疏林草原榆树种子-幼苗更新过程研究进展

榆树疏林草原曾广泛分布于我国北方农牧交错区,是科尔沁沙地、浑善达克沙地和呼伦贝尔沙地特有的原始景观,景观特征类似于热带稀树草原——萨瓦纳,乔木种类单一,草灌木植被发达,是遏制沙漠扩张的重要屏障。但目前榆树疏林的生长状况大都不良,树龄老化,自然消亡长期得不到更新,特别是种子-幼苗时期更新过程受到人为因素和自然环境的影响,使得榆树疏林生态系统处于崩溃边缘。本文基于国内主要的榆树疏林草原分布区榆树种子-幼苗更新过程研究,列举了榆树疏林种子-幼苗的分布特征以及影响其生长发育的主要因素,并且提出进行榆树种源保护、长期定位观测,开展多学科交叉研究和榆树固沙效果分析的展望,对于榆树疏林植被恢复和重建具有重要的理论价值。     

短期封育对科尔沁沙地榆树疏林土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物群落结构变化及其与土壤养分和酶活性相互作用的研究能够客观认识短期封育对沙地退化榆树疏林生态系统功能恢复的影响。本研究以短期封育和自由放牧的榆树疏林为对象,采用16S rRNA基因和ITS基因高通量测序技术研究了短期封育和自由放牧对科尔沁沙地榆树疏林土壤微生物群落组成变化特征及其与土壤养分和酶活性的相互关系。结果表明,沙地榆树疏林土壤中最优势细菌和真菌类群分别为放线菌门和子囊菌门,其在封育区和放牧区占有比例分别为40.63%和43.02%,76.19%和66.42%;封育后的沙地榆树疏林土壤细菌由缓慢生长型细菌主导转变为快速生长型细菌主导;封育不仅明显增加了土壤细菌和真菌的特有OTU数量,而且降低了土壤细菌/真菌比值,同时封育使土壤真菌的α-多样性和丰度分别比放牧区提高77.89%和70.78%,说明封育改善了土壤真菌栖息环境,有利于真菌的生长;土壤养分和酶活性与土壤细菌和真菌的相互作用在封育区更显著,表明短期封育能够显著影响沙地榆树疏林土壤微生物的群落组成。     

广西靖西西南桦天然林种子雨的时空动态

以一片西南桦(Betula alnoides)天然林和一个西南桦独立单株为研究对象, 通过收集散种期内与林分或母树不同距离的种子以及测定风速和风向, 研究了西南桦群落和个体水平上种子雨的时空动态及其与风速和风向的关系。结果表明: 群落水平上, 西南桦种子散布的初始期、高峰期、消退期分别历时11天、32天和40天, 而个体水平上则为9天、25天和26天。高峰期内群落和个体水平的散种量分别占其总量的83.1%和68.7%, 而且白天的种子雨密度高于夜间; 西南桦个体白天种子雨密度最大的时段为12:00-16:00, 与此时段内风速较高有关。在个体水平上, 距离母树0-30 m范围内散落的种子占总散种量的79.6%; 而在群落水平上, 距离林缘0-45 m范围内集中了总散种量的81.2%。西南桦种子散布具有方向性, 无论个体还是群落水平上不同方向间种子雨密度差异极显著(p < 0.01), 与散种期内的主要风向有关; 而且种子雨密度与风速亦呈极显著正相关关系。研究结果将有助于揭示西南桦天然更新动态和更新机制, 亦为开展西南桦人工促进天然更新提供理论依据。     

