河岸带生态系统退化机制及其恢复研究进展

恢复和重建自然和人为干扰导致的退化河岸带生态系统是目前恢复生态学、流域生态学等学科研究的重要内容之一．对河岸带生态系统的干扰表现在河流水文特征改变、河岸带直接干扰和流域尺度干扰3个方面,分别具有不同的影响机制．河流水文特征改变通过改变河岸土壤湿度、氧化还原电位、生物生存环境以及沉积物传输规律对河岸带生态系统产生影响;河岸带直接干扰通过人类活动及外来物种入侵而直接影响河岸带植被多样性;流域尺度干扰则主要表现在河道刷深、河道淤积、河岸带地下水位降低和河流冲刷过程改变等．河岸带生态恢复评价对象包括河岸带生态系统各要素,评价指标已从单一的生态指标转向综合性指标．河岸带生态恢复应在景观或者流域尺度上进行考虑,识别对其影响的生物和物理过程以及导致其退化的干扰因子,通过植被重建与水文调控来进行．扩展研究尺度和研究对象及采用多学科的研究方法将是今后相关研究中的重要问题．     

北京东灵山地区地形土壤因子与植物群落关系研究

 地形与土壤因子是决定植物群落结构的主要因素,同时植物多样性在不同尺度上影响着景观中的流,植物、地形与土壤三者之间在不同尺度上密切联系,研究它们之间的关系对于了解生态系统功能过程非常重要。针对东灵山地区异质化景观现状,在小流域尺度上选取了76个20 m×20 m的样地进行调查,研究选取了16个指标,分别代表地形因子、植物群落与土壤性质。利用多元统计手段,对选取指标进行了主成分分析、聚类分析与典范相关分析。结果显示土壤、植被、地形因子三者相互影响：地形因子与土壤理化性质影响着植被的分布格局与群落结构,反过来群落因子也对土壤的理化因子产生较大的影响。土壤有机质含量是指示土壤肥力的一个敏感指标,3种不同肥力类型中,群落的层盖度与丰富度存在较大的差别,而决定其分布的地形特点也不相同。不同指标集团的典范相关分析表明,坡位主要影响乔木层盖度,海拔高度与全氮相关性密切,而乔木层物种丰富度与有机质含量关系密切。     

长江上游坡地景观特征对河流水质的影响

景观组成及景观格局特征决定了污染物的来源和地表景观的拦截消纳潜力,地表坡降会加剧土壤侵蚀,坡地景观特征是影响河流水质的重要因素。研究基于长江上游重庆段2015年水质监测数据和30 m空间分辨率土地利用数据,提取河岸带100 m、200 m、300 m、500 m、1000 m和子流域6种空间尺度上景观格局和景观组成,并进一步将景观组成分为总地类、缓坡地类和陡坡地类三种不同坡度尺度,再采用相关分析和冗余分析（RDA）等方法定量探讨了坡地景观特征（坡地景观组成、景观格局）对河流水质的多时空尺度影响。结果表明：坡地景观特征对2015年长江上游重庆段河流水质的影响具有空间尺度效应;坡地景观特征对河流水质的影响在河岸带尺度强于子流域尺度,其中关键尺度为河岸带100 m至300 m,最有效尺度为河岸带200 m。坡地景观特征影响水质的季节差异随空间尺度不同而变化,在河岸带100 m至300 m尺度为汛期强于非汛期,在河岸带1000 m尺度相反,在子流域尺度无季节差异。建设用地面积比与溶解氧（DO）和高锰酸盐指数（COD_Mn）正相关,耕地面积百分比与氨氮（NH₄⁺-N）参数正相关,两者为水质污染"源景观",且缓坡耕地对水质的解释率高于总地类耕地;林地与水质参数呈负相关,对缓解水质恶化具有积极作用;集聚度（COHESION）、聚合度（AI）指标与NH₄⁺-N参数及斑块密度（PD）、边缘密度（ED）与DO、COD_Mn参数均呈正相关。在集水区尤其是河岸带300 m范围内,严格把控建设用地污水收集与处理,种植河岸带防护林,采取横坡耕种方式,并通过优化景观结构（如种植植物篱）以增强景观拦截力以减少污染物的集中输出,从而改善河流水质。     

