中国喀斯特地区微生物群落结构和功能的研究进展

频繁的人类生产活动使植被遭到破坏,造成基岩裸露的石漠化现象,严重制约了喀斯特地区自然和社会经济的发展,随着生态修复工程的大力开展,微生物群落的结构和功能在生态修复中逐渐受到重视,因为微生物作为喀斯特生态系统的重要组成部分,不仅在物质循环过程中起着重要作用,也在喀斯特生态系统修复中占有十分重要的地位。所以微生物群落结构和功能的研究可以作为衡量生态系统稳定性的重要指标。就中国喀斯特地区的典型植被恢复的不同阶段、成土过程、不同的土地利用方式、矿山修复过程以及不同水域中的微生物群落结构及功能等方面的研究状况进行系统梳理,结合实例综合论述喀斯特地区生态修复过程中微生物作用的研究进展,以期为喀斯特地区生态修复提供参考。     

基于地表水与地下水分割校正的漓江流域水供给服务时空格局研究

喀斯特区域水循环过程与其他地区存在显著区别,其水供给服务也具有独特的空间分布特征。然而,目前针对喀斯特地区产水量的时空变化研究较少考虑喀斯特生态系统的特殊性,导致产水量的空间模拟结果存在一定偏差。根据喀斯特地貌形态和地下水补径排泄特征提出了一种产水量分割方法,并基于水量平衡原理建立了地表水与地下水分割校正概念模型。选取喀斯特山区典型区域漓江流域为研究区,通过上述方法校正了InVEST模型产水量模拟结果,从栅格、地貌分区和子流域3个尺度分析了漓江流域2000—2020年产水量校正前与校正后时空分布格局。研究结果表明：(1)漓江流域2000—2020年InVEST模型产水量呈现先减后增再减的趋势,水供给服务空间分布格局为北高南低。产水深度在岩溶区和非岩溶区几乎没有差异,但在岩溶区内部差异明显：裸露型岩溶区产水深度高于覆盖型和埋藏型,峰林平原产水深度高于峰丛洼地。子流域分区平均产水深度排序为漓江上游区>漓江中游区>恭城河区>荔浦河区>漓江下游区。(2)利用地表与地下水分割校正后,水供给服务空间分布格局为四周高于中部,西北部高于东南部。非岩溶区产水深度明显高于岩溶区,埋...     

Litter processing in diffuse and conduit springs

We used bedrock geology and prior water chemistry data to classify and choose 4 conduit and 4 diffuse flow springs in a karst region of southeast Minnesota. Decomposition processes and chemical/physical conditions were compared between spring classes during two seasons (May and September, 1987).Although large storms and conduit run-in events did not occur during our sampling, baseline water chemistry supported our a priori spring classification. Baseline nitrate and atrazine levels were significantly higher in conduit than in diffuse springs. During a minor run-in event, atrazine levels increased significantly to at least 1.2 µg L^–1 in all conduit systems, but remained unchanged in diffuse systems.Decay rates of the two predominant litter sources in the springs (watercress [Nasturtium officinale R.Br.] in May and box elder [Acer negundo L.] in September) were used to assess differences in biological activity between the spring classes. During May, watercress decayed (1 mm coarse mesh bags) at approximately the same rate in conduit and diffuse systems, k = 0.094 and 0.099 respectively. This result was unexpected since shredder colonization was much greater on litter bags in diffuse systems. In September, boxelder decay rate was significantly higher in diffuse (k = 0.018) than in conduit (k = 0.013) springs; and decay rates seemed to reflect significantly higher shredder colonization on bags in diffuse systems. Microbial activity on watercress and boxelder litter, measured as electron transport system (ETS) activity, was seldom significantly different between spring classes. Also, both watercress and boxelder litter decay rates for fine mesh bags (240µm) were similar between conduit and diffuse springs, suggesting that microbial processing did not differ greatly between spring classes.In conduit springs, low shredder colonization was apparently the result of low benthic shredder densities. Shredders and other macroinvertebrates may be adversely affected by discharge fluctuations from conduit run-in events. We suspect that, during times of low flow, watercress standing stock was also an important influence on shredder abundance.     

