岷江干旱河谷-山地森林交错带震后生态恢复的关键科学技术问题

作为典型的生态过渡区,岷江干旱河谷-山地森林交错带不仅是藏羌居民生活的重要区域,而且在抑制干旱河谷上延和延伸亚高山森林生态系统的功能等方面具有十分重要的作用。但这种脆弱生态系统极易受到人类活动干扰和自然灾害的损害,使其成为“5．12”汶川大地震中受损程度较高、灾后生态恢复与重建的重点区域之一。基于岷江干旱河谷-山地森林交错带受汶川大地震破坏的特点以及该区的生态重要性和本身的脆弱性,损毁生态系统的快速评估与生态重建规划、生产与生态双赢共建关键技术、震后残存植被保育、水源涵养地植被保护与恢复、震毁植被恢复与重建、耕地生产恢复与重建、边坡综合治理、低效薪炭林改良以及居民聚居点风景林营造等被认为是震后生态恢复的关键科学技术问题。震毁生态系统的生态恢复过程监测与评估、干旱河谷-山地森林交错带生态系统的脆弱性机制及生态学过程、震后生态系统对变化环境的响应与适应机制等可能是未来的重点研究领域。     

河北北部和内蒙古东部森林-草原交错带森林景观格局初步研究

河北北部、内蒙古东部森林 草原交错带的森林景观主要有白桦林、山杨林、云杉林、蒙古栎林和榆树疏林。森林斑块的数量在森林 草原交错带的森林草甸区最多 ,其次是森林带 ,再次是森林 草原交错带的草甸草原区 ,草原带没有森林斑块。从森林带到森林 草原交错带 ,森林斑块变小、森林景观破碎化程度提高。森林 草原交错带森林景观的形成是气候变化和现代气候、地形、火灾和人为活动综合作用的结果     

放牧干扰对岷江上游山地森林/干旱河谷交错带土壤活性有机碳的影响

研究放牧干扰对岷江上游山地森林-干旱河谷交错带人工刺槐林、人工杨柳林、锥花小檗灌丛和草地4种植被类型土壤有机碳含量和活性组分的影响.结果表明:各放牧强度下,0~10 cm土层土壤有机碳及其活性组分含量大于10~20 cm土层.随放牧强度的增加,人工刺槐林表层(0~10 cm)土壤总有机碳(TOC)、轻组有机碳(LFOC)、颗粒有机碳(POC)和易氧化碳(LOC)含量呈逐渐降低趋势;人工杨柳林表层土壤LFOC含量呈降低趋势,POC含量呈升高趋势,TOC和LOC含量先降低再升高;锥花小檗灌丛土壤POC含量呈降低趋势,TOC、LFOC和LOC含量先降低再升高;草地土壤TOC和POC含量呈降低趋势,LFOC和LOC含量先降低再升高.4种植被类型土壤LOC、LFOC和POC含量随放牧强度增加而下降的幅度是TOC含量的1.1~8.9倍.土壤TOC含量与LOC、LFOC和POC含量呈显著正相关,表明活性有机碳组分能够反映土壤总碳的变化情况.     

岷江上游干旱河谷岷江柏的光合与水分生理特征干湿季对比研究

岷江柏（Cupressus chengiana）是干旱河谷地区的重要生态恢复物种,为探讨岷江柏对干旱河谷环境的适应策略,以生长于岷江上游干旱河谷自然生境中的岷江柏为研究对象,研究分析了其在湿季（7月）和干季（11月）的水分生理特征和光合生理特征。结果表明：（1）水分生理方面,相较于湿季,干季岷江柏的脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、过氧化物酶（POD）显著增加（P<0.05）,比叶重（LMA）、黎明水势（Ψ_pl）、正午水势（Ψ_ml）则显著下降（P<0.05）;（2）光合生理方面,相较于湿季,岷江柏在干季的气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、饱和光下最大净光合速率（P_nmax）、初始羧化效率（CE）、光合能力（A_max）、CO₂补偿点（Γ）、光呼吸速率（R_p）、最大羧化速率（V_cmax）、最大电子传递速率（J_max）、磷酸丙糖利用率（TPU）、J_max/V_cmax、光能捕获效率（F_v''/F_m''）、PSII实际光化学效率（Ф_PSII）、光化学猝灭系数（qP）、电子传递效率（ETR）均显著下降（P<0.05）,而暗呼吸速率（R_d）、水分利用效率（WUE）、非光化学猝灭系数（NPQ）则显著上升（P<0.05）。干季,岷江柏采取增加水分获取能力并降低水分散失的水分利用策略、增加光合产物消耗策略、增加热耗散的光合器官保护策略等,以适应干季干旱、低温等环境胁迫,进而表现出较强的环境适应性。     

