三峡水库蓄水至156 m水位后白夹溪消落带植物群落生态学研究

三峡水库2006年10月底蓄水至156m水位后,已形成大面积消落带。为了解水位变动情况下,水库消落带植物群落的生态学特征,于2008年7～9月选择位于三峡水库腹心的澎溪河支流白夹溪,对145～156m高程消落带进行了调查。从植物群落的物种组成、生活型和结构特征等方面进行分析,并运用TWINSPAN法对消落带植物群落进行数量分类。结果表明,澎溪河支流白夹溪消落带植物群落物种较丰富,共有高等植物96种,分属36科73属,植物区系地理成分简单;植物群落生活型以一年生植物为主;植物种类构成以湿生、水生植物为主,占总种数的76.04%。TWINSPAN数量分类将调查的68个样方分为10个植物群落类型,其中最具代表性的群落有苍耳(Xanthum mongolicum)+狗牙根(Cynodon dactylon)群落、苍耳群落、双穗雀稗(Paspalum paspaeoides)群落、双穗雀稗(Paspalum distichum)+空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)群落和白茅(Imperata cylindrica)群落,群落特征明显表现出对水位涨落及小生境差异的适应。     

不同植物恢复模式下香溪河消落带土壤种子库特征及其对水位消涨的响应

三峡工程修建所引起的库区水位消涨幅度和节律的改变,导致了消落带植物和土壤种子库的退化,恢复消落带植物和土壤种子库成为消落带生态保护的关键问题。通过样方调查和种子库萌发实验,研究了三峡库区香溪河人工和自然植物恢复模式下消落带土壤种子库的组成与分布特征、土壤种子库与地上植物相似性以及它们对库区反季节水位消涨节律的响应。研究结果表明,植物恢复模式对消落带土壤种子库的物种组成和物种多样性及其空间分布有一定程度的影响;在植物人工恢复采样地,土壤种子库含有44种物种的种子,以消落带上部的物种最丰富;在植物自然恢复采样地,土壤种子库含有50种物种的种子,以消落带中部的物种最丰富。在水位消涨的影响下,消落带土壤种子库的物种组成和物种多样性都趋于简单,物种生活型以一年生草本植物为主。植物恢复模式和水位消涨还引起消落带土壤种子库种子数量空间分布格局、种子库与地上植物相似性的变化。水位消涨增加了土壤种子库与地上植物的相似性,并使得两种植物恢复模式下的土壤种子库的最高种子密度都出现在消落带中部(海拔165 m处),但是人工恢复区土壤种子库的平均种子密度显著低于自然恢复区,其土壤种子库植物种子与地上植物的相似指数略高于自然恢复区。目前三峡库区所采用的消落带植物人工恢复技术在土壤种子库的恢复方面存在一定局限性,今后应在物种的配置上作进一步的改进。     

祁连山北麓荒漠草原5种优势植物生物量与土壤养分特征

为明晰荒漠草原优势植物的植物生物量与土壤养分关系,研究选取祁连山北麓肃北区域荒漠草原骆驼蓬（Peganum harmala）、狗尾草（Setaria viridis）、中华羊茅（Festuca sinensis）、碱茅（Puccinellia distans）和冰草（Agropyron cristatum）5种优势植物,测定该其生物量和根际土壤养分,探究其植物生物量分配及其与土壤养分间的关系。结果表明：（1）5种优势植物间总生物量和根冠比差异显著（P<0.05）,骆驼蓬总生物量最高,碱茅最低。多年生的骆驼蓬、碱茅、中华羊茅和冰草植物生物量大部分集中在地下,一年生的狗尾草植物生物量大部分集中在地上,不同植物间根冠比大小为：碱茅>冰草>中华羊茅>骆驼蓬>狗尾草。（2）5种植物根际土壤有机碳、碱解氮、速效钾、全氮、全磷、全钾及其化学计量特征均存在显著差异（P<0.05）,5种植物根际间土壤碳氮比大小为碱茅>狗尾草>冰草>骆驼蓬>中华羊茅。（3）不同植物生物量、根冠比及土壤养分变异性不一致,骆驼蓬、狗尾草和中华羊茅的根际土壤全钾与碱茅...     

