草地植物群落最优分类数的确定——以黄河三角洲为例

植被生态学研究中常需要将样地-物种属性数据划分为多个具有生态意义的集群,在植被分类过程中不仅要在分类方法上做选择,还要确定该植被数据分多少类最合适.有很多指标来确定群落划分中的最优分类数,但都没有得到一致的认可.将黄河三角洲227个样地数据用ward等级聚类法进行了分类.为了找到最优的分类数和判断指标,用不同的判断标准对植被数据分为2到15类时进行分析.主要从3个方面对最优分类数进行判断:1)比较集群内的同质性和集群间的异质性;2)基于集群的物种组成、环境变量的不同,确定集群与环境的相关性;3)基于物种在不同集群内的频度与多度.判断指标主要包括:average silhouette width指数、Goodman and Kruskal's Gamma系数、Dunn指数、集群分布的熵、wb.ratio指数、Calinski and Harabasz 指数、C-index指数、partana指数、biserial指数.用多响应置换过程对集群间物种组成和环境差异显著性进行分析.用指示物种从生态角度对各集群进行判别,并对指示物种的显著性进行了分析.不同判断标准得到的黄河三角洲最优分类数不同,得到的最优分类数包括分为2、5、7、和15类;多方面综合判断,认为在分为7类时最好.群落分类中应该有较优的断点,划分类较少时,集群特征不明确;划分类较多时,集群特征虽然更明确,但可能会导致较多的小集群,且小集群间环境差异不显著.7类较优,能满足物种组成差异、环境差异、群落内和群落间差异、所含信息量多的要求.分为2-6类时应该都是有意义的,只是所代表的群落特征不同.各判断标准中,dunn、silhouette、Calinski和Harabasz指数和指示物种能比较有效的判断最优分类数.不同的分类方法和物种属性数据的得到的结果有待进一步研究.     

模拟降雨量变化对黄河三角洲湿地植物群落特征的影响

气候变化背景下,降雨变化能够深刻影响河口湿地土壤水盐条件,而土壤水盐条件是影响植物群落特征的关键环境因子。本研究以黄河三角洲湿地植物群落为对象,依托野外降雨控制试验平台(减雨60%、减雨40%、自然对照、增雨40%、增雨60%),探讨了经过6年降雨处理后湿地植物群落特征对降雨量变化的响应及机制。结果表明: 随降雨量增加,土壤电导率显著降低,土壤湿度显著增大。降雨量变化影响了植物群落物种组成,增雨处理降低了碱蓬和盐地碱蓬的优势地位,提高了荻和白茅的优势地位。随降雨量增加,植物群落Shannon指数和Margalef丰富度指数显著提高。与对照相比,增减雨处理均降低了群落频度、多度和盖度,增雨60%处理群落频度显著降低54.9%,减雨60%、减雨40%、增雨40%、增雨60%处理群落多度分别显著降低38.9%、33.8%、35.8%和45.7%。随降雨量增加,植物群落地上生物量显著增加,但可能受淹水胁迫的影响,增雨60%处理地上生物量显著低于增雨40%。Margalef丰富度指数与地上生物量呈显著正相关;地上生物量、Shannon指数、Margalef丰富度指数、Simpson多样性指数均与土壤电导率呈显著负相关;地上生物量与土壤湿度呈显著正相关。降雨量变化通过改变黄河三角洲湿地土壤水盐条件显著影响了植物群落生长特征、物种组成和多样性。     

道路边际土壤重金属分布格局的神经网络模拟——以现代黄河三角洲为例

在实地采样的基础上,应用MLP神经网络模型和GIS技术,对现代黄河三角洲3类不同道路两侧边际50m带状区域内的土壤重金属含量进行了逐栅格模拟.结果表明:东部和北部的自然保护区以及东北沿海地区道路边际土壤重金属含量较低,西南部人口密集区重金属含量较高.研究区道路边际土壤的Mn、Zn、Cr、Cu、Pb、Cd等重金属平均含量分别达到509.57、61.26、58.55 、32.40、26.07mg/kg和0.27mg/kg,Cd污染较为严重,其余金属含量均低于国家土壤环境质量I级标准.道路对其边际重金属的累积作用明显,但对环境尚未造成广泛和显著的危害.不同道路类型的土壤重金属含量高速公路RG>省道RS>县乡公路RX(除Pb外).在风向、土壤性质和地表植被覆盖等主要因素的影响下,道路边重金属含量在30m以内达到峰值,但因重金属扩散机理的差异,变化规律有所不同.     

