鄂尔多斯高原本氏针茅与油蒿群落过渡过程中的植被动态

灌木入侵对草原生态系统结构和功能产生了严重影响,了解其植被动态对草地灌丛化的控制和恢复具有重要意义.在鄂尔多斯高原选取本氏针茅向油蒿群落过渡过程中不同演替阶段的代表性群落类型,采用样方法、刈割法和根钻法,对不同群落的盖度、密度、生物量、凋落物、根系以及物种多样性进行调查和分析.结果表明:从本氏针茅向油蒿群落过渡的过程中,(1)演替阶段经历了本氏针茅群落、本氏针茅+糙隐子草群落、本氏针茅+油蒿群落、油蒿+糙隐子草群落、油蒿+达乌里胡枝子群落、油蒿群落6个群落类型.(2)群落盖度呈现先下降后上升,总密度先下降后升高再下降的趋势,地上、地下生物量及总生物量和凋落物干重在演替过程中总体呈上升趋势.(3)本氏针茅的盖度、密度、生物量和重要值逐渐下降,油蒿则相反.(4)随土层深度的增加,群落内植物根系干重总体上呈下降的趋势.根系干重在0-30 cm土层较为集中,整个演替阶段油蒿群落根系干重分布出现先升高后下降趋势,到第VI阶段根系分布深度可达80-90 cm.(5)物种丰富度指数、Simpson优势度指数、Shannon-Winner多样性指数和Pielou均匀度指数均呈现先升高后下降的趋势.因此,鄂尔多斯高原草地灌丛化较为严重,尽管中度灌丛化阶段群落的盖度、生物量和生物多样性较高,但由于灌木入侵后整个演替阶段盖度、密度、物种多样性等明显下降,草原生态系统的可利用性降低,应将灌丛化草地恢复为本氏针茅为主的草地.     

黑河下游荒漠河岸地带土壤水盐和养分的空间分布特征

探讨干旱区内陆河流域荒漠河岸地带土壤水盐和养分的变化特征,对荒漠河岸生态系统的保育和恢复具有重要指导意义。以黑河下游垂直于河道的乌兰图格嘎渣监测断面为研究对象,通过野外采样调查,分析距河道4 500 m范围内荒漠河岸地带土壤水盐和养分在沿河梯度上的空间分布特征。结果表明:在0-50 cm土层,土壤含水量、土壤容重、土壤pH、土壤电导率、土壤总碳、土壤总氮、土壤速效磷和土壤速效钾在沿河梯度上表现出显著的差异性。随着沿河距离增加,土壤含水量大体表现为下降的变化趋势,在300 m和2 950 m处达到峰值,均值分别为26.57%和8.72%;而土壤容重呈相反的变化趋势,在4 500m处最高,均值为1.73g·cm~(-3)。土壤pH值随着沿河距离的增加呈凹型变化趋势,较大值出现在距河岸300-800 m和4 000-4 500 m处,均值分别为9.21-9.24和8.7-9.18,而土壤电导率则大体呈凸型变化趋势,较大值出现在距河岸2 200-3 200 m,均值为5.69~(-1)4.92 ms·cm~(-1),盐分表聚现象严重。随着沿河距离增加,土壤总碳、土壤总氮、土壤速效磷和土壤速效钾含量基本都表现出显著下降的变化趋势,在4 000-4 500 m处值最小,均值分别为5.71、0.11、2.81和73.76mg·kg~(-1),土壤养分(0-10cm)波动最为明显,由表层向下呈逐渐降低趋势。在沿河梯度上,生态输水对近河岸地带土壤的演变机制和恢复趋势有明显的促进作用,随沿河距离增加影响力渐小。在荒漠河岸生态系统恢复中,可在垂直河岸梯度上延长生态输水距离,促进地下水水位回升,有利于改善土壤结构和理化属性。     

