沙坡头地区人工林植物的水分生态位适宜度与种间共存机制分析

以沙坡头地区人工固沙植物为研究对象,扩展了Hutchinson提出的n维超体积生态位概念,定义固沙植物种的水分生态位适宜度是该种的最适水分生态位与现实水分资源位之间的贴近度。水分生态位适宜度的大小表示植物对土壤水分的利用程度。根据几何平行度方法建立了新的数学模型。实例计算结果表明,利用新模型计算结果比常用的百分比相似性公式计算的结果有较合理的数值分布;实验条件下的合理营林密度为5000株／hm^2,营林方式为柠条与油蒿均匀混播,此种情况下水分生态位适宜度最高,相应林木覆盖率最大。在试验条件下,油蒿和柠条纯林的水分生态位适宜度平均值低于混播下的值。关于不同种植密度下水分生态位适宜度的变化规律,呈现随密度增加先上升后下降的趋势。由于油蒿是浅根系植物,利用土壤上层水分;柠条是深根系植物．利用土壤下层水分;二者适当混播后可使土壤水分合理分配和充分利用,因此混播下具有较高的水分适宜度值,而且实验条件下能够实现稳定共存,达到较好的防风固沙效果。     

沙坡头地区人工林植物的水分生态位适宜度分析

本文根据沙坡头水分观测站多年的土壤水分观测记录,建立了植物种生态位适宜度的数学模型,对各种固沙植物不同密度下的生态位适宜度,以及适宜度的时空变化进行了定量分析。结果表明合理的营林密度为２５００株每公顷,这时植物种的生态位适宜度最大。     

沙坡头地区不同配置格局油蒿和柠条水分生态位适宜度研究

利用生态位适宜度理论建立了沙坡头人工植被防护林体系无灌溉条件下,两种固沙植物油蒿(Artemisia ordosica Krasch．)和柠条(Caragana korshinskii Kom．)的水分生态位适宜度模型。并据此分析比较在5种不同配置格局下,在不同的降水量年份,这两种植物的水分利用状况。主要结论如下：不论在生长季总降水量为80.63mm的1991年还是在降水量大一倍的1993年,单播下油蒿的水分生态位适宜度均大于混播下的适宜度,且在7月份均有一个水分极其匮乏期;单播下柠条的水分生态位适宜度均小于混播下的适宜度;单播的3种格局中,以2m×2m的株距和行距(即样地1,3)为最佳,混播的两种格局以1m×1m的株距和行距,且按2行油蒿×2行柠条,中间空一行的方式配置(即样地5)为最佳。最后,对两个种生长过程中水分利用的一些特性进行了探讨。     

沙区人工固沙植物的种间生态位关系与系统模拟研究

在沙坡头沙区人工植被群落区,采用空间序列代替时间序列,并以演替时间为生态位维度,通过定量分析物种的生态位体积和生态位重叠,研究沙区人工植物群落演替过程中群落各组分种对资源的利用能力、种间生态相似性及竞争机制。基于干扰作用的机理分析,组建具有干扰作用的竞争系统模型,并进行数值模拟研究。结果表明:人工栽植的灌木花棒、柠条和半灌木油蒿的生态位体积值在时间尺度上呈现先增加而后减少的变化趋势;天然1年生草本各植物种则呈现持续增加的趋势。灌木、半灌木种之间、草本植物与草本植物之间的生态位重叠值较大,其中花棒与油蒿、虎尾草与雾冰藜之间的生态位重叠值分别为0.719 2和0.862 2,这表明二者之间有较大的生态相似性,从而在演替过程中具有较强的竞争作用;而半灌木油蒿与各草本植物之间的生态位重叠值很小,它们能够实现稳定共存。系统模拟结果表明:在群落竞争系统中,干扰强度适中时,弱竞争种具有较强侵占率,可以排斥强竞争者,不同干扰强度下系统可以产生多个可能的竞争结果,即诱发出群落不同的稳定状态,这与样区调查结果是一致的。     