不同地貌条件下景观对河流水质的影响差异

景观对河流水质的影响在不同地区、不同空间尺度上存在差异。以赤水河流域为研究对象,根据地貌特征将研究区分为喀斯特地貌和非喀斯特地貌,在划分的29个子流域内采集测试水质数据,所选用的水质指标有溶解氧(DO)、电导率(EC)、总氮(TN)和总磷(TP),运用空间分析及数理统计方法,分析流域内不同地貌区景观之间的差异,探究不同空间尺度上景观与水质指标之间的关系。结果表明:(1)流域内景观组成以林地和灌草为主,建设用地和耕地次之,景观组成在不同地貌区各空间尺度上存在差异。建设用地和耕地对水质具有负面影响,且在碳酸盐岩地区更显著;林地对水质具有正面影响;灌草对水质的影响相对复杂。(2)流域内水质表现为碳酸盐岩地区优于碎屑岩地区。景观破碎化指数与总氮(TN)、总磷(TP)呈正相关,是水质变化的重要影响因素;景观聚集度指数与溶解氧(DO)呈正相关;景观破碎化指数和景观聚集度指数与电导率(EC)的关系在两个地区呈相反的结果。(3)不同地貌区景观对河流水质具有不同程度的影响。在两个地区,景观组成对河流水质解释能力最大空间尺度均为河岸带尺度,解释率分别为53.4%和59.1%;景观格局对河流水质解释能力最大的空间尺度在碳酸盐岩地区为河岸带尺度,解释率为62.9%,在碎屑岩地区为圆形缓冲区尺度,解释率为82.4%。因此,在不同地貌区应采取不同的景观优化措施以减少对流域水质的污染。     

黄土丘i陵小流域土壤水分的空间异质性及其影响因子

研究了黄土丘陵小流域土壤水分空间异质性的剖面及时间变化规律,从土壤水分与环境因子的关系分析人手,探讨了景观尺度上土壤水分空间异质性的影响因子.结果表明,黄土丘陵小流域土壤水分的平均值与空间异质性均呈现出明显的剖面变化与季节变化规律.土壤平均含水量从表土层开始,随着土层深度的增加而增高;空间异质性(变异系数)从亚表层开始增加.土壤含水量在降雨后立即升高随后逐渐降低;空间异质性却正好相反.方差分析与相关分析表明,土壤水分的空间异质性是立地尺度(坡度)、坡面尺度(坡位与相对高度)和流域尺度(土地利用与降雨)等多重尺度上的环境因子共同作用的结果.这些不同尺度的环境因子对土壤水分空间异质性的影响表现出明显的剖面变化规律与季节变化规律.     

太子河河岸带土壤理化性质特征及其与环境因子的关系

根据太子河河岸带69个样点的土壤分层调查, 研究了太子河河岸带土壤特征、空间格局及与环境因子的关系。研究结果表明:垂直剖面自上而下土壤含水率、土壤孔隙率、总磷、有机质和总氮含量显著减少, 容重、pH和有效磷在层间差异不显著。根据土壤理化性质, 将样点分为2类, 一类主要分布在太子河上游及某些支流上游, 该类土壤呈弱酸性, 有机质和总氮含量高, 另一类主要分布在太子河中下游, 该类土壤呈弱碱性, 有机质和总氮含量较低。利用冗余分析(RDA)识别影响土壤性质的环境因子, 结果表明海拔、年降水、年均温和距离河口的距离是影响土壤空间差异的主导因子。     

崇明岛不同土地利用类型河岸带土壤反硝化酶活性特征

以崇明岛河岸带为研究对象,采用乙炔抑制法,研究了不同土地利用类型河岸带(农田河岸带、林地河岸带、草地河岸带)土壤反硝化酶活性及其影响因素.结果表明：河岸带反硝化酶活性在(0.69±0.11)～(134.93±33.72) μg N·kg^-1·h^-1,不同土地类型河岸带土壤反硝化酶活性存在明显差异,整体趋势为林地河岸带>农田河岸带>草地河岸带.河岸带表层土壤(0～10 cm)反硝化酶活性与其他土层(10～30、30～50和50～70 cm)呈显著差异(P<0.05).反硝化酶活性与土壤有机碳、土壤全氮和土壤硝态氮呈极显著正相关关系(P<0.01).土地利用类型的变化主要通过改变河岸带土壤自然结构和理化性质、降低土壤有机质的积累、影响土壤氮素的转化,从而抑制河岸带土壤反硝化作用的发生.     

