黄土丘陵区坡面尺度上不同植被格局下植物群落和土壤性质研究

通过对黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域坡面上退耕还林还草后形成的林地(单一种植刺槐人工林)、草地(单一的撂荒草地)、草地-林地-草地(上坡位和下坡位撂荒草地,中坡位种植刺槐人工林)及林地-草地-林地(上坡位和下坡位种植刺槐人工林,中坡位为撂荒草地)四种不同的植被格局下植物物种多样性及土壤理化性质变化的研究,旨在揭示植被恢复过程中,坡面上植被不同的空间配置模式对植物物种的组成及土壤环境变化的影响.研究发现,4种植被格局下植物物种的多样性以单一的撂荒草地坡面最高,人工林的种植一定程度上影响了林下植物物种多样性的恢复,但整个灌木和草本的群落结构4种植被格局之间均未达到极不相似水平.土壤有机碳及总氮含量均以坡面上草地-林地-草地的空间配置格局最高且有机碳存在显著差异,而撂荒草地则在土壤水分的保持及改善土壤pH值上优于其他3种植被格局.     

干旱区灌丛形态对水文连通性的响应及生态效应

干旱区生态系统的水文连通性影响植被斑块形态的空间分异。植被形态对水文连通性的适应是一个复杂且长期的过程。研究植被与水文连通性，过去多基于群落以上尺度，不涉及微观尺度。从植株个体角度探讨植被斑块形态与水文连通性关系，有助于挖掘微观尺度上景观格局对生态过程的驱动机制。本研究以黄土高原丘陵沟壑区多年生灌丛作为研究对象，以高分辨率无人机航拍照片解译和野外定点观测为研究手段，量化植被斑块形态与水文连通性之间定量关系，分析二者对泥沙截留与土壤固碳等关键生态过程的影响。结果表明：(1)坡面灌丛斑块总体呈现横向生长趋势，灌丛斑块纵横比小于1;灌丛斑块纵横比从坡顶到坡底逐渐增大，分别为0.64、0.70、0.79、0.83;(2)灌丛方向与水流方向夹角从坡顶到坡底先减小再增大；坡面中部的坡度最大，灌丛方向最接近与水流垂直的方向；(3)灌丛的汇流累积量从坡顶到坡底逐渐增大，表明其水文连通度逐渐增大；水文连通度与灌丛斑块纵横比呈正相关关系；当水文连通度足够大时，灌丛在横纵方向上的生长没有倾向，形状近似为圆形；(4)泥沙拦截量和固碳效率随坡位下降而下降，二次曲线拟合表明泥沙拦截量和固碳效率随水文连通度增加呈增...     

不同生境中差不嘎蒿(Artemisia halodendron)生长特征及地下生物量分布

植物根系活动是植物-土壤系统物质周转的关键环节。为研究不同坡位差不嘎蒿(Artemisia halodendron)根系生长特征,用土钻法调查了科尔沁沙地半固定沙丘不同坡位0~60cm深度差不嘎蒿活根与杂质(包括死根与根表脱落物)的生物量。结果表明:不同坡位间差不嘎蒿活根与杂质生物量均存在显著差异;差不嘎蒿活根的垂直分布特征在各坡位不同,在坡中和坡顶,主要分布在0~20cm层,而在坡底和背风坡,垂直分布较均匀;总生物量和杂质生物量在各坡位的垂直分布随土壤深度增加而下降;差不嘎蒿群落特征与植株生长特征在不同坡位间存在显著差异,坡底盖度及物种数高于其他部位,坡底和背风坡差不嘎蒿植株密度减小,单株高度增加。差不嘎蒿活根生物量与自身密度呈显著的正相关关系(p0.05),但与自身高度呈显著的负相关关系(p0.05)。差不嘎蒿根生长和分配是其在不同沙丘生境生长策略变化的重要反映。     