基于生态位适宜度的耕地可持续利用评价

耕地可持续利用评价是土地利用研究的重要内容.基于生态位理论,从区域耕地生态系统整体性出发,提出耕地生态元和耕地生态位的概念,并在此基础上构建了耕地可持续利用生态位适宜度评价模型( Fi模型).然后,将所构建模型应用于河南省焦作市耕地可持续利用评价之中,测度了1997～2006年期间焦作市耕地可持续利用生态位适宜度Fi值.为了便于对照分析,采用限制因子模型(NFmin-i模型)和希尔伯脱空间模型(CHi模型)进行耕地可持续利用生态位适宜度NFmin-i值和CHi值的测算.测算结果表明:(1)1997～2006年期间, Fi值总体上呈递增趋势,从1997年的0.5088增加到2006年的0.6503,表明支撑焦作市耕地可持续利用的自然、经济和社会因子总体上呈良性发展趋势,即耕地可持续利用现实生态位趋于最适生态位.(2)1997～2006年期间,Fi与CHi值各年间的变化规律一致,与NFmin-i值总体变化规律一致,表明运用Fi模型进行耕地可持续利用评价具有较强的科学性和现实性.同时,Fi值有利于从综合角度表征区域耕地总体可持续利用水平.(3)利用最适生态位解释区域耕地可持续利用评价标准,以及运用n维资源(条件)生态位与最适生态位的匹配这一基本思想进行区域耕地可持续利用评价,生态意义明确,便于依据生态位适宜度值的大小及其变化制定区域耕地利用方案和措施.     

生态位适宜度模型及其在土地利用适宜性评价中的应用

生态适宜性评价是生态规划的核心,传统的以因素叠加力特征的适宜性评价方法已元法适应生态规划发展与应用的要求,本文尝试根据区域发展与资源坏境需求的关系,运用生态位理论,提出了生态位适宜度模型,并与地理信息系统技木相结合,运用于桃江土地利用适宜性评价之中,探讨了可持续发展生态学方法的基础。     

科尔沁沙地差巴嘎蒿种群生态位适宜度分析

以生长在科尔沁沙地的差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)为研究对象,对其在不同类型沙地上的综合活力指数和生态位适宜度进行计算,主要结论如下:1)在生长旺季,差巴嘎蒿种群综合活力指数随着沙地的固定显著下降。2)在同一生长季内,综合生态位适宜度表现为半固定沙地>固定沙地和流动沙地;水分生态位适宜度表现为流动沙地>半固定沙地>固定沙地。随着土壤含水量的变化,土壤水分的限制土层深度也有所不同:7月各类型沙地均为15~30 cm土层;8月随着雨水的下渗,限制土层也有所加深,为45~60 cm土层;9月除流动沙地为15~30 cm外,半固定沙地和固定沙地均为30~45 cm。3)在同一生长季内的不同生境上种群的限制因子(NF_min)不同:在流动沙地上为土壤有机质,而在半固定沙地和固定沙地上为土壤含水量,且土壤有机质和土壤水分的配置关系直接影响综合生态位适宜度值的高低。在一定范围内,二者的比值可直接反映有机质对植物细根的有效性,同时种群通过调节细根生长状况来适应限制因子间的配置关系。     