不同空间尺度景观特征对南流江水质的影响差异

流域景观特征决定了非点源污染物来源与地表景观削减消纳能力,但尚缺乏全流域不同空间尺度对二者关联性的认识。以广西北部湾南流江为例,分别在子流域、河岸缓冲带以及监测点圆形缓冲区三种尺度上,基于2020年Landsat 8 OLI遥感影像解译的土地利用类型特征,结合水质监测数据,运用数理统计和GIS空间分析方法,探讨了流域景观特征在不同空间尺度上对河流水质的影响。结果表明：(1)在子流域尺度,土地利用类型以林地为主,而在河岸缓冲带与监测点圆形缓冲区均以耕地为主;(2)水质指标高锰酸盐指数、生化需氧量与景观特征相关性最为显著,耕地、建设用地、其他用地和园地与其呈正相关,是南流江水质污染负荷的重要来源区;景观格局指数中,斑块密度、蔓延度指数、多样性指数、均匀度指数是引起河流水质指标变化的主要景观因子;(3)受流域内或不同子流域间景观特征差异,景观组成面积占比和景观格局指数均在河岸缓冲带尺度对水质状况影响最大,分别可解释57.0%和64.7%的水质指标变化;子流域尺度次之,圆形缓冲区尺度最小,且景观格局指数对水质状况的影响大于景观组成面积占比。建议在河岸带50 m范围内严格控制耕地面积,建设河岸缓...     

不同尺度因子对滦河流域大型底栖无脊椎动物群落的影响

通过2011年滦河流域38个河段大型底栖无脊椎动物采集,探讨了河段尺度和流域尺度环境因子对大型底栖无脊椎动物分布的影响。其中,河段尺度因子包括水体/底质特征、河岸带特征和水质,流域尺度因子包括采样位置、流域土地利用结构和缓冲区土地利用结构。RDA(冗余分析)结果表明,河段尺度影响大型底栖无脊椎动物分布的关键因子为:细粒物质比例、河岸带植被盖度、河岸带人类干扰程度、河岸带农田比例、水面宽度和河道改造程度,总解释量为42%;流域尺度影响大型底栖无脊椎动物分布的关键因子为:纬度、海拔、流域内耕地面积百分比和流域面积,总解释量为32%。研究结果表明,河段尺度因子比流域尺度因子对于指示大型底栖无脊椎动物分布更为重要,在环境因子监测中应给以更多的重视。     

不同空间尺度的景观格局对流溪河水质的影响

为探究不同空间尺度的景观格局对流溪河水质的影响,于2020年6月和2021年1月在流溪河干流15个采样点进行了水样的采集,测定了水温、溶解氧、pH、氨氮、硝态氮、硫酸盐和氯化物等水质指标。结合遥感解译所得的土地利用数据,提取了不同空间尺度(子流域和河岸带缓冲区)的景观格局指数,采用Bioenv分析、Mantle检验、方差分解和层次分割理论等方法揭示了景观格局对水质变化的影响。研究结果表明：氨氮是流溪河的主要污染物。土地利用结构与空间格局特征对水质的影响存在空间尺度效应。在100 m河岸带缓冲区,水域是影响水质的主要贡献源;而在其他空间尺度建设用地是影响水质的主要贡献源。在子流域尺度,林地和建设用地的斑块密度(PD指数)是影响水质变化的核心特征;而在河岸带缓冲区尺度,水域和建设用地的连通性(CONTAG指数)和林地的多样性(SHDI指数)是影响水质变化的关键特征。在各个空间尺度,土地利用与空间格局的交互作用对驱动水质变化起主导作用,尤其在1000 m河岸带缓冲区对水质的贡献率最高。因此,加强1000 m缓冲区尺度土地利用的管理和减少建设用地成片建设规划等对保护流域水质具有重要意义。     