黄土丘陵区坡面柠条(Caragana korshinskii)林地草本植物分布特征

人工植被恢复会显著影响林下草本的分布及多样性,而人工植被恢复耦合坡面微地形变化对草本群落分布及其多样性响应尚缺乏系统的认识。以位于半干旱黄土丘陵区的甘肃定西龙滩小流域为研究区,系统调查和监测了不同坡向上、中和下坡位人工柠条(Caragana korshinskii)林地草本群落组成、生物量与柠条生长状况、凋落物量及土壤水分含量,分析草本群落的分布特征及其影响因素。结果表明:(1)不同坡向草本群落组成明显不同,阴坡人工柠条林地草本物种丰富度、优势度和多样性指数显著高于半阳坡和阳坡,而均匀度指数各坡向间差异不显著;(2)不同坡向间草本地上生物量为阴坡>半阳坡>阳坡,但差异不显著;阴坡上、中坡位草本生物量显著高于下坡位,半阳坡和阳坡各坡位间草本生物量差异不显著;(3)pRDA分析结果表明,坡向影响了坡面水热条件,对草本分布的影响最大,解释了15.2%的草本群落变异;(4)柠条种植密度和坡向与草本物种丰富度呈显著负相关;阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)和长芒草(Stipa bungeana)与坡向呈显著正相关,主要分布在阴坡,茵陈蒿(Artemisia capillaris)和赖草(Leymus secalinus)等与坡向呈显著负相关,主要分布在阳坡。半干旱黄土丘陵区坡向通过影响水热条件从而影响了植被生长,坡面微地形调整可以在一定程度上削弱坡位对草本植物生长的影响,但坡向及人工植被种植密度决定了草本的分布格局。     

古尔班通古特沙漠地区短命植物土壤种子库研究

采用野外定点取样和室内萌发相结合的试验方法,研究了短命植物在沙丘不同部位的空间分布、萌发状况、密度、物种多样性及土壤种子库生物多样性与地上植物多样性的关系。结果表明:短命植物种子主要集中分布于地表0~5 cm土壤中,5 cm以下土壤中极少存在有活力的种子;沙丘间及沙丘不同部位的种子库密度大小不同,密度自坡底随高度增加逐渐减少,坡底、坡中部及坡顶部密度分别为124粒/m2、91粒/m2、66粒/m2。迎风坡种子库密度比背风坡面少,迎风坡种子库平均密度为81粒/m2,而背风坡种子库平均密度为100粒/m2;短命植物种子在4月上旬达到萌发高峰,沙丘不同部位物种多样性存在差异,土壤种子库和地上植被存在较高的相似性,此外短命植物在沙丘不同部位的分布存在较高的空间异质性。     

川西山区自然边坡土壤种子库随海拔梯度的变化

明确土壤种子库在海拔梯度上的变化规律,可为人工边坡的拟自然恢复提供参考。本文选取川西高山亚高山区为研究对象,通过野外样方调查和室内种子库萌发实验,研究了该区域自然边坡的土壤种子库组成、土壤种子库与植被群落关系及其随海拔梯度的变化。结果发现:(1)不同海拔区域自然边坡土壤种子库的物种组成与物种多样性有较大差异。随着海拔的上升,土壤种子库中一年生草本植物的物种占比逐渐降低,多年生草本植物则逐渐增加。种子库的物种多样性则随着海拔上升呈先增加后下降的变化规律。(2)海拔及坡位都对土壤种子库的密度有一定影响。低海拔地区土壤种子库的平均种子密度一般高于高海拔地区。同一边坡下坡位土壤种子库的种子密度高于中、上坡位。(3)区域内自然边坡土壤种子库和植被群落物种组成的相似程度不高,且随着海拔的升高,相似系数逐渐降低。研究表明,海拔是影响土壤种子库物种组成及密度的重要因素,该区域边坡的生态恢复需根据海拔梯度选择适宜物种人工构建种子库。     

