阿拉善高原荒漠植被组成分布特征及其环境解释 Ⅴ.一年生植物层片物种多样性及其分布特征

阿拉善荒漠常见的37种一年生植物,隶属于9科27属,可划分一年生藜科、一年生禾草、一年生蒿类和一年生杂类草共4个类群,主要由藜科的猪毛菜类构成,占总数的将近一半,其次为禾本科的小禾草类和菊科的蒿类。阿拉善荒漠一年生植物层片由12种区系地理成分组成,其中以亚洲温带、亚洲荒漠成分为主,阿拉善特有成分次之,表现出阿拉善一年生植物层片是作为古地中海旱生植物后裔的古老性和温带干旱荒漠的性质。通过Twinspan分类、CCA排序以及一年生草本物种多样性与环境因子的逐步回归,发现影响阿拉善荒漠一年生植物层片组成及分布特征的关键环境因素包括:第一类是水、热和光照条件,主要包括年均降水量、积温和光照时间;第二类是土壤的粉粒含量;第三类是表征土壤盐碱化程度的指标,包括SO24-、Mg2+、电导率、HCO3-。气候,特别是降水的波动直接决定着一年生草本植物在荒漠群落中层片构成,此外土壤质地也是一年草本植物定居和繁衍的重要基础,在一定的程度上支持了荒漠草地生态修复的理论假说。     

阿拉善高原荒漠植被组成分布特征及其环境解释 Ⅳ.土壤种子库特征研究

阿拉善荒漠土壤种子库种子密度主要受到水、热变化梯度的影响而呈现水平地带性分布规律。土壤种子库的分布主要集中在0～5cm的土层中,深层土壤很少有种子库的存在。阿拉善土壤种子库共统计到26种植物种子,分属9科22属,以禾本科最多;生活型以一年生草本植物种子的比例最高,达到51.36%。极端干旱环境条件下不存在有效的土壤种子库。土壤种子库多样性(Simpson指数)在东阿拉善草原化荒漠区为最高,在0.546～0.917之间;西阿拉善荒漠区次之为0.417～0.915;额济纳绿洲区为0.855,说明阿拉善荒漠区从东到西,土壤种子库物种多样性指数呈现下降的趋势。土壤种子库相似性研究表明,阿拉善荒漠不同区域的土壤种子库相似性差异较大,东阿拉善荒漠化草原植被区,相似性系数范围为0.17～0.67,西阿拉善典型荒漠区为0～0.75,额济纳戈壁荒漠区和东、西阿拉善土壤种子库的相似性系数范围是0～0.4。说明阿拉善荒漠区,由于生境和植被的异质性程度高,导致土壤种子库之间的差异性显著。阿拉善荒漠的土壤种子库和地上植被组成上差异显著,地上植被的优势种以旱生、中生灌木、半灌木为主,土壤种子库中以一年生、多年生草本为主,没有统计到灌木种子的存在,表明土壤种子库对于灌木层片更新和演替的贡献非常小。这些发现对了解干旱荒漠植被自然修复特点具有重要的潜在贡献。     

塔里木河下游植物群落分布格局及其环境解释

研究表明,塔里木河下游地区共有植物18种,分别隶属于9科、15属。其中藜科 (Chenopodiaceae)、柽柳科 (Tamaricaceae)、豆科 (Leguminosae) 3个科有10种,约占所有种数的56%,反映了干旱区旱生耐盐种类占优势的特点。样地排序结果表明,沿样地CA第一排序轴,所有18个调查样地可划分为3种类型,分别对应3种不同地下水位,即浅地下水位区 (<3 m)、中地下水位区 (3~5 m) 和深地下水位区 (>5 m),不同的植被类型组合亦分别对应不同类型的地下水位。CCA排序表明,影响该地区植物群落分布格局的环境因子主要是地下水位、土壤含水量、土壤pH值。CCA排序分析可将18种植物分为4个组,分别对应于不同的环境因子变化梯度。从管理的角度出发,在塔里木河流域下游地区进行受损生态系统的恢复与重建过程中,要重点考虑到上述提及的主要环境因子,尤其是重视水资源的合理开发与利用,采用适宜的灌溉方式,防止地下水位下降和土壤盐渍化的发生。     

