空间尺度对地形异质性-物种多样性关系的影响:粒度和幅度

空间尺度是影响我们理解生态学格局和过程的关键因素.目前已有多种关于物种多样性分布格局形成机制的假说且研究者未达成共识,原因之一是空间尺度对物种多样性分布格局的环境影响因子的解释力和相对重要性有重要影响.地形异质性是物种多样性分布格局的重要影响因素.本文综述了在地形异质性-物种多样性关系的研究中,不同空间粒度和幅度对研究...     

荒漠区植被对地下水埋深响应研究进展

荒漠区植被包括以旱生植物为主的荒漠植被和以中生植物为主的荒漠河岸林。综述了荒漠区植被对地下水埋深在个体、种群、群落以及斑块尺度上响应的研究成果,指出:荒漠区植物对地下水埋深的响应并不是简单的线性关系,而是植物适应气候、土壤、地下水等环境因素综合作用的结果,应在地下水与植被达到平衡态的基础上充分考虑生境土壤异质性、植被可塑性并采用长期定位和控制试验相结合的方法进行综合研究。强调在今后的研究中,加强同位素示踪技术和高光谱遥感技术的应用,开展植物水力提升及其机理研究;加强荒漠区植被对地下水响应机理研究特别是微观尺度(分子水平)和响应过程长期定位研究;重视植被响应地下水位波动和水质变化的研究;强化在景观尺度和生态系统尺度集成研究,以便为管理包括地下水在内的荒漠生态系统提供依据。     

地面测量与ASTER影像综合计算植被盖度

选择我国北方温带典型草原作为研究对象,在研究区内分别针对植被盖度是高、中、低的地区随机选取49块样地,在每块样地内采用嵌套的方式作样方,样方尺度有60、30、15m3个尺度,嵌套的方式是60m的样方嵌套30m的样方,30m的样方嵌套15m的样方。15m的样方内作3个1m的样方,30m的样方内作5个1m的样方,60m的样方内作10个1m的样方。对于每个1m的样方,采用将数码相机架设在离草本层2m高的位置,垂直对样方进行拍摄,并记录影像的方式估计植被盖度。基于以上地面实测数据以及ASTER遥感数据,建立植被盖度经验模型。模型建立的步骤主要包括以下内容：（1）利用植被盖度信息提取模型计算野外实测的各张数码相片的植被盖度值,在15、30m以及60m3个样方尺度上计算各样方的植被盖度;（2）计算ASTER数据的各种植被指数（RVI,NDVI,NDGI）;（3）将地面样方与相应的ASTER影像像元在不同的尺度上相匹配。（4）基于某一样方尺度,计算与地面样方相对应区域内的ASTER影像像元植被指数的中值。（5）基于该样方尺度,建立地面实测植被盖度值与ASTER数据植被指数值之间的回归模型;（6）对回归模型进行显著性检验。在建立经验模型的过程中,研究植被指数（NDVI、NDGI以及RVI）与植被盖度的相关性以及地面样方尺度对经验模型的影响。此外,还将经验模型与目前广泛使用的亚像元分解模型作比较,检验亚像元分解模型在中国北方温带典型草原的适用性。结果表明,（1）对于中国北方典型草原区而言,利用植被指数NDVI监测草地的植被盖度是比较适宜的,它优于植被指数RVI,也比植被指数NDGI的效果好。（2）地面样方尺度的选择对于植被盖度经验模型的建立有很大的影响。就中国北方典型草原区来看,在地面作大样方,取其中值的方法在一定程度上可以克服由于地面的测量和遥感测量之间发生空间错配而产生的影响,有利于提高植被指数与植被盖度之间相关系数的显著水平。（3）60m×60m的样方尺度,基于NDVI的植被盖度经验模型相比,利用亚像元分解模型估测中国北方温带典型草原植被盖度的精度低于前者。     

武夷山常绿阔叶林空间结构参数分布特征

基于武夷山9.6hm~2常绿阔叶林动态监测样地调查资料,采用角尺度、大小比数、混交度等空间结构参数分析其群落乔木层内部空间结构特征,阐述群落结构的形成与维持机制。结果表明,该样地乔木层以随机分布为主,聚集分布为辅;树种混交度也极高,具有很强的物种异质性;树种的优劣程度参差不齐,整体处于中庸的生长状态。样地呈强度混交的轻度聚集分布格局。前10位优势树种均呈集聚分布,且它们的树种混交程度都极高。木荷、甜槠等喜阳植物在乔木上层占有一定的生长优势;随着林内微环境的不断改变,赤楠、格药柃等喜阴植物开始在乔木下层广布繁殖,并占据有利地位,这不仅提高了该区域的物种混交程度,还大大增加了该生境中的物种多样性,有助于群落形成较为稳定的动态结构。同时,该样地当前以中、幼龄树木居多,暂未有建群种出现,可能正处于演替中后期。只有角尺度和混交度这两个参数间存在着极显著负相关,说明当一个样地内的树种混交程度越高,物种多样性越大,其空间分布也就越密集,反之亦然。     

