科尔沁沙地植物群落研究

科尔沁沙地是我国著名草原之一 ,地位于我国东北西部地区 ,主体部分位于内蒙古赤峰、哲里木盟境内。近几十年来 ,由于自然条件和人类活动的综合影响 ,该草原退化、沙化日趋严重 ,导致生态系统本身的破坏 ,生物资源锐减和环境的进一步恶化[6 ]。而且 ,草原退化程度显现出与某些环境因子有着一定的相关关系 ,针对这些问题本课题首先研究该沙地的植物群落 ,根据实地调查 ,对沙区的植被结构、物种多样性等特征作了科学地分析和论述 ,为深入研究生态环境恶化中的沙地植被演替 ,以及规划、整治、开发利用科尔沁沙地提供一些科学依据。1　研究区自…     

大明山常绿阔叶林演替序列种群生态位动态特征

以广西大明山自然保护区常绿阔叶林的4个演替序列（15、30、60、160年）的群落为对象,分析了演替进程中优势种群重要值、生态位宽度与生态位重叠的动态特征。结果表明：杉木（Cunninghamia lanceolata）、罗浮栲（Castanopsis fabri）、云贵山茉莉（Huodendron biaristatum）、广东琼楠(Beilschmiedia fordii)分别是4个演替序列群落的优势种群,这些优势种群的作用明显,具有最大的生态位宽度。每个序列中较大生态位宽度的物种之间以及与其他物种之间的生态位重叠程度也较高。较小重要值的物种具有较宽生态位的现象暗示了该物种有可能成为下一演替序列的优势物种,较小生态位宽度的物种与其他物种之间的生态位重叠值较大的现象是生境破碎化和空间异质性的结果。整个演替序列中种群生态位宽度与生态位重叠平均值共同呈现了逐渐下降并在最后阶段稍有上升的曲线特征,说明随着演替时间的增加,竞争以及环境资源的变化导致各物种出现了一定程度的生态位分化,种间生态位重叠程度降低,逐渐形成一个结构稳定的群落。     

科尔沁沙地植被恢复系列上群落演替与物种多样性的恢复动态

通过对科尔沁沙地植被恢复系列上不同阶段的群落取样,研究了植被恢复过程中群落物种组成、物种多样性的变化过程.在演替时间分别为1年、3年、5年、12年、20年和30年的群落中,物种丰富度分别为7、11、17、14、28和30种,而物种多样性指数分别为1.458 8、2.610 0、3.108 4、1.696 8、3.738 6、3.639 6.在生活型结构上,一年生植物的种类数量占绝对优势,但随着演替进展,多年生植物的种类数量增加且单种植物的优势度超过了一年生植物,表明多年生植物在群落功能维持中占据重要地位.随演替进展,来自不同科属的植物增加.藜科植物在演替过程中种类数量较为稳定,特别是在演替早期藜科植物占有很高的优势度.禾本科种类随演替进展不断增加,且在群落中的优势度逐渐上升.总体上,随演替进展群落种类组成与物种多样性增加,群落生态优势度下降,而均匀度增加,群落趋向稳定.     

科尔沁沙地植被恢复演替进程中群落土壤种子库研究

研究了科尔沁沙地植被恢复演替进程中各群落土壤种子库种类组成、密度以及物种多样性等特征。主要结论是:①科尔沁沙地植被退化后的恢复演替是一种次生的中途恢复演替。演替各阶段土壤种子库密度为流动沙丘<半流动沙丘<固定沙丘,从流动到半流动沙丘阶段,土壤种子库密度平均增加了709%;从半流动到固定沙丘阶段,土壤种子库密度平均增加了393%。从流动到半流动沙丘阶段是土壤种子库密度的快速增长期。②植被恢复演替过程中,土壤种子库组成均以1年生草本植物为主(优势度为60.40%~91.83%),到演替中后期阶段,多年生草本植物的种类有所增加,但其所占比例仍很小。③演替各阶段群落种子库物种多样性指数分别为0.6616、0.7736、0.7281、1.0939、1.0648和0.9682,可见种子库物种多样性最高的群落并非是演替历史最大的群落。④恢复演替系列各阶段土壤种子库间的相似性系数都较大,在0.368~1.000范围之内,任一群落总是与其下一阶段最邻近的群落具有最高的相似性系数。     

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。     

科尔沁沙地草地植被恢复演替进程中群落优势种群空间分布格局研究

通过对处于流动沙地、半固定沙地和固定沙地等不同恢复演替阶段的群落的取样调查 ,研究了科尔沁沙地草地植被恢复进程中群落优势种群的空间分布格局及其动态变化。运用扩散系数、聚集指数、平均拥挤度、聚块性指数、Green指数、聚集强度、Poisson分布和负二项分布的 χ2 拟合检验等 7项指标 ,对群落优势种群的分布格局的研究结果基本一致 ,大多数物种的空间分布呈显著的聚集分布。在演替进程中种群格局强度的变化和群落总体聚集程度的变化与种群动态和群落结构的空间异质性相对应 ,较高的聚集程度是种群分布斑块化和群落结构的空间异质性的反映 ,随着演替进展 ,优势种的种群数量扩展 ,但种群分布的聚集强度下降 ,群落结构的空间异质性降低。在 7种测定分布格局的指标中 ,聚块性指数、Green指数和聚集强度是无量纲的指标 ,其大小不受种群大小的影响 ,其变化可以较好地指示格局强度本身的变化 ,并与种群动态和群落结构变化相联系     