北疆高产棉花密度与打顶时序调控的生态位适宜度研究

以北疆棉区高产 (2 0 0 0kg·hm-2 )棉花 (G .hirsutumL .)为研究对象 ,引进生态位适宜度理论对受密度和打顶时序调控的高产棉花生态位适宜度进行了研究。经果表明 ,在密度梯度上 ,随密度增加棉花生态位适宜度值增加。 1 5 0× 1 0 3 株·hm-2 密度下 ,分次打顶降低了生态位适宜度 ,导致减产 ;在高密度种植条件下 ,分期打顶能提高生态位适宜度 ,有利于提高产量。在 2 2 5× 1 0 3 和 30 0× 1 0 3 株·hm-2 密度条件下 ,与同密度下 1次打顶 (7/5 )相比 ,2次打顶增产 4 5 %和 1 1 3%,3次打顶增产 7 5 %和 5 9%。 1 5 0× 1 0 3 株·hm-2 密度下 ,棉田苗蕾期LAI较小、漏光损失大 ,光合势低 ,是实现超高产的主要限制因子 ,花铃期的分期打顶导致减产。在 2 2 5× 1 0 3 和 30 0× 1 0 3 株·hm-2 密度条件下 ,棉花苗蕾期LAI增加 ,分期打顶保证了花铃期较适宜的LAI ,提高了棉花生态位适宜度 ,有利于提高产量 ;1次打顶处理 (7月 5日 )比本区生产上的打顶时间 (7月 1 0日左右 )提早了 5d左右 ,使高密度棉花群体LAI的发展受到了一定程度地限制 ,避免了因密度高群体透光条件的恶化而降低了其生态位适宜度值 ,造成减产损失。     

黄土高原半干旱区农田水肥条件对作物生态位适宜度和产量的影响

将生态位理论引进作物生长系统研究中,探讨了作物生态位适宜度的内涵,建立了其数学模型;并依据大田水肥控制实验,对作物生态位适宜度值进行了定量分析。结果表明：在水分梯度上随着土壤水分含量的增加,作物生态位适度值呈上升趋势;适量施肥和播种后地膜覆盖均有增加叶面积指数,提高适宜度值和增加产量的效果。其中水平条件下施低肥、中肥和高肥,比不施肥样区的叶面积指数最大值分别增加了43.5％、80.7％和88.8％;适宜度值分别提高了6.4％、17.9％和23.0％;籽粒产量分别增加了25.0％、69.9％和90.9％。地膜覆盖30d和50d,作物适宜度值上升了13.9％和17.7％,作物产量增加了55.3％和70.3％。作物产量与其适宜度值之间呈现显著的线性相关关系。     

若尔盖不同生境植物多样性与植物竞争强度和生态位重叠度的关系

植物多样性与植物竞争强度和生态位重叠度的关系会随环境发生变化。为探究上述关系在若尔盖地区的表现形式,于2021年8月对若尔盖地区典型的水生、湿生、湿生-中生和中生植物群落进行调查,构建了新的植物竞争强度（Competition intensity,CI）公式并进行测算,计算了植物群落的植物多样性指数（包括物种丰富度、Shannon-Weiner指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数）和生态位重叠度（Niche overlap of species,NOS）,分析了植物群落物种多样性指数与CI和NOS的关系。结果表明：1）从水生到中生生境,植物多样性指数均呈增加趋势（P<0.05）;2）湿生-中生生境的CI显著高于湿生生境（P<0.05）,湿生生境的NOS高于水生生境（P<0.05）;CI与NOS无显著相关性,但在湿生生境中两者呈倒抛物线关系（P<0.05）。3）整体来看,植物群落的物种丰富度与CI呈抛物线关系（P<0.05）,与NOS无显著关系（P>0.05）;Shannon-Weiner指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数均与NOS呈线性正相关（P<0.05）,与CI无显著关系（P>0.05）;从单个生境看,湿生-中生生境的Simpson指数、Shannon-Weiner指数和Pielou均匀度指数与CI呈线性负相关（P<0.05）,其余生境的上述多样性指数与CI无显著关系（P>0.05）;各生境的植物多样性指数均与NOS无显著相关性（P>0.05）。本研究表明,从水生到中生生境,若尔盖地区的植物多样性呈增加趋势,但植物多样性与物种竞争强度和生态位重叠度的关系较复杂。本研究结果有助于理解若尔盖高原植物多样性的形成机制。     

沙区生态系统恢复演变过程中固沙植物种间生态位关系变化的研究

以演变时间为生态位维 ,通过分析物种的生态位体积和生态位重叠 ,研究了荒漠生态系统恢复演变过程中固沙植物种间生态位关系的变化 ,同时也探讨了物种更替的生态学机制。这一研究对于实现沙区固沙植物群落的持续发展具有重要的指导意义     