安太堡露天煤矿植被恢复区物种天然更新时空动态

以安太堡露天煤矿植被恢复区1 hm2"刺槐+榆树+臭椿混交模式"长期固定监测样地为研究平台,基于2010年和2015年两次样地调查数据,对植被恢复过程中主要更新物种的数量特征进行分析,以期为揭示人工重建植被天然更新的发生发展规律及可持续经营提供科学依据。研究表明:2010—2015年,样地内幼苗个体数由4216株增加为11177株,幼树个体数由687株增加为727株,幼苗幼树增加的数量主要是榆树和臭椿的贡献。幼苗存活率榆树臭椿刺槐,幼树存活率榆树刺槐臭椿;样地内幼苗在0~20 m尺度上均呈聚集分布,且聚集程度随研究尺度的增加而降低;幼树在小尺度(0~5 m)上表现为聚集分布,在其他研究尺度上则为随机分布;无论在群落水平还是物种水平,幼苗幼树高度和生物因子共同影响幼苗幼树的存活;在安太堡露天煤矿植被恢复区物种天然更新过程中,存在一定的密度制约效应。     

人类活动对榆树疏林土壤环境和植物多样性的影响

人类活动已成为地球上生物多样性的主要影响因素,而生物多样性的变化是目前主要的全球变化问题之一。榆树疏林是分布于温带草原地带的沙地生境顶级群落,其生态环境脆弱,极易遭到人类活动的破坏。研究结果表明,各种人类活动（包括人工林的建造）对原生榆树疏林土壤环境和植物多样性有很大的影响,其中人工樟子松林和重牧干扰影响最大,其次是人工杨树林。在沙地环境治理中应充分地考虑自然规律和系统的短期与长期生态过程的统一。     

科尔沁沙地南缘樟子松（Pinus sylvestris var．olica mongoltca）人工林天然更新障碍

针对科尔沁沙地南缘樟子松人工林不能天然更新的特征,从森林天然更新的必要条件出发,通过种子萌发、幼苗存活与生长所需条件的系列试验,探讨了科尔沁沙地南缘樟子松人工林不能天然更新的障碍特征。结果表明,沙地樟子松人工林不能天然更新的主要原因有：（1）由于土壤的干旱胁迫使沙地樟子松人工林中天然下种的种子很少有萌发的机会,尤其是在春季;（2）在水分条件相对充足的季节（秋季）,樟子松种子能够萌发,但萌发产生的更新幼苗数量极少,即便这些更新幼苗得以存活,但由于沙地表层（0～5cm）与樟子松共生的外生菌根菌几乎不能存活而导致幼苗根系无法形成菌根,从而致使存活的樟子松幼苗抗旱、抗病能力非常弱,不能越冬,即不能更新。     

科尔沁沙地南缘樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)人工林天然更新障碍

针对科尔沁沙地南缘樟子松人工林不能天然更新的特征,从森林天然更新的必要条件出发,通过种子萌发、幼苗存活与生长所需条件的系列试验,探讨了科尔沁沙地南缘樟子松人工林不能天然更新的障碍特征。结果表明,沙地樟子松人工林不能天然更新的主要原因有:(1)由于土壤的干旱胁迫使沙地樟子松人工林中天然下种的种子很少有萌发的机会,尤其是在春季;(2)在水分条件相对充足的季节(秋季),樟子松种子能够萌发,但萌发产生的更新幼苗数量极少,即便这些更新幼苗得以存活,但由于沙地表层(0~5cm)与樟子松共生的外生菌根菌几乎不能存活而导致幼苗根系无法形成菌根,从而致使存活的樟子松幼苗抗旱、抗病能力非常弱,不能越冬,即不能更新。     

荒漠孑遗植物裸果木种子时空扩散特性

裸果木(Gymnocarpos przewalskii)是亚洲中部荒漠区少有的第三纪孑遗物种,由于气候变化及人为干扰,其自然种群分布范围不断缩小。种子扩散作为植物生活史过程中的重要阶段,不仅对物种生存及其多样性至关重要,还影响物种分布范围和局部丰度。2015年和2016年分别在新疆哈密地区,采用布设种子收集器的方法,对其自然种群种子扩散的时空动态进行了定点连续观测。结果表明:该物种于当年6月上旬开始扩散,2015年略早于2016年。每年种子扩散持续时间约两个月,扩散趋势为单峰曲线,且呈集中大量扩散的模式,扩散高峰期与当年初次月降水高峰期吻合;在顺风的正南和东南方向上,种子扩散密度大且距离远;种子扩散主要集中在母株冠幅下,随着距母株距离的增加,种子扩散密度减少,二者间存在极显著的负相关性(P0.01),由于裸果木枝条繁多,对风力强度起到了一定的阻碍作用,可能是造成种子集中扩散在母株下的原因。裸果木种子扩散受外界环境(降水、风向)和自身因素等方面的影响,当种子在大量降水前完成扩散,将有利于种子在适宜的微生境萌发,是对多风、干旱的恶劣生境的一种长期适应。     

