山地垂直带谱研究评述

山地垂直带谱研究是地学地域分异规律研究的重要内容之一,垂直带谱受土壤、气候和生物条件的影响,呈现不同的分布特征。在气候变化的影响下,垂直带谱也发生着剧烈的变化,并对气候变化起指示作用。本文通过梳理山地垂直带谱研究的主要历程,就山地垂直带谱的成因和格局以及研究方法的革新进行了探讨,并对我国的山地垂直带谱研究以及落基山脉和阿尔卑斯山脉等其他地域的研究状况进行综合论述。分析认为利用现有的观测数据,如气象、生物、土壤和地形等方面资料,研究山地垂直带谱的演替过程以及格局变化,关注未来气候变化情景下垂直带谱对于生态安全和环境保护显得尤为重要。同时,多学科的介入和交叉知识的融合对山地垂直带谱研究有着重要的意义,如研究带谱的形成,需要对地质构造、气象成因、植物生理、土壤生态等各方面的知识,在大尺度的研究中,遥感技术以及计算机信息工程要纳入其中。目前山地垂直带谱的理论基础也无法满足科学研究的需求,理论化研究需要进一步推进。综述期望为我国山地科学研究、综合地域分异、地理区划和环境变化研究提供一定的参考。     

海拔梯度上的植物生长与生理生态特性

环境是植物生存和发展的条件,在各种不同的生境中聚生着特定的植物种类.全球气候变化迅速而显著地改变着高海拔地区的生态环境,这必将导致山地植物生理生态适应性、分布界限等发生变化,这些变化反过来又会对气候变化造成深远影响.因此,研究山地植物的生理生态特性,揭示其对全球气候变化的响应和适应性,具有重要的现实与科学意义.海拔梯度由于包含了温度、湿度、光照等诸多环境因子的剧烈变化而成为了研究植物对全球气候变化响应的理想区域.随着海拔升高,气温下降、大气压及CO2分压降低、光强增加等,植物的生态和生理特征将产生巨大的变化,可能影响到植物种类在海拔梯度上的分布、植物群落的结构组成.一些亟待回答的问题包括:全球气候变化将如何影响高山植物的生长环境?环境变化如何影响植物生理生态适应性?植物群落的分布、结构和组成将发生哪些变化?这些变化又将怎么样影响气候进一步变化?众多的研究报导了树木的生理生态特征、生长速率和生产力等对海拔的响应.本文在总结前人研究的基础上,系统地综述了海拔梯度上温度、水分、光照、土壤等环境因子的差异对高山植物的生长及生理生态特性的影响,以及植被分布的变化,旨在阐明植物对全球气候变化的行为与生理生态响应,以期为该领域的深入研究提供参考.     

冻融作用对高寒草地土壤理化和生物学性质的影响

冻融作用是高纬度和高海拔地区常见的土壤随温度变化反复冻结-融解的自然现象,频繁的冻融过程将对土壤理化和生物学性质产生不同程度的重要影响。对于脆弱且敏感的高寒草地生态系统而言,冻融作用将可能更为复杂地影响其土壤生态环境及生物地球化学循环过程。文章系统地论述了冻融过程对高寒草地土壤物理结构、化学和生物学特性、主要养分转化以及植被生长等方面的作用特征,指出冻融过程及其格局变化将导致草地土壤养分迁移转化和植被生产力的复杂和差异性响应,进而可能对草地生态系统服务功能发挥及高寒区生态环境产生不容忽视的重要作用。建议未来研究应当立足于土壤冻融过程的复杂性及高寒生态系统对气候变化响应的敏感性,重视区域尺度长期定位监测及技术创新,优化冻融作用下土壤生态环境变化研究内容,加强关于气候变化背景下高寒冻土区土壤冻融格局时空变化规律及作用机制理论研究,明确土壤冻融格局变化对不同类型冻土区和草地土壤剖面生化特性及其植被生理生态效应等的影响。重点关注冻融格局和多年冻土退化下植被生态系统演替及服务功能变化状况,探索减少冻融期土壤养分流失的优化条件和技术措施,这对于指导制定高寒区生态安全调控策略,维持草地生态系统平衡和可持续发展具有至关重要的作用。     