Effects of mosaic biological soil crusts on vascular plant establishment in a coastal saline land of the Yellow River Delta,China

黄河三角洲滨海盐碱地镶嵌式分布的生物土壤结皮对维管植物建植的影响 滨海盐碱地生物土壤结皮对维管植物影响研究,鲜见报道。本研究旨在探讨黄河三角洲滨海盐碱 地镶嵌式分布的生物土壤结皮是否以及如何影响两种典型草本植物的种子萌发,以深入理解基质异质性对 植物群落动态的影响。通过室内萌发实验,研究裸斑、芦苇(Phragmites australis)、碱蓬(Suaeda glauca) 和柽柳(Tamarix chinensis)生境下发育的生物土壤结皮和无结皮表土对多年生草本植物芦苇和一年生草本植物碱蓬种子的萌发率和平均萌发时间的影响,并从基质理化性质角度探讨其对种子萌发的影响机制。研究结果发现,与无结皮表土相比,生物土壤结皮提高了含水量、养分积累和大部分盐离子浓度,但降低了 土壤pH值。苔藓生物结皮可直接降低土壤pH值和Mg²⁺浓度,间接提高碱蓬种子的萌发率。较低的土壤pH值也间接降低了芦苇种子在其自身生境中的萌发速度。与有植被生长的生境相比,裸斑生境加剧Cl⁻的积累,间接降低了芦苇种子的萌发速度。结果表明,芦苇生境分布的苔藓结皮为碱蓬种子的萌发提供了一个机会窗口。生物土壤结皮类型和生境类型的共同作用可通过影响维管植物种子的萌发和建植,最终影响植物群落结构。     

黄河三角洲潮沟形态特征对湿地植物群落演替的影响

通过野外调查明确黄河三角洲潮上带、潮间带、潮下带内潮沟的形态特征及植物群落演替特征, 并在此基础上探讨潮沟对植物群落的影响。结果表明: 1)潮沟共包括4级, 沿海到内陆方向, 呈现出潮沟分叉增加、级别增多、曲率变大的发育趋势。潮上带和潮下带均出现较大的宽深比, 潮间带的潮沟密度和分汊率较大; 2)共统计到植物10科15属15种, 大部分为草本植物。植物演替的方向为碱蓬-柽柳-芦苇和香蒲, 物种生态位宽度最大值随着演替的进行, 由碱蓬变为柽柳再到芦苇和香蒲; 3)潮沟曲率、潮沟密度和潮沟宽度与群落演替方向呈正相关, 而潮沟分汊率和潮沟深度与群落演替方向呈负相关。植物群落演替对潮沟分汊率的变化的反应最敏感, 潮沟密度次之。     

基于Logistic回归模型的黄河三角洲淡水恢复湿地大型底栖生物种群分布模拟

掌握大型底栖生物种群分布的时空变化对正确把握湿地生态修复效率、揭示湿地生态演替过程具有重要理论与实践意义。选择黄河三角洲地区一千二自然保护区的淡水恢复湿地为研究区,在2014—2015年大型底栖生物野外采样和优势物种的基础上,选择了琥珀刺沙蚕、中华蜾蠃蜚、摇蚊幼虫作为典型优势物种,构建了基于Logistic回归的淡水恢复湿地大型底栖生物种群分布模拟模型。其中,琥珀刺沙蚕和摇蚊幼虫的模拟结果较好,模拟准确率分别为84.9%和77.9%,而中华蜾蠃蜚的模拟结果不甚理想。对比生态补水前后大型底栖生物的模拟分布结果发现,琥珀刺沙蚕主要集中在潮间带区域,且在春、秋两季的生存概率分布差异不显著;而淡水恢复湿地中摇蚊幼虫的分布概率显著提高,其中高于分割值0.5的栖息面积增长了9.9—10.8倍,表明退化湿地生境正处于向淡水湿地演替进程中。     

Influence of hydrology process on wetland landscape pattern: A case study in the Yellow River Delta

