大兴安岭北坡多年冻土区植物群落分类及其物种多样性对冻土融深变化的响应

气候变化背景下冻土环境对地上植物群落的影响备受关注。鉴于此,选择了大兴安岭北坡作为研究区,应用双向指示种分析(TWINSPAN)和典范对应分析法(CCA)对大兴安岭北坡不同冻土融深的30个样地进行了群落分类,分析了物种多样性对冻土融深的响应。结果表明,1)研究区30个沟谷冻土样地植物群落可划分为3个群丛组,TWINSPAN的分类结果很好的反映了群丛组的分布与冻土融深的关系,即随着冻土融深由浅变深,群落由柴桦(Betula fruticosa)+狭叶杜香(Ledum palustrevar.angustum)-苔草(Carex subpediformis)群丛组逐渐过渡到柴桦(Betula fruticosa)-苔草(Carex subpediformis)群丛组和柴桦(Betula fruticosa)+细叶沼柳(Salix rosmarinifolia)-苔草(Carex subpediformis)群丛组,并在CCA二维排序图上得到了验证;2)地上植物群落的物种多样性指数随着冻土融深的增加表现出先上升后下降的单峰变化趋势;在50cmPMD≤150cm时,物种多样性指数较高。研究结果对冻土区的森林管理以及生物多样性保护具有一定地指导意义。     

大兴安岭北部多年冻土区土壤碳氮含量及有机碳矿化特征

多年冻土区土壤碳库对水热变化的响应是气候预测中的主要不确定性因素。国内外关于浅层土壤（0-30 cm）有机碳储量及潜在排放量的研究已取得一系列突破成果,然而深层土壤对气候变暖作何响应仍需进一步探讨。利用钻孔技术采集大兴安岭北部多年冻土区0-6 m（含活动层和多年冻土层）土壤样品,探究土壤碳、氮、磷等理化指标的剖面分布特征,设置三种温度（5、10和15℃）及水分（30%、45%和60%）梯度的室内培养实验,明确多年冻土区不同深度土壤有机碳矿化对气候变化的响应特征。结果表明,土壤pH、总有机碳、溶解性有机碳、总氮、硝态氮、铵态氮含量均与土壤深度呈显著正相关,多年冻土层中的平均储量高于活动层。培养60天后,各深度土壤有机碳累积矿化量的变化范围为0.20-4.86 mg C。整体来看,土壤有机碳累积矿化量随温度的升高而增加,但其对水分变化的响应较为复杂,表现出先减小（幅度较大）后增大（幅度较小）的趋势。分析不同深度土壤有机碳累积矿化量,发现多年冻土层平均值显著高于活动层。三因素方差分析结果表明,温度、水分和深度及交互作用对累积矿化量影响显著（P<0.001）。活动层Q₁₀平均值为2.46,多年冻土层顶部出现极低值,多年冻土层Q₁₀平均值为1.91,两者的差值随着水分增大而减小。土壤性状及有机质的垂直分异是多年冻土区土壤有机碳累积矿化量及其温度敏感性在深度上显现差异的主要原因。     

大兴安岭北坡参考植物蒸发蒸腾的经验公式

使用时间序列分析对大兴安岭北坡大片连续多年冻土区小流域参考植物的蒸发蒸腾进行了探讨。从年内变化规律来看,参考植物的蒸发蒸腾（ET₀）呈现明显的周期性波动。蒸发蒸腾从年初开始不断增加,至7月前后达到最大值,之后逐渐减少,到年末降至最低。ET₀与太阳净辐射（R_n）、白昼长度（N）分别具有明显的相关关系,利用2年气象数据建立了阿木尔流域ET₀与太阳净辐射、白昼长度之间的线性关系式：ET₀=0.260R_n-0.036N+0.422,可为进一步研究冻土植被的生态水文过程提供参考。     