基于无人机和决策树算法的榆树疏林草原植被类型划分和覆盖度生长季动态估计

植被覆盖度是评估生态环境质量与植被生长的重要指标,也是全球众多陆面过程模型和生态系统模型中表达植被动态的重要参数。卫星遥感和地面测量是估算植被覆盖度的常见方法。然而,如何精确估计榆树疏林草原上木本、草本不同类型植被的覆盖度仍然具有挑战性。无人机飞行系统有效的补充了区域尺度低空间分辨率的卫星遥感影像与样地尺度实地调查之间的缺口,为精确的监测、评估疏林草原的植被动态提供了新途径。利用无人机监测平台和决策树算法构建了一套快速、准确、自动获取景观尺度植被类型和估算植被覆盖度的自动化工具,以浑善达克沙地榆树疏林草原为对象,应用无人机监测平台对榆树疏林草原长期定位监测大样地2017年生长季植被状况进行7次监测。结果表明:1)无人机植被监测平台数据飞行高度100 m,获取的样地数字正射影像空间分辨率为2.67 cm/像元,远高于高分卫星影像,利用决策树算法基于数字正射影像可以实现自动划分榆树疏林草原木本和草本植被类型和估算植被覆盖度; 2)生长季内榆树疏林草原木本植被覆盖度为(19±2)%,草本植被覆盖度为(50±8)%,植被总覆盖度为(69±9)%,相对于木本植被,草本植被生长季内盖度变幅较大; 3)在整个生长季中,木本植被和草本植被对植被总覆盖度的平均贡献率分别为27%和73%,草本植被对植被总盖度的贡献远大于木本植被,榆树疏林草原植被的盖度主要受草本植被的影响。本研究证明无人机监测平台是一种高效、准确的植被监测工具,结合机器学习算法,实现了景观尺度植被类型的自动划分和不同类型植被覆盖度快速获取;在浑善达克沙地榆树疏林草原地区首次获取了木本植被和草本植被覆盖度的生长季动态。该平台未来可应用于各种类型生态系统植被类型划分、监测和评估。     

科尔沁沙地南缘樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)人工林天然更新障碍

针对科尔沁沙地南缘樟子松人工林不能天然更新的特征,从森林天然更新的必要条件出发,通过种子萌发、幼苗存活与生长所需条件的系列试验,探讨了科尔沁沙地南缘樟子松人工林不能天然更新的障碍特征。结果表明,沙地樟子松人工林不能天然更新的主要原因有：（1）由于土壤的干旱胁迫使沙地樟子松人工林中天然下种的种子很少有萌发的机会,尤其是在春季;（2）在水分条件相对充足的季节（秋季）,樟子松种子能够萌发,但萌发产生的更新幼苗数量极少,即便这些更新幼苗得以存活,但由于沙地表层（0～5 cm）与樟子松共生的外生菌根菌几乎不能存活而导致幼苗根系无法形成菌根,从而致使存活的樟子松幼苗抗旱、抗病能力非常弱,不能越冬,即不能更新。     

