排水疏干胁迫下若尔盖高原沼泽退化评价指标体系

沼泽退化评价指标体系研究是国际湿地科学研究前沿领域的关键科学问题之一.在长期野外考察的基础上,根据2009年3个排水疏干沼泽退化研究样带20个沼泽的植物群落生态观测和土壤分析数据,基于沼泽植物群落物种重要值的双向指示种分析(TWINSPAN),将沼泽样地划分为未受干扰(A型)、受长期低强度排水干扰(B～D型)和受短期高强度排水干扰(E～G型)3类,其中又可分为7个植物群落类型.采用主成分分析法(PCA)对沼泽退化进行分级,建立了若尔盖高原沼泽评价的植被指标体系(SVEI)和土壤指标体系(SSEI).基于SVEI,将沼泽划分为原始沼泽、轻度退化沼泽、中度退化沼泽和重度退化沼泽.基于SSEI,将红原县沼泽划分为原始沼泽、轻度退化沼泽和重度退化沼泽3个等级,将若尔盖县沼泽划分为轻度退化沼泽、中度退化沼泽和重度退化沼泽3个等级.SVEI或SSEI评价结果与TWINSPAN分类结果相似度均在70%以上,说明SVEI或SSEI对沼泽退化分级均具有较好的效果,可采用不同方法相结合的方式对高原沼泽进行综合评价.     

排水对三江平原和若尔盖沼泽生态影响的比较

沼泽是重要的湿地生态系统类型之一,蕴藏着丰富的生物和泥炭资源,排干后可开垦耕地、育林或辟为牧场。自20世纪60年代以来,我国农、林、畜牧业发展对土地需求急剧扩大,排水疏干成为自然沼泽湿地退化的主要原因之一。本文比较了中国最大的两处沼泽湿地——三江平原和若尔盖高原沼泽湿地排水前后景观格局、植物群落和土壤特征的变化。排水后三江平原和若尔盖高原沼泽湿地面积减少,出现不同程度沼泽破碎化;植物群落呈现从沼生到中生的演替;土壤表层有机质分解加速,使土壤碳、氮及其他营养元素含量下降。排水后水位下降是使沼泽湿地生态特征发生变化的主要驱动因子。排水后土地利用方式不同,两处沼泽湿地在景观破碎化模式、土壤营养元素变化等方面具有差异。     

放牧胁迫下若尔盖高原沼泽退化特征及其影响因子

根据原生和退化沼泽水体、植被与土壤信息,将放牧胁迫下若尔盖高原沼泽划分为5个等级,即原始沼泽、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化沼泽,系统地研究了若尔盖高原沼泽的退化特征及其影响因子。沼泽退化特征表现为:退化沼泽水体总氮含量较高,硝态氮、总磷含量以及碱度、矿化度随沼泽退化程度加剧而上升。退化沼泽物种丰富度增加,群落组成和结构趋于多样化;群落水分生态型结构变化明显,中生植物逐渐取代沼生植物优势地位;沿沼泽退化梯度,植被演替速率降低。沼泽退化序列上,土壤含水率、毛管孔隙度、全氮含量降低,土壤容重、全磷和全钾含量上升;土壤垂直剖面上,退化沼泽较原始沼泽和轻度退化沼泽全量养分含量变化大,并且,全氮和全磷含量具有表聚性。退化沼泽环境指标PCA分析显示,沼泽退化受土壤养分和水分含量的影响较大。     

若尔盖高原退化沼泽群落植物多样性及种间相关性沿排水梯度的变化

植物多样性与种间相关性是植物群落生态学和生物多样性研究的核心问题, 然而有关二者之间关系的综合研究尚不多见。该文以若尔盖高原排水干扰下不同退化阶段的沼泽湿地植被为研究对象, 应用Spearman秩相关、回归分析等方法, 分析了沼泽植物群落物种多样性和种间相关性的变化及二者相互关系。结果表明: 沿排水梯度, 从相对原生沼泽至极度退化沼泽, 不同植物种群均有其特定的生态分布范围; 群落总种数、样方物种丰富度、Shannon-Wiener指数和Whittaker指数均单调增加; 植物种间相关强度增加; 正相关种对比例呈逐渐增加的趋势, 以极重度和极度退化阶段的较高, 相对原生沼泽和轻度退化阶段的较低, 负相关种对比例的变化趋势与之相反; Shannon-Wiener指数与正负相关种对比例均具有显著线性关系(p < 0.05), Whittaker指数均无显著关系(p > 0.05)。人为排水作用通过提高群落生境异质性, 促进正相关种对的共存, 增加沼泽群落植物多样性。     