黄土丘陵小流域土壤水分的空间异质性及其影响因子

研究了黄土丘陵小流域土壤水分空间异质性的剖面及时间变化规律，从土壤水分与环境因子的关系分析入手，探讨了景观尺度上土壤水分空间异质性的影响因子，结果表明，黄土丘陵小流域土壤水分的平均值与空间异质性均呈现出明显的剖面变化与季节变化规律，土壤平均含水量从表土层开始，随着土层深度的增加而增高；空间异质性（变异系数）从亚表层开始增加，土壤含水量在降雨后立即升高随后逐渐降低；空间异质性却正好相反，方差分析与相关分析表明，土壤水分的空间异质性是立地尺度（坡度），坡面尺度（坡位与相对高度）和流域尺度（土地利用与降雨）等多重尺度上的环境因子共同作用的结果，这些不同尺度的环境因子对土壤水分空间异质性的影响表现出明显的剖面变化规律与季节变化规律。     

东江河岸缓冲带景观格局变化对水体恢复的影响

以1998年,2006年的TM遥感影像数据为基础,利用地理系统软件Arc GIS对东江主干边缘做10km的缓冲区.以Fragstats为工具,利用景观指数从类型水平和景观水平上,分析河岸带景观格局变化.重点分析了各景观相关要素及景观整体对水体恢复的影响.结果表明:经过8a的变迁,东江水体斑块面积占河岸带景观面积的比例增加,水体连通性加强,破碎化程度有所下降,体现了在景观格局上流域水体有一定的恢复成效.河岸带区域中植被斑块面积增加,表明植被覆盖率增大,会有助于流域的水土保持;区域中耕地斑块面积在整个河岸带中的比例降低,对水体水质的污染会有减缓作用;整个河岸带景观破碎化程度有所下降,空间连通性相对增加.以上3种因素都会对水体的恢复起到促进作用.河岸带地区城市化水平加剧,这可以从建成地斑块面积增加,形状更加规则等景观格局特征看出,反映了人类干扰还在增强,无疑会对水体恢复造成不利影响.综合分析东江河岸缓冲带景观格局变化可以看出,东江河岸带水体恢复有一定成效,但是恢复的力度还有待加强,特别要注重植被质量的优化,改善植被的空间配置结构和种类搭配.城市规划中对建成地的选择要考虑河岸带的特殊性.水体的恢复要在景观水平上采取恢复措施,注重多因子的协调整合,改善流域尺度的景观格局配置.     

岷江上游高原植被类型与景观特征对土壤性质的影响

土壤空间异质性是土壤的重要属性之一采用地统计学的理论和方法与传统统计学原理,研究了青藏高原东缘高原面土壤性质的空间异质性及其理化因子和植被类型、景观位置的相关性。变异函数分析结果表明,土壤水分与养分元素具有明显的空间异质性由于植被类型与景观性质的影响,利用传统统计学方法,对研究的样地进行了分类统计,结果表明,植被类型与土壤养分之间的相关性很大,海拔高度也是影响养分与水分分布的一个重要因子,灌丛群落类型土壤质量指数高;不同坡位对养分的影响具有相同的趋势,对于不同海拔的地貌来说,丘陵组下坡位>上坡位>中坡位,而低山组为下坡位>中坡位>上坡位;坡面尺度上土壤养分的空间变异受景观性质与生态系统类型的综合影响。     

