GIS支持下的黄土高原地区植被生态梯度分析

在地理信息系统(GIS)支持下对黄土高原地区257个样方的植被进行了研究。DCA分析较好地反映了植被的连续性变化及植被的生态梯度与气候因子的关系。分析的结果表明．植被组成和结构沿经、纬度变化明显，分异出森林、森林草原、温性草原、荒漠半荒漠植被等不同类型，优势种替代明显，植物种类也形成了不同的生态类型。植被的梯度变化与气候因子密切相关，较好地反映了黄土高原地区环境与结构的空间变异特点。     

基于GIS的黄土高原植被生态信息系统研究

利用地理信息系统(GIS)技术在黄土高原地区植被与环境关系研究中开展了植被生态信息系统方面的应用研究,分析了植被生态信息系统的技术特征,并对建立黄土高原地区植被生态信息系统的一些问题进行了探讨,为西部大开发提供科学依据。     

黄土高原地区森林植被生态需水研究

水土流失是黄土高原面临的主要生态问题,而退耕还林还草、恢复植被是治理水土流失、改善生态环境的必然选择.但黄土高原位于干旱半干旱地区,水资源匮乏是影响该地区植被生态建设的根本因子.因此,植被生态需水研究对于该地区的生态环境建设具有极其重要的意义.本文根据最新遥感图像资料,在GIS支持下,计算了黄土高原地区现有林地生长季的最小生态需水量和适宜生态需水量,其结果分别为262.49×10⁸ m³和421.34×10⁸ m³.除去降雨对林地耗水的补给外,以最小生态需水量为标准,则黄土高原地区在生长季发生水分亏缺的林地面积为7 639.09 km²,占现有林地总面积的9.1%,亏缺水量为4.77×10⁸ m³;以适宜生态需水量为标准,则有57.7%的现有林地在生长季中发生水分亏缺,亏缺水量为58.55×10⁸ m³.     

甘肃黄土高原气候植被类型初探

甘肃黄土高原位于我国黄土高原的西部,它西起乌鞘岭,东抵子午岭,南至太子山、西秦岭和甘陕省界,北止甘宁省界,包括临夏州、平凉和庆阳两地区、兰州和白银两市的全部,以及定西和天水两地市的绝大部分,面积约11万km²,占甘肃面积的24％左右。陇山以西部分称之为陇西黄土高原,呈丘陵、沟壑地貌,大部分海拔高度在1200—2500m;陇山以东部分叫做陇东黄土高原,塬面较完整,多呈塬、沟地貌,大部分海拔为1200—1800m。 多年以来,在对甘肃黄土高原历史时期的自然植被和治理等问题上,存在着很大的意见分歧。一种观点认为,这里历史时期曾是森林广布、水草丰美的地方,完全是人类不合     

基于典范对应分析的喀斯特峰丛洼地土壤-环境关系研究

喀斯特地区是典型的生态脆弱区,环境容量小,抗干扰能力低,不同的土地利用方式、海拔、地貌地形特征等环境因子对土壤性质的空间变异有重要影响,峰丛洼地地貌景观异常破碎,石漠化严重,土壤性质对其环境的变化更加敏感.在野外调查取样、实验室分析的基础上,采用典范对应分析(CCA)研究土壤-环境关系.结果表明,不同的环境条件下土壤性质的空间变异有很大差异,全氮、碱解氮、有机碳、速效磷、速效钾、碳氮比的空间变异要比全磷、全钾和pH值的空间变异大,其中全氮、碱解氮和有机碳的空间变异趋势相似;不同的土壤性质与不同的环境因子之间的关联性不同,土壤有机碳、全氮和碱解氮与裸岩率和坡度有很好的关联性,速效钾主要受植被类型的影响,碳氮比与土壤厚度有很好的相关性,而全钾、全磷和pH值受环境的影响相对较小;不同的环境因子对土壤性质的影响程度大小依次为:土地利用方式>植被类型>裸岩率>坡向>土壤厚度>坡度>海拔高度.除全钾和pH值以外,不同的土地利用方式对土壤性质有显著影响.     

西枝江流域浮游植物群落结构特征与主要环境因子的关系研究

于2012年枯水期、丰水期与平水期(2、8、11月)在西枝江全流域开展浮游植物群落的种类组成、密度和生物多样性指数研究,并分析环境因子与浮游植物群落之间的关系.结果表明,西枝江流域共检出浮游植物6门98种,其中卵形隐藻(Cryptomonas ovata)为流域全年常见种,西枝江流域浮游植物种类数由上游至下游逐渐增加,且支流淡水河浮游植物种类和数量高于干流;西枝江流域水体浮游植物群落密度变化范围为2.2×104~6.72×106cell·L~(-1);Shannon-Weaver多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数评价结果表明,西枝江流域部分点位浮游植物群落生物多样性受到一定程度的损害.西枝江流域平水期总氮浓度显著高于枯水期、丰水期(p0.05);西枝江干流总磷全年差异不明显(p0.05),支流淡水河总磷在枯水期显著高于丰水期、平水期(p0.05).氮磷含量空间分布特征为淡水河高于西枝江下游高于西枝江中游,西枝江上游水质最优,且浮游植物指示种的演替与流域内水质变化情况相吻合;RDA分析结果表明,氮磷营养盐、T以及CODMn是西枝江流域浮游植物群落结构的重要影响因子.     