1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力动态及其对全球变化的响应

东北多年冻土区作为高纬度寒区之一,对全球变化较敏感.本文基于AVHRR和MODIS两种遥感数据源的归一化植被指数,应用CASA模型对1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力（NPP）进行模拟.结果表明： 1982-2009年,东北多年冻土区年均气温、年太阳辐射总量和年日照时数显著上升,年降水量显著下降,CO₂浓度及其年增长率显著增大;植被年NPP呈显著的先增加后降低趋势,变化分异节点在1998年.研究期间,东北多年冻土区植被年均NPP总量为623 g C·m^-2,植被年NPP空间分布差异明显.降水是该区生长季植被生长的主要影响因子,植被NPP对气候变化响应的空间异质性明显.土地利用变化通过改变土地覆被状况使植被NPP发生变化,影响了植被NPP的时空分布特征.植被NPP与CO₂浓度呈显著正相关.多年冻土退化对植被NPP的影响随着各区域环境的不同而有所差异.多年冻土区植被NPP与年均地温呈显著正相关,与年最大冻土深度呈负相关.     

1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力动态及其对全球变化的响应

东北多年冻土区作为高纬度寒区之一,对全球变化较敏感.本文基于AVHRR和MODIS两种遥感数据源的归一化植被指数,应用CASA模型对1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力(NPP)进行模拟.结果表明:1982-2009年,东北多年冻土区年均气温、年太阳辐射总量和年日照时数显著上升,年降水量显著下降,CO2浓度及其年增长率显著增大;植被年NPP呈显著的先增加后降低趋势,变化分异节点在1998年.研究期间,东北多年冻土区植被年均NPP总量为623 g C·m-2,植被年NPP空间分布差异明显.降水是该区生长季植被生长的主要影响因子,植被NPP对气候变化响应的空间异质性明显.土地利用变化通过改变土地覆被状况使植被NPP发生变化,影响了植被NPP的时空分布特征,植被NPP与CO2浓度呈显著正相关.多年冻土退化对植被NPP的影响随着各区域环境的不同而有所差异.多年冻土区植被NPP与年均地温呈显著正相关,与年最大冻土深度呈负相关.     

大兴安岭北部多年冻土区河岸森林湿地土壤性质和微生物呼吸活性特征

多年冻土区河岸森林湿地是水文、生态和生物化学过程的关键区域.本研究以河岸森林湿地及其与泥炭地的交错带土壤为对象,分析了腐殖质层和不同深度土壤理化性质、生态化学计量和微生物呼吸活性(微生物生物量碳、基础呼吸、微生物熵和代谢熵)特征.结果 表明:与大兴安岭多年冻土区泥炭地和河岸森林湿地的交错带相比,河岸森林湿地土壤理化性质...     

大兴安岭林区貂熊冬季活动特征的研究

１９８９－１９９２年冬季,作者在大兴安岭林区调查２５６９ｋｍ样线,遇见５７条貂熊足迹链和５个洞穴,研究了貂熊的冬季活动特征和卧息习性。结果表明,在２５ｃｍ雪深时,貂熊足迹印大小平均长宽为８×２５ｃｍ,印深５．５ｃｍ,步距２８ｃｍ,左右步宽２４ｃｍ;每昼夜活动距离为１４．０３±２．８７ｋｍ。据此推算貂熊在大兴安岭冬季活动范围可达２６２－４２２ｋｍ￣２,其活动路线主要有捕食、游荡和拾渣等各种类型。貂熊多夜间活动,白天卧息,行走时很少休息。卧息地分为临时休息地、睡卧地和洞穴３种。洞穴最大可达２．５×１．８×０．８ｍ￣３。     

