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。     

藏北高原高寒草地围栏禁牧和生长季降水对物种丰富度和多样性的影响(英文)

2009和2010年夏天沿藏北高原高寒草地样带调查了高寒草地生态系统(高寒草甸、高寒草原和荒漠草原)在围栏禁牧和自由放牧管理下的物种丰富度和多样性(Shannon-Wiener指数,Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数)。研究结果显示:自2006年起藏北高原围栏禁牧在植被类型和区域尺度上没有显著改变物种丰富度和多样性。物种丰富度和多样性主要受生长季降水驱动,超过87%的变异可由生长季降水来解释。物种丰富度和多样性在自由放牧和围栏禁牧2类样地对生长季降水的响应方式一致。物种丰富度随降水呈指数型增长关系,多样性指数则呈现正线性关系。研究结果预示藏北高原地区生长季降水的变化对于物种丰富度和多样性管理至关重要,在未来高寒草地保护研究中应予以重视。     

雅鲁藏布江源头区的植被及其地理分布特征

雅鲁藏布江源头区是国家级重要生态功能区,该区域自然背景资料极为缺乏。2002—06和2002—11,结合遥感影像数据,对源头区主要河谷典型地理环境位点植被进行了2次地面踏勘。结果表明：源头区主要植被类型有高寒草原、高寒草甸、高寒灌丛以及高寒垫状植物和流石坡植物。高寒草原类型主要有紫花针茅(Stipa pur purea)草原、青藏苔草(Carex moorcroftii)草原、固沙草(Orinus thoroldii)草原、藏白蒿(Artemisia younghusbandii)草原、藏沙蒿(Artemisia weiibyi)草原。高寒草甸主要类型有高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸、藏北嵩草(Kobresia littledalei)、三角草(Trikeraia hookeri)草甸。高寒灌丛的主要建群种有小叶金露梅(Potentilla parvifolia)、金露梅(Potentilla fruticosa)和变色锦鸡儿(Caragana versicolor)。在雪线附近有由多种高寒植物组成的垫状植物群落和流石坡稀疏植物。对群落的物种组成,分布区的土壤、水分等生态要素以及植被地理格局进行了概括性描述。     

2000-2020年藏北高寒草地水源涵养功能变化及影响因素分析（英文）

藏北地区平均海拔4500 m以上,被称为“世界屋脊上的屋脊”,同时也是青藏高原生态安全屏障的主体,但在全球气候变化和人类活动的双重影响下,藏北高寒草地生态系统变化明显,部分区域出现退化趋势。2009年我国开始实施了《西藏生态安全屏障保护与建设工程》(以下简称工程),旨在恢复和保育高原的生态系统及其服务功能。而水源涵养是藏北高寒草地生态系统最为重要的服务功能之一,工程实施以来,藏北草地的水源涵养功能如何变化、生态工程的效益如何？本文基于InVEST模型评估了2000–2020年生态工程前后藏北草地水源涵养功能的变化,量化了气候变化和人类活动在其中的贡献率。结果表明：(1)藏北各类型草地的水源涵养能力虽然差异较大,但工程实施后水源涵养的功能均出现了明显的变化,产水量比工程实施前增加10.07%,水源涵养服务上升8.86%。其中高寒草甸区的水源涵养变化速率增长最大,由工程前的–1.84 mm yr^–1转变为工程后的2.24 mm yr^–1;其次是高寒荒漠草原和高寒草原,在工程的影响下水源涵养功能下降的速率明显减缓。(2)气候变化仍是藏北草地水源涵养...     

西藏高原高寒草地的多功能性及其阈值（英文）

生态系统可以同时提供多种功能和服务。对生态系统多功能性的认知有助于我们准确评估系统承载能力,并对维持系统可持续发展至关重要。但是,由于单个功能之间往往存在显著的相关性,且彼此非独立,使得准确量化生态系统多功能性具有很大的挑战。我们根据实地调查和遥感收集的NDVI数据,通过整合四个重要的单个功能,量化了青藏高原高寒草地多功能性的空间格局。在此基础上,对沿青藏高原北部样带分布的四种主要草地类型的多功能性值进行提取,区分了气候和放牧强度对多功能性的影响。结果表明多功能性在高寒草甸具有很高的值。多功能性的低值在不同草地类型中是具有可比性的。年降水量可以解释多功能性沿四种不同草地类型的较大变异,即对多功能性有显著正向影响。放牧强度可以进一步解释多功能性的变化,即对四种草地类型的多功能性有显著负向影响。地下生物量、有机碳以及物种丰富度的持续快速下降导致了多功能性的急剧衰退,此时,裸土覆盖率达到了75%,对应的多功能性值为0.233。我们的研究结果首次展示了高寒草地多功能性的空间格局。多功能性的迅速下降表明,在植被覆盖率降低到25%之后,多功能性可能会崩溃,还会伴随着物种和其他个别功能的快速丧失。本研究可为高寒草地的可持续发展和退化草地恢复提供依据和指导。     

