黔北优势植物对槽谷型喀斯特生境的适应策略:基于功能性状与生态化学计量相关联的证据

以黔北槽谷型喀斯特地区三种优势植物化香(Platycarya strobilacea)、马尾松(Pinus massoniana)和烟管荚蒾(Viburnum utile)为研究对象,测定其叶片、枝条和根系的功能性状与C、N、P、Ca、Mg元素含量,分析植物不同器官间功能性状和生态化学计量学的特征与关联,探讨优势物种对槽谷喀斯特环境的适应策略。结果表明:(1)叶片干物质含量在物种间无显著差异,比叶面积、枝干物质含量、枝密度、粗根密度和中根密度在种间差异显著,比叶面积种间变异最大(32. 13%),而叶干物质含量种间变异最小(12. 76%)。(2)比叶面积与叶干物质含量、粗根和中根密度呈显著负相关,叶干物质含量、枝干物质含量、枝密度、粗根密度和中根密度两两正相关。(3)植物C含量在叶片、枝条和根系中的分配较为均匀,N、P、Mg含量均表现为叶片枝条根系,C/N、C/P表现为根系枝条叶片;叶片N/P范围为10. 89～27. 39,平均值为17. 75。(4)在相应器官内,N与P元素和N/P显著正相关,C与Ca、Mg元素显著负相关,Ca与Mg显著正相关,叶片Ca与叶片P显著负相关。(5)比叶面积与叶片N、P、Mg含量显著正相关,与叶片C含量显著负相关;粗根和中根组织密度与根Ca含量极显著正相关。这说明黔北槽谷喀斯特地区的优势植物在功能性状上产生分化,减少生态位重叠,以降低资源竞争。为适应干旱贫瘠环境,植物一方面形成低比叶面积、高干物质含量和高组织密度的功能性状组合,另一方面改变器官间的元素分配,增加枝条和根系的投资。     

黔中木本植物叶功能性状对退化喀斯特土壤特性的响应

研究不同退化背景下优势木本植物功能性状的适应机制,有助于从功能生态学的角度来解释喀斯特山区的群落演替过程。本研究以贵州普定不同退化背景样地优势木本为研究对象,测定LT、LA、SLA、LDMC、LTD、Chlc6个叶片功能性状指标,分析土壤特性对区域内植被叶片功能性状的作用及影响,揭示喀斯特山区植物对不同环境的适应策略及其演替过程。结果表明:①喀斯特区退化环境下植被叶片向增大化趋势发展,以退耕地经济林最显著;火烧、火烧砍伐、退耕下植被性状差异显著,以LA、LTD、SLA变化范围最大,在相应样地可分别高达121.9%、118.08%、86.00%。②退化样地内叶片性状在乔木、灌木和藤本物种间差异显著,总体上灌木与藤本物种种间变异高于乔木物种,群落处于演替前中期阶段。③不同退化背景下土壤特性差异较大,与植被叶功能性状间具有显著相关性,其中土层深度、土壤养分与土壤含水率是植被叶功能性状的关键土壤特性因子。④退化区域植被叶性状表现出LA大、LT较小、SLA和LTD低、LDMC高、Chlc较低,趋向于发展贫瘠干旱性状组合。揭示了黔中退化喀斯特次生林内在差异性的演替规律,为喀斯特次生林的管理和生物多样性保护提供科学依据。     

