基于结构方程模型分析荒漠啮齿动物优势种对不同放牧干扰的响应

放牧被认为是草地生态系统的主要干扰之一。许多研究表明,放牧影响了啮齿动物的个体条件、繁殖、种群动态、群落组成及群落多样性等多个方面。由于受传统统计学方法的限制,这些研究只是单独的对放牧作用进行假设检验,而没有将多个假设放在同一个框架内进行验证。2006—2011年,采用标志重捕法对内蒙古阿拉善荒漠区不同放牧生境中啮齿动物优势种的数量进行研究并使用结构方程建模的方法将可能影响荒漠啮齿动物优势种的环境因子(气候条件、土壤硬度、植物隐蔽、植物生物量等19个指标)与啮齿动物优势种种群动态结合后进行多假设检验,旨在找出不同放牧干扰下制约优势啮齿动物环境因子的发生途径。结果表明:气候条件对五趾跳鼠和三趾跳鼠有直接不利影响,隐蔽对于两足活动的五趾跳鼠有负效应,而对四足活动的子午沙鼠有正效应。植物生物量对五趾跳鼠有正效应,但对子午沙鼠有负效应。土壤硬度的增加间接的有利于五趾跳鼠,对子午沙鼠有直接的正效应。因此荒漠啮齿动物优势种种群动态是多个过程共同作用的结果,气候条件是驱动啮齿动物种群动态的根本原因,而放牧会因为改变植物隐蔽而影响啮齿动物在群落中的组成。     

阿拉善荒漠啮齿动物优势种觅食活动对不同放牧方式的响应

阿拉善荒漠脆弱生态系统对人为干扰反应较敏感，不同放牧方式导致该生态系统的植被资源类型、密度、分布、盖度、基质以及动物感知捕食风险等各不相同。同域分布的荒漠啮齿动物在不同干扰下的觅食差异性对于荒漠地区生物多样性的维持具有重要意义。本文于2020年通过红外相机陷阱技术对阿拉善荒漠区同域共存的三趾跳鼠(Dipus sagitta)、五趾跳鼠(Orientallactaga sibirica)和子午沙鼠(Meriones meridianus) 3种优势鼠种在3种不同放牧方式下的摄食行为进行观测，结果显示：(1)不同放牧方式下3种啮齿动物优势种的种群密度与摄食行为成正比，放牧增加了五趾跳鼠种群密度，其摄食行为也在放牧强度大的生境中占比更多；子午沙鼠在放牧强度较小且植被盖度较高的生境中种群密度较高，摄食行为也多集中于此；三趾跳鼠在不同放牧方式下种群密度差异不大，相对来说在放牧强度更大的生境中花费的觅食努力更大；(2)相同放牧方式下，子午沙鼠面对食物会采取“觅食+取食+贮食”相结合的摄食策略，而三趾跳鼠和五趾跳鼠更倾向于“觅食+原地取食”的摄食策略。由此表明，尽管不同鼠种具有差异化的摄食策略，但是...     

新疆甘家湖自然保护区啮齿动物群落结构与空间格局的研究

2002、2003年春、夏、秋季对精河甘家湖荒漠梭梭林国家级自然保护区的啮齿动物进行了实地调查,采用样方面积铗子法,设置30块样地,共计30hm^2,捕获啮齿动物579只,分属3科5属6种。根据地形特征、植被类型及覆盖度的差异,将样地划分为4种生境类型,用种类(S)、密度(只／hm^2)、多样性指数(H‘)、均匀性指数(E)、优势度(D)、生态位宽度(Bi)、生态位重叠指数(C1)、竞争系数(a)8个指标对不同生境的鼠类群落结构进行了统计对比分析。结果表明,该区域为单一的荒漠梭梭子午沙鼠(M.meridianus)-大沙鼠(Rhomlomys opimtus)-三趾跳鼠(Dipus sagitta)群落。其中子午沙鼠为主优势种,大沙鼠为次优势种,三趾跳鼠为常见种,小五趾跳鼠(Allactage elater)、柽柳沙鼠(M.tamariscinus)、小家鼠(Mus muschlus)为罕见种;该群落为高密度斑块状镶嵌空间格局;各生境的群落多样性与优势度、优势种的百分比呈负相关,与物种数、均匀度呈正相关。     