阿拉善高原荒漠植被组成分布特征及其环境解释:Ⅱ.C_4植物组成、分布特征与环境的关系

研究了阿拉善典型干旱荒漠植被区C4植物的组成特征、空间分布及其与环境因子的相关性。发现C4植物主要集中在藜科(Chenopodiaceae)和禾本科(Gramineae),生活型以一、二年生草本为主,占到70%以上;旱生和旱中生C4植物所占比例较大,达到48.89%,其区系成分以世界成分、亚洲中部成分和古地中海成分为主。C4植物分布特征表现出不同的规律性:在垂直地带分布上与温度呈正相关关系、与降雨呈负相关关系;在水平经度地带分布上主要与降水呈正相关关系,与温度无显著相关,尤其是在极端高温、干旱(主要是额济纳戈壁荒漠区)地区,C4植物的生存受到了限制。这一结果对于揭示阿拉善地区C4植物的水分利用效率,及其与降水资源的空间分布之间的关系提供了一定的理论解释。     

阿拉善高原荒漠植被组成分布特征及其环境解释 Ⅲ.植物功能群多样性对环境因素的响应

采用水分生态型(包括旱生植物、旱中生植物、中生植物和湿生植物)、生活型(灌木、半灌木、多年生草本和一二年生草本)和植物主要光合途径(C3和C4)等方法将研究区的植物种类进行了功能群(functional groups/types)划分,为进一步认知荒漠生态系统的结构、功能和过程提供了分析基础。植物功能类群相对集中是阿拉善荒漠植被组成的一个重要特点,这主要和植物趋于旱化、生态型相对简单密切相关。按优势功能群依次为:PFTs1(旱生C3一二年生草本)、PFTs2(旱生C3多年生草本)、PFTs3(旱生C3灌木)、PFTs4(旱生C3半灌木)、PFTs5(旱生C4一二年生草本)、PFTs7(旱生C4灌木)和PFTs8(旱生C4半灌木)。气候、土壤理化指标决定着植物功能类群的分布。其中年均降水量、湿润系数决定着植物的生态型、生活型在水平地带上的分布特征,同时,也影响C3和C4植物(海拔梯度上)的分布。土壤容重、砂粒、粉粒含量决定着植物生活型特征,而土壤pH值、Cl-、SO42-和Ca2+决定着植物水分生态类型的空间分布。这些结果揭示了极端干旱区植物对胁迫环境响应的多样性,是对极端环境条件下如何理解生物多样性维持机制和可持续发展的较好生态学解释。     

天山-阿尔泰山拟南芥种群分布与环境的关系

中国的天山及其附近山脉是世界拟南芥及其近缘种的主要分布区之一。在对天山—阿尔泰山的浅山地带拟南芥生存分布多年调查的基础上,选取13个代表性样地及18个相关环境因子,研究了拟南芥种群生存分布与环境因子的关系。结果表明:双向指示种分析(TWINSPAN)将13个拟南芥样地分为4个群落类型:新疆绢蒿、新疆绢蒿—猪毛菜、新疆绢蒿—刺叶锦鸡儿—草原苔草、勿忘草—密穗雀麦—草原苔草4类,各类型对应的环境因子异质性明显。不同群落类型在去势对应分析(DCA)、主成分分析(PCA)和典范对应分析(CCA)各排序图中区分明显,与物种对应较好,与TWINSPAN分类结果基本一致。环境因子的PCA分析发现,坡向、有机质、电导率、pH、土壤含水量和有效钾(均为2个土层)是导致样地间环境异质的主要因素,且这些因子间多呈显著关联。CCA分析发现坡向、有机质、pH、电导率和土壤含水量(均为2个土层)与排序轴相关性最大,分析认为上述环境因子是决定物种分布及多样性格局的主导因子,与环境因子的PCA分析结果基本一致。研究还发现,坡向、土壤含水量(第2层)、有机质(第1层)和pH(两层)是影响各样地十字花科种数变化的主要因素,电导率(第1层)是影响...     

荒漠绿洲过渡带不同立地条件下物种多样性及其与土壤理化因子的关系

通过于2007-2011年对甘肃河西走廊中部荒漠绿洲过渡带不同立地条件下植被样方的调查,应用 Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数、Shannon-Weiner指数和Simpson指数研究了不同立地条件下物种多样性的变化,并采用典范对应分析方法(CCA)研究植物物种分布与土壤环境因子的关系。结果表明：荒漠绿洲过渡带丘间低地的植被盖度和Margalef、Simpson、Shannon-Wiener、Pielou指数值均最大,流动沙丘条件下最小;Hill多样性指数排序结果显示,随着土壤水分条件的变差,物种多样性同样表现出降低的趋势。按多样性从高到低的顺序,其相应的立地条件分别为丘间低地、缓平沙坡、固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘。选取的土壤因子对过渡带植被分布的影响程度大小为土壤含水量＞pH值＞全钾＞有机质＞速效氮＞全氮＞速效钾＞全磷＞土壤盐分＞速效磷。土壤含水量和pH是荒漠绿洲过渡带植被分布空间差异的最主要影响因子,前3个轴的环境解释率为98％,证明排序可信。     