怀洪新河浮游动物群落特征与水环境因子的关系研究

为研究怀洪新河太湖新银鱼国家级水产种质资源保护区(以下简称保护区)水域浮游动物的群落结构及其与水环境因子的关系,于2014年6月(夏季)在怀洪新河进行采样分析,并对调查区域内的浮游动物及主要环境因子进行了主成分分析(PCA)和典范对应分析(CCA)。结果表明,保护区河段属中营养型河流;保护区浮游动物有4门24属33种,其中轮虫类最多,为11种(占33.33%),其次为原生动物和桡足类,均为8种(占24.24%),最少的为枝角类6种(占18.18%);保护区浮游动物细胞密度平均为1.82×10~4ind./L,生物量平均为2.45mg/L;水温和氨氮是影响水体环境的关键因子;水温、总氮、浊度、氨氮、高锰酸盐指数(COD_(Mn))和pH是影响浮游动物群落结构的主要驱动因子。     

长江口浮游植物群落特征及其与环境的响应关系

根据2009年4月、8月、11月对长江口30个站位的调查,分析了浮游植物群落结构的时空变化及其与环境因子的响应特征. 共鉴定出浮游植物8门95属330种,主要优势种是硅藻和甲藻,其中中肋骨条藻占绝对优势. 浮游植物细胞丰度呈单周期季节性变化,夏季为高峰期,长江口近海区为高值区. 浮游植物群落多样性11月最高,主要分布在长江口过渡水域. 浮游植物群落可分为四大类群,各区域不同季节种类组成具有显著差异. CCA(典范对应分析)显示,浮游植物群落与环境因子密切相关,并且其响应机制存在季节性差异.硅藻细胞丰度4月与ρ(NO₃--N)、ρ(COD_Mn),8月与ρ(SiO₄4--Si)、ρ(NO₃--N)、ρ(PO₄3--P),11月与透明度呈显著正相关(P<0.01);11月与ρ(PO₄3--P)、ρ(SiO₄4--Si)呈显著负相关(P<0.01). 甲藻细胞丰度4月与ρ(NH₄+-N),8月与ρ(COD_Mn),11月与透明度、ρ(NO₃--N)呈显著正相关(P<0.05). 长江口环境因子的改变影响浮游植物群落结构的时空变化,各季节引起浮游植物群落结构变异的驱动因素存在差异.      

剑潭水库浮游植物群落特征与水环境因子关系研究

2010年6—12月对剑潭水库浮游植物群落及11项水环境因子进行了采样调查,并对调查区域内的54种浮游植物和11个环境因子进行了典范对应分析(CCA).结果表明,调查期间共检出浮游植物7门78属103种,浮游植物群落组成以绿藻为主,硅藻其次;藻类细胞密度季节差异大,7月最高,为8.04×106cells·L-1,12月最低,为2.23×105cells·L-1,浮游植物群落变化规律为夏季的蓝藻和绿藻向秋季的隐藻、蓝藻、绿藻,以及冬季的绿藻、硅藻转变,剑潭水库富营养化程度较蓄水初期有加剧趋势,且富营养程度夏季比冬季严重.CCA分析结果表明,水温和TP是影响剑潭水库浮游植物群落分布最主要的环境因子.     

不同植被群落表层土壤中细菌群落多样性

对3种不同植被群落(海桐、雪松、桂花)表层土壤中的pH、w(TOC)、w(TN)和w(TP)进行了测定,采用DGGE(变性梯度凝胶电泳)方法对各植被群落表层土壤细菌的16S rDNA V3~V6可变区扩增片段进行了分析,利用分析得到的图谱数据与表层土壤中的pH、w(TOC)、w(TN)和w(TP)进行了群落-理化因子相关性分析以及CCA(典范对应分析). 结果表明,不同植被群落表层土壤的pH和养分含量不同,其中w(TOC)和w(TN)的差异显著(P<0.05),而pH和w(TP)的差异不显著(P>0.05). DGGE图谱分析结果揭示,不同植被群落表层土壤的细菌群落结构明显不同. 聚类分析显示,海桐和雪松的细菌群落组成和结构最为相似(82%),而它们与桂花样地的相似性(55%)相对较低,桂花样地的Shannon-Wiener指数最高且与其他2个样地差异显著,雪松样地的均匀度指数最高. 相关性分析和CCA结果进一步表明,w(TOC)和w(TN)是表层土壤细菌群落结构和多样性的显著影响因素,并且植被群落可能通过其根系分泌物产生间接影响.      