浑善达克沙地沙地榆种子雨的扩散规律

于2010年采用定点连续观测的方法,研究了浑善达克沙地不同树龄(23年生、40年生、56年生)沙地榆孤立木种子雨的数量、组成及散布过程,分析沙地榆种子雨的扩散规律及其与外界环境干扰因子的关系。结果表明:(1)孤立木种子雨的总量随其年龄增长而增加,其中56年生孤立木>40年生孤立木>23年生孤立木,其种子雨的总量分别为(7744±16.26)粒/m2、(5236±18.87)粒/m2、(2456±12.67)粒/m2;(2)40年生孤立木的种子质量较好,成熟种子的比例最高,未成熟、空粒和虫害种子的比例较低,56年生孤立木次之,23年生孤立木质量最差,56年生沙地榆和40年生沙地榆是自然更新种子的主要来源;(3)榆树种子于当年5月下旬开始成熟并于6月初开始脱落,6月中旬达到降落高峰期,落种持续到6月下旬结束,落种期持续近1个月;(4)种子雨的前扩散过程中种子集中降落在主风向的下风向50 m和树冠周围20 m的范围内;(5)在种子的后扩散过程中,种子沿下风向继续运动,散落在下风向50 m范围或更远处,后扩散对前扩散表现为"削锋"作用。     

金沙江干热河谷滇榄仁种子扩散与种子库特征研究

采用随机取样和跟踪调查的方法对滇榄仁(Terminalia franchetii)种子扩散规律、空间分布特征以及种子库动态进行了系统研究。结果表明,滇榄仁种子扩散受到较强的风力作用影响,具有明显的方向性,扩散距离是其树高的1.6倍以上。不同群落类型中,滇榄仁的土壤种子库存在较大差异,但不同时间段的变化趋势基本一致,即在雨季(6月、8月和10月)数量相对较少,12月到翌年4月,数量逐渐增加。滇榄仁植冠种子库从当年10月开始缓慢脱落,到翌年3月达到脱落高峰(15%以上种子此时脱落),然后再次进入缓慢脱落期,翌年6、7月的种子脱落速率最低,但直到翌年10月仍有部分种子(约15%左右)存在于植株冠层。总体来说,不同类型群落中,滇榄仁幼苗更新不良的原因不应是缺乏种源,可能与种子质量以及群落环境等影响群落天然更新的其它因子存在较大关联。同时,滇榄仁土壤种子库数量与植冠种子库的脱落过程存在紧密联系,而植冠种子脱落可能与该区域气候因子存在着较大依存关系,其中,与风力可能存在着正相关,与降雨量和空气相对湿度存在着负相关,这可能是滇榄仁长期以来对干热河谷环境的一种适应特征。     

生境对啮齿动物介导下锐齿槲栎种子命运的影响

干扰作为森林演替的驱动力,在改变森林结构和地表植被的同时也对林内动物介导下的种子扩散过程产生影响.本研究采用塑料标签标记法,选取秦岭林区不同人为干扰后形成的3种类型生境(未抚育林分、抚育3年后林分、裸地),研究啮齿动物扩散行为对不同生境类型锐齿槲栎种子命运的响应.结果表明:抚育3年后林分的种子扩散速率最大,裸地扩散速率最小.裸地的种子原地取食率显著低于未抚育(25.0%)和抚育3年后林分(36.3%),而抚育3年后林分的种子搬运后取食率显著高于未抚育林分(17.3%)和裸地(5.0%),且抚育3年后的林分中被啮齿动物分散埋藏的种子比例最高(4.3%).种子扩散距离以抚育3年后林分最大(26 m),且扩散距离显著大于裸地和未抚育林分.锐齿槲栎种子的初次扩散过程在不同生境中表现不同,其种子后期成苗率也存在差异.不同类型生境在一定程度上影响啮齿动物的觅食策略,最终导致不同的种子扩散模式和森林天然更新格局的形成.     