基于GAM的喀斯特植被覆盖与驱动因素非线性关系分析

利用Theil-Sen斜率估计和Mann-Kendall显著性检验对2000～2018年西南五省的归一化植被指数(NDVI)进行研究,探究植被覆盖的时空变化特征.用MK(Mann-Kendall)突变检验寻找NDVI与夜间灯光数据的突变时间点.借助广义可加模型(GAM)对社会经济驱动因素,自然驱动因素分别拟合植被覆盖的响应曲线,探究喀斯特地区与非喀斯特地区的非线性响应关系的差异.结果表明:研究区中部、东部的植被恢复效果整体比西部地区好;利用夜间灯光数据作为表征城镇化的替代变量,城镇化与植被覆盖都在2009～2010年之间发生了突变,城镇化的突变时间早于植被覆盖的突变;喀斯特地区有88.54%的植被覆盖增加,其中有48.15%显著增加;非喀斯特地区有80.08%的植被覆盖增加,其中显著增加的占32.34%.喀斯特地区的植被恢复整体要比非喀斯特地区好.植被指数与国内生产总值(GDP)、路网密度、建成区面积等人类影响因素呈现不同的非线性响应关系.整体而言,非喀斯特地区受到的气温影响要比喀斯特地区的大,降雨、土层厚度对喀斯特地区植被恢复的影响更大一些.对比评价喀斯特与非喀斯特地区的植被恢复效果...     

普定喀斯特生态系统观测研究站的生物样地建设与监测工作

生长和适应于喀斯特地貌环境的生态系统,即喀斯特生态系统,因人类活动干扰和石漠化进程影响,其结构和功能均发生退化,因此,定位、长期监测喀斯特生态系统的组成、结构、过程和功能,以及人类活动的影响和响应,对研究该类特殊生态系统的格局和动态变化具有重要意义。作为中国科学院生态系统观测网络(CERN)仅有的两个喀斯特台站之一,普定喀斯特生态系统观测研究站的生物监测总目标是开展喀斯特高原常绿落叶阔叶混交林的植被生态学(结构、过程、功能)监测与研究,及其退化植被的恢复生态学示范,建立喀斯特植被恢复与重建的优化模式和范式。本文初步介绍了普定站的生物观测网络,以普定县后寨河流域的天龙山常绿落叶阔叶混交林样地作为永久监测样地(主观测场),以陈旗不同干扰方式下的植被恢复样地、赵家田皆伐样地、沙湾主站址退耕样地作为辅助监测样地(辅观测场),以高羊河流域陈家寨坡耕地恢复和滇柏林改造样地作为生态重建示范样地(辅观测场),配合流域内外诸多样地与试验点(站区调查点),可初步定位监测和预测代表性喀斯特森林和灌丛的长期变化与未来发展趋势。     

西南碳酸盐岩石质山地土壤-植被系统中矿质养分不足问题的思考

本文提出了矿质养分不足可能是西南石漠化喀斯特山地植被生产力低和植被修复困难重要原因的观点。桂西北环江喀斯特农业生态站和黔中清镇王家寨小流域碳酸盐岩石灰土坡地的平均土壤质量厚度(<2mm),分别为21.95kg/m2和16.04kg/m2。以地上部分生产力4.8t/ha.a,灰分含量9.5%计,植被每年要从土壤中吸取45.6g/m2.a的矿质养分,相当于两地土壤总量的约千分之二。土壤总量少导致的西南碳酸盐岩石质山地土壤矿质养分不足,可能是植被生产力低下的重要原因。纯碳酸盐岩硅酸盐矿物含量低,成土速率低。长期不断的收获植物,不可避免地要带走矿物质,导致喀斯特山地土壤矿质养分的减少,进而抑制植物生长.施用矿质肥料可能是促进喀斯特石质山地植被修复的重要措施。     