若尔盖高原沼泽湿地N_2O排放通量研究

应用静态箱/气相色谱法,测定了若尔盖高原沼泽N2O排放能量,测定期为该地植物生长期,即2004年4 月末至10月初。结果表明,若尔盖高原沼泽湿地N2O排放通量平均值为0.010 mg·m-2h-1,最大值为0.079 mg·m-2h-1, 最小值为-0.051mg·m-2h-1。高峰排放期为5月,最低排放期为地表水深最大的6月。沼泽湿地N2O排放通量季节变化与沼泽湿地水深呈负相关关系。沼泽湿地N2O排放通量日变化与大气温度呈正相关关系,排放高值出现在午后。若尔盖高原沼泽湿地在植物生长期的年排放总量约为0.159Gg·a-1。     

若尔盖高原沼泽湿地N2O排放通量研究

应用静态箱/气相色谱法,测定了若尔盖高原沼泽N₂O排放能量,测定期为该地植物生长期,即2004年4月末至10月初。结果表明,若尔盖高原沼泽湿地N₂O排放通量平均值为0.010mg·m^-2h^-1,最大值为0.079mg·m^-2h^-1,最小值为-0.051mg·m^-2h^-1。高峰排放期为5月,最低排放期为地表水深最大的6月。沼泽湿地N₂O排放通量季节变化与沼泽湿地水深呈负相关关系。沼泽湿地N₂O排放通量日变化与大气温度呈正相关关系,排放高值出现在午后。若尔盖高原沼泽湿地在植物生长期的年排放总量约为0.159Gg·a^-1。     

基于地表土壤动物与植物完整性指数评估若尔盖沼泽湿地受扰现状

利用地表土壤动物与植物群落生物完整性指数评价若尔盖沼泽湿地受扰现状,为若尔盖沼泽湿地恢复提供依据。2018年7月与2019年7月对若尔盖10处典型湿地(参照区4个,受扰区6个)地表土壤动物与湿地植被群落进行调查。通过对74个候选指标的分布范围、判别能力及相关分析,确定中生性植物、一年生植物、龙胆科植物、一年生植物/多年生植物比4个植物核心指标,地表土壤动物总个体数量、中小型动物类群数量、蜘蛛目物种数量、菌食性土壤动物与腐食性土壤动物5个核心指标,构建若尔盖沼泽湿地地表土壤动物与植物完整性指数。以所有采样点95%分位数为最佳期望值,四分位法确定研究区域未受干扰、轻度干扰程度、中度干扰与重度干扰4个等级,作为判断若尔盖沼泽湿地受扰状况。结果显示,若尔盖沼泽湿地相对原始沼泽、花湖沼泽化草甸2、长期低强度排水疏干区、短期高强度排水疏干区分别处于未受干扰、轻度干扰、中度干扰与重度干扰状态。所调查的若尔盖典型湿地中,20%的湿地未受到干扰,30%的湿地受到轻度干扰,30%的湿地受到中度干扰,20%的湿地受到重度干扰。Pearson相关系数分析显示,地表土壤动物完整性指数与植物完整性指数存在显著正相...     

北方典型沼泽湿地高低土壤水分下植物群落特征

北方沼泽湿地在水源供给、缓解水土流失、遏制草地沙化等方面具有重要作用,明确其植物群落物种组成和多样性特征对提升其生态系统服务功能具有重要意义。目前,在北方地区开展大尺度湿地植被调查的研究仍相对较少。土壤水分是驱动植物群落发展的主导环境因素之一,为了解高低土壤水分背景下湿地植物群落特征差异及关键驱动要素,对我国7个北方典型沼泽湿地的植物群落物种组成及多样性特征进行了调查,分析了植物群落物种组成及多样性特征与环境因子的关系,以及沼泽湿地植物群落内克隆植物的分布特征。研究结果发现不同沼泽湿地的植物群落物种组成和多样性差异显著,但无明显的地带性分布规律,物种分布呈现区域性。群落物种多样性受降水、温度、土壤养分等多种环境因素的共同影响。沼泽湿地高低土壤水分背景下植物群落的物种组成和多样性差异显著,低土壤水分下植物群落物种多样性指数显著高于高土壤水分下植物群落。低土壤水分下物种多样性主要受降水和总氮影响,而高土壤水分下物种多样性主要受温度和总磷的影响。高土壤水分下克隆植物物种数和盖度在沼泽湿地植物中占有较高的比例,表明克隆植物比非克隆植物更适应高土壤水分环境。研究结果表明了7个沼泽湿地植被的区域性...     