景观格局与植物多样性的关系及其空间尺度效应——以浑善达克沙地为例

景观格局是植物多样性的重要影响因素,为了探明沙地景观格局与植物多样性的关系及其空间尺度效应,以浑善达克沙地腹地为研究区,采用样方法进行植物群落学调查,基于GIS和遥感分析技术,分析景观格局指数,计算了10个尺度(100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000m)下33个景观格局指数,利用双变量相关性分析法筛选出不同尺度下与植物多样性显著相关的指数;运用逐步回归的方法识别不同尺度下对植物多样性贡献显著的景观格局指数,并进行拟合检验。研究结果表明:景观格局指数对物种多样性影响具有显著的尺度依赖性。在所有空间尺度,景观格局指数主要对Shannon多样性指数和β指数影响较大;在100m尺度下,Shannon指数逐步回归R~2值达到最大(0.138);β指数在900m尺度下R2值达到最大值(0.2)。拟合检验发现,在500m尺度下,均匀度指数、Shannon多样性指数和β多样性指数实测值和预测值拟合均达到显著水平(P0.05),故认为500m尺度下,景观格局对植物多样性影响较大。因此,在不同尺度下管理和保护沙地植物多样性,应综合考虑景观格局指数的尺度效应,根据需要建立和优化有利于植物多样性的景观格局。     

林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物量和功能多样性的影响

微生物活性是影响土壤碳循环等地下生态系统过程的重要因素。以徐州市侧柏(Platycladus orientalis(L.)Franco)人工林为研究对象,以未受干扰的侧柏林为对照(CK),设置半径分别为4、8、12m的3种尺度近圆形林窗,从林窗边缘(D1)到距林缘4m(D2)及8m处林下(D3)水平梯度上分析土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和代谢功能多样性的变化。结果表明:1)与CK相比,林窗样地土壤MBC总体降低,MBN含量显著下降(P0.05),MBC/MBN显著上升(P0.05)。在3种尺度林窗中,MBC在大林窗偏小,MBN在小林窗偏小;MBC/MBN总体上随林窗尺度增大而减小。2)与CK相比,大中林窗降低了土壤微生物代谢活性(AWCD),小林窗变化不大。从D1到D3点,小林窗的AWCD先降后升,中林窗呈上升趋势,大林窗则相反。而且林窗降低了土壤微生物对各类碳源的利用,主要利用聚合物类和氨基酸类碳源,中林窗样点对碳水化合物和氨基酸类小分子碳源的利用最低。3)林窗总体提高了土壤微生物功能多样性,其中多样性(H')、丰富度(S)和均匀度(E)3个指数在各点之间均无显著差异,小林窗和CK的优势度指数(D_s)显著大于(P0.05)大林窗。侧柏林人工林窗对土壤微生物量和功能多样性的影响有着明显的尺度和位置梯度效应,林窗有望促进侧柏林土壤碳固持和大分子物质降解,提高其应对全球气候变化的能力,综合而言,中尺度林窗对侧柏林生态功能的发挥较为有利。     

林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物生物量碳氮的短期影响

为了明晰林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物生物量碳氮的短期影响,以徐州市50年生侧柏人工林为研究对象,探讨了开设林窗2a后3种林窗尺度(半径分别为4m,S林窗;8m,M林窗;12m,L林窗)和位置(林窗内、林缘和林窗外部)对土壤微生物生物量碳氮(MBC,Microbial Biomass Carbon;MBN,Microbial Biomass Nitrogen)的影响。结果表明:(1)与对照样地相比,L林窗显著提高了春季(207.1mg/kg)和夏季(169.5mg/kg)林窗外部的土壤MBN含量;M林窗显著提高了春季林窗内部(2959.3mg/kg)和林缘(3008.8mg/kg)位置土壤MBC含量和林缘位置(207.7mg/kg)土壤MBN含量,且显著提高了夏季林窗内部(144.4mg/kg)土壤MBN含量;S林窗显著降低了春季林窗外部和林缘位置土壤MBC(分别为2159.2mg/kg和1955.1mg/kg)和MBN(分别为153.1mg/kg和131.3mg/kg)含量。(2)土壤MBC含量与土壤全碳和土壤可溶性有机碳(DOC)含量呈极显著(P0.01)正相关,与土壤温度呈极显著负相关(在3—27℃之间);土壤MBN含量与土壤含水量和DOC含量呈极显著正相关,与土壤全碳呈显著正相关;土壤MBC和MBN含量与凋落物量没有显著相关关系。本研究中,相对于S和L林窗,M林窗对土壤微生物生物量的提高作用较为明显,可促进侧柏人工林土壤碳氮循环过程,在徐州侧柏人工林中开设M林窗有利于提高土壤肥力和林木生长。     