复垦铅锌矿尾砂库的植被恢复和基质演变

为探讨铅锌矿尾砂库经植物原位修复的生态恢复效果,以广西阳朔铅锌矿尾砂库综合治理示范工程为研究对象,连续3年(2018—2020)对实地观测植被恢复情况、新增植物生长情况及复垦铅锌矿库区尾砂重金属含量、土壤酶活性及理化性质的观测与测定。结果表明:尾砂库经人工种植的芒(Miscanthus sinensis)和三裂叶葛藤(Pueraria phaseoloides)2种耐性植物对尾砂中重金属存在植物稳定作用;库区植被新增物种逐年升高,且以豆科和菊科植物为主;尾砂的过氧化氢酶、脲酶与磷酸酶活性先增后减,蔗糖酶活性显著性增加;尾砂的肥力和保肥能力均有所提高,其中尾砂的总氮含量从1.14 g/kg增加到2.19 g/kg,有机碳含量从9.50 g/kg增加到21.01 g/kg。由此表明,在相似自然条件的矿山废弃地生态修复中,可考虑从葛属和蒿属的植物中筛选目标植物;植被恢复会加快尾砂库库区植物群落的次生演替;铅锌矿尾砂库经人工植被恢复能加快尾砂基质的演变,使生态系统实现自行恢复并达到良性循环。     

镉超积累植物龙葵叶片中镉的积累与有机酸含量的关系

采用盆栽试验方法,研究镉超积累植物龙葵(Solanum nigrum L.)不同生育期叶片中有机酸的含量与组成,及其与镉生物积累的关系.结果表明,当土壤中镉浓度为25μg.g-1时,苗期和成熟期龙葵叶片镉积累量均达到100μg.g-1以上,且地上部镉含量大于根部镉含量.苗期与成熟期有机酸的含量变化差异显著,苗期龙葵叶片4种有机酸的含量大小为乙酸>酒石酸>苹果酸>柠檬酸;成熟期有机酸含量顺序为苹果酸>酒石酸、乙酸>柠檬酸.苗期龙葵叶片中酒石酸含量与镉含量呈极显著相关,成熟期则发现乙酸和柠檬酸含量与叶片中镉含量呈显著相关,说明龙葵叶片中酒石酸、柠檬酸和乙酸分别可以指示不同生育期龙葵叶片中镉的积累.     

北方典型荒漠及荒漠化地区植物叶片氮磷化学计量特征研究

区域尺度植物叶片氮磷元素的化学计量特征对于认识陆地生态系统空间格局变化规律、未来变化趋势的预测,以及对全球变化的响应具有重要意义.通过野外调查和文献整理,对中国北方典型荒漠及荒漠化地区214种植物叶片氮磷含量及化学计量比的分布特征及其与水热要素的相关关系进行了研究.结果表明,北方典型荒漠及荒漠化地区214种植物叶片N含量的平均值为(24.45±8.1)mg/g,P含量的平均值为(1.74±0.88)mg/g,氮磷比平均值15.77±7.5.与全球、全国以及区域尺度的研究结果相比,这些区域植物具有相对较高的叶片N和P含量,但是叶片N/P无显著差异,具有保守性的特点.北方典型荒漠及荒漠化地区不同生活型植物叶片N、P含量N/P之间存在显著差异,灌木植物和非禾本科植物具有相对较高的N含量,非禾本科植物具有相对较高的P含量,灌木植物具有相对较高的氮磷比,说明不同生活型植物具有不同的养分利用策略.北方典型荒漠及荒漠化地区不同研究区植物叶片N含量无显著差异,但P和N/P含量差异显著.科尔沁沙地和毛乌素沙地植物叶片P含量较高.塔里木盆地、准噶尔盆地以及阿拉善高原的大部分植物叶片N/P16,科尔沁沙地的大部分植物叶片N/P14,说明不同研究区的土壤养分有效性存在差异.北方典型荒漠及荒漠化地区植物叶片N、P含量以及N/P与各研究区年平均温度没有明确相关性,但多年平均降水与叶片P含量以及N/P分别呈显著正相关和负相关关系.     

应用植物篱生态技术治理强风化岩质边坡研究

应用(改良)香根草等高植物篱技术治理与稳固昆明九乡喀斯特(岩溶)地区石漠化病害边坡.试验结果表明,与周边30m范围内发生大量山体滑坡的边坡相对照,该生态恢复工程明显发挥出了防止侵蚀、稳定边坡的作用,且大大改善和恢复了喀斯特石漠化病害边坡的生态环境,突破了土石方工程方法单一、造价高、景观差且阻断该区域植被系统形成的现状.     

