在低温和干旱胁迫下酶活性降低;过氧化物酶（POD）和单脱氢抗坏血酸还原酶（MDAR）在高温和干旱胁迫下酶活性升高,而在低温胁迫下酶活性降低;谷胱甘肽还原酶（GR）在高温和干旱胁迫下酶活性升高,而在低温胁迫下保持不变。这些研究结果可能有助于寻找到一条控制飞机草的新途径。     

大兴安岭地区兴安落叶松林步甲群落多样性时间动态分析

兴安落叶松林是大兴安岭地区代表性的植被类型,其生物多样性具有独特性。步甲是森林生态系统环境和多样性的指示性物种,以及认识环境变化和生物多样性特征的关键物种。为研究大兴安岭地区兴安落叶松林步甲群落多样性的时间动态,分析步甲群落对时间变化的响应规律,于2019年5月下旬-8月下旬步甲活跃期,利用陷阱诱捕法在兴安落叶松林5个样地中采集步甲标本共15属34种1149头,其中大兴安岭地区地理新纪录物种7种,中国地理新纪录物种6种。研究结果表明,通缘步甲属（Pterostichus）和大步甲属（Carabus）物种丰富度最高;通缘步甲属未定种5（Pterostichus eximius）为极优势物种,对时间变化最敏感。兴安落叶松林小生境类型的多样化和步甲休眠期的选择是步甲群落个体数和物种数随时间变化呈双峰模式的主要因素,最高峰均出现在6月下旬;多样性与均匀度指数均在7月上旬达高峰期,8月下旬多样性下降而均匀度上升,各指数之间相关性较低。步甲群落在6月下旬到7月下旬对环境具有较高的适应度;群落结构在环境条件相对稳定的6月下旬到7月下旬和8月上旬到8月下旬均表现为极相似（I>0.75）。物种取食特征和生活史策略的多样化使步甲群落各指数随时间变化具有显著差异,而物种取食特征和生活史策略受环境因子的综合影响较大。稳定的森林环境条件下,步甲活跃期更长,群落结构相似度更高。该结果为步甲群落时间动态研究奠定了一定的理论基础,为大兴安岭地区地下生物多样性的保护和管理策略制定提供了一定的理论和数据依据。     

暖温带森林优势种群的地形生境变异性

地形是影响植物种群分布格局、维持群落多样性的重要因子。以东灵山20hm2暖温带落叶阔叶林动态监测样地内的2个优势种群——辽东栎(Quercus wutaishanica)与胡桃楸(Juglans mandshurica)为研究对象,对比分析2种群同物种不同生长阶段、不同物种相同生长阶段群体的地形生境差异性。结果表明,样地内辽东栎种群主要分布在坡度大、南坡、西坡、凸出及高海拔的位置上,成年树比幼树更偏好凹地形;胡桃楸种群集中分布在坡度大、北坡、东坡、凹陷及低海拔的地形上,成年树相比幼树偏好分布在南坡、东坡及凹陷的位置。每个种群的幼树与成年树群体的地形因子之间差异都不显著(P>0.05),地形特征的分布范围一致;2物种成年树群体的海拔因子差异显著(P<0.05),幼树群体除了海拔外,南北坡向也表现了明显的差异(P<0.05)。同种群不同生长阶段地形因子的选择显示了物种地形生境的限制及保守性,不同种群同生长阶段地形因子的选择显示了物种间空间分布格局及多样性的维持。这对于理解暖温带森林的物种共存及生物多样性维持具有重要的意义。