青藏高原高山嵩草高寒草甸不同退化阶段植物群落与土壤养分

选取西藏自治区拉萨市当雄县4块不同退化程度的高山嵩草高寒草甸,采用空间序列代替时间演替的方法,研究不同退化阶段高寒草甸的土壤理化性质和植物群落特征以及二者之间的相关关系。结果表明: 不同退化阶段高寒草甸的土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和含水量均随土壤退化程度加剧呈降低的趋势,而pH值呈现升高的趋势。中度退化草甸的植物群落高度、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数最大。群落盖度、总生物量均为未退化草甸最大、重度退化草甸最小。随着草甸退化程度加剧,莎草科生物量及比例下降,豆科和杂类草生物量及比例增加,禾本科生物量及比例先增加后减小;草甸植物群落地上生物量与土壤有机碳、全氮、全磷含量和土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。随着草甸植被的退化,土壤退化加重,最终表现为草地生产力显著下降。     

若尔盖高原沙化沼泽区植物群落物种组成及其驱动因素

若尔盖高原沼泽区土壤沙化过程中植物群落的变化及其成因机制是亟待解决的区域关键科学问题之一。在若尔盖高原红原县沙化沼泽区,研究了土壤沙化梯度上植物群落种类组成、物种多样性、地上生物量的变化及其与土壤湿度、容重和孔隙度的关系。随着土壤沙化程度增加,群落特征种组替代顺序为华扁穗草(Blysmus sinocompressus)种组→高山嵩草(Kobresia pygmaea)种组→四川嵩草(K.setchwanensi)种组→黑褐穗苔草(Carex atrofusca subsp.minor)种组→粗壮嵩草(Kobresia robusta)种组;植物种数(单位样方物种丰富度和总种数)和地上生物量均表现为单峰变化格局,但植物种数峰值出现在极轻度沙化的高山嵩草群落,地上生物量峰值出现在中度沙化的四川嵩草-黑褐穗苔草群落;β多样性表现为"U"型变化格局,最高值出现在未沙化的华扁穗草群落,最低值出现在极轻度沙化的高山嵩草群落;土壤湿度对植物种多度影响最大,可解释总方差的24.8%,其次为土壤容重,可解释总方差的1.4%;沙化过程中土壤湿度是影响植物群落生态分布和种类构成的关键因素之一,尤其影响群落特征种的多度和分布。粗壮嵩草可考虑作为沙化土地植被恢复的先锋物种。     

高寒草毡层基本属性与固碳能力沿水分和海拔梯度的变化

高寒草毡层是高原寒区自然植被下形成的松软而坚韧且耐搬运的表土层,认识其生态功能是促进草牧业生产休养保护和工程施工主动利用的前提。通过对青藏高原东部若尔盖高原植被的广泛调查,在布设沼泽、退化沼泽、沼泽化草甸、湿草甸、干草甸和退化草甸水分梯度群落样地,以及亚高山草甸、亚高山灌丛草甸、高山灌丛草甸和高山草甸海拔梯度群落样地的基础上,通过对不同类型群落样地草毡层容重、土壤颗粒组成和土壤有机碳(SOC)含量的测定分析,比较了水分和海拔梯度下草毡层固碳能力。结果表明,草毡层厚度平均为30cm,沼泽湿地草毡层容重最小,SOC含量在300g/kg以上;退化草甸容重最高,SOC含量显著下降。不同群落草毡层SOC密度在10—24kg C/m~2之间,随着土壤水分有效性的降低而降低;高山灌丛草甸草毡层SOC密度比草甸高15%。研究得出,保持草毡层稳定的质量含水量阈值为30%,SOC含量阈值为30g/kg;高寒植被草毡层在沼泽到草甸的退化演替中,容重、紧实度变大,有机碳含量减少,碳密度和碳储量下降;灌丛草甸的固碳能力大于草甸,但灌丛草甸的生产功能降低;保持可持续发展的草地生产能力,维护固碳生态功能,需要防止草毡层退化,抑制草甸向灌丛草甸演替。     