A comprehensive study using ecological engineering analysis was conducted on the influence of the hydrology process in the Yellow River Delta. It was found that water and sediment played an important role in the formation and maintenance of the estuarine wetland. Based on hydrological data (1950–2005), meteorological data (1954–2005) and landscape data produced from integrated Landsat TM images of the Yellow River Delta, the relationship among all the above factors has been analyzed. The results indicated that runoff, sediment discharge and the area of the reed marsh wetland, meadow wetland and tidal wetland had evidently decreased from 1986 to 2001. The runoff and sediment discharge into the Yellow River Delta at a rate of 200–300 × 10⁸ m³ and at 5–8 × 10⁸ t, respectively, were probably the most optimal range for maintaining the stable wetland landscape pattern. Regression analysis and principal component analysis showed that there was a strong positive correlation between the area of wetland landscape and runoff, sediment discharge, whereas there was a negative correlation between the area and the temperature, and there was no significant trend with precipitation levels. The water and sediment discharge are the dominant variable factors of the wetland. Human activities also have an important influence on transformation of wetland types as well as wetland degradation. Therefore, with economic development, climate change and sustainable utilization of resources, great attention should be paid to the changes of natural landscape and their causes.     

县域生态环境脆弱性评价及其动态分析——以黄河三角洲垦利县为例

县域是中国同时具备地域、空间和行政独立性的最基本区域单元,科学评价该尺度生态环境脆弱性状况及变化具有积极的理论和现实意义.以典型生态环境脆弱区黄河三角洲垦利县为例,在对生态环境脆弱性主要属性重新界定基础上,分别从稳定性、敏感性和区域适应性3个方面选取评价指标构建指标体系,建立了评价模型,并对该县1986～2003年的生态环境脆弱性发展变化进行了动态分析.研究结果显示:垦利县生态环境不稳定;1986～2003年期间,垦利县生态环境敏感性总体呈下降趋势,区域适应性总体呈上升趋势.偏相关分析方法对垦利县生态环境自然因子的敏感性排序结果为地下水埋深>蒸降比>地下水矿化度>气温,确定地下水埋深、蒸降比和地下水矿化度为该区生态环境自然敏感因子.垦利县区域适应性的 "障碍度"计算结果表明:盐碱地治理比例始终是第一障碍因素;农田防护林密度的限制集中出现在1995～1998年之间;化肥农药增长率自2000年以后成为主要障碍因素;有效灌溉面积比率和排涝体系面积比例的限制在1990年之前出现.研究结论认为,垦利县生态环境脆弱度呈现降低趋势,但仍处于脆弱状态,需重点关注敏感因素和障碍因素的发展变化.研究表明,该评价方法可体现出县域生态环境脆弱性的根本原因及其发展变化过程,是对目前国内生态环境脆弱性研究领域的有益补充.     

潮汐作用对黄河三角洲盐沼湿地甲烷排放的影响

盐沼湿地作为陆海交互作用的过渡带是CH₄重要的自然来源。潮汐活动通过影响CH₄的产生、氧化和传输驱动了湿地CH₄间歇性、周期性的排放。利用涡度相关和微气象监测技术,对黄河三角洲一个盐地碱蓬生态系统CH₄通量、环境因子和水文要素（潮汐）进行了长期连续监测分析了该生态系统生长季CH₄排放的季节动态及潮汐作用对CH₄排放的影响。结果表明：生长季该生态系统是CH₄的排放源,排放日均值为0.063 mg m^-2 h^-1,（范围为-0.36-0.57 mg m^-2 h^-1）。潮汐淹水阶段和落潮后湿润阶段表现为CH₄的显著源。此外我们发现,短期潮汐活动引起土壤干湿状况的变化促进了CH₄脉冲式的排放,因此未来气候变化下温度升高和降雨季节分配引起的土壤干湿变化将会对该区域CH₄排放甚至碳循环产生积极影响。     

成土时间对黄河三角洲植物及微生物演替的影响

受时空因素的限制,研究土壤、微生物和植物的演替过程通常采用以空间换时间的时空替代法,关于成土时间的驱动力研究较少。选取黄河三角洲4块代表性冲积区域（形成年代分别为1904-1929年,1929-1934年,1964-1976年和1976年至今）,由沿海到农田（1-40 km）设计采样路线,通过多样性调查、土壤采样、MiSeq测序等方法对陆地生态系统的植物、细菌和真菌多样性以及微生物功能组成进行了监测。结果表明,随成土时间的增加,植物物种丰富度和生物量显著提高（P<0.05）,低盐度指示物种白茅的分布区域向海岸推进;细菌群落酸杆菌门（Acidobacteriota）等3个门类占比显著增加,拟杆菌门（Bacteroidota）等12个门类占比显著减少（P<0.05）,涉及基因信息处理、核苷酸代谢等基础生命活动和光合作用的功能通路在年代最晚的扇区富集,而涉及细胞老化调控、外源物质生物降解与代谢、芳香化合物降解等功能的通路在年代最早的扇区富集（LDA score>2,P<0.05）;真菌群落涉及病理营养的捕虫霉门（Zoopagomycota）等类群相对丰度的显著增加（P<0.05）。耐盐菌、自养菌、反硝化菌、反硫化菌等功能群在成土较晚区域的丰富度较高,有促进成土初期土壤碳氮积累、土壤养分循环和有效性的提升的功能潜力,进而影响植物演替。成土时间还驱动适应高营养环境的类群对先锋类群比值的增大,促进微生物生态位的分化。研究表明成土时间是对黄河三角洲植物和微生物群落组成变化的重要而显著的驱动力,为提高评估滨海生态系统植物和微生物演替规律的准确性提供了科学依据。     