我国荒漠植被中的C4植物种类分布及其与气候的关系

C4植物水分利用效率高于C3植物,CAM植物具有最高的水分利用效率。在我国荒漠地区,CAM植物稀少,C4植物,特别是C4木本植物在荒漠生态系统中具有重要地位和作用。我国荒漠地区有C4木本植物45种,包括半木本植物,占我国荒漠植物总种数的6%,集中在藜科和蓼科,分别为19种和26种。C4草本植物共计107种,其中单子叶植物48种,双子叶植物59种。C4木本植物主要分布在贺兰山以西的西北干旱荒漠区。C4草本植物的耐旱性和抗旱能力不如C4木本植物,主要分布在荒漠地区潜水埋深较浅,水分条件较好的区域,在绿洲边缘广泛分布。C4木本植物丰度与干旱紧密相关,C4草本植物丰度随湿润条件而增加。     

甘肃金塔北海子国家湿地公园植物群落数量分类及其环境解释

植物群落生境的差异会影响物种分布。采用数量生态学方法,研究湿地植物群落分类及其环境解释,对湿地公园植物恢复和维持湿地生态系统稳定性具有重要意义。2018年8～9月,在甘肃省金塔北海子国家湿地公园内,布设了47个10 m×10 m的植物样方,开展植物群落调查;采用双向指示种分析(two-way indicator species analysis,TWINSPAN)、除趋势对应分析(detrended correspondence analysis,DCA)和典范对应分析(canonical correspndence analysis,CCA)方法,研究植物分布与土壤全盐量、土壤含水量、地下水埋深和海拔等之间的关系。研究结果表明,在金塔北海子国家湿地公园中的47个大样方中,共记录16科28属33种植物;该公园中的植物群落可以分为芦苇(Phragmites australis)+黑果枸杞(Lycium ruthenicum)群落、芦苇+长苞香蒲(Typha domingensis)群落、白刺(Nitraria tangutorum)+花花柴(Karelinia caspia)群落和多枝柽柳(Tamarix ramosissima)-赖草(Leymus secalinus)+阿拉善碱蓬(Suaeda przewalskii)群落;地下水位埋深和土壤全盐量是影响该湿地公园植物分布的关键环境因子,海拔对植物群落分布无显著影响。     

临泽荒漠绿洲湿地植物生态系列及其物种多样性研究

在对黑河中游临泽县荒漠绿洲湿地植物群落组成野外调查的基础上,采用TWINSPAN数量分类方法和多变量排序等方法,研究典型内陆盐沼植被类型及空间分布特征,分析了物种多样性特征,探讨了影响临泽荒漠绿洲湿地植物群落分布的主要环境因子。结果表明,在临泽荒漠绿洲湿地,共监测到40种高等植物,隶属于18科38属;湿地植被分为3个植被类型,11个群丛。在湿生带、湿生—旱生交错带和旱生带的梯度上,植被类型从以小粒苔草(Carex karoi)、小花灯芯草(Juncus articulatus)和芦苇(Phragmites australis)为主的盐碱化沼泽植被,经以赖草(Leymus secalinus)、碱蓬(Suaeda glauca)和小花棘豆(Oxytropis glabra)为主的盐化草甸植被,过渡到以苦豆子(Sophora alopecuroides)为主的碱化草原植被。物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数都表现为湿生—旱生交错带最高、旱生带最低的特征,而群落优势度指数表现为交错带最低、旱生带最高的特征。湿生—旱生交错带基本包括了湿生带和旱生带的优势种,其物种丰富度指数最大(21种),而旱生带最小(8种)。土壤含水量、土壤养分含量和全盐含量均是影响植被分布的主要环境因子。其中土壤含水量和全盐含量的贡献率最大,是影响临泽荒漠绿洲湿地植物群落演替的关键因子。土壤表层含水量和全盐含量也是影响物种丰富度的关键因子。此外,土壤含水量还是影响群落优势度的主要因素,而土壤全氮含量是影响群落均匀度的重要因子。     