额济纳旗和肃北马鬃山北部边境地区啮齿动物调查

1979—1980年作者等人对内蒙古额济纳旗及肃北马鬃山北部边境地区的啮齿动物进行了调查。调查地区在动物地理区划上归属古北界,蒙新区,西部荒漠亚区。其生态地理动物群为温带荒漠、半荒漠动物群。共发现啮齿动物14种,其中沙鼠亚科和跳鼠科的种类构成该地区啮齿动物区系的主体。子午沙鼠为当地的优势种,其它为常见种,它们分布广、数量多。另外,三趾心颅跳鼠、肥尾心颅眺鼠和短耳沙鼠等数量少、分布范围窄,为当地特有种。     

新疆甘家湖自然保护区啮齿动物群落结构与时间动态分析

2002年4月—2003年10月对精河甘家湖荒漠梭梭林国家级自然保护区的啮齿动物进行了调查。采用铗捕法,设置30个样地,共布铗30hm^2,捕获啮齿动物579只,分属3科5属6种。用种类(S)、相对密度、多样性指数(H′)、均匀性指数(E)、优势度(D)5个指标对年间、季节间的鼠类群落结构进行了对比分析。结果表明,2002—2003年鼠总密度上升,子午沙鼠的优势更加突出;群落由传统的以大沙鼠为优势种变为以子午沙鼠为优势种,群落结构也由大沙鼠—子午沙鼠—三趾跳鼠向子午沙鼠—大沙鼠—三趾跳鼠演替;2002—2003年群落多样性、均匀性降低,优势度增加;从春至秋鼠总密度呈上升趋势,多样性增加;均匀性以夏季最高,优势度则春季最高。     

不育剂EP - 1 对荒漠啮齿动物优势种群数量的影响

2011 ～ 2012 年在内蒙古阿拉善荒漠区,利用复合不育剂EP - 1 (左炔诺孕酮- 炔雌醚),设试验区和对照区,采用春季试验区一次性投饵的方法,对子午沙鼠、小毛足鼠和三趾跳鼠3 种荒漠啮齿动物优势种群的不育控制进行研究。结果表明,不育剂EP - 1 显著降低了优势种群当年的幼体出生率,试验区5 ～ 6 月小毛足鼠幼体比例较对照区显著降低(P < 0. 05),5 ～ 8 月子午沙鼠和6 ～ 8 月三趾跳鼠成体比例分别较对照区显著增加(P < 0. 05),同时显著降低了优势鼠种当年的种群数量,试验区子午沙鼠和小毛足鼠种群在繁殖高峰期的数量均显著低于对照区(P < 0.05),4 ～ 5 月三趾跳鼠种群数量显著低于对照区(P < 0. 05)。次年,试验区5 ～ 7 月子午沙鼠种群成体比例显著高于对照区(P < 0. 05),全年种群数量显著低于对照区(P < 0.05),而三趾跳鼠种群数量与对照区差异并不显著。因此,不育剂EP - 1 对3 种荒漠啮齿动物优势种群数量增长均具有控制作用,尤其对子午沙鼠种群的持续控制效果更加明显。可见,种群在繁殖期年龄结构的变化是影响其种群数量动态的重要因素。     