浑善达克沙地榆树疏林和小叶杨人工林碳密度特征及其与林龄的关系北大核心CSCD

榆树(Ulmus pumila)疏林是浑善达克沙地的地带性隐域植被,小叶杨(Populus simonii)是该区域主要的防风固沙造林树种。该文通过测定两种森林生态系统乔木层(叶、枝、干、根)、草本层(地上植被和地下根系)和土壤层(0–100 cm)的碳含量,比较了两种森林生态系统的碳密度及其分配特征,并运用空间代替时间的方法,阐明了乔木层、土壤层和总碳密度随林龄增加的变化特征,估算了两种森林生态系统的固碳速率。结果表明,榆树疏林乔木层和土壤层平均碳含量都低于小叶杨人工林,榆树疏林生态系统总碳密度是小叶杨人工林的1/2。两种森林生态系统的总碳密度中,乔木层碳密度和土壤层碳密度总占比98%以上;土壤层与植被层碳密度的比值随林龄的增加而降低,过熟林时该比值分别为1.66(榆树疏林)和1.87(小叶杨人工林);榆树疏林和小叶杨人工林的乔木层、土壤层和生态系统的总碳密度随林龄的增加而增加,其中乔木层碳密度及榆树疏林总碳密度与林龄均呈现出显著的线性正相关关系。小叶杨人工林乔木层的固碳速率约为榆树疏林的5倍,榆树疏林生态系统和小叶杨人工林生态系统的总固碳速率分别为0.81 Mg C·hm^(–2)·a^(–1)和5.35 Mg C·hm^(–2)·a^(–1)。这一研究结果有利于估算沙地森林生态系统的碳储量,为区域生态环境恢复和增加碳汇的政策制定提供依据。     

基于个体的空间显性模型和遥感技术模拟入侵植物扩张机制

基于个体的空间显性模型和遥感技术,以互花米草为例,模拟了自1997到2010年的种群扩张动态,揭示了土地利用变化与潮间带高程的影响;并通过全局敏感性分析揭示了种子扩散、成体存活率、有性和无性繁殖等种群统计学特征对互花米草种群扩张的相对重要性。研究结果发现:1)有性繁殖与无性繁殖共同决定互花米草种群快速扩张;2)潮间带高程和土地利用变化显著影响模型预测的精度,对互花米草种群扩张有非常重要的影响;3)成体存活率与种子长距离扩散是影响互花米草种群扩张速度最重要的因素;无性繁殖比有性繁殖对种群扩张的影响更大;种子长距离扩散比本地扩散更为重要,同时,小概率的种子长距离扩散事件对种群扩张有非常重要的影响。为了经济有效地控制外来入侵植物的扩张,应该抑制种子的长距离扩散和移除种子长距离扩散形成的位于入侵前沿的小斑块。     

外来入侵植物风传扩散过程模拟模型选择

种子扩散是外来入侵植物异地入侵的重要手段,对入侵种群扩散机制的清晰认识是有效进行入侵防治和生态管理的基础。本文在研究入侵植物风传扩散过程中的主要影响参数的基础上,分析了各参数对不同扩散过程造成的影响,总结出不同的扩散模拟过程中需要应用的影响参数,阐述了这些参数的参数化过程及相应的计算方法。对已有风传扩散模拟模型做了重点介绍,并结合入侵植物自身特征重点解析了其风传扩散过程模拟模型的选择依据。其中,对于风传扩散过程有直接、明显的影响参数是种子释放高度和水平风速。对于入侵草本、灌木植物而言,入侵区域植被高度是必须关注的影响参数。在长距离扩散研究中,以乔木和大灌木为研究对象时需要重点考虑植被叶片与水平风速垂直分布引起的冠层及冠层以上区域大气湍流所带来的影响;小灌木与草本植物则需注意由地表温度引起的温暖气团上升带来的影响。模拟模型中,2Dt模型和混合韦布尔模型可以有效描述扩散体扩散核近端与远端的扩散曲线。对更为详细的长距离扩散模拟模型选择时,需要考虑不同的大气湍流类型、扩散体大小、植被类型、扩散核维度以及模拟精度要求。     

设施塑料大棚风洞试验及风压分布规律

风洞试验是研究建筑结构表面风压分布规律的最重要且有效的技术手段.利用NH-2型风洞研究设施塑料大棚表面风压分布规律,风洞为串置双试验段闭口回流风洞,风速连续可调,最高风速为90 m/s.试验模型的几何缩尺比为1:6,模型表面共布置192个测点,其中端面布置3排测压点,共63个测点,模型固定在风洞转盘上,试验风向角从0°到180°,间隔15°,共13个风向角.测量和分析不同风向角下设施大棚表面的风压系数和分布规律,并推导出了设施大棚各区域发生风灾的临界风速.结果表明:设施大棚迎风面以风压力为主,迎风边缘等值线密集,风力梯度大;背风面则受风吸力影响,风力变化平缓.在不同风向角下,设施大棚各迎风区域风压系数均由正压向负压过渡,在此过程中出现了零压区;而一直背风的区域风压系数均为负值.在45°风向角下,大棚顶端迎风边缘最高点处的负压达到最大.根据公式推导出各区域的临界风速,设施大棚顶部两侧区域受风吸力影响最大,最小临界风速为14.5 m/s,研究为设施大棚的风灾防御提供科学依据.     