地表径流对荒漠灌丛生境土壤水分空间特征的影响

土壤水分是干旱区多尺度生态水文过程的关键影响因素和驱动因子,其时空格局是生态、水文、气象、地形等自然过程研究的重要参数。笔者研究了降水径流事件后3种不同灌丛个体尺度土壤水分空间异质性特征,结果表明,珍珠灌丛个体尺度土壤水分空间分布特征表现为灌丛边缘>灌丛内部>灌丛间裸地,驼绒藜灌丛表现为灌丛内部>灌丛边缘>灌丛间裸地,而狭叶锦鸡儿灌丛不同微生境土壤水分差异不显著。珍珠和驼绒藜灌丛同一微生境土壤水分存在坡位梯度,珍珠灌丛3个微生境土壤水分均表现为上坡位大于下坡位,而驼绒藜灌丛边缘表现为上坡位小于下坡位,其他两个微生境无明显规律;狭叶锦鸡儿灌丛土壤水分无明显的坡位梯度。3种灌丛不同微生境土壤含水量随土层深度增加的变化不明显。这说明在降水径流事件中,不同斑块的反应差异引起了地表径流的形成以及随之发生的资源再分配,从而导致了景观内土壤水分的空间异质性。     

茂兰国家自然保护区喀斯特森林系统发育结构

为了揭示茂兰喀斯特森林群落构建的主导力量,检测了11个典型喀斯特群落的系统发育结构以及与生境的关系。结果表明:喀斯特森林群落的系统发育多样性与香农威纳指数、物种丰富度的变化趋势基本是一致的,各群落在物种系统进化上累积的信息相近。黄梨木(Boniodendron minus)—飞蛾槭(Acer oblongum)、荚蒾(Viburnum dilatatum)—鹅掌柴(Schefflera heptaphylla)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)—圆果化香(Platycarya longipes)、圆果化香—黄皮(Clausena lansium)、圆果化香—荚蒾、掌叶木(Handeliodendron bodinieri)—光叶槭(Acer laevigatum)、栲(Castanopsis fargesii)—杜英(Elaeocarpus decipiens)、紫树(Nyssa sinensis)—山胡椒(Lindera glauca)林系统发育结构聚集。短叶黄杉(Pseudotsuga brevifolia)—广东松(Pinus kwangtungensis)、短叶黄杉—化香、梧桐(Firmiana simplex)—青冈林系统发育结构均匀。群落系统发育结构分布格局表现为,系统发育结构聚集的群落位于山体的漏斗、沟谷、中坡、下坡、山垭口的部位,而系统发育结构均匀的群落位于山体的上坡、山脊的部位。以地形部位上坡为界划分两种生境,学生氏t检验表明两种生境下群落的系统发育结构差异显著,说明茂兰喀斯特地区山体的地形部位是构建和维持喀斯特森林类型的主导力量。     

古尔班通古特沙漠南缘不同立地条件植物多样性和优势种群生态位特征研究

以古尔班通古特沙漠南缘不同立地条件植物群落为研究对象,分析了该区不同立地条件植物群落的种类组成、优势种群及优势种群的生态位特征。结果表明:①不同立地条件的植物群落均为灌木-草本模式,优势种群为梭梭、白梭梭、白皮沙拐枣、羽毛针禾、骆驼刺、琵琶柴、狭果鹤虱、沙蓬、倒披针叶虫实;②由于不同立地条件环境因子差异,造成其植物群落的α多样性指数存在差异;③Whittacker指数与Cody指数显示不同立地条件植物群落β多样性随环境变化可分为两个梯度,第一梯度为垄顶、迎风坡与背风坡上部,第二梯度为平坦荒地、丘间平地与背风坡中、下部;④生态位宽度大的物种间生态位重叠大。在古尔班通古特沙漠南缘进行受损群落植被恢复与重建时,可在适宜的立地条件种植梭梭与羽毛针禾。     