基于GWR模型的伊河流域土壤有机碳空间分布特征及影响因素分析

土壤有机碳作为陆地碳库主体,其分布特征及与驱动因素的空间关系对土壤碳周转过程有重大影响。通过野外调查、采样和室内分析,基于地理加权回归（GWR）模型结合9个环境和土壤变量,建模分析伊河流域土壤有机碳空间分布状况,以及影响其分布的主要因素。研究发现,流域表层土壤有机碳在3.37-38.34 g/kg之间,上、中、下游有机碳分布存在空间差异,其中上游差异最大,下游差异最小。相关分析表明,有机碳与土壤理化性质相关性显著,与年平均气温以外的环境因子相关性不显著。GWR模型较好地预测了伊河流域土壤有机碳空间分布,局部决定系数在0.49-0.64之间,自下游到上游,决定系数逐步升高,对上游的预测精度最高。分析发现,在海拔较高的中上游区域,土壤有机碳含量主要受立地环境、成土母质和地表覆盖的影响;在中上游低山丘陵区,人类活动和环境因素共同影响了土壤有机碳含量;在中下游平原区农业活动和化肥投入是造成土壤有机碳含量较高的主要因素。研究揭示了各因素对有机碳影响的空间分异特征,可为伊河流域土壤生态系统的合理发展和管理提供依据。     

蚂蚁扰动对土壤有机碳循环过程的影响研究进展

蚂蚁作为生态系统的消费者和分解者,其对土壤有机碳库的影响一直是学术界研究的热点。目前研究主要从蚂蚁对土壤宏量元素储量、理化性质、微生物群落活动等方面探究蚂蚁对土壤有机碳库的影响。本文综述了蚂蚁扰动对土壤有机碳循环过程特征的影响。蚂蚁筑巢改变了蚁穴土壤的微生境、微气候与土壤理化性质,并通过重构土壤微生物群落结构特征、调控地表植被演替过程与格局等方式,直接或间接的影响蚁巢中土壤有机碳来源、碳库分配过程、有机碳库稳定性、有机质微观分子特征等,在微域、局地乃至景观尺度上影响土壤有机碳的循环过程。未来研究应着重从量化蚂蚁扰动及其导致的环境因子波动对土壤碳通量变化的贡献、建立定量模型联系并统一蚂蚁影响下土壤碳循环过程、厘清蚂蚁影响土壤有机碳库稳定性的机制等方面开展深入研究,揭示蚂蚁作为“生态工程师”在调控土壤碳循环过程中的作用机制。     

全球和生物群系尺度土壤有机碳分布控制因子及其分异规律

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳库的核心组成部分,其动态平衡受气候、土壤、植被、地形及人类活动等的影响,但在不同的空间尺度上,这些影响因素的相对重要性和差异还不明确。为阐明不同尺度和不同土层深度土壤有机碳密度(SOCd,kg/m³土壤)的环境影响因子差异,选用全球113571个土壤剖面SOCd测量数据以及38个环境协变量数据,利用数据挖掘方法,分析了全球尺度和生物群系尺度不同土层深度SOCd的控制因子,并量化了空间自相关对相关结果的影响。研究结果表明:仅空间自相关就能解释全球尺度不同土壤深度13%-20%的SOCd空间变异,但是随土壤深度的增加,空间自相关的解释率降低。在剔除空间自相关的影响后,分析结果表明:全球尺度上,气候因素对SOCd空间变异的解释率最高,但只能解释17%-20%,这种解释率在不同土层之间没有显著差异。在生物群系尺度上,除北方森林地区,气候因素能够解释SOCd空间变异的24%-37%;而在北方森林地区,地形是影响SOCd空间变异的重要因素,对SOCd的解释率为21%-43%。这些结果表明,SOCd的控制因子在不同的尺度上明显不同。无论是在全球尺度上,还是生物群系尺度上,如果不考虑空间自相关,地形的影响会被低估,其他环境因素的影响被严重高估。为了准确计算全球与生物群系尺度上各土层SOCd分布的控制因子及其分异情况,空间自相关必须被考虑。     

土地利用变化对挠力河流域可溶性有机碳输出的影响

采用野外采样、室内分析、GIS及统计分析相结合的方法,研究了挠力河流域河水可溶性有机碳（DOC）浓度的季节性动态,以及年均尺度上全流域、100 m河岸带土地利用变化对河水DOC输出的影响.结果表明： 基流状态下,河水DOC浓度在春季、夏季显著高于秋季;有湿地存在的子流域DOC浓度的季节性动态与无湿地存在的子流域存在显著差异,且有湿地存在的子流域中DOC浓度的季节性变异与整个流域的趋势一致;年均尺度上,DOC浓度与全流域湿地以及100 m河岸带范围内的水田面积百分比呈显著正相关,而与全流域尺度的林地百分比呈显著负相关（P<0.05）.表明湿地的存在是影响挠力河流域河水DOC季节性变异的重要因素;全流域的湿地以及100 m河岸带范围内的水田对其具有显著的促进作用,而林地对其有显著的减缓效应,流域过去几十年的土地利用变化改变了河水DOC的平衡状况.     