怒江中游西藏境内干旱河谷荒漠植被特征

基于实地调查资料,对西藏境内怒江中游河谷的特殊荒漠型植被进行了研究。结果表明：（1）22个样方中有85种维管植物,其种子植物属的分布区类型以泛热带分布为主,占21．6％;种以中国特有分布中的西南特有成分为主,占53．2％;（2）生活型谱以矮高位芽植物为主,占41．2％,地面芽植物占40．0％;（3）采用Raunkiaer频度分析,出现在10个以上样方中的物种有白刺花、垫状卷柏、芸香草和阔盖中国蕨等,频度分别是68．2％、50．0％、50．0％、45．5％;（4）根据该河谷区域的气候特点、干旱程度、群落的生态外貌特征和生活型等,并结合《中国植被》对灌丛和荒漠的划分,认为该河谷区域的植被盖度极低,不属于灌丛类型,而是非地带性的干旱河谷型荒漠植被。     

干旱胁迫对高山柳和沙棘幼苗光合生理特征的影响

为了解干旱河谷-山地森林交错带植物光合生理特征对干旱胁迫的响应。以交错带两种典型植物高山柳(Salix paraqplesia)和沙棘(Hippophae rhamnoides)为研究对象,研究其在不同程度的干旱胁迫条件下植株气体交换参数的日变化特征。干旱胁迫显著降低了两种植物叶片数、叶面积、叶片生物量、比叶面积、色素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)和气孔限制值(Ls)等与光合生理过程密切相关的叶片指标,但增大了胞间CO₂浓度(Ci)和内禀水分利用效率(WUEi)。植物叶片的气体交换参数(如:Pn和gs)日变化并未完全随着光合有效辐射的增强和温度的升高而增加,全天以11:00最大,"午休"现象明显。相对而言,沙棘在干旱胁迫条件下表现出相对较高的叶面积、Pn、gs和WUEi,具有相对更强的适应干旱环境的能力,而高山柳对干旱胁迫更为敏感。     

干旱胁迫对高山柳和沙棘幼苗光合生理特征的影响

为了解干旱河谷-山地森林交错带植物光合生理特征对干旱胁迫的响应。以交错带两种典型植物高山柳(Salix paraqplesia)和沙棘(Hippophae rhamnoides)为研究对象,研究其在不同程度的干旱胁迫条件下植株气体交换参数的日变化特征。干旱胁迫显著降低了两种植物叶片数、叶面积、叶片生物量、比叶面积、色素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)和气孔限制值(Ls)等与光合生理过程密切相关的叶片指标,但增大了胞间CO₂浓度(Ci)和内禀水分利用效率(WUEi)。植物叶片的气体交换参数(如:Pn和gs)日变化并未完全随着光合有效辐射的增强和温度的升高而增加,全天以11:00最大,"午休"现象明显。相对而言,沙棘在干旱胁迫条件下表现出相对较高的叶面积、Pn、gs和WUEi,具有相对更强的适应干旱环境的能力,而高山柳对干旱胁迫更为敏感。     

岷江上游干旱河谷西康扁桃灌丛生长繁殖特征

以西康扁桃(Amygdalus tangutica(Batal.)Korsh.)为材料,在岷江干旱河谷四川省阿坝藏族羌族自治州茂县至松潘段设置47个调查点进行该物种的自然分布调查;选取4个典型分布点,随机选择20株灌丛,测定西康扁桃的年龄、基径、高度、冠幅等生长指标以及结实量、结实重量等特征指标;并设置5个4m×6m的...     

三江源自然保护区森林-草甸交错带植物优先保护序列研究

运用系统分析方法和原理,在资料收集和实地调查的基础上,借助专家咨询系统构建了三江源自然保护区森林一草甸交错带植物受威胁等级、优先保护定量分级评价指标体系以及相应的定量评价标准．评价体系包括物种濒危系数、遗传损失系数和利用价值系数3个评价系统层和10个评价指标层．利用专家咨询法和层次分析法,定量确定各个系统层和指标层的权重．通过数学模型和计算机程序计算,分别度量了三江源自然保护区森林．草甸交错带植物物种受威胁状况和优先保护序列状况的濒危系数和优先保护系数;对照植物濒危等级和优先保护序列区域性评价标准,定量评价了植物物种濒危等级和优先保护等级．评价结果表明,三江源自然保护区森林．草甸交错带的种子植物有濒危种4种,脆弱种68种,敏感种179种,安全种695种;该地区种子植物一级保护物种8种,二级保护物种78种,三级保护物种164种。暂缓保护物种696种．最后,针对植物物种优先保护序列评价的指标体系与权重分配问题。物种濒危等级与优先保护序列之间的关系,物种濒危等级评价的空间尺度问题进行了分析和探讨。     