不同干扰条件下荒漠啮齿动物生态位特征

2002和2003年的4、7、10月份在内蒙古阿拉善荒漠区设开垦区、轮牧区、过牧区和禁牧区4个不同类型的干扰区,每个干扰区布设4个固定样方,对荒漠啮齿动物的空间生态位及其季节特征进行了研究。结果表明:五趾跳鼠和子午沙鼠的空间生态位宽度指数最高,分别为0.925和0.908;短尾仓鼠、小毛足鼠和草原黄鼠的次之,分别为0.789、0.782和0.711;五趾心颅跳鼠的最低,为0.003。草原黄鼠与小毛足鼠等6个种对的空间生态位重叠指数最高,均大于0.9,接近于1,生态位几乎完全重叠。长爪沙鼠与五趾心颅跳鼠、三趾心颅跳鼠的空间生态位重叠指数均为0,不存在资源利用竞争。在荒漠生境中,啮齿动物不仅对不同干扰条件的适应性较强,而且对资源利用存在较大程度的趋同性。在不同干扰条件下荒漠啮齿动物的生态位宽度会随着不同季节的变化出现明显的改变。同样,生态位重叠和生态位分化随着不同生态季节的变化也会发生明显的改变,春、秋季的生态位重叠程度低,分化程度高,秋季较春季略强;夏季的生态位重叠程度高,而分化程度低。     

黑河流域中游地区荒漠-绿洲景观区啮齿动物群落结构

2005年4–5月和9月对黑河流域中游地区荒漠-绿洲景观区不同生境中啮齿动物群落结构进行了研究。在甘肃省张掖市高台县黑泉乡选择流动沙丘、含砾沙漠、固定沙地、荒漠灌丛、防护林带、灌耕草地、灌耕农田和河岸草地等8种代表性生境,采用活捕法(4,800铗日)共捕获啮齿动物254只,隶属于3科8属9种。利用捕获记录计算了群落结构特征指数,进一步利用Pearson相关系数考察了不同生境啮齿动物群落的相似性,并在此基础上对不同生境的啮齿动物群落作了聚类分析。群落结构特征指数表明,啮齿动物物种多样性(用Shannon-Wiener指数测度)在灌耕草地中最低(0.6859),在固定沙地中最高(1.7036);物种均匀度(用Pielou均匀度指数测度)在流动沙丘中最低(0.6531),在河岸草地中最高(1.0000)。聚类分析结果显示,研究区啮齿动物群落可以分成荒漠型群落和绿洲型群落两大类。三趾跳鼠(Dipussagitta)在荒漠型生境中密度较高,总体上具有优势地位,尤其是在流动沙丘生境中占据绝对优势;黑线仓鼠(Cricetulusbarabensis)在植被较好的绿洲型生境中占据优势地位,但在流动沙丘外的其他荒漠型生境中也有发现。除五趾跳鼠(Allactagasibirica)外,其他种类的跳鼠只在荒漠型生境中发现。本次调查没有在防护林内部生境中捕获啮齿动物,但在林缘区域仍有捕获记录。啮齿动物群落物种多样性指数与捕获率间无显著关联(r=0.240,P=0.566)。本研究提示人为干扰可能对维持研究区域的啮齿动物多样性有积极意义。     

莫索湾垦区啮齿动物群落结构与物种多样性分析

2004年6～8月对莫索湾垦区啮齿动物调查,按不同生境共抽取18个样地,采用铗日法进行鼠类密度调查,共置10400个铗日,捕获啮齿动物446只,分属3科9属11种。经聚类分析,该垦区鼠类群落可划分为6种群落类型：（1）以大沙鼠（Rhombomys opimus）＋子午沙鼠（Meriones meridianus）为主的荒漠型;（2）以红尾沙鼠（Meriones erythrourus）＋小五趾跳鼠（Allactaga elater）为主的半荒漠灌丛型;（3）以柽柳沙鼠（Meriones tamariscinus）＋小林姬鼠（Apodemus sylvaticus）为主的林地型;（4）以小家鼠（Mus musculus）＋小林姬鼠为主的农田型;（5）以灰仓鼠（Cricetulus migratorius）＋子午沙鼠为主的弃耕地型;（6）以褐家鼠（Rattus norvegicus）为主的城镇型。从原始荒漠到城镇居民区的环境梯度变化中,鼠类群落多样性指数呈上升趋势（1．1053～1．2744）,到农田达到最大,农田到居民区则略有下降;均匀性随各群落生境类型不同,变化无规律性（0．6423≤J≤0．9207）;优势度则呈下降趋势（0．4176～0．3368）。生境差异、植被盖度和人为干扰强度对鼠类群落多样性均有一定影响。     