枯落物输入改变对森林生态系统土壤理化性质的影响

枯落物输入改变是影响森林生态系统土壤理化性质的一个重要因素,探究其对土壤理化性质的影响对了解和保护森林生态系统的稳定性至关重要。为探究森林生态系统土壤理化性质对枯落物输入改变的响应,对国内外已发表的研究论文中筛选出712组有效数据通过Meta分析,从枯落物输入改变、气候、海拔、林分类型、处理年限等因素揭示枯落物输入对土壤理化性质的影响程度。研究结果表明：枯落物添加使土壤pH降低2.22%;土壤含水量、有机碳、全氮、铵态氮分别提高3.99%、15.9%、9.82%和16.52%;枯落物去除使土壤含水量、pH、有机碳、全氮、C/N、铵态氮分别降低8.16%、4.02%、6.47%、5.09%、10.55%和8.86%。枯落物输入改变对土壤理化性质的影响还受到气候、海拔、林分类型、处理年限等因素的调控。在枯落物输入改变条件下,气候、海拔、林分类型、处理年限等因素对土壤含水量、有机碳、全氮、铵态氮均有显著的促进作用;海拔对土壤pH产生了显著的促进作用,而林分类型对土壤pH产生了抑制作用。同时得出枯落物输入改变条件下,年均温是土壤pH的主要调控因子,年均降水量是土壤含水量的主要调控因子;海拔是土...     

坡位对东灵山辽东栎林土壤微生物量的影响

土壤微生物量是陆地生态系统中的重要组成部分,在森林生态系统养分循环和能量转化中扮演着重要的角色。坡位作为重要的地形因子,会影响土壤微环境、土壤理化性质、地上植被的生长以及地下碳输入等,从而影响着土壤微生物量。以北京东灵山海拔1000—1800 m范围内分布的辽东栎林为研究对象,分析相同植被群落中坡位对土壤微生物量空间分布的影响。方差分析结果表明,土壤微生物量碳、氮在各坡位间均无显著差异(P>0.05),而土壤理化性质在各坡位间差异显著(P<0.05),其中,下坡位的土壤含水量、土壤有机碳、土壤全氮显著高于中坡位和上坡位。偏相关分析结果表明,土壤微生物量碳、氮与土壤含水量、土壤有机碳和土壤全氮显著正相关(P<0.05),与草本丰富度显著负相关(P<0.05)。进一步的通径分析结果表明,在上坡位和中坡位,土壤含水量和土壤有机碳是主要的影响因素;而在下坡位,草本丰富度对土壤微生物量的负作用凸显。不同坡位上影响因素的差异可能是导致土壤微生物量在不同坡位间无显著差异的原因。     

太湖流域上游竹林河岸带土壤反硝化酶活性及其影响因素

本研究以太湖流域上游竹林河岸带为对象,采用乙炔抑制法分析了夏季河岸带土壤反硝化酶活性(DEA)及其影响因素,以期为竹林河岸带在减少河流氮污染方面的生态功能评估提供数据支持。结果表明: 河岸带土壤DEA为6.32～23.22 μg N·kg^-1·h^-1,平均值为14.65 μg N·kg^-1·h^-1。河岸带土壤有机碳(SOC)、总氮、硝态氮含量、含水量和碳氮水解酶活性共同影响着DEA的垂直分布,使DEA随土壤深度(0～40 cm)的增加而递减;而DEA在水平方向上(同一土壤深度离水距离不同)的变化主要受SOC含量的影响。太湖流域上游竹林河岸带土壤在夏季可能会由于缺乏相对充足的可溶性有机碳而对DEA产生一定的限制。