人为干扰对藏北高寒草原群落生物量及其碳氮磷含量特征的影响

退牧还草工程是国家为改善草原生态环境和促进牧区经济持续发展而实行的一项战略性工程,禁牧和休牧措施是其主要措施。以藏北高寒草原申扎区域的退牧还草工程为研究对象,分别选取禁牧围栏样地、休牧围栏样地和围栏外的一块自由放牧样地,比较分析这三种人为干扰下的放牧样地的生物量及其碳氮磷含量的特征。结果表明:休牧样地地上和地下生物量分别为35.69 g/m2和237.11 g/m2,均显著高于禁牧样地(22.48 g/m2和151.22 g/m2)和自由放牧样地(25.27g/m2和96.37 g/m2)。植物中碳氮磷含量,地上部分禁牧样地含碳量最高,植物氮、磷含量自由放牧样地最高;地下部分碳、氮含量差异不明显,P含量自由放牧最高。说明植物生物量大小与植物体内碳氮磷元素含量大小无相关关系。对于禁牧样地,在长期围栏封育的同时,应适当的添加P元素或N、P元素;而休牧样地,在短期围栏封育时,可添加适当的N元素。     

养分和水分添加后沙质草地不同功能群植物地上生物量变化对群落生产力的影响

以典型沙质草地为研究区域,通过养分和水分添加控制试验,研究了群落尺度上生产力的变化及其对不同养分和水分处理响应的差异。从不同功能群植物地上生物量对养分和水分响应分异的角度揭示群落尺度初级生产力的变化机理。结果显示:(1)单纯的氮素、磷素、水分添加对群落生产力的影响不明显,只有养分和水分交互作用才能显著增加群落生产力。氮素添加×冬季增雪、氮素添加×夏季增雨、磷素添加×夏季增雨处理使得群落生产力比对照分别提高了85.1%、107.9%、57.2%。(2)氮素添加×冬季增雪处理后群落生产力比磷素×冬季增雪处理高出86.7%,表明虽然水分添加提高了植物对氮素与磷素的利用效率,但水分添加后植物对氮素的利用效率更高。(3)不同功能群植物地上生物量对养分和水分添加的响应程度不一致。总体而言,养分和水分添加对禾本科植物生物量的影响最明显,对杂类草植物生物量的影响不明显。单纯磷素添加明显降低了群落中禾本科植物的生物量,比对照低61.9%;冬季增雪、夏季增雨增加了群落中豆科植物的生物量,与对照相比分别增加了193.3%、220.5%;氮素添加×冬季增雪、氮素×夏季增雨显著增加了禾本科植物的生物量,分别比对照增加了80.4%、91.6%。     

古尔班通古特沙漠草本植物生物量分配特征

草本植物层片是古尔班通古特沙漠早春生产力的主要贡献者,为深入了解荒漠草本植物在群落水平上对荒漠环境的整体适应性,分析了沙漠中部1 hm2样地中草本植物层片地上与地下生物量分配关系,并验证了草本植物层片生物量与根冠比、物种丰富度以及植株密度之间的关系.结果 表明:(1)类短命植物囊果苔草(Carex physodes)是...     

红树林植物生物量沿纬度分布特征

在收集相关研究数据的基础上,探讨了纬度对红树林植物地上生物量和地下生物量,以及生物量分配格局(地下与地上生物量之比)的影响。结果表明,植物生物量和树高都与纬度相关,红树林植物高度随着纬度的增加变矮,其植物生物量也随着纬度增加而减小;植物地下与地上生物量之比随着纬度的增加而增加;红树林植物地上生物量、地下生物量和总生物量都与树高呈幂函数关系,生物量随着树高的增加而增加;当研究过程中加入代表内在控制因素树高时,生物量与纬度之间具有的线性相关系数更高,说明以纬度为代表的外在环境条件和以树高为代表的红树林内在控制因素能够真实地反映综合因素对地上生物量的影响;不同树种间的地下与地上生物量之比差异较大,但都大于陆地森林地下与地上生物量的比值;红树林优势树种的差异也是影响红树林植物生物量及其分配格局的重要因素。     