封面照片说明:青藏高原高寒草甸

高寒草甸(Alpine meadow)又称为高山草甸,是发育在高原和高山地带的一种草地类型。由于处在寒冷的环境条件下,其植被组成主要是冷中生的多年生草本植物。在青藏高原东部及其周围海拔3 000 m以上的高海拔山地,广泛分布着由蒿草等高寒植被组成的草甸,是青藏高原高寒生态系统的主要草地类型,分布面积约70×104km2,占青藏高原可利用草场的近50%。作     

雅鲁藏布江中上游植物群落的数量分类与排序（英文）

本文基于雅鲁藏布江流域植被调查数据和环境数据对研究区植被群落组成、物种组成与环境关系进行数量生态学分析。结果表明:(1)采用TWINSPAN分类法把雅鲁藏布江中上游地区的44个调查样地划分为7个群落类型,分别是垫型蒿+紫花针茅群落、纤杆蒿+紫花针茅+藏沙蒿群落、高山嵩草群落、三角草群落、砂生槐+水栒子+白草群落、冷蒿群落以及金露梅+固沙草群落。(2)DCA排序显示,样地和物种的分布格局主要受经度和海拔因素的影响。(3)CCA排序的结果再次表明,经度变化引起的温度和降水的改变是控制整个雅鲁藏布江中上游植被群落类型形成和变化的主要因子,并将自然植被分成了针茅、沙蒿等为优势种的荒漠草原群落(源头地区),固沙草、青藏薹草为优势种的高寒草原群落(中游地区),以及灌丛、农田等植被群落(雅江与年楚河汇流处)。     

围栏封育对不同类型高寒草地植物及土壤养分的影响（英文）

围栏封育是高寒草地最为常见的保育方式,不同类型草地的封育效应可能会存在差异。开展该方面的研究,可以评估围栏封育对草地恢复的效应,为藏北高原不同类型退化草地的恢复措施提供科学依据。本研究以藏北地区的高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠3类草地为研究对象,采用单因素方差分析对生物量、叶片–土壤养分含量以及化学计量比进行差异性检验,探讨了围栏封育对这3类高寒草地植物和土壤养分的影响。结果表明,围栏封育能显著提高这3类草地群落的地上生物量,但仅提高了10–20 cm高寒荒漠的地下生物量;围栏封育显著提高了高寒荒漠优势植物叶片的养分含量和10–20 cm土壤中全氮、全钾、有机碳的含量,并显著改变了C、N、P之间的化学计量比;而在高寒草甸和高寒草原围栏封育仅仅显著增加了高寒草原中优势物种叶片的N含量,其他养分指标和化学计量比均没有表现出显著的差异。以上结果表明,从植物和土壤养分来看,围栏封育对高寒荒漠草地的保育作用最为显著。     

近15年来长江黄河源区的土地覆被变化

基于长江黄河源区土地生态分类,利用1986年与2000年两期TM遥感数据的对比和野外实地调查,采用景观生态空间分布格局分析方法,从分布面积变化和类型转移趋向与幅度两方面,分析了江河源区近15年来土地生态系统的空间分布变化与演变格局,结果表明：高寒草地退化显著,较高覆盖度高寒草原与高寒草甸面积减少了15.82% 和5.15%,高寒沼泽草甸分布面积锐减了24.36%;湖泊水域萎缩了7.5%,以长江源区内流湖泊为主;土地荒漠化发展十分强烈,沙漠化土地面积扩展了17.11%,其中黄河源区沙漠化土地年平均扩展率达到1.83%。高寒草原草地的覆盖度下降与荒漠化、高寒草甸草地的覆盖度下降与草原化以及沼泽草甸草地的疏干旱化是区域土地生态系统空间演变的主要趋向,并由此改变了土地覆被的空间分布格局并使该区域生态环境持续恶化。     