喀斯特地区丛枝菌根真菌多样性研究进展

丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AM真菌）在喀斯特地区生态修复中具有潜在的可利用性,关于喀斯特地区AM真菌多样性以及生态功能的研究已成为近年来的热点问题。本文归纳了喀斯特地区分离出的AM真菌名录,旨在为喀斯特高效生态修复菌种筛选提供支撑材料。综述了喀斯特地区土壤石灰性、营养物质匮乏、空间异质性强,植被逆向演替、植物种类多样等特点对喀斯特地区AM真菌多样性的影响规律,总结了AM真菌对于喀斯特地区土壤结构、营养元素循环、植物抗旱性、植物个体养分吸收、植被演替方面的生理生态功能及作用机理,以期为喀斯特地区AM真菌适生性研究、AM真菌潜在生态功能有效利用、AM真菌-植物共生体系筛选与培育等环节做出指引,为菌根技术在喀斯特生态修复中的应用提供理论基础。未来的研究应进一步深入探究AM真菌多样性影响机制,探讨AM真菌与植物适生性之间的关系,以及加强AM真菌-植物共生体系筛选与培育。     

不同植被恢复模式对土壤有机碳分子结构及其稳定性的影响

为揭示不同植被恢复模式对土壤有机碳分子结构及其稳定性的影响机理,分别在浙江凤阳山国家级自然保护区的石梁岙和凤阳湖设置样地,采用13C核磁共振技术分析常绿阔叶林与杉木林、柳杉林与针阔混交林全土和不同粒级(0~0.5、>0.5~2.0、>2.0~5.0、>5.0 mm)土壤团聚体中有机碳的质量分数及其分子结构特征. 结果表明:①常绿阔叶林0~20 cm层全土w(有机碳)(12.84 g/kg)显著高于杉木林(9.98 g/kg),柳杉林(13.93 g/kg)显著高于针阔混交林(11.54 g/kg) (P<0.05). 不同植被恢复模式下,土壤团聚体w(有机碳)总体上均随着粒径的增大呈降低趋势. ②与杉木林相比,常绿阔叶林全土有机碳中w(烷氧碳)较高,w(烷基碳)、w(芳香碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)则较低,显示常绿阔叶林全土有机碳稳定性较差;与针阔混交林相比,柳杉林全土有机碳中w(烷基碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)较高,w(烷氧碳)则较低,显示柳杉林全土有机碳稳定性较好. 与0~20 cm层相比,不同植被恢复模式下>20~40 cm层全土w(烷氧碳)均明显降低,w(烷基碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)均明显升高,有机碳稳定性变好. ③随着粒径的增大,不同植被恢复模式下土壤团聚体的w(烷基碳)、w(烷基碳)/w(烷氧碳)、w(疏水碳)/w(亲水碳)均呈降低趋势,w(烷氧碳)均呈升高趋势,说明团聚体结合的有机碳稳定性逐渐变差. 研究显示,不同植被恢复模式下的不同树种组成是影响土壤有机碳质量分数及其分子结构、稳定性差异的主要因素.      