氮素及水分添加对科尔沁沙地4种优势植物地上生物量分配的影响

氮素和水分是半干旱沙地生态系统植物生长主要的影响因素,氮沉降和降水量与降水格局的变化可能会对植物生长产生深刻影响,进而影响沙地生态系统功能。本文通过科尔沁沙地草地连续2年增加水分（夏季增雨,冬季增雪）、添加氮素和同时添加氮素和水分的田间试验,分析了不同处理对4种优势草本植物种（尖头叶藜Chenopodium acuminatum 、白草Pennisetum centrasiaticum 、糙隐子草Cleistogenes squarrosa 和狗尾草Setaria viridi ）地上生物量积累和分配的影响。结果表明：单纯添加氮素或水分对当地4种优势植物平均地上总生物量、各构件平均生物量及繁殖体和茎平均生物量分配无显著影响。夏季增雨×氮素添加使4种植物平均地上总生物量及各构件平均生物量在2010年显著增加,冬季增雪×氮素添加使叶生物量分配在2010年显著增加;但是在2012年各处理对生物量的分配影响不显著。这说明夏季增雨×氮素添加能够解除氮素对水分的限制作用,使植物将所获得的有限资源供于叶片生物量的积累和分配。但是添加氮素与水分影响的生物量分配变化程度因物种而异,对尖头叶藜、白草、糙隐子草的影响不明显,对狗尾草的影响显著。     

广西典型矿区中植物对Cu、Mn和Zn的富集特征与潜在的Mn超富集植物

本文对广西锰矿区、铅锌矿区和金矿区土壤和植物的重金属含量进行了调查分析。在所调查的24种植物中,Cu含量在30.8~183.8mg/kg范围,Mn含量在143.6~27514mg/kg范围,Zn含量在113.3~1773mg/kg范围。相对于正常条件下生长的普通植物来说,其Cu、Mn和Zn含量都较高。生长在锰矿区的狗牙根、香附子和菜蕨中Mn的含量分别达到27514、16144和11516mg/kg,相应的富集系数为11.4、6.7和4.8。这3种植物均达到Mn超富集植物的相关标准,因此是潜在的Mn超富集植物。     

林草复合经营模式养分动态关系

林草复合经营模式在目前的退耕还林工程中起着重要的作用，研究林草复合模式的林与草之间的营养元素关系，通过对不同林草养分的研究得出林木、草、土壤之间的养分动态关系，对矿质养分相互关系的研究为合理搭配林草提供重要依据，为退化山地生态系统的恢复和重建提供重要的模式。模式Ⅰ在退耕还林初期，土壤养分供给氮素虽未亏缺，但从三者问的消长关系看出：氮磷素供应并不富足，特别是水解性氮。土壤交换性钙供应不足，引起杉木与黑麦草对钙质竞争。而土壤全钙含量很高，钙质向交换性钙转化的速度缓慢。模式Ⅱ与模式Ⅰ得到相似结果，所以在这两种模式中应加强人为管理，在退耕初期应适当增施氮磷钙肥，辅以土壤结构改良，加速土壤养分向植物可利用态转化。模式Ⅲ牛鞭草的生物量极高，磷、钙索相对缺乏。由于牛鞭草被不断的采割用于牲畜的饲料，对该模式中必须进行一定养分的输入，以保持杂交竹与牛鞭草这一林草生态系统的养分平衡。     