湿地植物生长模型的改进及其动态的计算机模拟分析

湿地植被的恢复与人工调控是恢复生态学研究的热点问题之一,建立湿地大型植物生长的控制模型。能为此提供一种理论模式。在湿地植物群落中,植物种间的相互作用关系较为复杂,在植物生长的不同阶段显现为互利、竞争或相互独立。基于此我们对Shukla提出的湿地植物生长模型进行了改进．建立了一种能够反映种间复杂作用机制(包括互利与竞争)的新模型。以植物的生物量为描述变量,用统计方法确定了模型参数,对实例进行了计算机模拟与数值分析．并研究了植物生长系统的稳定性。结果表明：①新模型能有效地描述湿地植物种间互利或竞争作用．优于只考虑种间竞争作用的Shukla模型;②对植物生长过程的计算机模拟结果和图像显示,在较低生物量水平上．种间显现互利关系;在较高生物量水平上．种间发生竞争作用,竞争的结局为一种植物占优势,而另一种植物趋于灭亡．这些与实际观测结果是一致的;③对系统进行了稳定性分析;④根据数值模拟结果,提出了湿地恢复的人工调控对策与建议。     

内蒙古土地利用变化对生态系统防风固沙功能的影响

土壤风蚀是内蒙古的严重环境问题之一。在对内蒙古2000年到2010年的土地利用变化特征进行分析的基础上,分析了内蒙古土地利用变化的主要特征,以RWEQ模型估算了内蒙古2000年和2010年的固沙物质量,采用空间统计分析评估了固沙功能对土地利用变化的响应,结果表明:(1)2000—2010年土地利用变化以城镇高速发展、草地和湿地面积锐减、林地灌丛有所恢复以及荒漠环境改善为主要特征。(2)2000—2010的十年间内蒙古固沙物质总量增长了17.75%,草地总面积虽有所降低,但是部分区域草地覆盖度的上升增强了草地固沙能力,而林地的固沙物质量则由于农田、草地改为林地的短期内地表保护力的下降而有所降低。(3)十年间农田退耕还草、荒漠环境的改善、草地质量提高等土地利用变化方式有益于生态环境质量的提高,使生态防风固沙功能得以增强,造成固沙物质量提高了约0.25亿t。(4)农田开垦、城镇发展、荒漠化发展、湿地萎缩以及草地的退化等土地利用变化会使生态环境质量降低,生态系统防风固沙功能下降,累计造成的固沙物质量的减少总量约为0.19亿t。从十年间综合来看,内蒙古的土地利用变化对区域固沙功能有一定的增强作用,但是尚存在城镇发展过快、草地湿地转化压力过大、草地退化、荒漠化对固沙功能的弱化问题,需要在今后的土地利用规划和管理工作中予以改进以进一步增强区域固沙功能,构建北方地区生态安全屏障。     

腾格里沙漠东南缘人工植被区降水入渗与再分配规律研究

试验于2001年8月17日至9月30日在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站进行,主要利用时域反射仪(TDR)连续测量土壤剖面水分含量的方法,观测受植物根系吸水,蒸散作用影响下的人工植被荒漠灌木柠条(Caragana korshinskii)群落区固定沙丘降水入渗与再分配过程。土壤体积含水率由水平埋设在植物根系剖面内12个深度层次(5～200cm)的时域反射仪探头每小时自动测定1次。天然降水条件下的土壤入渗速率由入渗深度与相应的入渗时间之比值计算得到。结果表明：在7次不连续降水过程中,土壤入渗速率与降水强度呈简单线性相关关系,土壤入渗速率约为降水强度的10倍强。然而当次降水过程中降水强度小于0．46mm／h时,土壤入渗速率约为0cm／h,此时的降水对人工植被固定沙丘区的土壤基本上没有水分补给作用。受荒漠灌木柠条根系吸水作用的影响,其根系密集剖面深度40～140cm内降水水分入渗积累不明显。降水入渗速率及入渗深度受土壤剖面初始含水率多寡而变化,干燥土壤剖面有助于提高入渗速率及入渗深度。降水以后随着时间的推移,区域环境内空气温度、湿度等气象条件适宜,柠条生长进入相对旺盛阶段,其根系密集层140cm深度处土壤含水率在总体上下降的过程中,表现出昼消夜长的趋势,翌日8：00土壤含水率值略高于前一日20：00水分值0．1％～0．3vol．％。     