白杨河——艾里克湖湿地及周边植物群落与环境因子的关系

应用数量分类和排序方法,对新疆白杨河-艾里克湖湿地植被进行了多元统计分析。结果表明,该研究区域主要植被类型中共有植物18种,隶属10科,17个属。其中,多数植物种类在样方中出现的频次较低,说明该地区植物物种丰富度较低。TWINSPAN结果表明,该地区植物可以分9个种类组,与实际调查结果一致。CCA排序结果同TWINSPAN分类结果基本一致,反映出植物群落分布格局随环境因子梯度变化的趋势。分析了不同环境因子的关系,并从定量的角度,以CCA排序图直观的揭示了决定艾里克湖湿地植物群落分布的环境因子主要是地下水位、土壤有机质,其回归模型分别为:X_1=-0．6037L 0．6824(R~2=0．6024);X_2=0．74530M 0．1142(R~2 =0．6004)。     

天山北坡中段草地类型的生态梯度组合格局与环境分析研究

通过对天山北坡中段草地类型的野外调查,利用典范主分量分析法(CCA)分析草地植物群落的垂直分布格局,研究了环境因子与草地群落之间的关系。结果表明:天山北坡中段草地类型沿生态梯度的排序分析结果与群落的实际分布情况是相吻合的,CCA排序给出了两个显著与主导的生态梯度,即热量梯度与湿度梯度。CCA第一轴反映了热量由低到高的梯度变化,而CCA第二轴与降水量有密切相关。正是这两个水热因子的复合梯度决定了天山北坡中段草地类型及其在空间上的地理分布。在热量梯度上是从高寒草甸、亚高山草甸、山地草甸、山地草甸草原、山地草原、山地荒漠草原、最终到山地荒漠。在湿度梯度上则是由旱生的荒漠植被到中生的草原植被过渡到草甸植被的过程。由CCA排序图,还能较好地反映草地群落的结构梯度。47个主要优势种有着各自不同的分布和分布范围,这与它们的生物、生态学特性有着密切的关系,是环境因素综合作用的结果,反映草地类型和环境因子之间的相互制约关系。     

塔里木河中游植物群落与环境因子的关系

应用数量分类和排序方法，对新疆塔里木河中游地区植被进行了多元统计分析。结果表明，该地区共有植物23种，隶属于11科21属。其中，多数植物种类在样方中的出现频次较低，说明该地区植物物种丰富度较低。TWINSPAN结果表明，该地区3个断面19个样地可分为3个主要类型，与实际调查结果一致。CCA排序结果同TWINSPAN分类结果基本一致，反映出植物群落分布格局的一般规律及其随环境因子梯度变化的趋势。分析了不同环境因子间的关系，并从定量的角度，以CCA排序图直观地揭示了决定塔里木河中游地区植物群落分布的环境因子主要是地下水位和土壤含水量，其回归模型分别为：X1＝-9.5991L 100.86（R^2=0.6459)；X2＝1.65W 43.011(R^2=0.7646)。     

阿拉善荒漠草地恢复初期植被与土壤环境的变化

对阿拉善荒漠草地恢复初期(1998-2001)植被特征和土壤养分的变化进行了研究。结果表明:草地恢复过程中,植被的盖度和生物量比封育前分别增加272%~536%和44.39%~305.3%。植被的恢复使土壤理化性质发生了变化,与封育前相比土壤中有机质、全N、速效K以及细砂、特别细砂和粘粒含量显著增加;速效N、速效P降低。土壤有机质、全N和全P的含量与土壤中<0.05 mm颗粒和速效K含量呈极显著正相关,并且前三者之间也呈极显著正相关(P<0.01)。     

荒漠植被影响土壤水文过程研究述评

简要回顾了有关荒漠植被对土壤水文过程影响的试验研究,介绍了荒漠地区土壤水文过程研究的主要方法以及基本的土壤水分平衡方程,并对特定区域土壤水分动态与植被结构之间的关系进行分析,以期对今后从事该领域的研究与管理者有所启示。由于荒漠地区土壤水文特性具有极高的变异性,因此,阐明荒漠植被区土壤水分动态,确定这一特殊生态系统内植被格局与土壤水文过程的关系,可在理论上回答雨养型人工植被建设与荒漠地区生态恢复工程中,土壤水文过程影响植被结构与格局的基础性科学问题。     

