新建川藏铁路(雅安-昌都段)沿线外来入侵植物种类及分布特征

横断山区为全球生物多样性热点地区之一, 也是全国生态屏障的重要组成部分。新建川藏铁路雅安至昌都段横跨横断山核心地区, 铁路建设形成的交通网络将沿线生物多样性热点区域与外界相连, 导致生物入侵风险陡增。为获得区域内外来入侵植物的种类及分布特征信息, 为即将开始的铁路工程建设、生态保护及生态修复等工作提供参考, 我们在雅安-昌都段内选择43个位点各进行长度1 km、宽度20 m的样线调查。研究结果显示: 雅安-昌都段共发现外来入侵植物58种, 隶属于18科42属, 其中出现频度最高的种类依次是牛膝菊(Galinsoga parviflora)、秋英(Cosmos bipinnatus)和鬼针草(Bidens pilosa)。从危害等级来看, 其中10种为恶性入侵种, 16种为严重入侵种, 8种为局部入侵种, 15种为一般入侵种, 9种为有待观察种, 超过半数种类具有明显入侵性。原产地分析结果显示美洲是该区域外来入侵植物的主要原产地。基于海拔及主要河流区段的比较研究发现: 入侵植物的种类数量呈现出明显的由东向西、由低海拔向高海拔逐渐递减的趋势, 该分布格局是环境因子和人类活动共同作用的结果。结合铁路沿线入侵现状和生境特征, 本文分析了铁路建设可能造成的外来植物入侵风险, 并针对入侵的防范提出了相应的建议。     

物种分布模型在大型真菌红色名录评估及保护中的应用: 以冬虫夏草为例

我国大型真菌资源丰富, 由于受气候变化和人类活动等的影响, 近年来很多物种受到不同程度的威胁, 亟待保护。红色名录评估是物种保护的第一步, 为有效保护我国大型真菌多样性, 2016年生态环境部和中国科学院联合启动中国大型真菌红色名录评估项目。合理的评估依赖于完善的物种地理分布、种群数量规模及其动态变化信息。大型真菌评估信息较少, 需要引入新的方法解决评估信息不足的问题。冬虫夏草(Ophiocordyceps sinensis)是一种重要的食药用菌, 具有较高的经济价值, 受到全世界的广泛关注, 评估信息相对充足, 此次被评为易危物种。利用物种分布模型对冬虫夏草未来分布区变化的预测在评估过程中发挥了重要作用。为了将物种分布模型分析方法引入大型真菌的受威胁等级评估, 本文以此前我们利用物种分布模型预测冬虫夏草的潜在分布区及其对气候变化响应的研究为例, 介绍了应用物种分布模型预测大型真菌的潜在分布区、未来气候变化情景下分布区变化趋势的方法和流程, 以及在应用中可能存在的问题和解决方案。通过本文的分析, 我们认为物种分布模型在大型真菌的红色名录评估和保护中具有重要的应用潜力, 值得推广应用。     

1980—2018年祁连山南坡土地利用变化及其驱动力

祁连山是我国第一阶梯和第二阶梯的分界线,生态环境脆弱,对过渡地带土地利用变化及其驱动力研究具有重要的生态意义。本研究以祁连山南坡为研究区,基于1980—2018年遥感影像数据,运用空间自相关分析法、ArcGIS空间分析方法和主成分分析法分析了土地利用的时空变化特征及其驱动力。结果表明: 1980—2018年,草地是研究区土地利用类型的主体,建设用地所占比重最小,水域、草地表现为下降趋势,未利用土地、建设用地和耕地均呈现出增长态势,林地变化较小。不同地类单一土地利用动态度从大到小依次为:建设用地＞水域＞耕地＞未利用土地＞林地＞草地,综合土地利用动态度为0.9%。不同土地利用类型空间分布表现出空间集聚性特征。耕地增加的区域和林地、草地减少的区域主要分布在门源县城所处大通河谷地西北侧,天峻县东北部大通河上游地区存在工矿建设用地占用草地的现象。土地利用变化驱动力主要为人口数量、科技、城市化、经济发展水平和政策。本研究结果可为政府合理规划和利用土地资源提供依据,对祁连山南坡生态环境保护和社会经济可持续发展具有重大意义。     