五台山亚高山-高山草甸群落多样性和碳氮磷化学计量特征

为了探究连续海拔梯度上亚高山-高山草甸群落多样性、碳氮磷化学计量特征及其环境适应策略,以五台山南坡自然分布的亚高山-高山草甸群落为研究对象,沿海拔梯度(2 201~3 011 m)设置9个样地,采用相关性分析、偏冗余分析(pRDA)的方法,分析亚高山-高山草甸群落多样性和碳氮磷化学计量特征及其与环境因子的关系. 结果表明:在五台山南坡2 201~3 011 m海拔范围内,亚高山-高山草甸群落的Patrick指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数平均值分别为11、2.15、0.87、0.93. 随着海拔的升高,Patrick指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数均呈显著下降趋势,而Pielou指数变化不显著. 群落TC、TN、TP含量平均值分别为461.19、23.32、1.96 mg/g,C∶N、C∶P和N∶P平均值分别为19.99、242.17、12.10. 与全球尺度和草地生态系统区域尺度的研究相比,该区域草甸群落具有相对稳定的TC含量,以及TN、TP含量高和N∶P低的特点,群落水平下相对较低的N∶P(<14)说明草甸群落植物生长更倾向于受氮元素的限制. 随着海拔升高,群落TC含量、C∶N、C∶P沿海拔梯度均呈显著上升趋势,而群落TN、TP含量均呈显著下降趋势,群落N∶P变化不显著. 在海拔梯度上,群落碳氮磷化学计量特征存在差异性,在一定程度上说明了草甸群落对海拔生境的不同适应策略. 偏冗余分析结果表明,环境因子(海拔和土壤因子)分别解释了亚高山-高山草甸群落多样性和碳氮磷化学计量特征总变化的70.8%和67.8%,海拔因子的解释贡献率大于土壤因子. 研究显示,海拔和土壤因子对五台山亚高山-高山草甸群落多样性和碳氮磷化学计量变化特征存在显著影响,其中海拔因子的影响尤为突出.      

草地灌丛化研究进展

草地灌丛化(Shrub encroachment)会导致生态系统结构和功能改变,甚至可能导致干旱区土地退化和荒漠化.本文从降雨、气温、土壤、生物以及人为活动等方面综合分析灌丛化的成因,总结灌丛化对生态系统的影响以及控制灌丛化的有效措施.降水增加及其分配格局的改变通常会促进草地灌丛化;温度升高能够减少灌木冻害,降低灌木死亡率,有利于灌木扩张;由于灌木适应能力较强,土壤退化有利于灌木入侵;过度放牧促进草地灌丛化,而适当的火烧会抑制灌丛的扩展.草地灌丛化会导致草地可用性降低,改变土壤养分与水分分布格局,但对植物多样性及生产力的影响表现出不同的结果.降低人为干扰强度、适当火烧、人工去除灌木是控制草地灌丛化的有效措施,但在不同区域应采用不同组合措施以提高成效.目前灌丛化研究结果多基于对野外自然过程的观察和分析,缺乏大尺度、长时期野外控制实验证据的支持;有关灌丛化草地是否能恢复,哪种条件和措施下可以恢复的全球性认识还不一致;我国草地灌丛化发生时间较长,但对其研究尚处起步阶段,应加强国际对比研究,有利于在更长的时间尺度上阐释草地灌丛化的发生过程和机制.     

荒漠河岸多枝柽柳灌丛碳氮磷化学计量特征及其影响因素

为了解群落水平下荒漠河岸多枝柽柳（Tamarix ramosissima Ledeb.）灌丛的碳氮磷化学计量特征及其影响因素,在黑河下游荒漠河岸3 800 m范围内,沿垂直河道方向上设置9个采样点,采用相关性分析、冗余分析（RDA）和偏冗余分析（pRDA）方法,对多枝柽柳群落的碳氮磷化学计量格局及其与环境因子的关系进行研究.结果表明:黑河下游荒漠河岸多枝柽柳群落TC、TN、TP含量平均值分别为380.27、30.42和1.54 mg/g,C:N、C:P和N:P平均值分别为12.98、257.09和20.04.与全球和区域尺度物种水平研究相比,黑河下游荒漠河岸多枝柽柳灌丛群落具有较低的TC含量、较高的TN含量和N:P以及相对稳定的TP含量.多枝柽柳灌丛群落碳氮磷化学计量特征变异系数相对较小,内稳性较强,相对较高的N:P（14.55~27.20）表明群落水平下多枝柽柳灌丛更倾向于受磷元素的限制.在沿河梯度上,多枝柽柳群落TC含量和TN含量均随沿河距离的增加呈显著下降的变化趋势,而C:N随沿河距离的增加呈波动上升的变化趋势;TP含量呈先降后升的变化趋势,而C:P和N:P大致呈先上升后下降的变化趋势.多枝柽柳灌丛群落的碳氮磷化学计量特征与土壤理化属性存在一定相关性,土壤含水量、土壤容重和土壤pH是影响多枝柽柳群落碳氮磷化学计量特征变化的关键因子,三者共同解释了总变异的57.7%,其中土壤含水量解释了总变异的32.8%.研究显示,土壤水盐与多枝柽柳灌丛的碳氮磷化学计量特征关系密切,土壤含水量在解释多枝柽柳灌丛碳氮磷化学计量特征变化方面比土壤pH更为重要.      