荒漠绿洲土壤优先流研究进展

荒漠绿洲土壤受干湿交替、冻融作用和土壤特性等非生物因素和动物洞穴、植物根系生物因素影响,存在大孔隙。水分和溶质优先沿着相互连通的大孔隙快速补充到土壤深层或浅层地下水,引起绿洲农田水分、养分损失;大孔隙存在,增强了土壤通气性,促进农田地力提升。荒漠绿洲土壤优先流的发生,减少地表径流及其侵蚀,促进水分入渗,影响着干旱区植被恢复和地下水补给。重点分析影响荒漠绿洲土壤优先流的非生物和生物因素,综述优先流对该区土壤性质和水文要素的影响。未来该区研究应重视以下几个方面：（1）加强大孔隙三维空间构型的研究,分析大孔隙结构与土壤优先流发生的内在机制;（2）开展不同景观类型土壤优先流的野外监测,认识土壤优先流的运动规律,揭示荒漠绿洲土壤优先流与植被互馈机制;（3）发展并构建荒漠绿洲土壤优先流运动的动力学模型。     

东祁连山地次生林演替过程中种群格局动态

在野外实地调查基础上,采用TWINSPAN和DCA对乌鞘岭旱泉沟流域次生植物群落进行了数量分类和排序,从植物群系组成、植物群落与环境的生态关系方面,研究石羊河上游封山禁牧区植被群落的分布格局,用以确定该区植被演替序列,并给予合理的环境解释.研究结果表明:(1)采用TWINSPAN数量分类方法,将植被划分为7个群落类型;(2)对于特定的研究区域茶树沟,制约群落类型、植物种分布格局的主要因素是水分和热量;(3)DCA排序图明显反映出排序轴的生态意义,第一轴基本上突出反映了湿度变化,沿第一轴从左到右,湿度逐渐增大;第二轴主要表现了温度梯度,沿第二轴从下到上,温度逐渐降低.(4)次生林的演替序列为山杨树→桦树→青海云杉,其自然演替顶级为青海云杉.     

黄土高原西部荒漠草原植被恢复的土壤水分管理研究

针对兰州地区荒漠草原带具有代表性的三种地带性植被：草本植被短花针茅、灌木植被珍珠猪毛菜、荒漠锦鸡儿,对其0~2.0 m的土壤含水量进行了比较,同时对草本和灌木植被的根系进行了测定。结果表明：天然植被对土壤含水量的影响在1 m以上。随着土壤深度的不断加深,土壤含水量呈减少趋势而后趋于稳定。短花针茅区1 m以上含水量比珍珠猪毛菜和荒漠锦鸡区平均高1.08和1.21个百分点;1 m以下土壤含水量变化情况是:珍珠猪毛菜区最高,荒漠锦鸡儿区最低。本文在分析了兰州地区荒漠草原区土壤水分动态的基础上,提出了这一地区植被恢复的对策。     

北方草原区主要群落类型表土花粉分析

建立花粉与现代植被的关系是利用地层沉积物中的花粉记录恢复古植被、古气候研究的基础工作之一。中国北方草原区39个表土花粉研究表明,蒿属、藜科是草原区花粉组合的主要成分,以禾本科为建群种的草原群落花粉组合以蒿属花粉为主,禾本科花粉多低于10%。禾本科花粉的低代表性可能与其分蘖繁殖、花粉产量低有关。草原区表土花粉浓度与植被盖度相关不明显。典型草原与荒漠草原花粉组合存在着明显的区别,典型草原区藜科花粉百分比一般低于25%,荒漠草原区一般高于25%。DCA分析表明,草原区针叶树、莎草科、石竹科花粉代表较湿润的环境,蒿、藜科、锦鸡儿、柽柳、白刺花粉代表较干燥的环境,阔叶树、禾本科、菊科、毛茛科、蓼科、豆科、唇形科(百里香)、虎榛子+榛、蔷薇科花粉代表的环境介于前两组之间。DCA分析用于草原区花粉组合研究具有较好的环境指示意义。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带固沙植被根区土壤含水量

土壤水分在很大程度上决定着荒漠固沙植被的生长状况和分布格局,不同植被对土壤水分的需求也不相同,研究植被根区土壤含水量的分布特征,可为合理调控固沙植被空间分布格局提供理论依据。以黑河中游荒漠绿洲过渡带上的固沙植被泡泡刺（Nitraria sphaerocarp）、沙拐枣（Calligonum mongolicum）为对象,于2014—2018年每年5月上旬（雨季前）和10月中旬（雨季后）钻取植被根区不同深度的土壤样品,研究不同植被根区垂直方向和水平方向上土壤含水量的分布特征及其变异性。结果表明：（1）土层越深,固沙植被根区土壤含水量越高;（2）除2017年外,其余年份两种固沙植被根区的土壤含水量均是雨季后大于雨季前;（3）水平方向上距离植被根区越远,土壤含水量越高;（4）两种植被根区土壤含水量的变异性在垂直方向上浅层大于深层,且垂直方向的变异性大于水平方向。