广西乐业大石围天坑群种子植物区系研究

广西乐业大石围天坑群(以下简称大石围天坑群)是最典型的塌陷型天坑群。该研究采用样线法和样方法对大石围天坑群的种子植物进行了实地调查,并结合已有资料综合分析了大石围天坑群种子植物区系特征。结果表明:大石围天坑群野生种子植物丰富,有137科445属863种;在科级和属级水平上,地理成分以热带成分为主,中国特有成分相对贫乏;与热带区系的联系主要以泛热带成分为主,与温带区系的联系主要以北温带成分为主;大石围天坑群的热带科和温带科之比以及热带属和温带属之比,均小于中国乐业-凤山世界地质公园,其种子植物区系更能反映该地区过去植物组成的"原貌",即温带成分比例过去的比现代的高,是全球气候变暖的有力证据:天坑群保育了82种珍稀濒危植物,包括30属67种野生兰科植物,是现存珍稀濒危植物的"避难所"。     

岩溶石山台湾桤木生长表现及根瘤生物量特征

了解台湾桤木(Alnus formosana)在岩溶石山的生长表现以及根瘤生物量的特征,对石山植被的恢复与重建具有重要意义。该文采用典型样地调查方法对岩溶石山4.5年生台湾桤木与速生乡土树种任豆(Zenia insignis)、顶果木(Acrocarpus fraxinifolius)进行了调查研究,并用方差分析方法进行统计和评价。结果表明:台湾桤木平均胸径、树高、材积和冠幅分别为8.39 cm、7.72 m、0.0271 m3和3.18 m,均大于任豆和顶果木,且差异达到极显著水平;台湾桤木冠长达6.01 m,分别比任豆和顶果木增加106.53%和70.25%;台湾桤木在岩溶石山表现出速生的特性。对台湾桤木样株的根瘤生长状况进行深入调查分析发现,台湾桤木根瘤生物量平均每株达52.77 g,根瘤在水平方向分布从树干基部至树冠投影范围均有生长,离树干50 cm与离树干50～100 cm范围的根瘤生物量相近,离树干100 cm至树冠投影范围的根瘤生物量最多,三个地段的根瘤分别占整株根瘤生物量的15.7%、16.9%、67.4%;大根瘤(直径≥1 cm)在离树干100 cm至树冠投影范围分布最多;根瘤在垂直方向主要分布在0～20 cm土层,20～40 cm土层少有根瘤出现;台湾桤木在岩溶石山表现出良好的结瘤固氮特性。该研究结果可为台湾桤木在岩溶石山的推广发展提供科学依据。     

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。     

茂兰喀斯特区68种典型植物叶片化学计量特征

研究茂兰喀斯特区不同功能(类)群植物叶片的养分含量及化学计量特征,揭示其在时间和空间尺度上的变化规律,阐明碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)等养分含量与C∶N∶P间的相互关系,探讨N∶P对该区域植物生长的指示作用,以期能够更深入的了解其养分利用状况及适生性,为喀斯特森林的稳定性及维持机制提供理论依据。以茂兰喀斯特区68种典型植物为研究对象,分别测定不同生长阶段植物叶片的C、N、P和K含量,并计算其化学计量比。结果表明:研究区68种植物分属40科62属;其叶片C、N、P和K含量的几何平均值分别为445.87 g/kg、17.32 g/kg、1.35 g/kg和9.86 g/kg,C∶N的算术平均值为26.93,C∶P、C∶K、N∶P、N∶K和P∶K的几何平均值分别为330.93、45.22、12.85、1.76和0.137;C与N呈极显著负相关,N与P、K以及P与K均呈极显著正相关,N与C∶P和C∶K、P与C∶N、C∶K和N∶K以及K与C∶N、C∶P和N∶P均呈极显著负相关,且它们之间均具有二次函数、指数函数或幂函数的非线性耦合关系;从变异程度来看,C含量为弱变异,N、P、K含量及各元素的化学计量比则均属中等变异或强变异。从植物不同生活型来比较,各生长阶段的C含量均表现为灌木乔木草本,N、P和K含量均为草本灌木乔木,各元素的化学计量比则均为乔木灌木草本。从植物不同系统发育来分析,各生长阶段蕨类植物的N、P、K含量均要高于种子植物,而各元素的化学计量比则正好相反。从不同生长阶段来看,各功能(类)群植物生长期(或生长盛期)的养分含量均要高于落叶期(或生长末期);乔木、灌木和草本等不同生活型植物落叶期的C∶P、C∶K、N∶P和N∶K均要高于生长期;蕨类植物各元素的化学计量比不同生长阶段间差异都不显著;而种子植物的C∶P、C∶K、N∶P和N∶K则均表现为落叶期生长期。对比我国其他地区及全国和全球尺度上的研究结果,该区域植物的生长发育易受N和P素的双重限制,但又因功能(类)群及生长阶段的不同其受限的养分元素也存在一定差异,体现了对高度异质的喀斯特生境不同的适应策略;而植物体内较高的K含量则可能是提高其自身抗性、适应恶劣环境的重要因素。减少人为干扰、加之适当的保护,在植物生长期配以适量的N素添加,有利于其更好的生长发育,有助于提高喀斯特森林生态系统的稳定性和抗干扰性。研究结果揭示了喀斯特森林植物的适生机制,对喀斯特森林的保护具有重要的指导意义。     