金沙江干旱河谷退化草地群落对氮磷施肥的反应

在云南省境内的金沙江干旱河谷区, 选择退化严重的草地群落研究氮磷施肥对群落动态的影响。经过一个生长季的施肥处理, 结果表明, 除大量施磷肥处理(20 g·a^-1·m^-2)时, 可能因施磷过多群落生物量和密度没有出现增加外。其余的施氮和施磷处理均导致群落地上生物量和密度增加, 而且施氮处理引起群落地上生物量和密度增加的程度都高于施磷处理。说明在干旱河谷退化严重的草地生态系统, 氮是限制系统恢复的主要因素。施肥后禾本科草本植物密度大量增加, 而乔灌木密度增加不明显, 群落在短期内变成以禾本科草本植物为主的状态。施氮和施磷没有引起群落种数量和植物多样性指数的明显变化。试验结束时土壤的铵态氮、硝态氮和有效磷浓度没因施肥而增加, 但施肥处理的植物体氮和磷浓度增加。     

岷江干旱河谷主要灌丛类型地上生物量研究

灌丛是岷江干旱河谷主要的植被类型,也是该区相对稳定的生态系统类型。基于岷江干旱河谷主要灌丛大量的样地调查和实验,研究了其地上生物量及分布规律。结果表明:(1)该地区的9个灌丛的地上生物量存在较大差异,对节刺灌丛的地上生物量最大,达11554.2kg·hm-2,其次是子栎灌丛和绣线菊灌丛,分别为7144.7kg·hm-2和7213.1kg·hm-2,而滇紫草灌丛的平均地上生物量最小,仅为1407.2kg·hm-2,其余类型介于它们之间,导致这一结果的原因很多,如群落的优势种、物种组成、海拔、坡向、土壤水分等等;(2)灌丛地上生物量都随海拔升高而增加,并呈现出良好的相关性。(3)干旱河谷中土壤水分也随着海拔升高而增加。在干旱河谷过渡区,灌丛地上生物量与土壤水分间呈现很好的相关性;但是,在其核心区,灌丛地上生物量与土壤水分之间的相关性反而不显著。这主要是由于在干旱河谷的低海拔地区,"焚风"作用相对较强,其土壤水分条件较差,灌丛的生长受到抑制,随着海拔的升高,"焚风"作用不断降低,土壤水分条件逐步得到改善,灌丛的生长状况较好。而在干旱河谷核心区内"焚风"作用较强,其影响的海拔范围更大,因而,导致土壤水分非常低。由此可见,土壤水分是干旱河谷灌丛植被生长的主要限制因素。此外,低海拔地区灌丛植被受人类干扰活动的频     

金沙江干热河谷土壤含水量对台湾青枣生长和产量的影响

比较了4个水分梯度3年生台湾青枣(Zizyphus mauritiana Lam.)的树高生长动态、地径生长动态、新梢生下量、枝粗生长量、叶面积、叶面积指数、座果率、平均株产量、叶片含水率和根系含水率等,通过主成分分析法和R型因子综合分析法确定了适合台湾青枣生长的最优土壤含水率。结果表明第3种水分处理(土壤含水率为田间持水量的70%~85%)的台湾青枣对水分的响应最好,对水分的响应排序值是56.147;其次是第4种水分处理(土壤含水率为田间持水量的85%~100%),其值为41.506;最后是第1种水分处理(土壤含水率为田间持水量的40%~55%),其值为34.545。由此可以得出,在金沙江干热河谷地区种植台湾青枣的最佳土壤水分是土壤含水率达到田间持水量的70%~85%。     

金沙江干热河谷土壤含水量对台湾省青枣生长和产量的影响

比较了4个水分梯度3年生台湾青枣（Zizyphus mauritiana Lam.）的树高生长动态、地径生长动态、新梢生下量、枝粗生长量、叶面积、叶面积指数、座果率、平均株产量、叶片含水率和根系含水率等,通过主成分分析法和R型因子综合分析法确定了适合台湾青枣生长的最优土壤含水率。结果表明：第3种水分处理（土壤含水率为田间持水量的70％-85％）的台湾青枣对水分的响应最好,对水分的响应排序值是56．147;其次是第4种水分处理（土壤含水率为田间持水量的85％-100％）,其值为41．506;最后是第1种水分处理（土壤含水率为田间持水量的40％-55％）,其值为34．545。由此可以得出,在金沙江干热河谷地区种植台湾青枣的最佳土壤水分是土壤含水率达到田间持水量的70％-85％。     