生物多样性的海拔分布格局研究及进展

生物多样性的海拔分布格局受制于气候、空间、环境等多种因子的影响,综合大量研究发现,无论是动植物还是微生物,环境因子对其影响与驱动的作用最明显。海拔梯度是决定分布格局的重要因素之一,因此探讨生物多样性在环境因子驱动下的海拔分布格局具有重要意义。文章分别探讨了植物、土壤动物和土壤微生物多样性沿海拔梯度的变化规律,揭示了温度、湿度及人为干扰等因素下植物多样性沿海拔梯度的5种分布格局及可能机制,土壤动物多样性沿海拔梯度的3种分布格局及可能机制,同时揭示土壤微生物在海拔分布格局虽然有物种模式,但是机制不是很明确;最后对植物、土壤动物、土壤微生物生物多样性耦合关系的认识作了阐述。并在此基础上,认为生物多样性的分布格局与尺度密切相关,因此开展不同尺度的生物多样性的研究以及它们对全球气候变化的响应是未来研究的重要方向;土壤动物群落的多样性的变化规律研究,应致力于其生理型、营养型、生态型的多样性的研究;在不同的研究尺度上,驱动微生物群落构建机制的差异导致了群落演变规律的变化,仍需要以地理学和生物学等相关学科理论为支撑,并与微生物群落构建理论相结合,对海拔分布格局下生物多样性的保护和生态系统稳定性研究提供科学依据。     

湘东大围山土壤垂直带谱微生物群落特征

土壤微生物是生态系统健康评价的关键生物学指标之一。为了解土壤微生物群落在中山海拔带上的分异规律,本研究选取亚热带湘东大围山花岗岩风化物发育的典型土壤垂直带谱:红壤、黄红壤、黄壤、暗黄棕壤和灌丛草甸土(亚类),采用磷脂脂肪酸(PLFA)技术,研究0~20 cm土壤微生物的PLFA含量、组成和多样性。结果表明,土壤垂直带PLFA种类较为丰富(38种),PLFA总量介于35.01~103.54 nmol·g~(-1)之间,以细菌最高(25.52~78.31 nmol·g~(-1)),其次为放线菌(3.99~12.90nmol·g~(-1))和真菌(4.29~12.33 nmol·g~(-1))。细菌群落中,以革兰氏阴性菌(G~-)为主;真菌群落中,以腐生真菌为主。随着海拔升高,微生物PLFA总量、各类群微生物PLFA含量和多样性指数一致升高,显示高海拔地带土壤的微生物数量和多样性更高。此外,真菌与细菌比值(F:B,0.17~0.25)和G~+细菌(革兰氏阳性菌)与G~-细菌比值(G~+:G~-,0.52~0.79)以低海拔带的红壤最高,随海拔升高而降低,表明高海拔带土壤微生物群落以细菌、G~-群落占优。在湘东大围山土壤垂直带上,各类群的微生物量和多样性随着海拔的升高而升高,可能是山地小气候、pH、有机底物的数量和质量综合作用的结果。     

米埔湿地冬季鸟类对气象及生态质量响应研究

为探讨气象及生态气象质量与湿地生态系统内鸟类变化的关系,文章以香港米埔湿地为例,利用米铺湿地1979—2009年留鸟人工观测数据、香港天文台公布气象数据和以2000—2009年4期等时间间距研究区的景观变化数据,分析湿地内留鸟数量对研究区气象及生态气象质量变化的响应。结果表明：（1）湿地留鸟数量与温度和最低能见度时数相关性显著,与降水量和月均日照时数变化相关性较小;（2）5种生态气象评价指数（EMI）与同期鸟类数量的相关性分析表明,留鸟与综合生态评价指数（ECAI）呈正相关。其中与水体指数（WDI）正相关系数最大,与土地利用退化指数（LDI）负相关系数最大,相关系数分别为0.88和-0.85;而与湿润指数（HI）和植被指数（VDI）相关性较小。研究表明,保护生态环境,调节气候变化幅度,对保护留鸟的生存空间,延续生物的生态平衡具有重要意义。     

岷江上游山地生态系统服务地域分异过程与补偿阈值

生态系统服务供给侧与需求侧是当前地理科学研究的热点和前沿领域,也是人地关系具象化的表征物。针对岷江上游低阈值生态安全、高风险生态退化、多民族交融共生的区域特征,初步探索岷江上游山地生态系统服务地域过程与补偿阈值的研究方法,为该区域的生态文明研究提供理论依据。结果表明,1995—2010年间岷江上游生态系统服务的地域分异特征显著,生态补偿额度的区域差异也比较明显。2010年草地和农田生态系统服务价值比1995年分别增加了3.70×10~9和0.62×10~9元,而2010年林地生态系统服务价值比1995年减少13.17×10~9元,造成研究区域整体生态系统服务价值降低。林地和草地对岷江上游生态系统服务价值的贡献较大,空间上呈现东多西少的分布格局。人口修正的生态补偿额度为正值的区域集中在岷江上游的西北地区和正东部,负值区域集中在黑水、松潘和理县附近;乡镇面积修正的生态补偿额度为正值的区域集中在松潘和黑水县,而负值区域集中在茂县和汶川县附近;综合修正生态补偿额度为负值的区域集中在研究区域的西北地区,而正值区域集中在黑水、松潘和理县。研究结果可为深入认识流域内生态系统服务与人类社会福祉的耦合关系以及藏羌民族生态补偿的科学分配提供数据支撑。     