荒漠区两种优势鼠种的活动节律及其影响因子

子午沙鼠（Meriones meridianus）和三趾跳鼠（Dipus sagitta）是阿拉善荒漠区同域共存的两种优势鼠种,研究其活动节律对于了解荒漠啮齿动物的共存机制具有重要意义。本研究于2017年4月（春季）、7月（夏季）、9月（秋季）和10月（初冬）在阿拉善荒漠区,利用红外相机陷阱技术对子午沙鼠和三趾跳鼠的活动节律进行监测,以期深入了解极端干旱环境中子午沙鼠和三趾跳鼠不同季节活动节律动态,探索优势鼠种共存策略。结果表明：（1）子午沙鼠的种群数量受三趾跳鼠种群密度的抑制,其活动高峰期随三趾跳鼠活动高峰期的推迟而推迟,存在明显错峰现象,受光照强度的影响,二者的活动时长与夜长均呈正相关关系,其活动开始时间随日落时间的推迟、环境温度的升高而推迟;（2）子午沙鼠的活动强度在不同季节间无显著差异,三趾跳鼠的活动强度在不同季节有显著差异 （F=3.202;P=0.032),表现为4月>7月>9月>10月;（3）子午沙鼠和三趾跳鼠通过调整其夜间时间利用模式以减少竞争,实现同域共存。     

新疆卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区啮齿动物群落多样性及其与环境因子的关系

啮齿动物的群落结构受生态环境特征影响,并能反映环境变化规律。为探讨啮齿动物群落多样性及其与环境因子间的关系,利用铗捕法获得了新疆卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区9种生境类型的环境因子及啮齿动物群落结构数据。2019-2020年春、夏季,共布设样地291块,有效铗日55269个,调查总面积176.875 km²,记录了啮齿类分布的12个环境因子。捕获啮齿动物419只,分属1目4科10属12种,优势种为三趾跳鼠（Dipus sagitta）和五趾跳鼠（Allactaga sibirica）,分别占捕获总个体数的34.13%和27.68%。分析结果显示,卡山自然保护区啮齿类捕获率最高的生境类型为沙漠（2.18%）;捕获鼠种的主要分布型为耐旱型（98.09%）。12个环境因子在9个生境类型中均呈极显著差异（P<0.01）,说明该保护区啮齿动物分布的生境异质性高。冗余分析表明,海拔高度、植被种类、灌木盖度和灌木高度是决定啮齿动物群落结构最主要的4个环境因子,其中植被种数与啮齿类群落多样性呈正相关,随着植被种数数值的增加,除优势度指数外,其它多样性指数随之增加。     

阿尔泰山萨彦岭4种优势树种径向生长对气候因子的响应

气候变化深刻地影响森林树木的生长,而树种对气候变化敏感度的差异可能影响了气候变化下的森林生态系统响应。因此,研究优势树种间生长对气候变化的敏感度差异,对正确认识气候变化下林分生长动态及分布格局十分重要。基于树木年代学的方法,研究了阿尔泰山萨彦岭西伯利亚落叶松（Larix sibirica）、西伯利亚红松（Pinus sibirica）、西伯利亚冷杉（Abies sibirica）以及西伯利亚云杉（Picea obovata）4种优势树种的径向生长-气候关系。结果显示：（1）西伯利亚冷杉径向生长与上一年10-11月、当年1-9月的干旱指数、2-4月的降水显著正相关,与1月的平均温和最高温呈显著负相关关系,与当年4、6月份的水汽压正相关;（2）西伯利亚落叶松径向生长与上一年8月和当年8月的平均温、最高温以及当年8月的最低温显著负相关,而与当年6月的最低温则正相关,与8月份的水汽压显著负相关;（3）西伯利亚红松径向生长与3月降水、7月最低温、上一年10月的水汽压显著正相关;（4）西伯利亚云杉径向生长与6月平均温、最高温、水汽压正相关,与上一年10-11月、当年2-4月和9月的干旱指数正相关,同时与3、4月的降水量显著正相关。西伯利亚冷杉和西伯利亚云杉、西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松、西伯利亚云杉和西伯利亚红松对于特定气候因子表现出相似的响应结果,与年表间相关性的结果一致。但差异也是明显的,西伯利亚冷杉和西伯利亚云杉对区域水分变化敏感,而西伯利亚落叶松和西伯利亚红松主要对区域温度变化敏感。综上所述,气候变化下,该区域优势树种对气候变化响应的差异可能导致区域林分动态和格局的改变,因此,多树种径向生长-气候关系研究有助于正确反映森林动态。研究结果可以为区域森林管理与生态保护工作提供理论依据。     

