植被恢复对寒旱区典型草原群落枯落物分解的影响研究

草地的不同利用方式和利用程度影响枯落物的分解过程,进而影响生态系统的物质循环和能量流动。为了解寒旱区植被恢复后草地生物地球化学循环过程,在内蒙古不同恢复年限(恢复25年、恢复12年和严重重度退化)的典型草原群落开展枯落物原位分解试验,分别于样品投放后的第15、30、45、60、75、300、330和360天回收分解袋,同时测定8个时期枯落物中氮(N)、碳(C)、磷(P)、纤维素、木质素和灰分含量并记录土壤表层温度和含水量,以确定不同恢复阶段植物群落枯落物物质损失情况。结果表明,恢复时间不同的3个群落,枯落物残留率存在显著差异(P0.05),恢复25年群落、恢复12年群落和重度退化群落枯落物的残留率分别为31.57%、44.11%和49.63%。植被恢复对不同群落枯落物分解系数影响较小,但减少了枯落物分解时间。经过25年和12年的恢复,枯落物分解95%需要的时间分别为1 465 d和1 361 d,而重度退化群落为2 864,植被恢复使得分解时间减少大约一半。植被恢复对枯落物中TOC含量存在显著影响(P0.05),植被恢复可以减缓枯落物中有机碳的损失速率。经过一年的分解,重度退化群落枯落物中纤维素、木质素、和灰分的含量显著高于两个恢复群落(P0.05)。植被恢复减少了枯落物分解过程中的难分解物质的含量。植被恢复通过改变植物枯落物中物质的组成,进而改变生物地球化学循环的速率。围封恢复可以加速草地生态系统生物地球化学循环的速率。气温是控制寒旱区草地全年枯落物分解的重要环境因素;在温度条件适宜时,水分条件的变化对枯落物分解速率有一定的影响。     

土壤动物对三江平原典型毛果苔草湿地枯落物分解的影响

采用尼龙网分解袋法，从枯落物的分解量、组分含量和分解残留物的热能值3方面，研究了土壤动物对三江平原毛果苔草（Carex lasiocarpa）湿地枯落物分解的影响。结果表明，土壤动物加速了枯落物的分解，大中型土壤动物的分解作用大于小型土壤动物；土壤动物增加了枯落物中腐殖酸、纤维素和木质素等物质含量以及C／N比值的变化幅度，促进了枯落物组分的释放；土壤动物影响枯落物分解过程中的能量流动；但土壤动物并未影响枯落物分解的总体变化趋势，土壤动物对枯落物分解不起决定性作用。     

湿地挺水植物凋落物立枯分解研究进展

在许多湿地生态系统中,挺水植物立枯常组成凋落物总量的主要部分,其分解过程研究对于正确评价湿地生态系统的碳收支状况具有重要意义。对立枯分解过程与传统研究中凋落物分解过程的差异,分解过程中的 CO2排放,立枯分解的研究方法,以及分解过程的影响因素进行了综述。一般认为,湿地挺水植物立枯与传统研究中凋落物所处环境的差异造成了分解过程的差异,其分解过程中产生 CO2是湿地温室气体排放的重要途径;凋落袋和红外气体分析仪是湿地挺水植物立枯分解研究的主要方法;真菌组成了立枯体上微生物的大部分,对于立枯分解具有重要作用;环境因子（温度、水分等）和“基质质量”是影响挺水植物立枯分解过程的重要因素。在全球变化背景下,气候变化因子会直接或间接影响凋落物立枯分解过程,引起对气候变化的反馈,因此,在全球范围内开展气候变化对于湿地生态系统挺水植物立枯分解影响的研究具有重要的意义,必将成为凋落物研究的一个重要方向。     