风吹、沙埋对沙地植物幼苗生长和光合蒸腾特性的影响

为了掌握风吹、沙埋对沙地植物一些生理生态学特性的影响,2006—2007年在科尔沁沙地对优势固沙植物小叶锦鸡儿进行了风吹和沙埋试验。风吹试验设为对照(不吹风)、软风(2m.s-1)、微风(4m.s-1)、和风(6m.s-1)和劲风(8m.s-1)5个处理;沙埋试验设为对照、轻度、中度、重度和严重沙埋5个处理,沙埋深度分别为株高的0%、33%、66%、100%和133%。结果表明:软风(2m.s-1)的持续风吹可使植物叶片蒸腾速率和净光合速率略有下降,和风(6m.s-1)和劲风(8m.s-1)的持续风吹可促进其蒸腾速率和净光合速率明显增加,而微风(4m.s-1)的持续风吹对植物蒸腾速率和光合速率影响不明显;轻度沙埋可以同时促进植物地上茎叶和地下根系的生长和生物产量的提高,中度沙埋仅可促进其根系生长和生物产量的提高,但对其高生长有一定抑制作用,重度沙埋和严重沙埋可对其生长造成严重威胁,甚至导致死亡;锦鸡儿作为沙地一种优势固沙植物能够通过生长调节和生理调节来适应一定程度的风吹和沙埋,因而对风沙环境具有较强的适应性,但重度或严重风吹、沙埋仍然会导致其严重受损,甚至死亡,因此采用锦鸡儿进行植物固沙时应注意不要将其种植在...     

地中海沿岸沙丘种子大小对植物及其种子多度的影响

分析了地中海沿岸沙丘3种微生境(灌丛下、灌丛之间的开阔地、路径)以及整个沙丘生态系统的种子大小与土壤种子库中休眠种子的数量、土壤种子库中总种子的数量、地上植被中各个植物种的个体数量和幼苗数量、每种植物在小样方中的出现频率等方面之间的关系,也分析了种子尺寸(长、宽、高之和的平均值)与土壤种子的长久性、土壤种子库中休眠种子数量之间的关系;还分析了具有不同种子大小的植物在沙丘生态系统和各微生境的分布比率,验证了生活周期短的植物的种子在土壤中更长久和被干扰的微生境具有更多的休眠种子这种假说。结果发现,在地中海沿岸沙丘生态系统中,具有特别大的种子和特别小种子的植物种类都很少,不同植物种子的大小呈现近正态分布,但绝大多数植物的种子重量都不超过10 mg;微生境影响种子尺寸与种子长久性的关系,在灌丛下、开阔地区域等两个微生境以及整个的沙丘生态系统都呈现显著的正向关系(p<0 .0 5 ) ,而在路径这种关系不很明显;种子多度与植被物种出现频率呈现强烈的正相关(p<0 .0 5 ) ,没有发现种子大小与土壤种子库中休眠种子数量、种子库中总的种子数量、植被物种出现频率、植被的物种多度、幼苗植物多度等方面有显著的关系;具有中度大小种子(0 .1～10 mg)的植物在总的土壤种子库、休     