Forecasting climate change impacts to plant community composition in the Sonoran Desert region

Hotter and drier conditions projected for the southwestern United States can have a large impact on the abundance and composition of long‐lived desert plant species. We used long‐term vegetation monitoring results from 39 large plots across four protected sites in the Sonoran Desert region to determine how plant species have responded to past climate variability. This cross‐site analysis identified the plant species and functional types susceptible to climate change, the magnitude of their responses, and potential climate thresholds. In the relatively mesic mesquite savanna communities, perennial grasses declined with a decrease in annual precipitation, cacti increased, and there was a reversal of the Prosopis velutina expansion experienced in the 20th century in response to increasing mean annual temperature (MAT). In the more xeric Arizona Upland communities, the dominant leguminous tree, Cercidium microphyllum, declined on hillslopes, and the shrub Fouquieria splendens decreased, especially on south‐ and west‐facing slopes in response to increasing MAT. In the most xeric shrublands, the codominant species Larrea tridentata and its hemiparasite Krameria grayi decreased with a decrease in cool season precipitation and increased aridity, respectively. This regional‐scale assessment of plant species response to recent climate variability is critical for forecasting future shifts in plant community composition, structure, and productivity.     

Fluctuations and patterns of desert rodent communities under human disturbance: fluctuating tendency and sensitive response of their population

The four kinds of sites under different kinds of human disturbances, i.e. a farmland area, a rotational-grazing area, an over-grazing area and a prohibited-grazing area, were selected in the typical region of the Alashan Desert of Inner Mongolia from April to October in 2002, 2003 and 2004 respectively. The fluctuating tendency of rodent communities and the sensitive response of their populations were studied using mark-recapture and trap-day methods. The four kinds of mark-recapture samples and line samples were taken in different human disturbance areas. The area of the mark-recapturing sample was 0.95 hm² and that of the line sample was 10 km². The samples were collected every month in the mark-recapturing sites for four consecutive days and in line sites in April, July and October every year. The variable matrix was composed of the numbers of captured rodents of the rodent communities. The sensitive response of the populations in the communities was analyzed with principal component analysis (PCA). Results showed that there were different types of rodent communities under different kinds of human disturbance on two scales in three years. In each scale, there were large differences in both the number of species and the number of main population in the rodent communities under different kinds of human disturbance on the farmland area and over-grazing area especially. The results of PCA showed that the sensitive response of the populations of the commu nities was significantly different under different kinds of human disturbance on the two scales in the three years. Cricetulus barabensis was the most sensitive on the farmland area, there were no differences in sensitive response of the various rodents on the rotational-grazing area, and Dipus sagitta and Phodopus roborovskii were the most sensitive in the over-grazing area. __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(3): 849–861 [译自:生态学报]     