井冈山重要森林生态系统碳密度对比

采用生物量模型与实际测量相结合的方法,从植被层(包括乔木与林下植被)、枯落层和土壤层(表层1 m)比较了井冈山5种重要森林生态系统碳密度. 结果表明:①森林生态系统平均碳密度为29.047 kg/m2,常绿阔叶林>针阔混交林>人工杉木林>落叶阔叶林>毛竹林;②土壤碳密度平均值为22.453 kg/m2,占森林总碳密度的77.3%,5种森林类型土壤碳密度排序与总碳密度相同,且差异较小;③植被层碳密度差异最大,针阔混交林碳密度最大(12.039 kg/m2),是碳密度最小的落叶阔叶林(1.322 kg/m2)的9.1倍;④乔木层碳密度排序为针阔混交林>常绿阔叶林>人工杉木林>毛竹林>落叶阔叶林,乔木地上碳密度占乔木总碳密度的61.4%(人工杉木林)～75.8%(落叶阔叶林);⑤灌木层总碳密度差异大,常绿阔叶林和落叶阔叶林的灌木总碳密度分别为最大(0.153 kg/m2)和最小(0.027 kg/m2),前者是后者的5.6倍,灌木地上碳密度占灌木总碳密度的78.3%(针阔混交林)～81.0%(常绿阔叶林);⑥草本层总碳密度差异较小,在0.074 kg/m2(人工杉木林)～0.108 kg/m2(毛竹林)之间,地下碳密度略高于地上;⑦枯落层碳密度最低,不同森林类型间枯落层碳密度差异不大,在0.064～0.084 kg/m2之间.      

全球主要森林系统中植被汞分布特征及其影响因素

基于过去20a全球森林植被中汞循环过程的相关研究,本文通过荟萃分析法阐明全球主要森林类型中植被汞分布特征及其影响因素.结果表明,汞在植被中浓度排序特征(以中值计)依次为凋落物(38.9ng/g)>叶片(24.1ng/g)>树根(18.5ng/g)>树皮(13.2ng/g)>树枝(12.0ng/g)>树干(3.1ng/g...     

Mercury in leaf litter in typical suburban and urban broadleaf forests in China

Leaf litterfall plays an important role in transporting atmospheric mercury to soil in forests area.     

天然林土壤有机碳及矿化特征研究

通过野外调查和室内分析培养,研究了马尾松林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、红松林和油松林这6种天然林林下土壤有机碳含量及有机碳矿化特征.结果表明,林下土壤有机碳含量都表现出随土壤深度增加而逐渐降低的趋势;双指数方程可以很好拟合出天然林土壤有机碳的矿化过程,准确反映出各天然林土壤的矿化反应特征.天然林各层土壤矿化反应趋势相同,但强度各异.其中,红松林0~10 cm土壤反应强度最为强烈,其下各层土壤的矿化反应强度也显著高于其他天然林的同层土壤;对落叶阔叶林和针阔混交林土壤矿化特征比较发现,凋落物种类差异对土壤活性有机碳含量产生较强烈影响,因此呈现出不同的矿化反应特征.     

兰州北山不同植被土壤可培养微生物丰度变化特征及影响因素

以黄土高原中部的兰州北山为对象,通过野外取样和室内分析,动态监测黄土高原半干旱区两种人工林地生态系统的微生物类群分布规律.结果表明：试验区环境因子差异较大,林地土壤含水量、有机碳、全氮均高于荒地.全磷随植被类型变化差异不显著,随季节变化差异显著.土壤温度夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季,土壤容重与有机碳、全氮含量呈显著负相关.不同植被类型土壤微生物丰度四季变化趋势为：细菌 > 放线菌 > 真菌的分布规律.微生物类群总数整体表现为林地高于荒地.回归分析显示：土壤pH值与细菌数量、放线菌数量及微生物总数均呈显著正相关（P < 0.05）,而与真菌呈显著负相关（P < 0.05）;土壤容重与真菌数量呈显著负相关（P < 0.05）;土壤温度与细菌、真菌及微生物总数均表现出显著正相关（P < 0.05）.通径分析表明,pH值对细菌数量的直接通径系数最大,容重对真菌数量的直接通径系数最大,土壤含水量对放线菌数量直接通径系数最大.研究显示,兰州北山植被恢复区土壤的有机碳、全氮、全磷等林地高于荒地,表明植被恢复对微生物的数量与种类有影响,且混交林的造林方式适宜兰州北植被恢复.     