典型山原过渡区建设用地扩张过程研究——以龙门山地区为例

龙门山地区属青藏高原东缘典型的山原过渡区,人地耦合作用的地貌梯度分异显著,研究建设用地扩张过程及驱动力可为生态地质环境保护提供参考.基于五期建设用地数据,获取建设用地扩张信息,应用灰色关联度分析法分析其扩张驱动力.研究表明:建设用地面积近20 a呈持续增长态势,增速具有"提速→减速→快速"波动变化的特征,扩张面积地域差...     

岷江上游山区聚落生态位地域边界划分与垂直分异分析

山区聚落生态位是当地居民长期适应山地自然环境的结果,涵盖了人类居所在山地生态系统中所处的地理位置及居民生计所能利用的资源空间.基于SPOT-5遥感数据和GIS技术,对岷江上游山区聚落生态位边界进行甄别,提出了山区聚落生态位地域边界的划分方法,并对其分异特征进行定量分析.结果表明,河流、山脚、山沟、图像纹理和色差等因素对边界划分具有指示意义,是界定山区聚落生态位地域范围的关键因子;岷江上游山区聚落生态位地域面积介于2.27～528.67 hm2之间,且随着海拔升高而增大;在＜1 600m海拔段,聚落生态位的增速较小,当海拔高度超过1 600m时,聚落生态位的增速明显增加.     

广西山地漂白黄壤的理化性质及合理利用

广西山地漂白黄壤分布在中、低山地的上部，即海拔１２００ｍ以上的山体坡面和山顶部位，成为广西土壤垂直带谱最上层结构的主要土壤类型．在温暖多雨、多云雾的亚热带季风气候条件下，以常绿阔叶林为主的自然森林植被生长茂密，土壤矿物分解较为彻底，成土过程主要是旺盛的生物富集过程、明显的脱硅富铅化与水化过程以及强烈的淋浴侧渗漂洗过程。土壤剖面层次发育明显，具Ａ１－Ａ２－Ｅ－Ｂ－Ｃ或ＡＨ－Ａ－Ｅ－Ｂ－Ｃ构型。土壤质地多为重壤土至中粘土，呈强酸性反应。表土阳离子代换量中等，有机质含量丰富，肥力高，适于发展林业，特别是发展水源林和水土保持林，它是广西最重要的水源林区。     

贺兰山东坡典型植物群落土壤微生物量碳、氮沿海拔梯度的变化特征

土壤微生物量是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量转化中占有特别重要的地位。开展土壤微生物量与海拔高度的关系的研究,能促使人们对土壤微生物空间分布格局及其形成机制的认识,预测全球变化对生态系统功能的影响。本文对贺兰山不同海拔梯度具有代表性的荒漠化草原（HM）、蒙古扁桃灌丛（BT）、油松林（YS）、青海云杉林（QH）和高山草甸（CD）等5种植物群落土壤微生物生物量及其微生物商进行了研究。结果表明：表层土壤（0～20 cm）微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）大小次序为：CD〉QH〉YS〉BT〉HM,MBC、MBN随海拔梯度的升高显著增加,与土壤有机碳、氮含量有着一致的变化规律,但是微生物商（qMB）表现出沿海拔梯度先增加后减小的变化趋势,最大值出现在蒙古扁桃灌丛土壤,MBC/MBN则没有明显的变化规律。相关分析表明,不同海拔高度的土壤微生物量碳氮不仅与年均降水量、土壤含水量,而且与土壤有机碳、全氮呈显著线性正相关关系（P〈0.01）,但是与年均气温、土壤容重呈显著线性负相关关系（P〈0.01）。贺兰山土壤微生物量碳、氮随海拔高度升高而增加,降水量、气温、土壤湿度、土壤有机碳和全氮可能是影响土壤微生物量沿海拔梯度变化的关键因子。     