水分变化对若尔盖高寒湿地木里薹草(Carex muliensis)枯落物分解及CO_2排放的影响

枯落物分解是湿地生态系统物质循环和能量流动的重要环节,是调控全球碳平衡的关键过程之一。深入探究枯落物分解对水分变化的响应,对于了解湿地生态系统碳动态及其对气候变化的反馈至关重要。以若尔盖高寒湿地优势植物种木里薹草(Carex muliensis)枯落物为研究对象,设置不同水量和频率的干湿交替变化试验,测定枯落物失重率以及CO_2排放量,研究枯落物分解对于水分变化的响应。结果表明,培养期间水分变化对木里薹草枯落物失重率没有显著影响。不同干湿交替处理下枯落物失重率的变化范围为31.64%～34.26%。水量、频率及两者交互作用对枯落物CO_2排放均有显著影响(P0.05)。与低水量相比,高水量处理增加了木里薹草枯落物CO_2排放量。在高水量处理下,降低降水频率可显著增加CO_2排放(P0.05),高、低频率下CO_2排放量分别为(5.28±0.24)和(10.77±0.64) g·kg~(-1)。因此,未来降水格局变化(包括降水量和降水频率变化)将对若尔盖高寒湿地木里薹草枯落物分解过程中的CO_2排放产生重要影响。     

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。     

云南高原不同林分类型枯落物储量及持水特性

在退化山地生态系统的恢复过程中,枯落物是联系植被和土壤物质循环与能量流动的重要中间环节,且发挥着重要的水文生态功能。以云南高原退化山地头塘小流域人工林地为研究地点,通过对5种主要林分类型人工林标准地林下枯落物归还量、贮量和土壤持水能力和过程的定量测定,比较分析了不同林分林下枯落物的水文生态功能。结果表明,(1)5种林分类型枯落物归还量为1 785.69~3 869.42 kg·hm-2·a-1;枯落物层总蓄积量为4.68~12.0 t·hm-2,枯落物归还量和贮量都表现出从针阔混交林到针叶林到阔叶林逐渐降低的总体趋势。(2)最大持水量为11.49~41.02 t·hm-2;有效拦蓄量为9.92~41.71 t·hm-2。(3)初始1 h内不同林分类型不同层次枯落物持水量均迅速增大,半分解层枯落物浸泡8 h已基本达到饱和,而未分解层10h基本达到饱和,持水量与浸泡时间呈明显对数关系。(4)枯落物在浸水的0.5 h内吸水速率最大,2 h后速率明显减缓。枯落物吸水速率与浸泡时间呈明显幂函数关系。综合分析得出,华山松(P.armandi)+云南松(P.yunnanensis)+马桑(Coriaria nepalensis)混交林枯落物持水量最大,涵养水源的能力最强,其水文生态效应是5种林分类型中最好的。     

荒漠草原典型植物群落枯落物生态水文功能

在退化荒漠草原生态系统恢复过程中,枯落物是联系植被和土壤物质循环与能量流动的重要中间环节,且发挥着重要的生态水文功能。通过调查荒漠草原5种典型植物群落（蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落、杂类草群落和沙蒿群落）枯落物蓄积量、持水性能、对降雨的截留和对土壤水分蒸发的抑制作用,分析了荒漠草原不同植被类型枯落物的生态水文功能。结果表明：枯落物蓄积量和最大持水量均为蒙古冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉杂类草群落〉沙蒿群落;5种群落枯落物层对降雨的截留量在3.36～5.27 mm,截留率在3.40%～6.82%,枯落物对降雨的截留量与降雨量呈正相关,而降雨量与截留率呈负相关,且枯落物对降雨的截留具有显著的季节变化规律。在不同枯落物覆盖下,枯落物对土壤的抑制效应也存在显著差异,0.5~2 cm覆盖厚度比不盖枯落物土壤水分蒸发减少了19.25%～76.82%,枯落物层减少土壤水分蒸发效应随枯落物层厚度增大而增加。枯落物的蓄积与覆盖对土壤水分的运移和蓄存产生明显的生物学作用,已经成为荒漠草原最重要的生态过程之一。     