非生长季降水对青藏高原高寒草甸优势种生物量稳定性的影响

受全球气候变化的影响,青藏高原在过去的几十年间整体上呈现暖湿化的趋势,相比于年际之间温度和降水的变化外,生长季和非生长季气候变化模式的差异可能会对生态系统产生更重要的影响,但相关的研究尚不充分。以青藏高原东部的高寒草甸为研究对象,基于2001年至2017年17年的野外观测数据,包括优势植物紫花针茅的高度、多度以及生物量、次优势物种洽草的生物量,结合生长季和非生长季平均温度和降水量的变化,通过线性回归以及结构方程模型,探究生长季/非生长季不对称气候变化对于青藏高原高寒草甸优势物种生物量稳定性的影响。研究结果表明：1)青藏高原东部年均温和年降水在过去的17年间显著增加,呈现暖湿化的趋势,但是非生长的降水却变化不明显;2)紫花针茅的高度、多度以及生物量在过去17年没有显著的趋势,但是洽草的生物量稳定性显著减少;3)非生长降水结合紫花针茅的高度、多度以及洽草的生物量稳定性促进了紫花针茅的生物量稳定性。研究结果可以为青藏高原高寒草甸在未来气候变化的背景下合理保护与利用提供科学依据。     

内蒙古中西部优势植物春季返青对降水的非线性响应

长期以来,研究植被物候变化与气候因子的关系多基于线性模型,事实上植被物候对气候变化的响应可能是非线性的。以1984-2017年内蒙古中西部温性典型草原和温性草原化荒漠长时间序列植被物候观测资料为基础,分析了近40年来气候变化背景下不同草地类型优势植物返青期变化特征及其对春季降水的非线性响应。结果表明：（1）温性典型草原冷蒿返青期主要受水分控制,与春季降水量表现为开口向下的二次函数关系。气候暖干化导致的水分亏缺是冷蒿返青期呈极显著延迟趋势（1.32 d/a）的主要原因;春季降水量超过60 mm时,冷蒿返青期表现出由延迟转变为提前的趋势。（2）温性草原化荒漠猫头刺返青期主要受热量控制。受春季显著升温影响,猫头刺返青期呈极显著提前趋势（0.63 d/a）。春季降水增多利于猫头刺提早返青,二者表现为开口向上的二次函数关系;春季降水量超过40 mm时,猫头刺返青期对降水的响应程度逐渐降低,这可能与荒漠植物本身的生理特性有关。     

Intraspecific molecular phylogeny and phylogeography of the Meriones meridianus (Rodentia: Cricetidae) complex in northern China reflect the processes of desertification and the Tianshan Mountains uplift

The phylogeographical patterns and demographic history of mitochondrial DNA (cytochrome b, N = 327; D‐loop, N = 252) and nuclear DNA (IRBP gene, N = 235) haplotypes were studied for the Meriones meridianus complex in northern China, a desert‐dwelling gerbil species complex. The phylogenetic analyses, which were performed on the separate and combined (mitochondrial + nuclear) datasets, revealed two divergent clades (Clade A and Clade B) corresponding to distinct geographical regions. Clade A contained the haplotypes found mostly in individuals from the Tianshan Mountains area. Clade B contained haplotypes from populations located in other deserts in northern China. The divergence times indicated that the history of the M. meridianus complex was influenced by the uplift of the Tianshan Mountains and climate‐induced habitat fluctuations. In the Pleistocene, the expansion of forests and grasslands during interglacial period led to the isolation of the M. meridianus complex, which preferred to inhabit deserts. Hence, long geological isolation and the M. meridianus complex adaptation to local ecological conditions led to its genetic divergence. Clade A had long‐lasting demographic stability, most likely because the populations of this clade remained in a stable desert environment for a long time. However, the extension of other deserts and disappearance of palaeolakes during the last glacial period resulted in demographic expansion of Clade B. Furthermore, our genetic data indicated that two subspecies may exist within the M. meridianus complex. © 2013 The Linnean Society of London, Biological Journal of the Linnean Society, 2013, 110 , 362–383.     