稻鸭共生有机栽培模式对黄河三角洲稻米品质的影响

在黄河三角洲地区设计稻鸭共生、人工除草、常规稻作3种栽培模式,研究其对稻米加工品质、外观品质、蒸煮和食味品质、卫生品质的影响.结果表明:与常规稻作相比,稻鸭共生可以增加水稻粒宽,提高糙米率、精米率、整精米率,减少垩白,这主要是由于有效穗数和籽粒重的提高以及弱势粒的降低所致.稻鸭共生和人工除草栽培模式可以增加胶稠度,降低直连淀粉和蛋白质含量,改善稻米食味性,这主要归功于有机肥的施用.由于生产过程不施用化学肥料和农药,稻鸭共生、人工除草模式可以大幅降低甚至检测不到农药残留.稻鸭共生既可改善稻米品质,又能保护环境,为优质水稻生产提供了一条较好的生态技术途径.     

环境因子和生物因子对黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸的影响

采用Li-8150多通道土壤呼吸自动测量系统对黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸进行全年连续测定,同步测量了温度、土壤含水量、地上生物量以及叶面积指数等环境因子和生物因子.结果表明: 土壤呼吸日动态在全年尺度上多呈单峰型,但在受到土壤封冻和地表积水干扰时,土壤呼吸日动态呈多峰型.土壤呼吸具有明显的季节动态特征,总体呈单峰型,年平均土壤呼吸速率为0.85 μmol CO₂·m^-2·s^-1,生长季平均土壤呼吸速率为1.22 μmol CO₂·m^-2·s^-1.在全年尺度上,土壤温度是滨海湿地土壤呼吸的主要控制因子,可解释全年土壤呼吸87.5%的变化.在生长季尺度上,土壤含水量和叶面积指数对土壤呼吸的协同影响达到85%.     

开垦对黄河三角洲湿地净生态系统CO2交换的影响

近年来, 由于对湿地的不合理利用, 自然湿地被大面积地垦殖为农田, 导致湿地生态系统碳循环的模式发生改变, 从而影响了湿地生态系统碳汇功能。该研究通过涡度相关法, 对山东省东营市黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地和开垦多年的棉花(Gossypium spp.)农田的净生态系统CO₂交换(NEE)进行了对比观测, 以探讨该地区典型生态系统NEE的变化规律及其影响因子, 揭示开垦对芦苇湿地NEE和碳汇功能的影响。结果表明: 在生长季, 湿地和农田生态系统NEE的日平均值各月均呈明显的“U”型变化曲线, 非生长季NEE的变幅很小。生长季湿地生态系统日最大净吸收值和释放值分别为16.04 g CO₂·m^-2·d^-1(8月17日)和14.95 g CO₂·m^-2·d^-1(8月9日); 农田生态系统日最大净吸收值和释放值分别为18.99 g CO₂·m^-2·d^-1 (8月22日)和12.23 g CO₂·m^-2·d^-1 (7月29日)。生长季白天两个生态系统NEE与光合有效辐射(PAR)之间呈直角双曲线关系; 非生长季NEE主要受土壤温度(T_s)的影响; 生态系统生长季夜间NEE受T_s和土壤含水量(SWC)的共同影响; 湿地和农田的生态系统呼吸熵(Q₁₀)分别为2.30和3.78。2011年生长季, 黄河三角洲湿地和农田生态系统均表现为CO₂的汇, 总净固碳量分别为780.95和647.35 g CO₂·m^-2, 开垦降低了湿地的碳吸收能力; 而在2011年非生长季, 黄河三角洲湿地和农田生态系统均表现为CO₂的源, CO₂总释放量分别为181.90和111.55 g CO₂·m^-2。全年湿地和农田生态系统总净固碳量分别为599.05和535.80 g CO₂·m^-2。     