Spatio-temporal analysis of alpine ecotones: A spatial explicit model targeting altitudinal vegetation shifts

There is general agreement in literature that Alpine vegetation belt ecotones have shown a trend of upward migration in the last few decades. Despite the potential of such shifts as indicators of global change effects in mountain ecosystems, there are relatively few works focused on their assessment in a systematic and spatially explicit way. In this work our aim is to quantify the altitudinal shifts and analyse the spatial pattern dynamics of mountain ecotones. We developed a novel procedure to delineate the current and former state of three characteristic mountain ecotones, which we formalised as forest, tree and tundra lines. Our approach is based on the recognition of altitudinal extreme outposts identified with ecotone locations at a slope scale. The integration of multi-temporal datasets allows the identification and quantification of altitudinal advances and retreats in the outpost locations for a given period. We tested the method in a section of the Italian Alps for the period 1957-2003. Results show a general trend of an increase in altitude for the three ecotones, despite the occurrence of occasional decreases. We estimate decadal altitude increments of 25 m for forest line, 13 m for treeline and 11 m for tundra line. We also identified changes in ecotone spatial morphology between the two dates, with significant implications in connectivity and colonisation dynamics.     

土壤微生物呼吸热适应性与微生物群落及多样性对全球气候变化响应研究

土壤微生物呼吸热适应性被认为是决定陆地生态系统对全球变暖反馈作用的潜在重要机制,可能显著改变未来的气候变化趋势,然而,土壤微生物群落结构变化如何引起土壤微生物呼吸热适应性的研究目前尚存争议.该文针对气候变化对土壤微生物呼吸的影响研究,梳理了当前对土壤微生物呼吸的热适应性是否存在的争议和不同观点与结论,综述了气候变化对土...     

祁连山中部土壤颗粒组分有机质碳含量及其与海拔和植被的关系

调查分析了祁连山中段不同海拔土壤颗粒有机碳及其与植被的关系.结果显示,土壤颗粒组分比例在0～15 cm和15～35cm土层随海拔升高而呈现下降趋势(P>0.2);土壤颗粒有机碳比例在0～15 cm土层随海拔升高也呈现下降趋势(P≤0.001).土壤颗粒组分比例0～15 cm土层在阴坡3 000 m～3 500 m、15～35 cm土层在阴坡3 200 m和3 500 m及半阴坡2 200和2 800 m处较高;土壤颗粒有机碳比例0～15 cm土层在阴坡3 000 m和3 200 m、半阴坡2 200 m和2 800 m,以及15～35 cm土层在阴坡3 200 m和3 500 m、阳坡3 300 m和3 500 m处较高(P<0.05).土壤颗粒有机碳和颗粒组分碳含量随海拔升高变化不显著(P<0.9).土壤颗粒有机碳含量0～15cm土层在阴坡3 000 m～3 500 m、15～35 cm土层在阴坡3 000 m～3 500 m及阳坡3 300m处较高;土壤颗粒组分碳含量0～15 cm土层在阴坡3 000 m～3 400 m和阳坡3 300 m,以及15～35 cm土层在阴坡3 200 m和3 400 m及阳坡3 300 m处较高.土壤颗粒组分比例0～15 cm土层在森林和灌丛草甸中较高;15～35 cm土层在森林、灌丛草甸和干旱草原中较高(P<0.05).土壤颗粒有机碳比例0～15 cm土层在荒漠草原和干旱草原,以及15～30 cm土层在森林和灌丛草甸中较高(P<0.05).土壤颗粒组分碳含量0～15 cm和15～35 cm土层在森林和灌丛草甸中较高(P<0.05).土壤颗粒有机碳含量0～15cm和15～35cm土层在森林中最高(P<0.05).土壤颗粒组分碳含量和颗粒有机碳含量与土壤有机碳含量有显著的正相关性(P<0.001),土壤颗粒有机碳含量与颗粒组分碳含量也有显著的正相关性(P<0.001),土壤颗粒组分比例与有机碳含量相关性不显著(P=0.15),土壤颗粒有机碳含量与颗粒组分比例有显著正相关性(P<0.005).结果说明祁连山中部北坡土壤有机碳稳定性受植被和海拔共同影响,荒漠草原和干旱草原表层土壤有机碳稳定性较低,森林和灌丛草甸土壤中非保护性碳含量较高.     