不同坡面植被空间布局对坡沟系统产流产沙影响的实验

植被在有效控制水土流失、改善生态环境中具有重要作用。为探讨坡面不同植被覆盖度、不同植被空间布局对坡沟系统侵蚀产沙的影响,以4 m长坡面(坡度为20°)和3 m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统为研究对象,采用不同放水流量(3.2 L/min、5.2 L/min)的放水冲刷实验,研究了不同放水流量、不同植被覆盖度、不同植被布设部位对坡-沟系统及沟坡侵蚀产沙的影响。结果表明,在实验条件下,不同植被布设部位在相同放水流量、相同植被覆盖度条件下对坡沟系统侵蚀产沙有明显影响,而对产流量无明显影响;沟坡部分侵蚀产沙量不随坡面植被覆盖度的增大而减小,相反呈增大趋势。说明在实验条件下,对坡沟系统而言,仅在坡面部分布设植被,尽管能在一定程度上减少坡沟系统侵蚀产沙,但并不能有效减小沟坡部分的侵蚀产沙,甚至引起沟坡部分侵蚀产沙的增大。因此,水土流失治理过程中采取有效措施进行坡沟兼治将是减少水土流失的有效手段。     

呼伦贝尔沙质草原风蚀坑研究（Ⅲ）: 微地貌和土层的影响

 采用剖面测量,沿剖面选取不同微地貌部位测量土层厚度、坚实度、粒度构成,并进行室内统计比较和分析的方法,对呼伦贝尔沙质草原区风蚀坑的发育受微地貌部位和土层控制的情况进行了研究。发现在接近自然状态下风蚀坑主要发育于西南坡和南坡的上部和中部;由于翻耕、机动车道路等人类活动诱发,也形成于平坦的草地,北坡和东坡甚至低地。沙质草原区的土层中部存在一个粗化层,在失去草被和上部的土壤-根系层保护时特别容易遭受风蚀的侵害,形成风沙流破坏钙积层并导致风蚀坑的形成。沙质草原是生态地质环境脆弱区,呼伦贝尔沙质草原区的西坡、南坡的中上部,梁岗丘等微地貌部位是风蚀沙化的危险地带。干旱半干旱气候区沙质草原的土层是稀缺的自然资源,地表土壤-植物根系层是珍贵的生态系统。保护地表土层对于保护草地资源和生态环境,以及沙漠化防治具有极端重要性。     

科尔沁沙地沙质草地与固定沙丘植物群落结构对极端干旱的响应

为了探究沙地植物群落结构特征对极端干旱的响应,通过野外模拟试验开展了极端干旱（生长季减雨60%与干旱60 d）对沙质草地和固定沙丘植物群落丰富度、地上生物量和叶性状等群落结构特征影响的研究。结果表明：（1）生境变化对植物群落地上生物量和叶干物质含量（LDMC）具有显著影响（P<0.05）,草地地上生物量和LDMC显著高于固定沙丘,而物种数、植被盖度、高度和比叶面积（SLA）在两种生境间无显著差异（P>0.05）;（2）极端干旱处理显著影响沙地植物群落盖度、地上生物量和LDMC（P<0.05）,减雨60%显著降低了植物群落盖度和地上生物量,而干旱60 d显著降低了植物群落盖度、地上生物量、高度和LDMC;植被特征和叶性状在减雨60%和干旱60 d处理间无显著差异（P>0.05）;（3）减雨60%和干旱60 d显著降低了草地和固定沙丘的植被盖度和地上生物量,而干旱60 d也降低了固定沙丘的植物高度和LDMC（P<0.05）;（4）相关分析表明,沙地植物群落地上生物量与盖度、高度和LDMC显著正相关（P<0.05）。极端干旱事件的发生会极大地改变沙地一年生为主的植物群落组成和功能,而沙地不同生境植被则通过改变植物群落组成、优势种及其关键性状的变化来适应极端干旱。     