森林枯枝落叶分解及其影响因素

枯枝落叶在森林生态系统中占有极其重要的地位,枯枝落叶的分解是一个以生物为主要参与者的过程,土壤动物使粗枯落叶实现物理性分解,土壤微生物则使枯落物碎片进一步分解为简单无机分子或转化为腐殖物质。土壤微生物的分解受枯落物自身成份的影响,粗脂肪与可溶性糖等在前期分解,木质素与纤维素等在后期分解,低w(C)/w(N)比枯落物易于分解,枯落物内的有机氮最终将降解为NH 4和NO-3,用于描述枯落物分解的最常用模型是指数方程x/x0=e-kt。自然因素与人为因素引起的火烧也是引起地面枯落物消失的重要因素,它有很强的负面效应,造成有机氮的损失。影响枯落物分解的因素很多,它们主要是通过影响分解生物而起作用,这些因素有树种、温度、湿度、酸碱度、污染等。阔叶树枯落物通常比针叶的分解快,温度与有机氮的矿化有线性关系,硝化作用可在大幅度的温度范围内发生,但最适温度通常在25℃。碳矿化的最适含水量约60%,在过于淹水条件下易于出现反硝化作用而造成氮损失。森林枯落物分解以真菌为主,适于在较高pH条件下进行,但与枯落物种类有关,云杉最适分解酸度为pH5～7,多种阔叶树最适分解酸度在pH3.5,土壤变酸时通常造成细菌数量显著下降,而以真菌占主导。枯落物的处理方式影响森林土地的生产力,移除地面枯落物或采伐剩余的枝叶可造成土地肥力的显著下降,相反,则有利于维持土地肥力。     

草坪草白三叶枯落物质量损失过程及土壤动物的贡献

草坪草枯落物分解是城市绿地生态系统养分归还土壤的重要形式,为了解城市草坪草枯落物分解机制及土壤动物的贡献,采用分解袋法,测定不同孔径(0.02 mm、1 mm和3 mm)分解袋内白三叶枯落物的质量损失率,并分析不同体径及不同食性土壤动物对白三叶枯落物分解的作用.结果显示:白三叶枯落物分解迅速,仅需7个月即可分解完全;不同部位白三叶枯落物分解速率不同,叶根(P0.05);不同孔径分解袋白三叶枯落物质量损失速率存在显著差异(P0.05),3 mm1 mm0.02 mm;不同体径土壤动物对白三叶枯落物质量损失的贡献率为大型土壤动物中小型土壤动物(P0.05);不同食性的土壤动物参与了白三叶枯落物分解的各个阶段,从分解初期到分解结束,经历了植食性、菌食性、捕食性和腐食性营养功能类群的变化.上述表明,土壤动物与枯落物相互作用,一方面土壤动物推动了城市草坪草白三叶枯落物的分解,另一方面枯落物基质的变化也深刻影响着参与分解的土壤动物群落格局.     

云南高原典型林分林下枯落物持水特征研究

森林枯落物具有重要生态水文功能,通过实地调查与实验分析,对云南高原湖泊纳帕海流域3种典型林分枯落物储量、持水量和持水过程进行了研究。结果表明：高山松（pinus densata）林下枯落物储量最大,白桦林（Betula platyphylla Suk.）次之,川滇高山栎（Quercus aquifolioides）灌丛最小,林下枯落物储量最大持水量和有效拦蓄量大小排序表现出和枯落物储量相同的顺序;不论是储量、最大持水量还是有效拦蓄量,各林分枯落物都表现出半分层大于未分解层。3种林下枯落物在0～2 h内吸水较快,在10 h后吸水速明显减缓,用对数方程对3种林下枯落物未分解层和半分解层持水量与浸水时间进行拟合,用幂函数方程对吸水速率与浸水时间进行拟合,结果显示相关系数都较高。     

西藏中部草地及农田生态系统的退化及其机制

西藏中部农田，特别是兼具草地与林地两大功能的草地生态系统对区域生态环境具有重要的调节和控制作用。近年来，草地及农田生态系统呈现出整体退化及日趋严重的态势，并逐步成为西藏风蚀沙化、水土流失等最为严重的地区。文章在阐述退化生态系统的内在特征及其环境效应的基础上，就草地及农田生态系统退化的发生机制进行了深入分析。     