喀斯特次生林幼树更新空间分布格局及种间关联性

本研究以贵州省喀斯特典型区域紫云苗族布依族自治县撂荒30余年后自然恢复形成的次生林为对象,设置140 m×120 m固定样地,系统调查样地内幼树更新,并采用空间点格局分析方法分析幼树更新优势种群在不同空间尺度下的分布格局和种间关联性。结果表明: 调查样地中幼树共计1291株,包括39个树种,其中光皮桦、化香、马尾松、枫香和山杨5个树种的幼树个体数量总和达83.7%,重要值总和达77.8%,为幼树更新的优势树种。光皮桦、化香和枫香3个幼树优势种群的空间分布格局在0～60 m空间尺度上均呈现较强的聚集分布;马尾松和山杨2个幼树优势种群在小尺度上呈现聚集分布,大尺度上则随机分布。幼树优势种群空间关联性多呈现正关联,仅马尾松与枫香和山杨在小尺度呈现正关联,大尺度呈现不相关。调查样地5个幼树优势种群空间分布格局及种间关联性差别较大,可能与树种的生物学特性、生境及空间资源的利用密切相关。目前,林分多以先锋树种为主,群落结构不稳定;以马尾松和光皮桦为优势种群的松-桦混交林可能成为下一阶段演替方向,建议通过森林经营措施加快植被恢复进程。     

格网尺度下青海玛多县土地利用及生态系统服务价值空间自相关分析

开展黄河源区土地利用和生态系统服务价值空间量化评估,对于保障黄河流域生态安全具有重要意义。以黄河源区玛多县为例,基于3 km×3 km网格单元,应用空间自相关方法构建生态系统服务价值评价模型,定量评价了2015年玛多县土地利用/覆被空间自相关格局特征,可视化表达了玛多县生态系统服务价值空间信息。结果表明: 在3 km×3 km格网尺度下,不同覆盖度草地覆盖范围广阔;水域网格占总网格数的42.9%,在玛多县西北部分布密集;建设用地呈东北-西南走向的“线条式”分布;未利用土地体现为西南多、东北少的分布格局。在空间上,玛多县土地利用类型网格之间相互影响,表现为正相关性和聚集分布。水域的全局Moran I和局部Moran I值均最大,空间聚集性最强,局部连片度较高。建设用地的全局Moran I和局部Moran I值分别为0.293和0.127,空间自相关性最弱,在小范围内呈聚集特点。2015年,玛多县生态系统服务价值(ESV)为938.87亿元,网格的ESV平均值为3.20×10⁷元,最大值为19.96×10⁷元,水域分布网格是ESV的高值区。玛多县ESV分布格局整体上呈显著的空间正向自相关,ESV在网格之间为聚集分布。不同土地利用类型ESV网格总体呈高高、低低聚集,在局部零星为高低、低高聚集。可采取的国土空间规划与用途管制策略包括:水域、未利用土地采用强调生态溢出价值的“集中连片式”保护模式,高、中、低覆盖度草地采取主次分明、划区管理的“组团式”生态治理模式,建设用地在“廊道式”分布格局中采取小范围集约化开发利用模式。     