沙埋与水分对科尔沁沙地主要固沙植物出苗的影响

蒿属半灌木乌丹蒿(Artemisia wudanica)、白沙蒿(A. sphaerocephala)、差不嘎蒿(A. halodendron)是科尔沁沙地的主要固沙植物。其中乌丹蒿和差不嘎蒿是科尔沁沙地的本土植物,白沙蒿为来自于库布齐沙漠、毛乌素沙地的飞播植物。设置了 5个沙埋深度(0.5、1.0、1.5、2.0和3.0 cm)和 4个水分梯度(86、171、257和 342 mL,分别模拟每月25、50、75和100 mm的降雨量),以探讨3种植物幼苗出土对沙埋和水分的响应。结果表明,沙埋与水分均显著影响着3种蒿属植物的幼苗出土(P < 0.001)。3种植物最适沙埋深度在0.5-1.5 cm范围内,萌发出土时适宜水量要高于当地种子萌发期的平均降水量(50 mm/月)。两种固沙先锋植物乌丹蒿和白沙蒿的种子出苗率均显著高于差不嘎蒿,乌丹蒿较白沙蒿也明显为高,尤其在水分缺乏时,表现出两种先锋植物种子出苗对干旱有更好的适应性。协方差分析表明,乌丹蒿幼苗死亡率显著高于白沙蒿和差不嘎蒿(P < 0.05),在达到75 mm/月降水量时,3种植物的出苗较好,但不能满足乌丹蒿幼苗生长对水分的需求,而实际种子萌发期的降水量平均只有50 mm/月。因而降水的缺乏导致乌丹蒿种群更新出现问题,加之飞播植物的竞争,使得近几年科尔沁沙地较多乌丹蒿种群出现衰退。     

沙坡头人工植被区陆气耦合模式及生物结皮与植被演变的机理研究

论述了研究陆气相互作用的意义和现状。在以前工作基础上,针对腾格里沙漠人工植被区陆气水热传输过程,提出了一个多层陆气耦 .人出了导水率的计算模型和修正后的根系吸水,考虑了结皮层对于土壤水分入渗的影响以及植被演变的过程。陆气耦 地大气,植被,土壤作多层划分,以助于细致了解沿高度分布的各物理量。同时,介绍了当地气候概况和野外观测情况。利用本模式对中国科学院沙坡头沙漠站人工植被区陆气水热交换过程进行了数值模拟,模拟结果与实测值吻合较好,可为当地合理利用水热资源和治理沙漠提供科学依据。     

风蚀和沙埋对塔克拉玛干沙漠南缘骆驼刺水分和光合作用的影响

塔克拉玛干沙漠南缘风沙活动十分频繁, 风蚀和沙埋是该地区自然植被生长发育的重要影响因子。该文以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲-沙漠过渡带为研究区, 以该区域主要建群种植物骆驼刺(Alhagi sparsifolia)为研究对象, 对一次强沙尘天气过后沙丘表面5种不同风蚀沙埋状况的骆驼刺植物进行标定(包括10 cm风蚀、5 cm风蚀、不蚀不积、10 cm沙埋、30 cm沙埋), 天晴后测定其叶水势、叶片含水量、光合参数和叶绿素荧光等参数, 分析研究自然环境条件下风蚀和沙埋对骆驼刺水分和光合作用的影响。结果表明: (1)风蚀显著降低了骆驼刺叶水势和叶片含水量, 进而导致植物气孔导度降低, 并引起植物光合速率和蒸腾速率的下降。风蚀的植物水分利用效率低于沙埋, 特别是在10 cm风蚀深度明显降低。 (2)沙埋增加了骆驼刺的叶水势、叶片含水量和气孔导度, 并引起植物光合速率和蒸腾速率的上升, 水分利用效率也得到提升。(3)风蚀条件下骆驼刺所受胁迫增加, 但可以通过增加活性反应中心的数量和光化学效率来抵消胁迫造成的不利影响。沙埋条件下骆驼刺受胁迫减轻, 反应中心吸收的光能和用于光化学反应的能量随着沙埋程度增加而减小, 这是骆驼刺适应风沙环境的一种生存策略。(4)与5 cm风蚀以及10 cm沙埋相比, 10 cm风蚀显著抑制骆驼刺的生长, 30 cm沙埋则会显著促进骆驼刺的生长。