科尔沁沙地主要植物种的生理生态学特性

对科尔沁沙地主要植物种小叶锦鸡儿、差不嘎蒿、冷蒿和杂交杨进行了光合和水分生理生态学特性的研究,结果表明,小叶锦鸡儿,差不嘎蒿和杂交杨的光合速率在６：００最高,至８：００剧降,在８：００－１６：００内处于低水平,１６：００以后有回升现象;冷蒿由于６：００光合速率低,下降幅度较小,一日内光合速率降低冷蒿在６：００－８：００、小叶锦鸡儿在８：００－１０：００、杂交杨和差不嘎蒿在６：００－１０：００以气孔     

科尔沁沙地荒漠化及生态恢复研究展望

评述了科尔沁沙地荒漠化及其生态恢复的研究,从科学研究动态和生态环境退化以及恢复研究的现实需要两方面论述了科尔沁沙地荒漠化与生态恢复研究的若干核心问题;植被过程研究,生态水文过程研究,景观过程研究,科尔沁沙地区域环境评估和预测与生态恢复研究。     

科尔沁沙地农田沙漠化演变中土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁沙地农田沙漠化过程中土壤的粗粒化和养分的贫瘠化特征 ,土壤颗粒分形维数的变化特征 ,以及分形维数与土壤性状的关系。结果表明 :土壤沙粒含量越高 ,土壤分形维数越低 ,表征农田沙漠化程度越高 ;土壤颗粒分形维数与土壤有机 C、全 N、粘粉粒含量之间存在显著的线性关系。说明分形维数能很好地表征农田沙漠化演变中土壤结构和养分状况以及沙漠化的程度 ,可作为评价土壤沙漠化演变的一项综合性定量指标。     

科尔沁沙地湖泊消涨对气候变化的响应

湖泊是受气候变化影响显著的地理单元之一,不同地区湖泊消涨与气候变化关系的分析是理解陆地水文过程对未来气候变化响应的关键之一。对干旱、半干旱地区而言,湖泊消涨对气候变化的响应是干旱区生态保护和未来可持续发展的重要指征。气候变化对湖泊的影响研究在不同的区域已有较多的研究,但是针对湖泊群且基于湖泊大小分级和不同降水强度的对应研究还很鲜见。有鉴于此,作者在RS和GIS技术支持下,采用湖泊大小和降水强度分级的方法,分析了科尔沁沙地湖泊群消涨与气候变化的关系。在1971-2010年间,年均气温波动升高和降水量波动减少是该区域的主要气候变化特点。从5年移动平均分析来看,1990年是气温变化的转折点,1991-2010年的平均气温7.36（?0.55）℃,高于全球同期平均增温0.52℃。在1975-2009年间,科尔沁沙地湖泊面积和数量的变化趋势呈抛物线型减少,在1995年湖泊面积与数量最高。进入21世纪,湖泊面积萎缩、数量减少呈明显的加快趋势。到2009年,面积>0.05km2湖泊数量仅为81个,不足高峰期（1995年）的11%;湖泊总面积为4375.0hm2,不到1995年的26%。本研究表明,湖泊消涨主要受到年降水量波动影响,与年内降水分布格局无关,气温变化的影响不显著。     

科尔沁沙地不同演替阶段冷蒿群落的结构特征

采用空间序列替代时间序列的方法,对科尔沁沙地不同演替阶段3个冷蒿群落的物种组成和物种多样性进行研究.结果表明:处于3个演替阶段的冷蒿群落为杠柳-冷蒿群落、杠柳-冷蒿+差巴嘎蒿群落及冷蒿-糙隐子草群落.3个冷蒿群落均以菊科、禾本科和藜科植物占优势.随着群落的演替,群落植物种数和科数逐渐减小,禾本科植物的种数逐渐减小,但菊科和禾本科植物种数所占比例逐渐增大.3个冷蒿群落中物种多样性顺序为:杠柳-冷蒿+差巴嘎蒿群落>杠柳-冷蒿群落>冷蒿-糙隐子草群落.3个冷蒿群落间的物种组成差异不大,群落间物种相似度较高.3个群落中冷蒿的盖度最大,其盖度随着群落的演替逐渐增大.     