黄河三角洲植物群落分布格局及其影响因素

利用双向指示种分析和去趋势典范对应分析的方法,对典型河口滨海湿地黄河三角洲植物群落类型和结构进行了分析,并探讨了植物群落分布格局及其影响因素。结果表明：134个样方可划分为7个群系,即刺槐群落（Form. Robinia pseucdoacacia）、荻群落（Form. Miscanthus saccharifleus）、翅碱蓬群落（Form. Suaeda heteroptera）、獐毛群落（Form. Aeluropus sinensis）、芦苇群落（Form. Phragmites communis）、柽柳群落（Form. Tamarix chinensis）和白茅群落（Form. Imperata cylindrica）。群落类型的划分主要反映了微地貌所决定的地下水埋深及土壤盐分含量的变化。在影响植物群落分布格局的因素中,环境因子解释的部分占45.2%,空间因子解释的部分占11.8%,空间因子和环境因子交互作用解释的部分占2.23%,空间因子和环境因子未能解释的部分占40.8%,这部分主要反映了群落自身互作及人类活动对群落的影响。     

黄河三角洲草地退化的研究

黄河三角洲位于东经118°7′—119°10′,北纬36°56′—38°12′;东自山东省小清河口,西至徒骇河口,以利津县宁海为顶点向渤海湾呈扇形分布。自50年代以来,随着国营及地方农场的建立以及人口的不断增长,这一地区的草地资源得到了广泛的开发利用。但是,由于一些单位只顾盲目地开垦草地和过度放牧、割草,30多年来整个黄河三角洲盐碱化、退化草地达6.67×10~4ha多,约占当地草地总面积的40%。本文研究了该地区草地退化的现状并就退化程度与累计开发时间的关系初步进行了数     

除草剂对黄河三角洲入侵植物互花米草的影响

互花米草(Spartina alterniflora)作为我国危害最严重的外来入侵植物之一,严重威胁滨海湿地生态系统安全。筛选可高效灭除互花米草的除草剂,为互花米草防治提供技术支持。2017年7月在黄河三角洲潮间带对互花米草茎叶喷施不同除草剂,在施药当年和次年对互花米草生长状况和大型底栖动物密度进行跟踪调查。研究结果表明:1)高效氟吡甲禾灵对互花米草的灭除效果最好,既能杀死互花米草地上部分从而完全抑制有性繁殖,又可完全抑制次年的无性繁殖;2)氰氟草酯对互花米草的灭除效果也比较好,可以完全抑制互花米草的生长和结穗,但抑制根状茎无性繁殖能力的效果稍差,草甘膦可以完全抑制互花米草的有性繁殖,但无法抑制次年互花米草的无性繁殖;3)施用除草剂在短期内会毒害某些底栖动物,但在1年后底栖动物种群数量与对照处理无显著差异。除草剂对环境的影响程度与除草剂用量和施用时间息息相关,未来研究中,应在保证灭草效果的前提下,探索最佳用药时间和最低用量以最大限度地降低环境影响。     

基于遥感及突变理论的生态环境脆弱性时空演变——以黄河三角洲垦利县为例

本文应用熵、突变论等非线性科学理论研究生态环境脆弱性问题,借助遥感手段,设置生态环境样方,对黄河三角洲垦利县典型生态脆弱区的生态环境脆弱性的时空演变进行了系统研究,建立了生态环境脆弱性的分析与判断方法.结果表明：在1987—2005年间,样方生态环境趋于恶化,其生态环境脆弱性在1997年和2004年发生了两次突变,前者主要源于风暴潮和黄河来水量的减少,主要表现为生境的变化和优势种的更替;后者主要源于黄河来水量的减少和蒸降比的升高及水库的大量修建、道路和人口密度的增加,生态环境脆弱性主要表现为植被类型和覆盖率的变化.在空间层面,从与黄河和海洋不同距离的两个方向上,分析了生态环境脆弱性的空间变化,证明了生态环境脆弱性空间上的渐变性.该研究对生态环境脆弱性的定量化研究是一个新的尝试,并提供了一种新的有效方法.     

Local habitat condition rather than geographic distance determines the genetic structure of Tamarix chinensis populations in Yellow River Delta,China

Tree Genetics &; Genomes - To breed a new variety of coffee (Coffea arabica) requires approximately 25&;nbsp;years due to the long generation time (5–6&;nbsp;years) of this perennial...