黄土高原羊圈沟小流域人工物种和自然物种径向生长对气候变化的响应差异

为揭示黄土高原人工和自然物种径向生长对气候变化的响应差异,在延安羊圈沟小流域分别获取人工和自然物种的树木年轮材料并构建标准年表,其中人工物种为刺槐(Robinia pseudoacacia)和柠条(Caragana korshinskii),自然物种为山杏(Armeniaca sibirica)和荆条(Vitex negundo var.heterophylla),并对年表中的气候信号进行了统计分析。结果表明:1)人工物种年表中的气候信号较强,主要表现在5—8月份,与温度呈负相关关系(刺槐:r=-0.427—-0.511,P0.05;柠条:r=-0.227—-0.738,P0.05),与降雨则呈正相关关系,但相关系数未达到显著性水平;自然物种年表中的气候信号较弱,与温度和降雨的相关关系均较低;2)不同于自然物种,人工物种树轮年表还与去年夏季(7—9月份)温度(负相关)和降水(正相关)存在相关关系,表明人工物种树木生长对气候因子存在一定滞后性;3)人工物种树轮年表与PDSI干旱指数在各月份均维持正相关关系,在生长季(刺槐4—9月、柠条4—8月)达到显著水平(刺槐:r=0.481—0.704,P0.05;柠条:r=0.314—0.610,P0.05);而自然物种年表与PDSI干旱指数的相关关系较弱,均未达到相关性水平。从各年表与气候要素(温度、降雨、PDSI)响应强度来看,黄土高原人工物种树木生长受水分胁迫显著,且以刺槐最为明显,其次是柠条;自然物种树木生长则没有明显干旱胁迫的影响,仅山杏生长受一定水分胁迫影响,荆条生长则与各气候要素关系较弱,水分胁迫对其生长的影响已很小。本研究的结果表明黄土高原人工物种生长明显受到水分条件限制,而自然恢复物种生长则受水分条件影响较小,能适应黄土高原干旱半干旱气候条件。     

Diversity of forest vegetation across a strong gradient of climatic continentality: Western Sayan Mountains, southern Siberia

Southern Siberian mountain ranges encompass strong climatic contrasts from the relatively oceanic northern foothills to strongly continental intermountain basins in the south. Landscape-scale climatic differences create vegetation patterns, which are analogous to the broad-scale vegetation zonation over large areas of northern Eurasia. In their southern, continental areas, these mountains harbour forest types which potentially resemble the full-glacial forests recently reconstructed for Central Europe. To identify forest vegetation–environment relationships in the southern Siberian mountain ranges, forest vegetation of the Western Sayan Mountains was sampled on a 280 km transect running from the northern foothills with oceanic climatic features to the continental Central Tuvinian Basin in the south. Based on the species composition, vegetation was classified into hemiboreal forests, occurring at drier and summer-warm sites with high-pH soil, and taiga, occurring at wetter, summer-cool sites with acidic soil. Hemiboreal forests included Betula pendula-Pinus sylvestris mesic forest, Larix sibirica dry forest and Pinus sylvestris dry forest. Taiga included Abies sibirica-Betula pendula wet forest, Abies sibirica-Pinus sibirica mesic forest and Pinus sibirica-Picea obovata continental forest. Hemiboreal forests were richer in vascular plant species, while taiga was richer in ground-dwelling cryptogams. Vegetation–environment relationships were analysed by indirect and direct ordination. Winter and summer temperatures and precipitation exerted a dominant influence on species composition. Soil pH was also an important correlate of species composition, but this factor itself was probably controlled by precipitation. At a more local scale, the main source of variation in species composition was topography, producing landscape patterns of contrasting plant communities on slopes of different aspects and valley bottoms. The response of tree species to major environmental factors was expressed with Huisman–Olff–Fresco models. Larix sibirica appeared to be most resistant to drought and winter frosts, Pinus sibirica was adapted to low temperatures both in winter and summer, and Picea obovata had an intermediate response to climate. Betula pendula, Pinus sylvestris and Populus tremula were associated with the warmest sites with intermediate precipitation, while Abies sibirica was the most moisture-demanding species, sensitive to deep winter frosts.