科尔沁沙地植物群落圆环状分布成因地统计学分析

调查发现,在科尔沁沙地中部部分梁窝状沙丘的丘顶、丘坡和丘间地,植物群落依生境梯度而分布,呈典型圆环状分布格局．沙层水分状况分析表明,同一沙丘不同部位的沙层含水量为丘顶低于丘坡地,且二者均低于丘间地．地统计学分析表明,无论是流动沙丘还是固定沙丘,从丘顶、丘坡到丘间地,沙层含水量的空间异质性呈规律性的变化,块金值与基台值之比逐渐减小,变程逐渐减小,分维数逐渐增大,表明随机部分引起的空间异质性逐渐降低,而由空间自相关部分引起的空间异质性逐渐增高．因此,沙丘不同部位沙层含水量及其空间异质性的有规律变化是科尔沁沙地中部部分梁窝状沙丘植物群落呈圆环状分布格局的一个重要原因．     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿固沙群落土壤微生物功能多样性

为探讨科尔沁沙地流动沙丘上建立小叶锦鸡儿固沙植被后土壤微生物群落代谢功能的变化,采用Biolog-ECO微平板检测法,研究了9、16和26年生人工群落以及流动沙丘和天然小叶锦鸡儿群落土壤微生物碳源代谢的多样性变化特征.结果表明:在培养的264 h内,流动沙丘土壤微生物平均颜色变化率,以及对羧酸类、糖类、多聚物类、氨基酸类、胺类和芳香类化合物类的代谢能力明显高于人工群落;随着人工群落年龄的增加,土壤微生物代谢碳源种类增加,26年生人工群落土壤微生物的碳源代谢模式已接近天然群落.流动沙丘建立小叶锦鸡儿植被后,土壤微生物群落碳源代谢功能多样性和均匀度指数下降;随着植物群落发育年龄的增长,微生物功能多样性逐渐提高.     

科尔沁沙地两种植被类型土壤呼吸动态变化及其影响因子

以科尔沁沙丘-草甸相间地区为研究区,运用LI-6400土壤呼吸配套系统对沙丘-草甸过渡带人工杨树林和固定沙丘小叶锦鸡儿群落土壤呼吸及其相关因子进行观测,结果表明,(1)生长期和生长末期人工杨树林保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的日变化表现为"多峰型"。(2)人工杨树林和小叶锦鸡儿群落保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的季变化峰值均出现在8月份,人工杨树林的土壤呼吸明显大于小叶锦鸡儿群落的土壤呼吸。(3)人工杨树林土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤温度相关显著(P0.01),保留枯枝落叶土壤呼吸小于去除枯枝落叶。(4)小叶锦鸡儿群落土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤含水量相关显著(P0.01),与人工杨树林不同,保留枯枝落叶土壤呼吸大于去除枯枝落叶。(5)人工杨树林土壤呼吸与土壤温度显著呈指数关系,小叶锦鸡儿群落土壤呼吸与土壤含水量显著呈幂函数关系,并运用归一化法,通过建立土壤呼吸LnRs与土壤温度T、土壤含水量Lnθ的双因子回归模型,得出土壤温度和土壤含水量分别对保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的贡献率。     

科尔沁沙地围封沙质草甸土壤种子库特征的研究

科尔沁沙地沙质草甸围封 5年后土壤种子库中植物种类有 38种 ,其中一、二年生草本植物 2 4种 ,多年生草本植物 9种 ,灌木 5种。土壤种子库密度为 (1385 5± 16 5 1)粒·m-2 ,其中 ,一、二年生草本植物所占的比例最大为 96 5 8% ,前 5种一、二年生草本植物黄蒿、灰绿藜、猪毛菜、狗尾草和画眉草占总数的 87 2 0 % ,而多年生草本植物和灌木类种子库密度分别占0 94 %和 2 4 8%。若以单子叶和双子叶植物统计 ,单子叶植物种子数占 13 13% ,双子叶植物的种子数占 86 87% ,其中豆科植物仅占 2 83%。土壤种子库中所有植物种的密度与其相对应的地面植物种的密度呈显著非完全相关性 ,其关系可用三次曲线来表示。从种子库组成分析 ,已围封 5年的沙质草甸植被仍处在黄蒿 -杂类草混合植被阶段。     

科尔沁沙地沙漠化土地恢复面临的挑战

对科尔沁沙地近50年来沙漠化土地面积、水资源可利用性、土地利用与草地植物生产力的变化进行了分析.结果发现：科尔沁沙地的土地沙漠化在经历了20世纪50—80年代中期的快速发展之后,80年代后期发生了逆转.在过去的50年中,西辽河径流量持续减小,1999年在西辽河中游的内蒙古自治区通辽市段断流;近20年来,位于科尔沁沙地腹地的西湖水位下降近10 m, 2001年干涸.科尔沁沙地草场的地上生物量由1937年的520 g·m^-2下降到2005年的197 g·m^-2.产生这种结果的主要原因是土地利用方式的变化,即基于灌溉的沙漠化治理规模的扩大和灌溉农田面积的增加,导致用水量增加.这也是科尔沁沙地实现土地沙漠化持续逆转面临的严峻挑战.