长白山森林／沼泽生态交错带群落和环境梯度分析

揭示了森林－沼泽过渡带群落的结构、生产力、植物多样性等群落梯度和交错环境梯度的相关规律,并结合交错区环境梯度分析这些群落特征形成机制,为维持、保护与经营管理这一交错带生物资源提供了理论依据。将长白山地区森林和高、中、低位沼泽所形成的三大类型过渡带研究对象,采用样带网格的调查方法,并应用系统软件分析方法建立了经验回归模型,研究了森林／沼泽生态交错带群落的种类组成、群落建群种径级结构与年龄结构、植物多样性、群落生产力及其随生态交错带环境梯度变化趋势。结果表明,森林／沼泽生态交错带群落结构特征、植物多样性、群落生产力均随着交错带环境梯度的变化而呈现有规律的分布格局,沿着沼泽至森林方向的交错区环境梯度,群落建种种发生更替现象;群落种类数目呈现指数递增趋势;群落的径级结构呈现双曲线分布规律性;年龄结构一般呈三次式分布规律;揿样性呈二次式梯增分布趋势;群落生物量均呈现三次函数曲线递增趋势,表现出群落梯度和环境梯度的高度相关性。     

生态交错带宽度判定及其影响因子研究进展

生态交错带是相邻生态系统之间的过渡带,是生态系统结构和功能在时、空尺度上变化较快的区域,也是生物多样性丰富区、全球变化敏感区.生态交错带位置和宽度的判定是定量研究交错带生态过程的基础,对生物多样性保护、片断化森林生态系统的管理与恢复以及自然保护区的功能分区都具有重要意义.由于生态交错带本身的复杂性,在相当程度上依赖于尺度水平,并受到各种自然和人为因素的影响,以致于目前还缺乏公认的原理和方法定量研究生态交错带,对其位置、宽度判定和动态变化研究一直处于不断的探索中.在分析大量相关研究资料的基础上,文章对生态交错带宽度判定方法以及影响因子进行论述,并对生态交错带宽度判定的研究前景进行展望.     

岩白菜（虎耳草科）不同海拔居群的繁殖分配

资源分配策略是植物生活史研究的重要内容之一,植物用于繁殖的相对资源比例（即繁殖分配）与植株的生活史特征、个体大小及植株的生境密切相关。本文研究了藏东南色季拉山一个阴坡上海拔4200m～4640m范围内6个不同居群的虎耳草科多年生草本植物岩白菜（Bergenia purpurascens）的繁殖分配特征,结果发现：（1）繁殖器官生物量、营养器官生物量、地上部分总生物量、花数目、花序轴长度均随海拔的升高而显著降低,而叶数目随海拔变化不大,繁殖分配值则先降低后升高,转折点在林线过渡带（海拔4400m）处;（2）各居群（海拔4300m居群除外）营养器官生物量与繁殖器官生物量均显著正相关,而营养器官生物量与繁殖分配则负相关,但各居群的显著性不同;（3）各居群繁殖器官生物量与植株个体大小（营养器官生物量）呈不同程度的异速增长,而繁殖分配则与植株个体大小负相关;（4）各居群植株都存在一个繁殖所需的个体大小阈值,而且这一阈值在林线以下区域随海拔的升高而显著增大,在林线以上区域变化不显著。研究结果表明,海拔并不是影响岩白菜繁殖分配策略的唯一生态因子,不同居群的生境状况和植株个体大小都与其资源分配策略密切相关,高山地区林线的存在对植物资源的权衡方式会产生巨大影响。     

高山林线变化的更新受限机制研究进展

全球林线位置对气候变暖的响应表现为上升、无变化或下降等截然不同趋势,表明影响林线位置及动态的因子十分复杂,除了较普遍认为的低温调控机制外,还存在其它控制林线位置变化的机制。林线向上迁移开始于种子向林线以上的传播及幼苗在林线以上的定居,这些过程中的限制因子均会影响林线的位移,因此研究更新过程及其限制因子对理解高山林线对气候变化的响应具有重要的科学意义。主要从种子和幼苗两个关键阶段综述高山林线森林更新的研究进展。在种子阶段,夏季积温不足导致种子产量和活力下降,风速过低和浓密灌丛限制种子向林线以上传播,近地表的霜冻/水分胁迫和灌木释放的化感物质会阻碍种子在林线以上萌发。在幼苗阶段,除冬季低温外,生长季内较大的温度日振幅和偶然出现的冻害事件也是导致幼苗死亡的重要原因,而低温环境下的强烈光照引起的低温光抑制会显著降低生长季的光合作用;土壤低温、由土壤温度昼夜变化引起的冻举事件、夏季土壤干旱可能会导致幼苗光合作用下降和死亡率上升;积雪太浅会导致生长季早期幼苗水分供应的严重缺乏,但积雪太深会导致幼苗感染真菌的可能性增加;浓密的灌木和草本植物以及植食动物的啃食也会降低林线以上的幼苗存活率。气候变暖对林线幼苗定居的影响复杂且具有很大不确定性,需要进一步研究气候变暖导致的环境因子变化对林线更新各关键阶段的影响。未来气候变暖无疑会导致生长季起始日提前,结束日推迟,这很可能会增加生长季期间尤其是早期的低温冻害事件,对高山林线树种幼苗的存活具有重要影响。在未来研究中,需要找出定义生长季冻害事件的温度阈值,利用长期气象观测数据分析增温背景下生长季早期冻害事件特征的变化趋势,并进一步开展野外模拟增温实验以深刻理解林线树种的种子萌发和幼苗定居与生长季冻害事件的关系,加强对不同地区林线树种的繁殖策略研究,这将有助于人们进一步理解不同区域林线的形成机制并预测未来气候变化条件下林线的动态变化趋势。     