岷江干旱河谷区典型灌木对干旱胁迫的生理生化响应

以岷江干旱河谷区6种典型山地灌木[沙棘(Hippophae rhamnoides)、羊蹄甲(Bauhinia faberi)、白刺花(Sorphora davidii)、锦鸡儿(Caragana arborescens)、三颗针(Berberis sargentiana)、黄栌(Cotinus szechuanensis)]为试材,采用盆栽试验研究了土壤自然干旱胁迫对苗木叶片抗氧化保护酶活性、膜伤害程度以及渗透调节物质的影响,探讨植物应对土壤干旱逐渐加剧的生理生态适应机理。结果表明,植物不同抗氧化保护酶对干旱胁迫及随之而来的氧化胁迫的响应存在一定差异。各灌木的超氧化物歧化酶随着干旱胁迫的增强呈先上升后下降,过氧化物酶在整个胁迫期间表现为逐渐升高,过氧化氢酶的升高则主要发生在胁迫的中后期,表明不同胁迫时期对植物体起主导作用的保护酶不同,三者表现为相互协调的作用方式。随着干旱胁迫的增强,各灌木的丙二醛呈缓慢增加趋势,细胞的膜脂过氧化作用逐渐加强,植物开始遭受一定程度的毒害。沙棘和羊蹄甲叶片的质膜相对透性随胁迫的增强呈现先升后降最终回到初始水平的特点,表明植物可以通过干旱锻炼获得一定的抗旱能力。白刺花和黄栌叶片的质膜相对透性在胁迫的0—4 d保持不变,从8 d开始大幅上升并一直维持在较高水平,说明胁迫初期植物细胞膜的结构和功能还很完整,生理活动仍能正常进行,但从中期开始细胞膜遭受严重破坏。随着干旱胁迫的增强,各灌木叶片的脯氨酸总体均呈增加趋势,表明干旱胁迫下植物通过积累脯氨酸以提高细胞的渗透调节能力。主成分分析表明,6种灌木的抗旱能力由强到弱依次为:羊蹄甲、沙棘、锦鸡儿、黄栌、白刺花、三颗针。综合分析表明,干旱河谷区几种典型灌木可通过提高抗氧化酶活性并积累渗透调节物质对干旱胁迫进行积极的反馈,以减弱逆境胁迫下活性氧的危害,提高细胞的渗透调节能力,减轻细胞遭受的损伤。     

岷江干旱河谷多苞蔷薇生长与繁殖特征

通过大面积野外踏查和样方调查,分析了岷江干旱河谷乡土灌木多苞蔷薇种群的分布、生长繁殖特征及其空间差异性.结果表明,多苞蔷薇广泛分布于岷江干旱河谷汶川绵褫至松潘镇江关约170 km长、海拔1 200～2 600 m的空间范围内,其株高、基径、年龄、冠幅、萌蘖株数和结实量的平均值分别为(123.33±3.13) cm、(12.49±0.40) mm、(3.34±0.16) a、(1.30±0.13) m²、(5.07±0.39)株/丛和(171.47±25.90)果/丛.随着海拔高度和纬度增加,其株高、基径、冠幅和结实量增加,而萌蘖株数没有显著变化.多苞蔷薇有性结实和无性萌蘖能力随环境空间变化的不匹配性与其生长密切相关,可能与多变环境下资源分配利用的平衡机制有关;以丛进行年龄统计,多苞蔷薇缺少幼龄个体,种群发展并不稳定,但随海拔高度升高,萌蘖株年龄结构均呈“金字塔”型,且较大龄级的萌株比例略增,显示出良好的种群持续性.综合分析发现,多苞蔷薇生长与繁殖的空间差异性是对干旱河谷长期适应的结果,既为种群持续提供了保证,也为种群扩大奠定了基础.     

岷江上游干旱河谷景观变化及驱动力分析

基于遥感和地理信息系统,应用景观格局分析软件,研究了岷江上游干旱河谷1974-2000年的景观变化,并对其驱动因子进行了分析.结果表明,岷江上游干旱河谷的面积在不断扩大,灌木林地面积占景观面积的60%以上,为景观基质.在景观类型面积比例的变化中,耕地的变幅最大.干旱河谷的整体形状较简单,1974-1995年破碎化程度和异质性程度持续增加,1995-2000年表现为降低趋势,而斑块内部的连通性先降低后增加,具体表现为斑块密度、多样性指数先增大后减小,蔓延度指数先减小后增大,而边界密度和分维数持续减小.人口增长和国家政策是导致岷江上游干旱河谷景观变化的主要驱动力.     