中国特有植物雪落樱桃潜在分布及其生态特征

为明确中国特有植物雪落樱桃(Cerasus xueluoensis)的潜在分布与居群生态特征,利用DIVA-GIS软件及其耦合的BIOCLIM模型,首次绘制了雪落樱桃适生区分布模拟图,并对影响其分布的主导气候因子进行了定性定量分析。结果表明,雪落樱桃当前潜在适生区主要分布在亚热带长江流域1 200 m以上高海拔山区,其中渝-鄂-湘三省交界的大巴山-巫山山脉可视为现代核心分布区,湘黔交界及湘南的南岭山脉可视为雪落樱桃潜在分布的南界,陕-豫-鄂交界山区的秦岭南麓可能是其潜在分布的北界。主成分分析(PCA)筛选的主导气候因子及其贡献率依次为:年降水量(bio12)最冷季降水量(bio19)最暖季降水量(bio18)最湿季降水量(bio16),累计频率曲线进一步确定其适宜范围分别为:993.00～1 870.22、500.00～680.00、430.00～669.16和500.00～680.00mm,表明降水是影响雪落樱桃当下分布格局的主导气候限制因子。Pearson相关性分析表明,雪落樱桃分布格局在区域尺度上受海拔、经、纬度影响;最小树分析和聚类分析表明,雪落樱桃7个野生居群可划分为中西部与东部两大分支;受试者工作特征曲线(ROC) AUC值达到0.751,满足模型预测精度的基本要求。这些有助于为雪落樱桃制定科学合理的资源保护与科学引种规划。     

兴隆山国家级自然保护区不同生境的蝴蝶群落结构与种-多度分布

为明确甘肃兴隆山国家级自然保护区内的蝴蝶种类, 以及不同生境的蝴蝶群落结构与种-多度分布的变化情况, 在全部5个林场选取6条样线, 于2015-2018年连续4年采用样线法对保护区的蝴蝶进行调查和采集, 并分析了其多样性指数及种-多度分布。4年共采集蝴蝶标本5,719号, 经鉴定隶属8科69属120种。眼蝶科(3,093号)是保护区的优势类群, 喙蝶科仅采集到1号标本(朴喙蝶, Libythea lepita), 为保护区的稀有种类。其中, 各样线的种数、个体数、多样性指数以及物种丰富度表现为: 样线I最高, 样线IV次之, 说明其生境结构稳定, 环境良好, 适合蝶类生存; 样线III蜜源植物丰富, 各项指数较高; 样线V海拔较高, 各项指数较低; 样线II植物群落结构单一, 各项指数最低。相似性系数分析结果表明: 样线I和VI、III和IV、III和VI均为中等相似; 其余各样线间为中等不相似。区系分析结果表明: 古北种有63种, 占总种数的52.5%; 东洋种2种, 占总种数的1.7%; 广布种55种, 占总种数的45.8%。说明古北种占绝对优势, 且明显高于东洋种, 具有很强的地区代表性。种-多度分布分析结果表明: 样线I和IV呈现出对数正态分布, 模型拟合效果较好; 样线II和VI为非典型的对数级数模型, 符合生态位优先占领假说。说明不同生境以及人为干扰因素与蝶类多样性关系密切, 表现出单一生态系统蝴蝶群落的多样性指数较低, 复杂生态系统其多样性指数较高的特点。     

鹞落坪落叶阔叶林蔷薇科主要树种的空间分布格局及种间关联性

为探讨大别山森林群落的构建和演替机制, 本文基于安徽鹞落坪落叶阔叶林11.56 ha动态监测样地的定位监测资料, 采用最近邻分析和O-ring函数、Monte Carlo拟合和零模型选取的方法, 分析了落叶阔叶林蔷薇科主要树种水榆花楸(Sorbus alnifolia)、山樱花(Cerasus serrulata)和中华石楠(Photinia beauverdiana)不同年龄阶段的空间分布格局及种间关联性。结果表明: (1)在整个样地中3个树种的小树和成年树阶段都为聚集分布, 且随年龄增加聚集性减弱, 在老树阶段转为随机和均匀分布。(2)在0-50 m尺度范围内, 以完全随机模型(complete spatial randomness, CSR)为零假设时, 3个树种整体及小树都在小尺度(≤ 10 m)上呈聚集分布, 成年树与老树多为随机分布。以异质性泊松模型(heterogeneous Poisson, HP)为零假设时, 树种的聚集与生境异质性间呈负相关, 3个树种只在≤ 4 m尺度上出现聚集现象。(3) 3个树种种内各个年龄段之间在较大范围内多为负相关和无显著相关性, 同时各树种及不同年龄段之间受种间竞争和密度制约效应影响在小尺度上(≤ 10 m)多为负相关, 随尺度增加相关性减弱。综合而言, 大别山落叶阔叶林中蔷薇科植物的分布格局整体上多为聚集分布, 随树龄增加聚集性减弱, 在中大尺度上受生境异质性效应的影响显著, 在小尺度上多为负相关, 各树种内部各龄级相互之间也多为负相关。     