Analysis of PCB levels in snow from the Aconcagua Mountain (Southern Andes) using the stir bar sorptive extraction

This paper presents a first result of an investigation of the presence of anthropogenic pollutants named polychlorinated biphenyls (PCBs, sum of 25 congeners) in snow samples in the Aconcagua Mountains in the Andean Range, along an altitudinal gradient. Samples were taken during an expedition in 2003 and analysed by using a specific technique of thermodesorption and GC-MS adapted to small amount of sample. Mountain ecosystems could be efficient natural trap of persistent organic pollutants (POPs) transported by the atmosphere, and it is shown in this note that PCBs are also present in snow samples but at low concentrations, levels ranged from 0.02 to 0.190 ng/L. The detected congeners were those more persistent (PCB 138, PCB180) and compared to other mountain and cold areas around the world, detected levels are in the low range indicating that pollution levels are lower in the southern hemisphere. This results points out the need of investigating with some more detail the role of mountains in the trapping of POPs and the associated risks including the climate change.     

An Environmental Domain Classification of New Zealand and Its Use as a Tool for Biodiversity Management

Abstract:   Successful biodiversity management, including the selection and subsequent management of protected areas, depends in large measure on classifications showing land areas with similar ecosystem character. In contrast to widely used, qualitative land-classification techniques, we used a numerical classification of explicit spatial layers describing aspects of New Zealand's climate and landforms. We chose input variables for their strong functional links with major physiological processes of trees and high statistical correlations with geographic distributions of individual tree species as determined from previous studies. Higher-level divisions of the resulting classification were dominated by macroclimatic variation associated with change in both latitude and orographic protection provided by New Zealand's main mountain ranges, but variation in landform became more important at finer scales of classification. Classification units showed marked variation in the proportional extent of both indigenous vegetation cover and land set aside for conservation purposes. Indigenous ecosystem remnants of the highest priority for increased protection occurred in warm, lowland domains, particularly in drier environments, where both indigenous cover and protected areas are of minimal geographic extent. Such results underline the considerable potential of an environmental classification to provide a landscape context for systematic conservation management, particularly in environments where the natural ecosystem pattern has been severely modified by human activity.     

Role of multidecadal climate variability in a range extension of pinyon pine

Evidence from woodrat middens and tree rings at Dutch John Mountain (DJM) in northeastern Utah reveal spatiotemporal patterns of pinyon pine (Pinus edulis Engelm.) colonization and expansion in the past millennium. The DJM population, a northern outpost of pinyon, was established by long-distance dispersal (approximately 40 km). Growth of this isolate was markedly episodic and tracked multidecadal variability in precipitation. Initial colonization occurred by AD 1246, but expansion was forestalled by catastrophic drought (1250-1288), which we speculate produced extensive mortality of Utah Juniper (Juniperus osteosperma (Torr.) Little), the dominant tree at DJM for the previous approximately 8700 years. Pinyon then quickly replaced juniper across DJM during a few wet decades (1330-1339 and 1368-1377). Such alternating decadal-scale droughts and pluvial events play a key role in structuring plant communities at the landscape to regional level. These decadal-length precipitation anomalies tend to be regionally coherent and can synchronize physical and biological processes across large areas. Vegetation forecast models must incorporate these temporal and geographic aspects of climate variability to accurately predict the effects of future climate change.     

Paleoecology and the Coarse-Filter Approach to Maintaining Biological Diversity

Abstract: The difficulties of saving millions of species from extinction often cause conservationists to focus on a higher level of biological organization, the community. They do so for two reasons: (1) communities are considered important biological entities in their own right; and (2) conserving representative samples of communities is seen as an efficient way to maintain high levels of species diversity. This approach will work if the chosen communities contain almost all species. Because it potentially saves most but not all species, community conservation is a "coarse-filter" approach to the maintenance of biological diversity, and contrasts with the "fine-filter" approach of saving individual species. Paleoecological information on the distribution of plant taxa in North America, however, indicates that most modern plant communities are less than 8,000 years old and therefore are not highly organized units reflecting long-term co-evolution among species. Rather, they are only transitory assemblages or co-occurrences among plant taxa that have changed in abundance, distribution, and association in response to the large climate changes of the past 20,000 years. During periods when climate changes are large, communities are too ephemeral to be considered important biological entities in their own right. Large climatic changes are also likely to occur during the next century because of increased concentrations of CO₂, and we therefore propose that the coarse-filter approach to selecting nature reserves should be more strongly influenced by the distribution of physical environments than by the distribution of modern communities. Ideally, nature reserves should also encompass a broad enough range of environments to allow organisms to adjust their local distribution in response to long-term environmental change and should be connected by regional corridors that would allow species to change their geographic distributions.