喀斯特槽谷典型植物水分利用效率对隧道建设的响应

隧道工程建设对喀斯特槽谷地区地下水循环系统的破坏,引起地下水位下降,可能影响周围生态环境。依托重庆中梁山喀斯特槽谷,对旱、雨两季隧道影响区与无隧道影响区不同深度土层(0—20 cm、20—40 cm)土壤含水量以及典型植物(常绿乔木、常绿灌木)瞬时水分利用效率(InstantaneousWater Use Efficiency,WUE_(inst))进行对比分析,探究植物水分利用效率对隧道建设的响应。结果表明:在不同影响区,主要由蒸发与降水引起土壤含水量在垂直和季节变化上的趋势相似,但隧道影响区土壤含水量在旱、雨两季均显著高于无隧道影响区;不同影响区植物WUE_(inst)存在明显的季节差异,旱季各植物种WUE_(inst)显著高于雨季。而旱、雨两季隧道影响区植物叶片WUE_(inst)显著高于无隧道影响区;此外,植物WUE_(inst)与土壤含水量相关性分析结果表明,不同影响区植物WUE_(inst)与土壤含水量均呈显著负相关关系,但相对于无隧道影响区,隧道影响区植物WUE_(inst)对土壤含水量的变化更加敏感。以上结果表明,隧道建设导致地下水资源漏失,土壤含水量减少,进而改变了植物水分利用特性,使隧道影响区植物种应对一定程度的水分胁迫时采取更保守的水分利用策略。     

木论喀斯特常绿落叶阔叶林木本植物萌生特征

萌生更新是植物进行自我更新的重要方式之一。为了阐明喀斯特常绿落叶阔叶林植物的萌生特征,基于木论25 hm²动态监测样地的调查数据,分析了木本植物萌生更新数量特征、不同生活型植物萌生能力的差异、萌生能力与地形因子和萌生能力与物种多样性的关系。研究结果表明：样地具有萌生现象的木本植物共有197种,隶属59个科137个属,分别占样地植物科属种的86.8%、93.7%、91.3%。萌生现象在样地内各物种中普遍存在,滇丁香、长管越南茜、火棘、香叶树等物种的萌生能力较强。不同生活型的植物的萌生能力存在显著差异,常绿树种的萌生能力显著高于落叶树种（P<0.001）。萌生物种丰富度比例及萌生物种个体比例都与群落物种多样性呈显著正相关。萌生能力与土层厚度呈显著负相关,与凹凸度呈显著正相关,此外萌生物种丰富度比例还与海拔呈正相关关系,而萌生物种个体比例与岩石出露率和土壤坡度呈正相关关系。由此可见,作为喀斯特森林群落更新中一种占优势的更新方式,萌生更新在一定程度上能够增加群落物种多样性,萌生能力与地形因子存在一定关联。