未来气候变化情景下横断山北部灾害易发区极端降水时空特征

极端降水是导致气候变化下滑坡、泥石流等山地灾害变化的重要因素。极端降水的时空特征作为气候变化下山地灾害风险的研究热点之一,为滑坡等山地灾害危险性评价和构建山地社会安全空间奠定了重要基础。尤其对于地形复杂、灾害频发的横断山地区,高精度的极端降水时空特征研究有利于优化国土空间,促进当地减轻灾害风险与加强气候变化适应相结合。本研究以横断山北部岷山、邛崃山和大雪山为例,充分考虑区域复杂地形的影响,在全球气候模式降水数据的基础上,采用统计降尺度的方法,获取该区域2010—2060时段的逐日降水数据(空间分辨率1×1km);并充分考虑极端降水可能对物理事件造成的影响,构建包括绝对量指数、频度指数和强度指数的极端降水评价指标体系。研究结果表明,未来气候变化下,研究区极端降水总体呈现增加—减少—增加的趋势,短时极端降水和持续性极端降水的空间分布相对一致。就短时极端降水而言,大部分区域发生50mm以上极端降水事件的次数较多,而研究区中部邛崃山区甚至会发生超过100mm的极端降水事件。持续性事件的分布受地形阻隔作用影响,主要发生在大雪山高山区域和邛崃山区。结合研究区地理环境条件,地质灾害风险在未来气候变化情景下可能增加。     

丘陵区典型小流域地下水化学特征与补给来源分析

川中紫色土丘陵区频发的季节性干旱严重制约区域农村经济和社会可持续发展。地下水是丘陵区农村居民饮用和灌溉的主要水源,但迄今该区域地下水补给循环过程的相关研究报道极少。本研究选取盐亭大兴小流域(480 hm 2)为典型小流域进行综合水文观测与取样,比较了小流域内浅层地下水(2口泉水、14口井水)在不同覆被条件下雨季和旱季的水化学特征(包括D、 18 O)及水岩作用过程,并通过氯离子平衡法和二元混合模型法对比分析区域降水补给地下水规律。结果表明:(1)研究区内浅层地下水水化学类型为HCO 3 ·SO 4-Ca,主要控制因素为岩石风化水解;(2)由地下水同位素峰值响应特征可知该区域浅层地下水对雨季降水补给响应时间约为50~ 85 d;雨季浅层地下水交换作用比旱季强烈;(3)氯离子平衡法受人为干扰较大,计算结果可能偏小,二元混合模型法未包含更多水源,计算结果可能偏大;(4)优化估算结果表明浅层地下水全年接受降水补给率在12%~38%间变化,雨季单次降水补给地下水比例在4.3%~58.0%间变化。本研究通过揭示丘陵区浅层地下水水化学性质变化规律,初步估算了浅层地下水补给来源及比例,可为区域地下水资源评估提供科学基础。     

基于遗传算法的反倾层状岩质边坡极限分析上限解

倾倒破坏是反倾层状边坡主要的失稳类型之一,而当反倾层状边坡内存在软弱夹层、外倾结构面等因素时,传统的纯剪断或纯折断破坏将不再适用,如何有效地建立一种该类型边坡的稳定性分析方法对边坡工程设计显得尤为重要。在此基础上,本文针对反倾层状岩质边坡平动-转动组合破坏问题,利用塑性极限分析上限定理,结合相关联流动法则和变形协调条件建立容许运动场,构建考虑平动加转动的岩质边坡稳定性极限分析理论计算模型,进一步采用遗传优化算法进行全局极值搜索,得到基于遗传算法的平动加转动岩质边坡极限分析稳定性系数上限解和相应的最优折断面。采用该方法与改进的 Goodman Bray方法进行对比,计算结果表明所提方法具有一定的适用性。同时利用该方法,对反倾岩质边坡的稳定性影响因素进行了敏感性分析。     

基于DEM分形特征的坡度尺度变换模型

利用DEM提取坡度具有明显的尺度依赖性,探求DEM在不同尺度下表现出的规律关系,建立多尺度变换模型,以实现不同尺度间的转换是地形分析研究的热点和难点。本文阐释了DEM表面与地表粗糙度分形维数值的地学意义及内在关系,并利用分形对象的自相似性原理,建立了一种基于DEM分形特征的坡度尺度变换模型。选取四川丘陵地区某小流域为研究区,进行坡度尺度变换实验和误差分析,结果表明该模型能有效实现坡度尺度变换:在非平坦地区(坡度>1°)一般重采样方法变换得到的坡度误差为该方法的1.86倍;从信息熵理论分析,经该方法转换后的坡度信息得到了显著恢复。对于无1︰1万及以上精度地形数据的西南山区,利用该方法获取高精度坡度数据具有重要的理论价值和现实意义。     