青藏高原东北部不同降水梯度下高山林线祁连圆柏径向生长与气候关系的比较

为了了解青藏高原东北部不同降水梯度下, 高山林线处的树木径向生长与气候关系是否存在差异, 在青海东北部从西北到东南沿降水梯度设置3个高山林线采样点: 乌兰县哈里哈图国家森林公园(HL, 年降水量217 mm)、都兰县曲什岗(QS, 281 mm)和同德县河北林场(HB, 470 mm), 运用树轮年轮学方法分析林线优势种祁连圆柏(Sabina przewalskii)的径向生长-气候关系随降水梯度的变化规律。结果表明: 不同降水梯度下, 降水对祁连圆柏径向生长的限制作用差异不明显, 但温度对祁连圆柏径向生长的影响存在显著差异。在低降水区域(HL), 冬、夏季最低气温主要限制祁连圆柏径向生长, 并且在不同气候特征年中无明显变化; 在中降水区域(QS), 祁连圆柏的径向生长明显受冬季最低气温影响, 与低降水区域相比, 春、夏季最低气温对祁连圆柏径向生长的限制作用减弱, 并且主要限制因子在不同气候特征年存在显著变化; 在高降水区域(HB), 冬、夏季最低气温对祁连圆柏径向生长的限制作用不显著, 而春、秋季最低气温对祁连圆柏径向生长的抑制作用显著增加, 并且主要集中在高温年和干旱年。该研究结果并未支持干旱(湿润)区高山林线树木径向生长主要由水分(温度)限制的假说, 但是林线处降水量会影响树木生长与温度的关系。随着青藏高原东北部暖湿化加剧, 不同地区林线处树木生长的气候限制因子可能存在复杂化趋势。     

生态交错带的定量判定

生态过渡性是梯度环境的特征之一,过渡带的显著性是地理学和地植物学中长期争论的重要问题,生态交错带位置和宽度的判定是定量研究交错带生态学过程的基础。样带法是采集非连续梯度数据和研究交错带的结构,功能和格局梯度变化的有效方法。生态交错带变化最为显著的特征是植被的变化,包括植物种类组成和植被结构的变化,植被生态学群落分析中的相异系数,β多样性,梯度分析和分类排序技术等已被证明是成熟可靠的方法。介绍两种交错带定量判定的有效方法。游动分割窗技术是通过滑动求取样带上样点间相异系数,通过相异系数变化曲线判定交错带的位置和宽度。分割窗技术提供了敏感地定位非连续梯度的客观且有效的方法,它不仅可用于环境梯度上的等距离样点取样,而且可用于非等距离梯度带多元变量的分析。植被的特征是对生态环境连续体的综合反应,植被在环境梯度上的排序参数提供了一种较好的交错带定量指标,样带植被数据特征参数的变异轮廓图能够反应植被沿样带的物种组成,结构和空间变化格局,可以反应植被沿环境梯度的β多样性和植物群落的梯度分化,植被变异侧面轮廓图的间断或不连续（突变）区间就是群落边界的位置。     

生态交错带与生物多样性

自从生态交错带提出以来,许多生态学家对它与生物多样性之间的关系进行了研究,大量的事实显示出生态交错带富于生物多样性,但一些数据也相当模糊。生态交错带的管理和生物多样性保护是一项有意义而紧迫的工作     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用类型土壤呼吸季节变化及其环境驱动