冻融作用对大兴安岭多年冻土区土壤节肢动物的影响

利用室内模拟冻融试验,以5 ℃未冻融为对照,研究冻融强度(-5～5 ℃、-10～5 ℃)和冻融频次(1、5、10、15次)对我国大兴安岭多年冻土区土壤节肢动物群落结构的影响。结果表明: 试验共分离到土壤节肢动物4198只,隶属于4纲9目24 科 33属;强冻融(-10～5 ℃)显著降低了土壤节肢动物的个体数和类群数,而轻冻融(-5～5 ℃)尤其是短期(1次冻融循环)处理则使某些类群的个体数增加;在轻冻融处理中类群数、Margalef指数和Shannon指数随着冻融频次的增加显著降低,但在强冻融处理中并未表现出规律性变化;越冬虫态是土壤节肢动物抵御低温胁迫的生存策略之一,同时蜱螨亚纲具有较好的耐寒性。土壤节肢动物对冻融作用的差异性响应、物种间的协同作用以及土壤环境均是影响其群落组成的主要因素。本研究将为我国中高纬多年冻土区土壤节肢动物多样性研究和保护提供数据支持和理论依据。     

退化红壤区植被恢复过程中灌木层主要种群的生态位特征

选择闽西典型退化红壤地区,对6个不同恢复阶段的封育马尾松群落灌木层主要种群的生态位特征进行了分析,结果表明,多数种群的生态位宽度较窄,对资源的利用不充分,生态位宽度较大的种群顺序与其重要值大小顺序存在一致性,同时种群间生态位重叠较为普遍,对资源的利用方式相对一致。这些结果与退化红壤区植被恢复过程中生境条件的变化密切相关,有助于理解植被恢复动态规律,指导运用人工措施以加快恢复进程。     

大兴安岭北坡越桔资源的分布及其生物学特性

本文介绍了大兴安岭北坡分布越桔资源的种类、生物学特性及贮量.     

Shrub expansion may reduce summer permafrost thaw in Siberian tundra

Climate change is expected to cause extensive vegetation changes in the Arctic: deciduous shrubs are already expanding, in response to climate warming. The results from transect studies suggest that increasing shrub cover will impact significantly on the surface energy balance. However, little is known about the direct effects of shrub cover on permafrost thaw during summer. We experimentally quantified the influence of Betula nana cover on permafrost thaw in a moist tundra site in northeast Siberia with continuous permafrost. We measured the thaw depth of the soil, also called the active layer thickness (ALT), ground heat flux and net radiation in 10 m diameter plots with natural B. nana cover (control plots) and in plots in which B. nana was removed (removal plots). Removal of B. nana increased ALT by 9% on average late in the growing season, compared with control plots. Differences in ALT correlated well with differences in ground heat flux between the control plots and B. nana removal plots. In the undisturbed control plots, we found an inverse correlation between B. nana cover and late growing season ALT. These results suggest that the expected expansion of deciduous shrubs in the Arctic region, triggered by climate warming, may reduce summer permafrost thaw. Increased shrub growth may thus partially offset further permafrost degradation by future temperature increases. Permafrost models need to include a dynamic vegetation component to accurately predict future permafrost thaw.     

The influence of vegetation and soil characteristics on active‐layer thickness of permafrost soils in boreal forest

Carbon release from thawing permafrost soils could significantly exacerbate global warming as the active‐layer deepens, exposing more carbon to decay. Plant community and soil properties provide a major control on this by influencing the maximum depth of thaw each summer (active‐layer thickness; ALT), but a quantitative understanding of the relative importance of plant and soil characteristics, and their interactions in determine ALTs, is currently lacking. To address this, we undertook an extensive survey of multiple vegetation and edaphic characteristics and ALTs across multiple plots in four field sites within boreal forest in the discontinuous permafrost zone (NWT, Canada). Our sites included mature black spruce, burned black spruce and paper birch, allowing us to determine vegetation and edaphic drivers that emerge as the most important and broadly applicable across these key vegetation and disturbance gradients, as well as providing insight into site‐specific differences. Across sites, the most important vegetation characteristics limiting thaw (shallower ALTs) were tree leaf area index (LAI), moss layer thickness and understory LAI in that order. Thicker soil organic layers also reduced ALTs, though were less influential than moss thickness. Surface moisture (0–6 cm) promoted increased ALTs, whereas deeper soil moisture (11–16 cm) acted to modify the impact of the vegetation, in particular increasing the importance of understory or tree canopy shading in reducing thaw. These direct and indirect effects of moisture indicate that future changes in precipitation and evapotranspiration may have large influences on ALTs. Our work also suggests that forest fires cause greater ALTs by simultaneously decreasing multiple ecosystem characteristics which otherwise protect permafrost. Given that vegetation and edaphic characteristics have such clear and large influences on ALTs, our data provide a key benchmark against which to evaluate process models used to predict future impacts of climate warming on permafrost degradation and subsequent feedback to climate.     