基于植被盖度和高度的不同退化程度高寒草地地上生物量估算

由于气候变化和不合理的人类活动,20世纪80年代以来青藏高原高寒草地发生严重退化。地上生物量是评价草地退化的直观指标。通常采用植被盖度和高度来估算草地地上生物量,但草地退化后,植被盖度和高度与地上生物量之间的关系是否会发生变化目前还不清楚,这影响着退化草地生物量估算的精度。通过多元回归分析研究了青藏高原中部和东北部高寒草甸、高寒草原在不同退化程度下植被盖度和高度与地上生物量的关系。结果表明：（1）高寒草甸与高寒草原地上生物量整体上及不同退化阶段都没有显著差异（P>0.05）。（2）随着退化程度的加剧植被盖度和高度对地上生物量的影响也发生改变,体现在未退化阶段地上生物量主要受植被高度影响,退化后主要受植被盖度影响。（3）无论是高寒草甸还是高寒草原分退化程度的回归模型估算结果都较不分退化程度模型估算的生物量更接近实测值。我们建议在退化高寒草地研究中采用盖度和高度估算生物量时,根据退化阶段采用不同的估算模型。     

湿地植被格局成因研究进展

植被格局是指植被在生活空间中的位置和布局状况,是物种生物学特性和外界环境因子综合作用的结果.湿地植被在景观上总是沿着某个环境梯度呈较明显的带状分布特点,但是关于带状分布形成的机理目前还不是很清楚.大量事实表明,湿地植被格局不仅受制于湿地自身自然环境状况(包括非生物和生物因素),同时也取决于湿地植物种的生物学特性,并且受到人类干扰活动的影响.具体成因如下:非生物因素主要包括气候、地貌、水文和土壤等,这些因素通过对水、热、光和营养等因子的分配而在不同尺度上影响湿地植被的组成和分布,其中,水位和盐度梯度分别是淡水和盐沼湿地植被格局形成的主导因子.生物因素主要包括竞争和植食作用,高竞争力物种采用迅速繁殖和扩散的策略成为优势物种直接影响植被的分布,植食作用则可能通过改变植物间竞争关系而影响植物分布.物种生物学特性主要包括胁迫忍耐力及繁殖和定居能力等,如洪水忍耐力高的物种往往分布在最高水位的区域,繁殖和定居能力强的物种能使自身在复杂环境下取得竞争优势.人类活动可以通过改变湿地生态系统中的非生物因素和生物因素的相互关系来影响植被分布格局.针对当前研究的现状,今后的研究应在淡水湿地系统植被成因,生物因素如植物间相互作用以及植物自身关系的权衡对格局的影响,微生物作用对植被格局的影响,野外控制实验四个方面进一步加强.     

中国干旱半干旱地区草地植被碳存量动态变化及其对气候和地形的响应（英文）

草地生态系统在干旱、半干旱地区的生态稳定和陆地生态系统碳循环中扮演着重要的作用。但是,有关干旱、半干旱地区草地植被碳存量动态变化及其对气候和地形因素的响应研究却很少。本研究利用2001–2012年的气象数据、NDVI(normalized difference vegetation index)数据及改进型CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型模拟估算草地植被碳存量时空动态变化及其对气候和地形因素的响应。研究结果表明:(1)甘肃省草地植被碳存量为4.4×1014 gC,年增长率为9.8×1011 gC(P0.05),草地植被碳密度为136.5 gC m~(–2)。(2)草地植被碳密度和碳存量表现出较强的时空变化特征,基本与温度、降水量和太阳辐射的时空变化保持一致,且在高程2500–3500 m、坡度30°和坡向朝东的时候达到最大值。(3)气象要素(温度、降水量和太阳辐射)对5种草地类型(沙漠和盐碱草地、典型草原、高寒草地、灌草丛和林下草地)植被碳密度的影响主要取决于在空间尺度上草地植被所能获取的水分和热量。研究结果不仅能够为合理解释草地植被碳存量动态变化的时空异质性提供新的证据,同时也能为我国干旱、半干旱地区草地农业管理提供理论和实践基础。     

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.     