Decomposition of diverse litter mixtures in streams

In view of growing interest in understanding how biodiversity affects ecosystem functioning, we investigated effects of riparian plant diversity on litter decomposition in forest streams. Leaf litter from 10 deciduous tree species was collected during natural leaf fall at two locations (Massif Central in France and Carpathians in Romania) and exposed in the field in litter bags. There were 35 species combinations, with species richness ranging 1-10. Nonadditive effects on the decomposition of mixed-species litter were minor, although a small synergistic effect was observed in the Massif Central stream where observed litter mass remaining was significantly lower overall than expected from data on single-species litter. In addition, variability in litter mass remaining decreased with litter diversity at both locations. Mean nitrogen concentration of single- and mixed-species litters (0.68-4.47% of litter ash-free dry mass) accounted for a large part of the variation in litter mass loss across species combinations. For a given species or mixture, litter mass loss was also consistently faster in the Massif Central than in the Carpathians, and the similarity in general stream characteristics, other than temperature, suggests that this effect was largely due to differences in thermal regimes. These results support the notion that decomposition of litter mixtures is primarily driven by litter quality and environmental factors, rather than by species richness per se. However, the observed consistent decrease in variability of decomposition rate with increasing plant species richness indicates that conservation of riparian tree diversity is important even when decomposition rates are not greatly influenced by litter mixing.     

祁连山自然保护区生态承载力分析与评价

以层次分析法和模糊模式识别为基础，建立生态承载力综合评价模型，重点分析祁连山自然保护区森林、草地和农田3种受人类活动干扰最强烈的生态系统的生态承载力和生态荷载，在此基础上进一步分析整个保护区的总体生态承载力和生态荷载。结果显示，祁连山区域生态系统已经受到人类活动的强烈干扰，生态荷载总体处于严重超载状态。但区域生态系统内部各子系统之间以及生态荷载的空间分布存在差异。其中，森林子系统和草地子系统属于严重超载，农田子系统属于中度超载；在总体生态荷载的空间分布上，西北部地区比东南部地区超载更为严重；就各子系统的生态荷载状况而言，森林子系统和草地子系统的超载程度均表现为东南部地区略低于西北部地区，但农田子系统东南部地区超载程度高于西北部地区。     

亚热带6种针叶和阔叶树种凋落叶分解比较

针叶和阔叶树种分别代表了不同的生活型,其凋落叶片具有不同的分解速率.应用分解网袋法,在中国亚热带地区,选取了具有代表性的3种针叶树种(马尾松Pinus massoniana、水杉Metasequoia glyptostroboides和杉木Cunninghamia lanceolata)和3种阔叶树种(木荷Schima superb、乐昌含笑Michelis chapensis和青冈Cyclobalanopsisgtauca)的凋落叶,放置于样地杭州千岛湖的林地中,经过1 a的分解实验,分析不同类型树种凋落叶的分解特征.6种树种凋落叶质量损失过程基本符合Olson指数模型,其中,3种针叶树种(马尾松、水杉和杉木)凋落叶的分解系数k值(分别为0.51、0.30和0.44),明显小于3种阔叶树种(木荷、乐昌含笑和青冈)凋落叶的分解系数k值(分别为0.55、1.12和0.66);同时,针叶树种(马尾松、水杉和杉木)凋落叶分解50%和95%所需时间(分别为1.36、2.31、1.78 a和5.87、9.99、7.68 a),大于阔叶树种(木荷、乐昌含笑和青冈)凋落叶的分解时间(分别为1.26、0.62、1.05 a和5.45、2.68、4.54a).多元回归分析表明,凋落物分解系数与初始钾元素含量显著相关(P<0.05).一元线性回归分析表明,凋落物的分解系数与初始钾元素和初始木质素含量均具有显著性差异(P<0.05).亚热带地区针、阔叶树种凋落叶分解的差异与自身质量密切相关,其中初始木质素与钾元素含量是控制凋落物分解的主要因素.图2表2参23     