山区聚落与耕地空间耦合关系研究——以北川县为例

探究山区聚落与耕地间的耦合关系,对山区聚落重构与农业发展具有重要意义。本文采用核密度法、局部空间自相关、Ripley k函数和聚耕比指数等方法定量分析了北川县山区聚落与耕地在数量与质量上的空间特征。结果表明:1)北川县聚落属于典型的山区农业聚落,且多为离散型或小规模群体性聚落,加之受地形因素影响,多属于平行于等高线的台阶式聚落。2)由多距离空间聚集指数可看出,小尺度下的聚落聚集特性并不明显,多数聚落呈离散性。3)北川县域聚落与耕地空间分布关系密切,聚落分布呈显著的“耕地指向性”,聚耕比指数差异明显,呈由西北向东南逐渐增大的分布趋势。4)北川县域耕地质量等级较低,但耕地分布空间同质性较好,“高高”质量耕地,与“低低”质量耕地具有明显的聚集特性。本文在传统的以分析聚落与耕地数量关系为中心的基础上,加入耕地质量分析,较全面地反映聚落与耕地的空间耦合关系,为聚落与耕地关系的整体认知提供了新的思路。     

基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型

孔隙率对黄土抗剪强度具有非常重要的影响,然而,孔隙率对黄土抗剪强度影响效果的认识并不充分。本文以陕西省延安黄土为研究对象,开展不同孔隙率的黄土直剪试验研究,探讨了孔隙率对粘聚力与内摩擦角的定量变化关系;并以此为基础,构建了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,并对其进行了验证。研究结果表明:(1)延安黄土粘聚力与孔隙率间呈幂函数变化关系;(2)延安不同孔隙率黄土内摩擦角取值呈现出两个区间,当孔隙率n≥0.4时,其内摩擦角在25±2.5°的范围内变动,而当孔隙率n<0.4时,其内摩擦角在29.5±2°的范围内变动;(3)通过分析得到了基于孔隙率的延安黄土抗剪强度模型,且该模型得到的黄土抗剪强度理论值与实测值间的误差较小,相对误差均在7%以内,具有较高的精确度。研究成果不仅能为延安黄土抗剪强度研究等提供技术支持,而且还能为该地区的工程建设等方面提供理论参考。     

基于弃渣综合利用的矿山泥石流灾害防治新模式——以冕宁盐井沟泸沽铁矿为例

冕宁县盐井沟受泸沽铁矿的开采所影响,流域内留存有大量矿山弃渣,在历史上曾造成严重的泥石流灾害。原有的防灾方式主要依靠沟道内修建的导流堤、拦砂坝等工程措施,但需要政府每年投入大量资金进行沟道清淤,无法根治灾害。新的防灾模式则通过综合利用泸沽铁矿的弃渣,在生产建筑砂石料的同时回收其中的铁矿粉,并利用弃土回填实现复垦和生态改良。上述措施不仅能有效减少盐井沟内松散物源的堆积,降低地质灾害风险,同时也能为企业创造利润、增加政府财政收入及促进地居民的就业,还间接地减少了河道砂石的开采、减轻了对河道生态环境的破坏,起到了减灾、增收、环保的多重效果。这种循环经济理念下的防灾新模式可试推广至其他受矿渣堆积地质灾害影响的地区。     