地表水热要素在青藏高原草地退化中的作用

在全球气候变暖和频繁的人类活动影响下,青藏高原草地生态系统发生了生产力下降、生物多样性减少及生态功能退化等一系列现象。与传统观测技术相比,遥感技术具有大范围、快速和连续监测等优点,因此被广泛用于区域尺度的草地植被长时间序列监测。以往对青藏高原草原植被影响因子的研究多集中在气温与降水,而相比较于气温和降水,地表温度和土壤湿度直接作用于植物的根部,对植物种子的萌芽和植株的生长也都有着重要影响,所以地表温度和土壤湿度与植被生长的关系更加紧密。基于遥感技术,利用青藏高原草地区域的MODIS和AVHRR数据,选择草地植被覆盖度作为草地退化的遥感监测指标,建立了青藏高原草地退化遥感监测和评价指标体系,并对青藏高原2001-2017年的草地退化状况进行了遥感监测和评价。同时,利用遥感数据获取青藏高原区域尺度的地表温度和温度植被干旱指数数据,用于指示地表水热状况,最后基于回归方法分析了地表水热要素在青藏高原草地退化中的作用。结果表明：从2001-2017年,青藏高原植被退化程度空间差异明显,柴达木盆地和青海湖附近退化较为严重,喜马拉雅山脉北部、昆仑山脉南部、冈底斯山脉北部交汇的地区退化也较严重。在2001-2017年间,青藏高原草地未退化面积从50.60%上升到59.00%,说明青藏高原草地整体上在朝着改善的方向发展。2001-2017年内,青藏高原草地整体上大部分时间处于轻度退化状态,但是2001年和2015年这两个年份青藏高原草地退化整体上达到中等退化水平。通过回归分析发现,土壤湿度主导的对青藏高原草地的影响面积达到14.04%。地表温度主导的影响面积达到草地总面积的约36.61%。但地表温度与植被之间相互影响,且主要呈现负相关关系。其中,在温性草甸地区,当植被覆盖度较低时,地表温度正向影响植被生长。     

Species trait shifts in vegetation and soil seed bank during fen degradation

Fens in Central Europe are characterised by waterlogged organic substrate and low productivity. Human-induced changes due to drainage and mowing lead to changes in plant species composition from natural fen communities to fen meadows and later to over-drained, degraded meadows. Moderate drainage leads to increased vegetation productivity, and severe drainage results in frequent soil disturbances and less plant growth. In the present article, we analyse changes in plant trait combinations in the vegetation and the soil seed bank as well as changes in the seed bank types along gradient of drainage intensity. We hypothesize that an increase in productivity enhances traits related to persistence and that frequent disturbance selects for regeneration traits. We use multivariate statistics to analyse data from three disturbance levels: undisturbed fen, slightly drained fen meadow and severely drained degraded meadow. We found that the abundance of plants regenerating from seeds and accumulating persistent seed banks was increasing with degradation level, while plants reproducing vegetatively were gradually eliminated along the same trajectory. Plants with strong resprouting abilities increased during degradation. We also found that shifts in trait combinations were similar in the aboveground vegetation and in soil seed banks. We found that the density of short-term persistent seeds in the soil is highest in fen meadows and the density of long-term persistent seeds is highest in degraded meadows. The increase in abundance of species with strong regeneration traits at the cost of species with persistence-related traits has negative consequences for the restoration prospects of severely degraded sites.     

塔里木河中下游湿地及周边植物群落与环境因子的关系初探

选取塔里木河中下游湿地及周边16个典型植物群落样地调查和环境因子数据,采用主分量分析(PCA)排序技术和回归分析,定量分析湿地及周边植物群落在空间上的分布格局,以及群落结构特征和环境梯度之间的关系.结果表明,影响塔里木河中下游湿地及周边植物群落分布的第1主分量中,土壤水分和盐分影响最大,贡献率为35.70％;在第2主分量中,土壤养分的影响最大,贡献率为25.97％.植物群落分布的生境可分为沼生轻盐中营养生境、湿生中盐中营养生境、中生中盐低营养生境和中旱生重盐低营养生境4种类型.沿不同生境依次分布着沼泽植被、草甸植被、河岸疏林和盐生荒漠 盐化灌丛植被.塔里木河中下游湿地及周边植物群落的生态优势度与土壤水分和盐分复合梯度呈显著的一元线性相关.二元回归分析结果显示,塔里木河中下游湿地及周边土壤水分和盐分复合梯度与多样性指数和生态优势度二元指标呈极显著相关.     