三江源区草场生态恶化原因新解

上世纪60年代以来三江源区草场“三化”明显,生态恶化,究其原因,既有自然因素的影响,又有人类活动的作用。通过比较分析有测量记录的气温、降雨和年末牲畜存栏数、采金、挖虫草(Cordycepssinensis)规模的变化及其与草原植被覆盖度变化的关系,文章为人为成因说提供了更为翔实可靠的证据。结论:超载是1957—1979年间、采金子和挖虫草是1980—2004年间草场生态恶化的主要原因。     

三江源区不同建植年代人工草地群落演替与土壤养分变化

研究了了三源区不同建植期人工修复草地在不同演替阶段毒杂草[主要是甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)]的入侵规律、数量特征,植物群落物种组成、生物苗和草地质最以及土壤养分、微生物活性的变化规律.结果表明,不同建植期人工修复草地植物群落的种类组成、植物功能群组成和群落数量特征存在显著差异.随着演替时间的推移,人工草地群落盖度、高度、物种数、生物最和多样性指数均表现出"V"字型变化规律,杂类草--甘肃马先蒿的数量特征变化尤为明显,在4 a的人工草地群落中开始局部入侵,在5～6 a的人工草地群落中大面积入侵,其入侵速度、入侵面积达到高峰期.土壤的含水量、容重、土壤中有机质、氮素和磷素在演替过程(7 a、9 a草地)中逐渐降低,到一定时期又逐步增加;随着演替的进行,不同建植期人工草地的土壤微牛物生物量碳和酶活性均呈"V"字型,变化.对于退化生态系统的恢复首先是植被恢复,其次是土壤肥力的恢复.土壤有机质等养分的积累、微生物活性的改善不仅能使土壤-植物复合系统的功能得以恢复,同时也能促进物种多样性的形成,有利于人工草地群落稳定性的提高.在试验区尽管植被恢复演替进行得比较缓慢,但从土壤发展的角度看,仍属进展演替.所以,在退化高寒草甸的恢复过程中,若降低和有效控制外界的干扰(如围栏封育),可为退化草地恢复提供繁殖体与土壤环境,实现人工草地逐步向恢复(正向)演替进行.图3表6参34     

Species, functional groups, and thresholds in ecological resilience

The cross-scale resilience model states that ecological resilience is generated in part from the distribution of functions within and across scales in a system. Resilience is a measure of a system's ability to remain organized around a particular set of mutually reinforcing processes and structures, known as a regime. We define scale as the geographic extent over which a process operates and the frequency with which a process occurs. Species can be categorized into functional groups that are a link between ecosystem processes and structures and ecological resilience. We applied the cross-scale resilience model to avian species in a grassland ecosystem. A species' morphology is shaped in part by its interaction with ecological structure and pattern, so animal body mass reflects the spatial and temporal distribution of resources. We used the log-transformed rank-ordered body masses of breeding birds associated with grasslands to identify aggregations and discontinuities in the distribution of those body masses. We assessed cross-scale resilience on the basis of 3 metrics: overall number of functional groups, number of functional groups within an aggregation, and the redundancy of functional groups across aggregations. We assessed how the loss of threatened species would affect cross-scale resilience by removing threatened species from the data set and recalculating values of the 3 metrics. We also determined whether more function was retained than expected after the loss of threatened species by comparing observed loss with simulated random loss in a Monte Carlo process. The observed distribution of function compared with the random simulated loss of function indicated that more functionality in the observed data set was retained than expected. On the basis of our results, we believe an ecosystem with a full complement of species can sustain considerable species losses without affecting the distribution of functions within and across aggregations, although ecological resilience is reduced. We propose that the mechanisms responsible for shaping discontinuous distributions of body mass and the nonrandom distribution of functions may also shape species losses such that local extinctions will be nonrandom with respect to the retention and distribution of functions and that the distribution of function within and across aggregations will be conserved despite extinctions.