中国东北多年冻土区植被生长季NDVI时空变化及其对气候变化的响应

多年冻土对气候变化十分敏感,尤其是多年冻土上的植被,易受气候变化影响.东北多年冻土区位于北半球中、高纬度地区,是我国第二大多年冻土区,同时也是欧亚大陆多年冻土带的南缘.本文基于1981—2014年LTDR和MODIS 两种数据集对东北多年冻土区植被生长季归一化植被指数(NDVI)时空变化特征进行分析,同时结合气象数据,分析植被对气候变化的响应.结果表明: 研究期间,东北多年冻土区植被生长季平均NDVI呈显著增加趋势,年增加0.0036.空间逐像元NDVI变化趋势具有明显的空间异质性. 研究区80.6%区域的植被NDVI具有显著增加趋势(P<0.05),7.7%的区域呈显著减少趋势(P<0.05).不同类型多年冻土区的植被NDVI增加强度不同,依次为连续多年冻土区>不连续多年冻土区>稀疏岛状多年冻土区>季节冻土区,NDVI增加趋势最大值(>0.004)所占的面积比例依次为连续多年冻土区>不连续多年冻土区>稀疏岛状多年冻土区>季节冻土区.多年冻土全区尺度下,植被生长季NDVI与平均气温呈显著正相关关系(r=0.79,P<0.01),与降水呈较弱的负相关,表明气温是东北多年冻土区植被生长的主控因子.研究区的多年冻土退化对植被生长起到积极的促进作用,尤其是在连续多年冻土区和不连续多年冻土区,植被NDVI增加强度更为剧烈.尽管增加的地表温度可以加快植被生长、增加植被覆盖,但长期来看,多年冻土退化甚至消失会阻碍植被生长.     

青藏高原多年冻土区高寒植被物种多样性和地上生物量

基于样方调查统计了青藏高原多年冻土区高寒草地生态系统植物的科属组成,计算了多样性指数和均匀度指数,探讨了多年冻土退化对高寒草地物种多样性的影响。结果表明:多年冻土退化过程中物种组成在属和物种丰富度上呈现降低趋势,湿、中生植物逐渐被旱中生和旱生植物替代;青藏高原多年冻土退化会导致高寒草地生态系统的物种多样性和初级生产力的降低,影响高寒草地生态系统的稳定性;物种多样性与初级生产力具有密切的抛物线型关系。     

青藏高原北部多年冻土退化过程中生态系统的变化特征

多年冻土的发育是青藏高原冻土区生态系统稳定的基础,而多年冻土退化效应是目前青藏高原研究的热点。研究了青藏高原北部多年冻土退化过程中生态系统的变化特征。结果表明:在多年冻土退化的过程中,土壤温度逐渐升高,土壤含水量下降,有机质含量降低,植被类型表现为从沼泽化草甸演替为典型草甸,草原化草甸,最终成为沙化草地,群落植物组成从湿生或中湿生逐渐向中生、中旱生乃至旱生转变,草层高度变矮,植被盖度下降,α和β多样性均表现为先增加后减小,在草原化草甸阶段达到最大;草地植物生物量和载畜能力总体表现为降低趋势,但在典型草甸和草原化草甸之间差异不显著。植被经济类群的变化趋势表现为优良的莎草科和禾本科牧草比例下降,而毒杂草比例显著增加,牧草品质下降,饲用价值降低。