青藏高原高寒草地净初级生产力(NPP)时空分异

基于1982-2009 年间的遥感数据和野外台站生态实测数据,利用遥感生产力模型(CASA模型) 估算青藏高原高寒草地植被净初级生产力(NPP),分别从地带属性(自然地带、海拔高程、经纬度)、流域、行政区域(县级) 等方面对其时空变化过程进行分析,阐述了1982 年以来青藏高原高寒草地植被NPP的时空格局与变化特征。结果表明:① 青藏高原高寒草地NPP多年均值的空间分布表现为由东南向西北逐渐递减;1982-2009 年间,青藏高原高寒草地的年均总NPP为177.2×10¹² gC·yr^-1,单位面积年均植被NPP为120.8 gC·m^-2yr^-1;② 研究时段内,青藏高原高寒草地年均NPP 在112.6~129.9 gC·m^-2yr^-1 间,呈波动上升的趋势,增幅为13.3%;NPP 增加的草地占草地总面积的32.56%、减少的占5.55%;③ 青藏高原多数自然地带内的NPP呈增加趋势,仅阿里山地半荒漠、荒漠地带NPP呈轻微减低趋势,其中高寒灌丛草甸地带和草原地带的NPP增长幅度明显大于高寒荒漠地带;年均NPP增加面积比随着海拔升高呈现"升高—稳定—降低"的特点,而降低面积比则呈现"降低—稳定—升高"的特征;④ 各主要流域草地年均植被NPP均呈现增长趋势,其中黄河流域增长趋势显著且增幅最大。植被NPP和盖度及生长季时空变化显示,青藏高原高寒草地生态系统健康状况总体改善局部恶化。     

基于改进土壤冻融水循环的Biome-BGC模型估算青藏高原草地NPP

Biome-BGC模型被广泛用于估算植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）,但是该模型未考虑冻土区土壤冻融水循环过程对植被生长的影响。本文基于Biome-BGC模型,改进冻土区活动层土壤冻融水循环,估算了2000—2018年青藏高原高寒草地NPP。通过比较原模型和改进后的模型,并对NPP模拟结果的时空特征进行了分析,结果表明：① 增加冻融循环提高了NPP估算精度,青藏高原草地NPP均值由114.68 gC/(m²·a)提高到128.02 gC/(m²·a)。② 原模型和改进后NPP的空间分布差异较大,时间变化趋势差异不明显。③ 青藏高原草地NPP总量为253.83 TgC/a,呈东南向西北递减的空间格局,年均增速为0.21gC/(m²·a)（P=0.023）,显著增加的占17.85%,主要分布在羌塘高寒草原地带的大部分地区和藏南山地灌木草原地带的西部。④ 该冻融水循环改进方法简单可靠,具有在其他多年冻土区推广的价值。     

降水减少加剧气候变暖对西藏半干旱草甸草原物候变化的效应（英文）

植被物候被认为是全球变暖的一个敏感指标,特别是在青藏高原。然而,自2000年以来,对气候变暖是否能够促进草地物候期的提前存在争议。升温以及生长季节早期降水如何与之交互对半干旱草原物候产生影响鲜为人知。本研究中,我们提取藏北当雄草地2000–2014年生长季平均NDVI(GNDVI)和草地物候变化信息,分析了NDVI、物候变化和气候变化的关系。结果表明天然草地GNDVI呈下降趋势。GNDVI的年际变化主要受5月下旬至7月的气温和4月至8月的降水影响。由于生长季起始期不断延迟,生长季结束期基本不变,天然草地生长季长度大大缩短,这大部分是由于春季变暖和降水减少造成。水分有效性是研究区草地生长的主要决定因素,当草地生长的温度限制被打破后,升温将增加对水的需求。近10年来,由于蒸散和水分限制不断增强,降水减少进一步加剧了气候变暖对植被物候变化的效应。全球变暖和降水减少的综合影响可能会延迟半干旱高寒草地的物候响应。     

贺兰山灌丛群落物种多样性海拔格局及环境解释

贺兰山是一条重要的草原与荒漠的自然地理分界线,也是我国西北地区一道重要的生态屏障。灌木是贺兰山最主要的植被组成,但对贺兰山灌木多样性的分布格局及其影响因素却很少有专门研究。本文对内蒙古贺兰山西坡沿不同海拔分布的13类主要灌丛群落进行了野外调查,探讨物种多样性沿海拔梯度的分布格局及其与海拔、土壤、人为干扰等环境因子的关系。结果表明:(1)灌木层与草本层的物种丰富度随海拔上升总体呈微弱的单峰格局,Shannon-Wiener指数(H')、Simpson指数(D)和Pielou均匀度指数(E)随着海拔上升均未表现出明显的垂直分布格局。(2)除Pielou均匀度指数外,灌木层郁闭度与下层草本植物的物种多样性呈显著的二项式回归关系,最大值出现在约40%的灌木层相对盖度处。(3)海拔、坡度和土壤质地等多种环境因子共同影响着贺兰山灌丛群落的物种组成及其多样性垂直分布格局,其中海拔是主要的限制因素。本研究有望实现对该地区灌丛群落研究的扩展和完善,并为灌丛资源的科学保育及管理提供参考。     