科尔沁沙地草地植被对围封和放牧的响应

研究了科尔沁沙地疏林草地、针茅草原和草甸植被盖度、地上和地下生物量、物种多样性对围封和放牧的响应。结果表明：（1）围封与放牧草地的优势植物不同,围封草地植物群落优势植物为多年生禾本科植物,放牧草地中一年生植物和小半灌木优势明显。（2）围封和放牧草地的植物盖度、凋落物量、地上生物量和物种丰富度存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高了植被盖度和地上生物量,由疏林草地、针茅草原到草甸,植物盖度和地上生物量逐渐增加,而3种草地植被凋落物量大小顺序为针茅草原> 疏林草地> 草甸;放牧条件下植物盖度、凋落物量和物种丰富度差异不显著（P>0.05）。（3）3种草地之间的地下生物量无显著差异（P>0.05）,但围封与放牧之间、不同土壤层次之间地下生物量存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高草地的地下生物量（P<0.05）;草地地下生物量随着土壤深度表现出下降趋势（P<0.05）。长期放牧增加了草地一年生植物和小半灌木植物的优势,消除了不同草地之间植被盖度和物种丰富度的差异;而围封能提高草地多年生禾本科植物的优势、增加其物种丰富度,对于草地质量和植物多样性的恢复和保育具有积极作用。     

呼伦贝尔沙质草原风蚀坑研究（1）——形态、分类、研究意义

采用野外调查和测量、航片判读、室内制图、统计分析等方法对呼伦贝尔沙质草原典型地带的风蚀坑及坑后风沙沉积进行了研究。发现:①风蚀坑是由一个沙坑和坑后沙丘共同组成,两者具有一一对应关系;②风蚀坑和坑后沙丘可以根据形态特征、发展阶段、诱发原因进行分类;③呼伦贝尔三大沙带均由风蚀坑洼地及其坑后沙丘和背景沙质草原组成;④沙质草原风蚀坑的发生与人类活动关系密切,为气候干旱化与人类大范围强度活动干扰土层相耦合的环境事件所造成。该研究对沙质草原沙漠发生学,沙质草原地貌演化和沙漠化监测研究具有科学意义,对草原合理利用和沙漠化防治具有现实意义。     

围封对退化沙质草地植物群落的影响

对科尔沁沙地围封草地和放牧草地群落的种类组成、结构和多样性等特征进行比较研究。结果表明：（1）围封草地盖度、密度、地上生物量、高度均优于放牧草地（P<0.01）。与放牧相比,围封使植被盖度、密度、高度和地上生物量分别提高了237%、429%、77%和218%,植物群落结构得到明显改善。（2）与放牧草地相比,围封草地物种数增加了69%,多年生草本、灌木类种数和重要值均高于放牧草地。放牧草地的优势植物种依次是大果虫实（Corispermum macrocarpum）、狗尾草（Setaria viridis）、差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）,重要值占72%;而围封草地优势植物种依次是达乌里胡枝子（Lespedeza davurica）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、虎尾草（Chloris virgate）和画眉草（Eragrostis pilosa）,重要值占57%,大果虫实、狗尾草和差巴嘎蒿逐渐处于群落的次要地位,取而代之的是与其环境条件相匹配的优质豆科和禾本科植物。围封使物种组成多样化,科属组成复杂化,优势物种发生了变化,群落结构和功能得到改善,沙地植被得以恢复。（3）围封草地的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数、均匀度指数均大于放牧草地。围封增加了群落的物种多样性,群落的稳定性得以提高。     

科尔沁沙地植被恢复过程中群落组成及多样性演变特征

流动沙丘、固定沙丘和沙质草地均是科尔沁沙地土地沙化的产物,植被恢复重建则是该区域流沙治理的主要措施,理解植被恢复过程中群落组成及植物多样性演变特征有利于沙地植被恢复和生态重建.本研究基于连续15年对科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘和沙质草地长期植物群落结构调查数据,分析了 3种沙地类型植物群落年际变化特征及不同生活型植物年...     