石油污染对土壤-植物系统的生态效应

伴随着石油的工业化生产和利用,石油污染已经成为一个严重的环境问题.本文从土壤、植物个体、植物群落与生态系统等层次对石油污染的生态效应进行了系统总结.含有多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)、苯系物(Benzene、toluene、ethylbenzene和xylene,BTEX)等多种有毒物质的石油及其化工产品进入土壤-植物系统后会发生迁移.这不仅对土壤-植物系统的组成、结构、功能和服务产生影响,也会通过食物链危害人类健康.石油污染影响土壤水分状况、孔隙度等物理性质,土壤碳含量、养分含量等化学性质,以及土壤微生物群落组成和多样性、土壤酶活性等生物学性质.通常,石油污染会对大多数植物形成氧化胁迫,影响细胞膜透性,影响光合作用等生理活动,抑制植物生长,影响植物萌发、开花和结实.由于石油污染对植物个体的不同效应以及植物个体对石油污染的不同响应,石油污染对植物群落的影响存在3种基本模式,并最终导致植物群落生物量下降,物种多样性降低,植被盖度降低.进一步影响生态系统的生产力、稳定性和健康,最终危及生态系统的功能和服务.利用微生物、植物及其联合体菌根可以对石油污染物进行生物修复和降解,添加外源营养物质和通气等措施可以强化生物修复过程.应用植被指数和红边效应等遥感方法进行石油污染的生态效应监测具有较大的潜力.总之,如何把土壤-植物系统各水平上不同指标对石油污染物的响应与石油污染的生态效应联系起来,是目前石油污染生态效应研究的重点和难点之一.因此,亟需开展多尺度的系统研究,把室内控制实验、野外控制实验和野外调查有机地结合起来,构建多层次的石油污染标志物体系,全面认识石油污染对土壤-植物系统的生态效应,为石油污染的生态风险评价、治理和控制提供理论基础和实践指导.     

新疆盐渍土3种植被类型土壤微生物碳源利用

研究了新疆天山以北三工河流域自然生境下梭梭(Haloxylon ammodendron)、琵琶柴(Reaumuriasoongonica)、隐子草(Cleistogenes chinensis)3种植被群落的土壤微生物碳源利用差异,分析了土壤理化性质与微生物总体活性、功能多样性的相关关系.采用BIOLOG生态板检测了各微生物群落对31种单一碳源的利用情况,结果表明,3种群落的微生物总体活性(AWCD)(F=41.877,P<0.001)、功能多样性(Shannon指数)(F=164.680,P<0.001)、丰富度(R值)(F=20.818,P=0.02)差异显著,其中梭梭植被下微生物群落的AWCD值、Shannon多样性指数、R值明显高于其他两种植被的微生物群落.土壤pH(相关系数=0.958,P<0.001)、土壤总碳相对含量(相关系数=0.718,P<0.05)与微生物总体活性(AWCD)呈显著相关,对微生物碳源利用有重要影响,而土壤可溶盐总量、含水率则与AWCD相关性不显著,微生物群落碳源利用功能多样性和丰富度与土壤理化性质均无显著相关关系.对于所研究的31种单一碳源,梭梭植被下微生物群落的利用情况也好于其他两种植被类型,对11种单一碳源利用情况较好,而琵琶柴、隐子草植被微生物群落分别则仅能对其中6种和5种碳源有较好的利用能力.