围封对固沙樟子松林下植被群落数量特征及多样性的影响

为揭示围封对人工樟子松固沙林林下植被群落及生态系统的影响,选择章古台围封37年生和46年生固沙樟子松林为研究对象,以邻近未围封林地为对照,采用野外调查法研究不同条件下樟子松林下植被的群落特征与物种多样性。结果表明:研究区共发现林下植被58种,分属18科42属,围封条件下促进禾本科植物与多年生植物种有所增加,多年生及灌木植物的重要值增大。围封降低先锋物种的重要值,明显增加羊草的重要值。围封有利于增加固沙樟子松林下植被群落的平均盖度、高度和生物量,而且随着围封年限的增加呈现不同程度的增长趋势;林下植被群落的物种多样性指数、优势度指数、均匀度指数在半围封5年较未围封状态略高,而在全围封10年则均低于未围封状态。因此,围封有利于樟子松林下植被群落的恢复与生长,适度的围封有利于林下群落多样性,进而保障群落的演替及生态系统稳定性的维持。     

太湖竺山湾缓冲带两种人工草林土壤反硝化作用比较

在太湖竺山湾缓冲带选取两种人工草林(杨树灌木混合林和纯杨树林),对其林床地表径流、林下土壤水和林下地下水进行了为期1 a的观测,比较了土壤反硝化作用.结果表明:①两种人工草林林下土壤生化性质、w(有机碳)以及各形态氮质量分数在1 m深度内垂向剖面上的分布大致相同;②两种人工草林内地下水中的ρ(NO₃--N)在1 a之内都没有明显升高趋势,显示反硝化作用在土壤水的入渗过程中有效削减了NO₃--N,并阻止了其向地下水的迁移;③在垂直剖面上,两种人工草林土壤水中ρ(NO₃--N)在40 cm深度处出现峰值,同深度处的ρ(DO)(低至0.08 mg/L)、E_h(氧化还原电位,0~18 mV)也较低,说明40 cm深度附近可能发生了耦合的硝化-反硝化作用;④在垂直剖面上,两种人工草林土壤中反硝化势和反硝化菌数均在40 cm深度附近出现峰值,虽然杨树灌木混合林土壤反硝化势[2.1 mg/(kg·h)]是纯杨树林[1.1 mg/(kg·h)]的2倍,但两种人工草林土壤中实际的反硝化速率受ρ(NO₃--N)的限制,没有明显的差别.研究显示,两种人工草林土壤都在40 cm深度附近存在反硝化活跃带.      

原始红松林退化演替后土壤微生物功能多样性的变化

为了全面了解原始红松林退化演替为次生林后土壤生境及土壤微生物功能多样性的变化规律,以小兴安岭典型的原始阔叶红松林、退化演替后先锋阶段的白桦林及亚顶级阶段的硬阔叶林为研究对象,采用Biolog-ECO微平板检测法,分析三者0~ < 10 cm和10~20 cm表层土的土壤微生物功能多样性变化规律.结果表明:各林型土壤微生物的AWCD值（平均颜色变化率）随培养时间的延长而增加,培养初期表现为原始阔叶红松林>硬阔叶林>白桦林;培养末期表现为原始阔叶红松林>白桦林>硬阔叶林,三者的AWCD值在0~ < 10 cm土层分别为1.06、0.86、0.81,10~20 cm土层分别为0.68、0.47、0.45,原始林显著高于次生林（P < 0.05）,说明原始林土壤微生物对单一碳源的代谢活性显著高于次生林;同一林型下土壤微生物的AWCD值均表现为0~ < 10 cm土层显著高于10~20 cm土层（P < 0.05）. Shannon-Wiener多样性指数、Simpson指数、McIntosh指数和Richness丰富度指数也均表现为原始林显著高于次生林（P < 0.05）.原始林土壤微生物对各类碳源的综合利用强度均大于次生林,不同林型下土壤微生物群落的优势碳源类型存在一定的差异,碳水类、氨基酸类、羧酸类和多聚物类碳源是原始林退化演替后土壤微生物群落在碳源利用上发生变化的敏感碳源.