以黄土高原水蚀风蚀交错区神木县六道沟小流域为研究区,采用动态密闭气室法对植物生长季节（2007年5～10月）5种土地利用方式的土壤呼吸速率进行了测定,并结合水热因子,对不同土地利用方式间土壤呼吸速率的差异性以及其和温度、含水量之间的关系进行了分析。结果表明：5种土地利用类型土壤呼吸速率季节性变化均呈现单峰型曲线,与气温变化趋势一致,其7、8月份土壤呼吸速率均显著高于其它月份（P〈0.05）;生长季节土壤CO2平均释放速率顺序为：长芒草地〉苜蓿地〉柠条地〉农地〉沙柳地,草地在生长前期和旺盛期土壤呼吸强度均显著高于农地和灌木林地;除沙柳地和苜蓿地以外,在土壤呼吸与所有温度指标的关系中,与10cm深度的土壤温度相关性最好,且除沙柳地外,其它4种土地利用类型均与之达到显著相关;农地土壤呼吸对温度的响应最敏感（Q10值为2.20）,除沙柳地（Q10值为1.48）外,其它4种土地利用类型Q10值均在2.0左右,接近于全球Q10的平均水平;通过Van’t Hoff模型估算,2007年植物整个生长季节（5～10月份）,5种土地利用类型土壤呼吸量从高到低依次为：苜蓿地259gC·m^-2,长芒草地236gC·m^-2,柠条地226gC·m^-2,农地170gC·m^-2,沙柳地94gC·m^-2;水分对农地和沙柳地的土壤呼吸影响不大;长芒草地、柠条地和苜蓿地土壤呼吸的双变量模型关系显著（P〈0.05）,比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。     

川西亚高山林线岷江冷杉和红杉对气候变化的响应

为揭示川西亚高山林线优势树种岷江冷杉（Abies fargesii var.faxoniana）和红杉（Larix potaninii）径向生长对气候变化的响应差异。通过树木年轮生态学的方法,研究了岷江冷杉和红杉径向生长与年均温的分异现象、生长衰退以及应对严重干旱事件的抵抗力和恢复力稳定性,并结合限制岷江冷杉和红杉径向生长的主要气候因素进行了分析。结果表明：（1）温度是限制林线岷江冷杉径向生长的主要气候因素,而限制红杉径向生长的主要气候因素是降水;（2）岷江冷杉的径向生长与年平均温度的变化趋势一致,红杉在20世纪90年代后径向生长呈现出下降的趋势,与年均温的升高出现分异;（3）1800-2019年间,岷江冷杉出现生长衰退2次,红杉出现生长衰退5次,相同的时间内,红杉的衰退频率高于岷江冷杉;（4）岷江冷杉对严重干旱事件的恢复力相比升温前有所增强,抵抗力相比升温前下降明显,红杉对严重干旱事件的抵抗力和恢复力相比升温前均呈现出下降的趋势。可为川西亚高山林线的植被动态变化预测和历史区域气候重建提供参考。     

川西云杉幼苗非结构性碳水化合物对土壤温度和水分变化的响应

选取5年生川西云杉（Picea balfouriana）幼苗作为试验材料,于生长季模拟土壤温度和水分变化,研究不同土壤温度和水分处理对幼苗各器官生物量和非结构性碳水化合物（NSC）浓度的影响,以期加深对高海拔树木碳水化合物生理的理解,并为全球气候变化下植物的生理生态响应和动态变迁研究提供基础数据。于人工气候室内采用嵌套设计,设置5个土壤温度梯度（2、7、12、17、22℃）,每个温度处理下3个土壤水分处理（干旱处理、正常水分含量处理、饱和水分含量处理）。每9株幼苗为同一个处理,共135株幼苗。试验处理4个月后,测定幼苗各器官生物量、可溶性糖、淀粉和NSC浓度。土壤温度对幼苗总生物量无显著影响,但土壤低温显著降低了根生物量和根冠比;干旱和饱和水分胁迫在较高的土壤温度处理下显著降低了根生物量和根冠比。随着土壤温度降低,各器官可溶性糖、淀粉和NSC浓度并未降低,反而呈现出升高或不变的趋势。。在土壤低温处理下（2和7℃）干旱显著降低了当年生叶的淀粉和NSC浓度以及当年生枝的淀粉浓度;在2和7℃时,干旱和饱和水分胁迫显著降低了根中淀粉和NSC浓度。土壤低温和水分胁迫对幼苗地上地下生物量分配影响显著,分配给光合器官的生物量相对增多。土壤低温并没有导致碳受限,甚至各器官NSC浓度随着土壤温度降低有升高的趋势,因此,土壤低温下非结构性碳水化合物的不足不是限制川西云杉幼苗存活和生长的原因,从侧面支持了林线形成的"生长抑制"假说。此外,干旱胁迫在土壤低温下很可能会导致川西云杉的"碳饥饿"。