Distribution and abundance of tree species in swamp forests of Amazonian Ecuador

Research to date on Amazonian swamps has reinforced the impression that tree communities there are dominated by a small, morphologically specialized subset of the regional flora capable of surviving physiologically challenging conditions. In this paper, using data from a large‐scale tree inventory in upland, floodplain, and mixed palm swamp forests in Amazonian Ecuador, we report that tree communities growing on well‐drained and saturated soils are more similar than previously appreciated. While our data support the traditional view of Amazonian swamp forests as low‐diversity tree communities dominated by palms, they also reveal four patterns that have not been well documented in the literature to date: 1) tree communities in these swamp forests are dominated by a phylogenetically diverse oligarchy of 30 frequent and common species; 2) swamp specialists account for < 10% of species and a minority of stems; 3) most tree species recorded in swamps (> 80%) also occur in adjacent well‐drained forest types; and 4) many tree species present in swamps are common in well‐drained forests (e.g. upland oligarchs account for 34.1% of all swamp stems). These observations imply that, as in the temperate zone, the composition and structure of Amazonian swamp vegetation are determined by a combination of local‐scale environmental filters (e.g. plant survival in permanently saturated soils) and landscape‐scale patterns and processes (e.g. the composition and structure of tree communities in adjacent non‐swamp habitats, the dispersal of propagules from those habitats to swamps). We conclude with suggestions for further research to quantify the relative contributions of these factors in structuring tree communities in Amazonian swamps.     

水分胁迫对黄河三角洲河口湿地芦苇光合参数的影响

通过盆栽试验,分析了多梯度土壤水分条件对黄河三角洲河口湿地淡水沼泽芦苇快速生长期叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、水分利用效率(WUE)和光能利用效率(LUE)等光合参数的影响,探讨淡水沼泽芦苇正常生长发育适宜的土壤水分条件.结果表明：淡水沼泽芦苇的P_n、T_r、WUE及LUE对土壤水分的变化有明显的响应阈值.渍水状态不是淡水沼泽芦苇生理状态最好的水分条件.维持淡水沼泽芦苇快速生长期正常生长,适宜的土壤体积含水率(W_v)应大于25.7%(即相对含水率W_r>66.6%),最佳W_v为36.9%(W_r为95.6%),正常生长所允许的最低土壤含水率W_v为21.5%(W_r为55.7%).气孔限制是淡水沼泽芦苇对水分胁迫的主要响应机制.干旱胁迫下,淡水沼泽芦苇的最大净光合速率(P_{n max})和表观量子效率(AQY)均显著下降,其暗呼吸速率(R_d)降低,减少呼吸作用对光合产物的消耗,提高WUE,以维持较高的光合速率.     

The impact of fire regimes on populations of an endangered lizard in montane south‐eastern Australia

The Blue Mountains water skink (Eulamprus leuraensis; Scincidae) is restricted to less than 40 fragmented swamp sites, all within the Blue Mountains and Newnes Plateau areas of New South Wales, Australia. Climate change is expected to increase fire frequency in the area, potentially degrading habitat quality for this endangered reptile. We quantified lizard abundances in 12 swamps using standardized surveys, and constructed a Global Information System (GIS) database to determine fire‐histories for each swamp since 1967. The abundance of Blue Mountains water skinks was negatively correlated with fire frequency, but not with time since fire. Indirect impacts of fire (mediated via shifts in vegetation density, moisture levels, prey availability and post‐fire predation) may be more important than direct effects in these cool, moist habitats. Although lizards were less common in swamps close to urban areas, and less common in frequently burnt areas, viable populations of this endangered reptile still persist even in anthropogenically disturbed swamps and in swamps that have experienced up to four fires in 20 years. Future research could usefully extend these analyses to other swamps in the locality, and explore the broader impacts of fire regimes on the distinctive flora and fauna of this threatened ecological community.