含水率对泥石流浆体力学特性影响实验研究

探讨含水率对泥石流浆体力学特性影响是泥石流运移过程研究的基础性内容。以成都龙泉区黏土为实验材料,配制11种不同含水率的泥浆,利用安东帕MCR301流变仪,对不同含水率泥浆开展两循环旋转剪切实验(每循环剪切过程分为增速剪切(0-30 s^-1)和减速剪切(30-0 s^-1)两阶段),分析含水率对泥浆剪切过程、剪应力变化过程、剪切应力峰值及灵敏度的影响。实验结果表明:①初剪应力峰值和复剪应力峰值与含水率呈幂律关系。②由于剪切过程的差异性导致含水率对泥浆的剪应力与剪切速率的影响也具有差异性:当含水率低于100%时,第一、第二循环各阶段剪切过程中剪切应力变化过程完全不重合,且初剪应力峰值和复剪应力峰值随含水率增大迅速降低,灵敏度随含水率的增加迅速减小到1;当含水率高于100%时,第一、第二循环各阶段剪应力变化过程基本一致,含水率对应力峰值和泥浆灵敏度的影响可以忽略不计。③影响成都黏土泥浆剪切过程、剪切应力变化、剪应力峰值和灵敏度的含水率阈值是100%。本文对成都区黏土泥浆开展了动态剪切试验,探讨了含水率对泥浆特性的影响,可为其他区域黏土特性的研究提供参考,具有重要的研究意义!     

不同苔藓斑块对亚高山针叶林土壤呼吸和有机碳累积的影响

苔藓植物作为森林生态系统最常见的地被植物之一,对生态过程起着重要调控作用。为探明不同苔藓植物对亚高山生态系统碳循环过程的影响,本文以封闭式动态气室法,对川西贡嘎山东坡峨眉冷杉生态系统赤茎藓(Pleuroziu schreberi)和星塔藓(Hylocomiastrum pyrenaicum)两种苔藓斑块土壤以及裸地斑块土壤CO_2排放速率进行了定位观测,同时探讨了不同苔藓斑块对土壤有机碳累积的影响及潜在途径。结果显示:(1)苔藓植物显著改变了亚高山针叶林土壤CO_2排放速率及其季节变化特征,但不同苔藓植物的影响程度具有差异:赤茎藓和星塔藓作用下土壤CO_2排放速率分别增加了28.5%和46.8%,星塔藓与赤茎藓相比其对土壤CO_2排放的促进作用更显著;(2)苔藓斑块对土壤有机碳(SOC)和溶解性有机碳(DOC)的影响具有物种特异性,两种苔藓中,赤茎藓能够显著促进SOC和DOC累积,但星塔藓的影响不显著。该结果反映了亚高山生态系统不同苔藓物种在促进生态系统碳循环方面的生态功能的差异,由此,在开展亚高山生态系统碳循环以及土壤有机碳储量研究时,应充分考虑苔藓物种对土壤碳过程/碳平衡的作用机制和生态功能差别。     

震区植被恢复初期土壤理化性质与土壤呼吸间的关系

为了解地震灾区不同恢复方式下土壤理化性质和土壤呼吸间的关系,选取2种典型气候区(干旱河谷气候区与亚热带季风气候区)为研究区,设置人工恢复、未受损、自然恢复3种恢复方式的固定样地,定期测定土壤呼吸与土壤理化性质(有机碳、全氮、全磷、速效氮、有效磷、容重、孔隙度、电导率和pH值),并分析各因子间的相关关系。结果表明:气候类型显著影响土壤全氮、容重、孔隙度、电导率以及土壤呼吸,表现为干旱河谷气候区显著优于亚热带季风气候区;恢复方式显著影响土壤呼吸速率、有机碳、全氮、全磷、速效氮、有效磷含量、C:P、N:P、容重、孔隙度和电导率,基本表现为未受损样地优于人工恢复样地优于自然恢复样地;二者交互作用显著影响土壤呼吸、土壤物理性质和除全磷、有效磷外主要土壤养分的流失。两种气候区土壤呼吸的影响因子不同,干旱河谷气候区主要为土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、pH值、容重和孔隙度,亚热带季风气候区主要为土壤有机质、全氮、速效氮、容重和孔隙度。本研究为评价和优化西南地区灾后恢复治理措施提供一定科学依据,对其生态安全维护和生态屏障建设提供帮助。