青藏铁路格尔木至安多段沿线高寒植被、土壤特性与人工植被恢复研究

 对青藏铁路格尔木至安多段沿线不同海拔梯度下高寒植被与土壤特征进行研究。沿线高寒植被的主要分布种有91个,主要建群种为:紫花针茅(Stipa purpurea)、青藏苔草(Carex moorcroftii Falc)、藏异燕麦(Helictotrichon tibeticum)、黄芪(Astragalus)、棘豆(Oxytropis)、粗壮嵩草(Kobresia robusta Maximowicz)、矮嵩草(Kobresia robusta Maximowicz)等。高寒植被物种数、平均盖度、地下生物量和总生物量与海拔呈正相关性,而平均高度和地上生物量与海拔呈负相关性。沿线高寒植物群落主要可划分为海拔小于4 000 m的高寒荒漠植被、海拔4 000~4 500 m的高寒河谷灌丛植被、海拔4 500~4 700 m的高寒草原植被、海拔4 700~4 800 m的高寒垫状植被、海拔4 800~4 900 m的高寒草甸植被和海拔5 000 m左右的高寒沼泽和高寒流石坡植被。土壤全氮和有机质含量都与海拔高度呈正相关性,但全磷、全钾及pH值则在高海拔地区达到最低。沿线土壤颗粒组成主要以中、细沙(d＜0.4 mm)为主,占到了总含量的85%以上,因此,中、细沙是构成沿线土壤的最主要颗粒。沿线植被恢复比较有效的方法是选择紫花针茅、垂穗披碱草、燕麦、棘豆、黄芪、蒿草、梭罗草等当地草种,采取原生植物种子异地繁殖,再经沿线播种或栽培抚育,从而达到植被恢复的目的。该研究对青藏铁路沿线的植被恢复与植物防沙工程具有一定的指导意义。     

高寒退化草地中垫状点地梅的生态系统工程师作用

垫状植物是高寒地区广泛分布的一类具有特殊形态的植物,被称为高寒生态系统工程师,其在高寒退化草地中的作用如何?本研究以位于西藏当雄念青唐古拉山脉南坡4500m的一处高寒退化草地为例,调查了垫状点地梅覆盖区域内外的物种多样性、土壤养分以及水分的差异。结果表明:垫状点地梅可以显著改善土壤养分,提高幅度大约为16%-48%,其中有机质和总氮(N)分别增加了16.2%和18.9%;局部土壤含水量提高约12%;样方内的物种丰富度(S)、Shannon-Wiener指数(H)和Simpson指数(D)都随着垫状点地梅盖度的增加而呈增加的趋势。垫状点地梅在退化草地中具有显著的改善土壤微环境和提高群落物种多样性的作用,应加强保育以促进高寒退化草地的恢复。     

伊犁河流域乌孙山北坡植被垂直分布格局的定量判断

 结合野外调查结果,以1 410~2 960 m海拔梯度上的群落物种重要值和个体数为数量指标,采用游动分割窗技术定量判定了伊犁乌孙山北坡植被垂直分布格局。结果表明,平方欧式距离、马氏距离和Bray-Curtis距离系数均能较好指示群落交错带的变化类型、位置和宽度,其中,平方欧式距离和马氏距离更能直观而准确地反映植被沿海拔梯度的变异,且8个取样单位为游动分割窗最适窗体宽度。利用游动分割窗技术的定量分析,可以将伊犁乌孙山植被沿海拔梯度划分为11个植被带,从低到高依次为:荒漠草原、荒漠草原与山地草原交错带、山地草原、山地草原与亚高山草甸交错带、亚高山草甸、亚高山草甸与高山草甸交错带、高山草甸、高山草甸与针叶林交错带、针叶林、针叶林与高寒草甸交错带以及高寒草甸。荒漠草原与山地草原交错带、山地草原与亚高山草甸交错带、亚高山草甸与高山草甸交错带为渐变型过渡带,宽度分别为250、100、100 m,高山草甸与针叶林交错带和针叶林与高寒草甸交错带为急变型过渡带,宽度分别为150 m和100 m。