岷江上游干旱河谷景观边界动态及其影响域

采用遥感和地理信息系统技术,界定了岷江上游干旱河谷的范围,在此基础上分析了岷江上游干旱河谷的边界动态及其影响域.结果表明,岷江上游干旱河谷的范围不断扩大,干旱河谷边界长度增加,边界形状复杂性先增加后降低.岷江上游干旱河谷的边界沿山体迅速向上攀升,1974其最高上限为海拔3128m,1995年为3167m,较1974年抬升了39m;2000年为3181m,比1995年抬升了14m.1974—2000年间岷江上游干旱河谷边界最高上限沿垂直方向向上抬升了53m,平均每年约抬升2m.岷江上游干旱河谷边界的显著影响距离为800m,800～1200m为干旱河谷和周围其它景观影响的过渡区域.干旱河谷外缘800m范围内的区域,是干旱河谷抵抗周围景观影响和外来干扰的缓冲地带,在对岷江上游干旱河谷生态环境进行综合治理的过程中,应对其给与充分关注.     

岷江干旱河谷5种乡土植物的出苗、存活和生长

为了阐明干旱河谷自然条件下乡土植物种子出苗与幼苗定居能力的空间差异性,选择环境适应能力较强的植被恢复物种,试验选择岷江上游干旱河谷水热条件具有明显差异的两个试验地点:四川省茂县撮箕山(南坡)和两河口(北坡),采用4因素随机区组设计,开展大量的野外播种对比试验,研究了微生境类型改变及不同播种处理方式对白刺花(Sophora davidi (Franch.) Skeels.)、小马鞍羊蹄甲(Bauhinia faberi var. microphylla)、岷谷木蓝(Indigofera lenticallata Craib)、落芒草(Oryzopsis munroi Stapf)和川芒(Miscamthus szechuanesis Keng)5种干旱河谷乡土植物种子出苗、幼苗存活及生长的影响.发现:(1)在干旱河谷自然气候条件下,播种后1个月是所有受试植物出苗的高峰期,但是种子出苗率都很低,达不到30%;幼苗存活能力也极低,在播种1个月后所有幼苗死亡数量增加而保存数明显下降;在播种2个后幼苗存活数均为0.相同条件下小马鞍羊蹄甲、岷谷木蓝与落芒草的出苗数量明显高于白刺花和川芒.这说明干旱河谷地区种子出苗与幼苗存活的限制是自然植被更新能力弱,并且恢复困难的主要原因.(2)种子出苗及幼苗存活能力在不同区域之间具有明显的差异,湿润地段种子出苗数量与幼苗保存数量都较大.但是,种子出苗及幼苗存活能力在同一地段灌丛、半灌丛与裸地等不同类型的微生境之间无明显变化.(3)小容器播种能够有效地增加种子出苗率与短期幼苗存活,但是未能提高幼苗最终的存活能力及生长速率;采用保水剂与腐殖质土壤改良措施对种子出苗数与幼苗保存数没有明显影响,因而这些措施不能解除干旱河谷地区极端环境胁迫对幼苗定居的阻碍.     

基于主成分分析的大渡河中游干暖河谷草地土壤质量评价

草地在大渡河干暖河谷植被恢复及植物群落演替中具有重要作用,而植被恢复的关键在于土壤质量。将大渡河干暖河谷泸定至汉源段,依据坡向划分为8个方位（北、东北、东、东南、南、西南、西、西北）,分析了不同坡向和植被盖度草地的土壤理化性质,采用主成分分析法（Principal component analysis,PCA）对河谷区草地土壤质量进行了评价。结果表明：（1）影响河谷草地土壤质量的最小数据集（Minimum data set,MDS）指标包括非毛管孔隙度、土壤容重、有机质和碳氮比;（2）河谷从东北坡过渡到西南坡土壤质量逐渐降低,与南坡热而干旱的微气候使土壤矿化作用剧烈,而北坡适宜的光热和水热条件更有利于土壤中钾和磷的释放有关;（3）植被盖度与土壤质量呈正相关关系,随着草地植被盖度减少土壤质量逐渐降低。高植被盖度（>70%）土壤质量主要受非毛管空隙度影响,而低高盖度草地（<30%）主要受土壤容重影响;（4）河谷区草地土壤质量指数中间值分布较多,土壤肥力属于2-4级中等水平。大渡河干暖河谷区草地土壤质量较好,潜在肥力水平较高,有利于植物生长和植物群落正向演替,是植被人工恢复的重点区域。