秦王川盐沼湿地角果碱蓬种群聚集分布格局与特征

植物种群的多尺度集聚与聚块特征变化是植物对环境协同适应的结果。运用成对相关函数与零模型方法,依据微地形的土壤盐分分布规律设置4个样地,在2 m×2 m的样方内设置400个小格子记录植物株数并取土样,分析了兰州秦王川盐沼湿地土壤盐分梯度下角果碱蓬种群(Suaeda corniculata)种群空间格局的集聚分布内在特征。结果表明:角果碱蓬种群集聚分布范围内呈现2个关键尺度的集聚现象,小尺寸聚块的集聚或叠加形成复合大尺度聚集,整体表现为嵌套双聚块分布;随着土壤盐分递减,种群集群分布中大聚块尺寸趋于增大,小聚块尺寸差异不明显;大尺寸聚块的数量明显减少,小聚块数量随种群植株数量变化,整个梯度呈现降低趋势;小聚块中植株个体平均数逐渐减少,复合大聚块中包含小尺度聚块平均数量呈降低趋势。内陆盐沼湿地土壤环境异质性背景下角果碱蓬种群集群分布中聚块特征的梯度变化,是植株个体形态与构成的调整适应,种群正负向生态关系、庇护与自疏效应梯度转换的结果。     

桂西北喀斯特常绿落叶阔叶混交林物种多样性分布格局的尺度效应

物种多样性的空间分布格局及其与尺度的关系研究对于了解群落物种多样性形成机制具有重要意义。为了探讨喀斯特地区物种多样性空间分布格局的尺度效应,以喀斯特常绿落叶阔叶混交林25 hm~2样地的(胸径DBH≥1)木本植物为研究对象,分析了6个空间尺度(5 m×5 m,10 m×10 m,20 m×20 m,50 m×50 m,100 m×100 m,250 m×250 m)上的多度、物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及Pielou均匀度指数的变化规律。结果表明:物种多样性指数的空间分布均表现出较高的空间异质性;物种多样性指数的方差随取样尺度增加呈现单峰分布特征,并且在100 m×100 m尺度上达到最大值;物种多样性指数的变异系数随尺度的增加呈线性下降趋势,其中,Shannon-Wiener指数、Simpson指数以及Pielou均匀度指数均在5 m×5 m至20 m×20 m尺度上明显减小;在大于50 m×50 m的尺度上,物种丰富度与多度的正相关性不显著(P0.05)。喀斯特常绿落叶阔叶混交林物种多样性的空间分布格局与不同空间尺度密切相关,深入解析物种多样性随空间尺度的变化模式,需要在类似的森林生态系统做更多的研究。     

京津冀城市群能源供需与城市化的关系模式

城镇化发展加剧了城市对能源的消耗,进而加剧了能源供需不平衡,这种不平衡已经成为限制城镇化发展的重要因素。目前,城市群作为我国城镇化发展的重要形式,充分发挥城市群的协同效应以减缓能源供需矛盾,对实现区域可持续发展具有重要意义。研究以京津冀城市群为例,从地级市尺度系统地核算了2001—2015年能源供应和需求量,并采用ward聚类方法划分3种不同类型的能源供求特征,并分析了每种类型的能源供需特征差异。同时,以能源供需比值表示供需差异并进行了比较。在此基础上,采用多指标综合分析方法进一步探讨了能源供需与城市化的关系模式。结果表明:(1)京津冀城市群不同城市能源的供求特征及变化存在明显的时空差异。一方面,从能源供给特征来看,年平均能源生产量较高的城市(天津市)能源产量由上升转变为平缓变化趋势,而低产城市(石家庄市)呈不稳定的变化趋势,两类城市平均能源产量相差2497.66万t标准煤;另一方面,从能源需求特征来看,北京、天津市等能源高耗城市能源消费近年来趋于下降趋势,而低耗型城市(沧州市)近年来呈波动变化,二者平均差值为4752.49万t标准煤;(2)基于能源供需比值,京津冀城市群所有城市均表现为能源供不应求,且不同城市能源供需缺口差异明显。其中,天津市能源供给能力最强,但其生产量却不及自身消费量的65%,而供给能力相对最弱的城市保定市,其能源需求几乎完全依赖外部能源供给;(3)城市能源供需与城市化水平之间关系不完全一致。研究对能源供需模式与城市化模式不一致的城市,划分了先进型和滞后型两种关系模式。对于先进型的城市,主要有北京市、沧州市和廊坊市,它们的城市化水平相对较高,分析认为其能源开发利用相对集约;而属于滞后型的城市,包括唐山市、邯郸市和邢台市,其城市化水平偏低,分析认为这类城市能源开发利用效率低、发展方式相对粗放,是城市群能源效率提升的重点。本研究旨在为今后的城市群能源规划提供科学依据,建议北京市等能源相对集约型城市带动唐山市等发展方式粗放、落后的城市,以提高京津冀城市群整体的能源效率。