荒漠草原植物群落光合速率对水氮添加的响应

氮沉降和降水格局改变对草原生态系统的结构、功能及关键过程具有重要影响。依托内蒙古乌拉特荒漠草原研究站的全球变化实验平台，研究了氮添加和增减雨（+50%、-50%）及其交互作用对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征的影响，分析了荒漠草原植物群落光合速率与植被特征的关系。结果表明：（1）短期氮添加对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征没有显著影响（P > 0.05）；（2）降水格局改变显著影响荒漠植物群落光合速率（P < 0.05），减雨50%显著降低了荒漠草原植物群落光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而降水增加50%没有改变群落光合速率和植被特征，降水改变下的土壤水分能很好地解释群落光合速率；（3）氮添加和增加降水的交互效应显著提高了群落的光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而减少降水与氮添加没有显著影响；（4）荒漠草原植物群落盖度、优势种盖度、优势种平均高度与群落的光合速率呈现出指数增加关系，解释率为40%~58%。干旱极大地抑制荒漠草原植物群落光合速率，而氮沉降则依赖于降水增加来提高群落的光合速率，荒漠草原植物群落光合速率与水肥处理下的植物生长特征具有密切的关系。     

山西云顶山亚高山草甸群落生态分析

应用双向指示种分析法 (TWINSPAN )和除趋势对应分析 (DCA )等数量分析方法,对山西云顶山亚高山草甸生态关系进行了研究,将该草甸划分为5个群落类型,分别位于不同的海拔高度。分类结果很好地反映了植物群落类型及优势种的分布与环境因子之间的关系,并在DCA二维排序图上得到了较好的验证。DCA排序轴反映了海拔高度、放牧强度和群落土壤湿度的梯度变化,表明海拔高度和水热条件是影响植物群落变化的主要环境因子,物种多样性在群落类型分化中有重要作用,同时放牧对亚高山草甸演替过程的干扰明显。     

浑善达克沙地风蚀坑形态特征及其影响因素

风蚀坑是沙质草原固定沙地活化的主要表现形式,其持续活化的结果将导致沙漠化扩展和生态环境恶化。采用实地测量方法,测定了129个风蚀坑走向、长度、宽度等形态指标。研究表明：① 研究区风蚀坑形态特征受NW、SW和W 3个风向的综合影响;② 风蚀坑走向呈WNW-ESE（112.5°）走向,有74.5%的风蚀坑走向（100°~120°）与SW风垂直,和W风呈20°左右的夹角,并影响风蚀坑的几何形状特征;③ 按风蚀坑长宽比值所反映的几何形状,可划分为卵圆形、长条形、狭长形和带形风蚀坑;依风蚀坑的地表形态特征,可划分为碟形、梯形、沟谷形、杯形和坡形5种风蚀坑。     

Seasonal changes in the relationship between species richness and community biomass in grassland under grazing and exclosure, Horqin Sandy Land, northern China

How species diversity–productivity relationships respond to temporal dynamics and land use is still not clear in semi-arid grassland ecosystems. We analyzed seasonal changes of the relationships between vegetation cover, plant density, species richness, and aboveground biomass in grasslands under grazing and exclosure in the Horqin Sandy Land of northern China. Our results showed that in grazed and fenced grassland, vegetation cover, richness, and biomass were lower in April than in August, whereas plant density showed a reverse trend. Vegetation cover during the growing season and biomass in June and August were higher in fenced grassland than in grazed grassland, whereas plant density in April and June was lower in fenced grassland than in grazed grassland. A negative relationship between species richness and biomass was found in August in fenced grassland, and in grazed grassland the relationship between plant density and biomass changed from positive in April to negative in August. The relationship between the density of the dominant plant species and the total biomass also varied with seasonal changes and land use (grazing and exclosure). These results suggest that long-term grazing, seasonal changes, and their interaction significantly influence vegetation cover, plant density, and biomass in grasslands. Plant species competition in fenced grassland results in seasonal changes of the relationship between species richness and biomass. Long-term grazing also affects seasonal changes of the density and biomass of dominant plant species, which further affects the seasonal relationship between plant density and biomass in grasslands. Our study demonstrates the importance of temporal dynamics and land use in understanding the relationship between species richness and ecosystem function.