红河干热河谷木棉种群的天然更新

在以干热为显著特点的干热河谷,木棉成年树生长、开花良好。但其实生苗天然更新不良,其发生过程和影响因子至今尚不明确。通过对红河干热河谷木棉种群种子扩散特点、萌发策略和影响因素研究,在分析木棉实生天然更新困难影响因子的同时,对更新幼苗的发生进行了探讨。结果表明:单株木棉成年母树平均生产果实(358±46)个,单果和单株种子数分别为(274±45)粒和(98092±2540)粒,木棉种质资源丰富。种子的扩散范围广,而田间种子损失量大(损失比例为霉变54.0%、动物取食18.2%和搬运12.0%)。自然条件下种子活力在落种后10—35 d,种子含水量为2.1%—5.9%时为最佳,落种45 d后活力显著下降。干旱条件下木棉落种萌发成苗过程是天然更新的关键环节,其间水分因子起直接作用,连续数日20%—40%的土壤含水率能促进幼苗更新。适度覆土(1—2 cm)可起到改善落种的水分环境的作用,从而促进萌发。旱季降雨少,干旱持续时间长是阻碍更新幼苗向幼树转化的瓶颈。可见,地表种子存留量低、土壤含水量低、种子自然活力保存时间短、自然和人为干扰等环节限制了木棉种群成功的实生天然更新。     

多年生植物欧夏至草集合繁殖体特性

欧夏至草(Marrubium vulgare)为唇形科多年生植物,其扩散单元主要由集合繁殖体和种子组成,该研究以单萼筒集合繁殖体为研究材料,比较其和种子在形态特征、扩散行为及萌发特性上的差异,探讨附属物的生态功能及对可变环境的适应对策。结果表明:(1)欧夏至草集合繁殖体是具萼筒的种子,其质量远大于种子;附属物能保护种子免受机械损伤或逃避捕食者。(2)在自然生境中,欧夏至草集合繁殖体易借风力扩散到较大范围,室内扩散实验表明,静止空气中集合繁殖体比种子降落所需的时间更长、扩散能力更强;集合繁殖体是种子延迟扩散的一种适应策略,其附属物的存在与否直接导致了种子扩散能力与扩散距离的差异,支持"Alternate假说"。(3)欧夏至草集合繁殖体和种子在活力、萌发率及萌发速率方面均不存在显著差异,而吸水率远大于种子,附属物的存在是影响种子承载更多水分并更长期保留水分的重要原因;集合繁殖体内种子的萌发属随机萌发,不具有位置效应,在当季只萌发部分种子,符合间歇性萌发特性,能有效避免种群覆灭。研究表明,多年生植物其扩散单元的形态特征和萌发行为对于种群的生存重要性相对低,母株可以长期占据原有生境,保持种群个体数量,附属物的作用主要用于种群扩散。     

羊草草原土壤微生物的数量和生物量

羊草原原土壤微生物数量特征是,细菌数量在名生境中分布的顺序为：拂子茅群落〉杂类草〉榆树疏林〉羊草群落〉碱蓬群落;真菌的分布：榆树疏林〉羊草群落〉杂类草群落〉指子茅群落〉碱茅群落〉碱蓬群落,放线菌为：羊草群落〉发类草群落〉碱茅群落〉碱蓬群落〉指子茅群落〉榆树疏林。土壤微生物生物量在６个植物群落中的大小顺序为：羊草群落〉杂类草群落〉榆树疏林〉拂水茅群落〉碱茅群落〉碱蓬群落,土壤微生物数量在土壤剖面中的