气候变暖背景下青藏高原草本植物物候变化空间换时间预测

气候变暖背景下的植物物候变化广受关注, 然而常用的植物物候变化预测模型未充分考虑植物对环境的适应性, 给预测结果带来了较大的不确定性。该文基于2002-2011年青藏高原10个站点的地面物候观测资料以及年平均气温数据, 对空间换时间模型预测车前(Plantago asiatica)和蒲公英(Taraxacum mongolicum)各主要物候事件(展叶始期、开花始期和黄枯普遍期)变化的可行性及其在升温背景下的变化规律进行了分析。首先利用不同海拔高度的气温和物候事件分别与地理因子(经度、纬度和海拔)建立多元线性回归模型, 然后在此基础上剔除经度和纬度的影响, 单独考察海拔变化所引起的气温与植物物候变化, 最后以海拔高度作为桥梁来考察物候变化与温度变化的关系。结果表明, 采用各站点对应的海拔高度来模拟年平均气温空间差异的R²均大于0.89, 表明海拔梯度可以用来反映时间尺度下的年际温度变化; 车前和蒲公英各物候事件发生日期拟合值均与海拔高度变化关系显著, R²均大于0.70, 表明海拔变化是影响它们各物候事件变化的主要地理因子; 在物候事件发生日期拟合值和年平均气温拟合值的回归方程中, R²均大于0.93, 说明基于不同海拔高度模拟得到的年平均气温变化可以对时间尺度上车前和蒲公英的物候事件变化进行预测。空间换时间预测表明, 温度每升高1 ℃, 车前展叶始期和开花始期分别提前5.1和5.4 d, 而黄枯普遍期推迟4.8 d; 蒲公英展叶始期和开花始期分别提前6.5和7.8 d, 而黄枯普遍期推迟6.7 d。     

外来入侵植物的根系觅养行为研究进展

土壤养分分布具有高度空间异质性, 植物的根系觅养行为是其对土壤养分异质性的一种适应。不同植物为了适应养分异质性会产生不同的根系觅养行为, 通过调整自身的根系觅养范围、觅养精度和觅养速度来更好地吸收利用土壤中的养分。外来植物与本地植物的竞争是决定其成功入侵的重要因素, 土壤养分等环境因素会影响它们之间的竞争关系。近年来, 外来入侵植物的觅养行为逐渐受到人们的关注, 关于入侵植物根系觅养行为的研究成果陆续出现: (1)总体来看, 外来入侵植物具有较强的根系觅养能力, 但根系觅养范围与觅养精度之间的权衡关系还不确定; (2)营养异质性会影响入侵植物与本地植物之间的竞争, 反过来, 二者之间的竞争也会影响根系觅养行为对营养异质性的响应; (3)丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)能够提高入侵植物的根系觅养能力, 外来植物入侵能够改变入侵植物对AMF的偏好性, 形成AMF对入侵的正反馈作用, 而本地植物与AMF的相互作用也会影响入侵植物的竞争力。未来还应加强营养异质环境下种间竞争和AMF共生对入侵植物根系觅养行为的影响机制研究, 以及全球变化背景下入侵植物根系觅养行为的变化与机制方面的研究, 可以更深入地认识外来植物的觅养行为在其成功入侵中的作用, 并为利用营养调控来防控入侵植物提供理论依据。