黄土高原植被数量区划研究

采用GIS技术与数量生态分析技术(TWINSPAN)相结合的方法,对黄土高原植被进行数量区划。植被数量区划的结果表明:黄土高原可划分为4个植被区,包括5个植被亚区,与黄土高原植被DCA、CCA、DCCA排序的结果相吻合。     

黄土高原土壤景观格局特征分析

在地理信息系统支持下,选择多种景观格局指数,从斑块面积、斑块数、斑块周长和多样性的角度对黄土高原地区土壤景观进行了格局特征分析。结果表明,黄土高原地区土壤景观斑块数、面积和周长分布均极不均衡,土壤景观多样性指数较低,反映出黄土高原地区土壤景观破碎化程度较高。     

1961-2009年黄土高原气象要素的时空变化分析

基于48个气象站点1961-2009年的监测数据,使用反距离权重插值法和Mann-Kendall法,分析了黄土高原气象要素的空间分布和时间变化特征.结果表明,各气象要素在黄土高原都呈梯度分布,沿东南-西北方向降水和平均温度递减而平均风速和日照时数递增,沿南北方向相对湿度降低而参考作物蒸散增加.各气象要素在各站点基本都具有单调趋势,但趋势显著的站点数存在变异.约98%的站点温度的上升趋势显著,约60%的站点日照时数和风速的下降趋势及参考作物蒸散的上升趋势具有显著性,约40%的站点相对湿度的下降趋势显著,约30%的站点的降水具有显著的下降趋势.各气象变量都存在一定的年代际变化,相对湿度在2004年以来显著降低,降水的显著减少、 年均温度和参考作物蒸散的显著上升都在20世纪90年代初以来,而日照时数和平均风速的显著下降都发生在20世纪80年代初以来.黄土高原的气候可能出现了一些新趋势,给未来可持续发展带来了不确定性,需引起足够重视.     

黄土高原植被演替不同阶段植物系数的变化与适应性评价

用4年长期定位试验资料,利用植物系数、蒸散量、土壤含水量和土壤水分对植物的有效性等指标,研究了黄土高原植被群落不同演替阶段(草本群落→灌木群落→早期森林群落→顶级群落)的耗水特性与生态适应性。结果表明:不同演替阶段,群落实际蒸散量主要受降水控制,群落间差异不显著(P＞0.05);土壤含水量是早期森林群落明显高于其它群落,草本群落明显高于灌木群落(P＜0.05);植物系数是灌木群落＞草本群落＞乔木群落,而顶级群落大于早期森林群落;土壤水分对植物的有效性是早期森林和顶级群落明显高于草本和灌木群落(P＜0.05)。因此,进行植被建设不但要考虑植物系数还要考虑土壤水分对不同植物的有效性。     

黄土高原子午岭植被自然恢复下的固碳特征

为分析黄土高原生态脆弱区植被自然恢复的碳汇效应和植被群落特征变化对生态系统碳密度的影响,采用时空互代的方法,研究了子午岭地区150 a恢复年限内8个演替阶段{坡耕地、撂荒10 a草地、20 a草地、白刺花[Sophora davidii(Franch.) Skeels.]、白桦(Betula platyphylla Suk.)、油松(Pinus tabulaeformis Carr.)、辽东栎(Quercus wutaishanic Mary)+油松(Pinus tabulaeformis Carr.)混交林和辽东栎}下植被-土壤系统的固碳特征,探讨了群落特征变化对植被-土壤系统碳密度的影响.结果表明,调查植被群落盖度从坡耕地阶段的85%波动增加到乔木阶段的100%.物种数量、Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数和Simpson指数总体呈现出先快速增加后缓慢降低直至趋向稳定的变化特征,演替中期(白桦)达到峰值.植被各组分(地上生物、地下根系、枯落物)的生物量和碳密度在演替过程中呈指数函数关系增加,即白桦以前增加缓慢,白桦和油松阶段显著增加(P<...     

黄土高原不同植被类型下土壤细菌群落特征研究

研究黄土高原不同植被类型对土壤细菌微生物多样性的影响,对发挥土壤潜在肥力、了解土壤健康状况,实现植被的管理与可持续利用有着重要的意义.本文选取黄土高原4种草原植被与4种乔木林植被的表层土壤(0~5 cm)为研究对象,利用第二代高通量测序技术454 Hi Seq对其进行16S r DNA V1~V3可变区的高通量测序,分析土壤细菌的Alpha多样性、物种组成和丰度,并研究土壤性质对细菌群落结构的影响.结果表明,所测土壤样品中共检测到细菌的36个门,84个纲,187个目,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌(Chloroflexi)、浮霉菌门(Planctomycetes),主要的优势菌纲为放线杆菌纲(Actinobacteria)、α-变形菌纲(α-Proteobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria)、浮霉菌纲(Planctomycetacia).草原植被土壤分布更多的是Actinobacteria,森林植被土壤分布更多的是Proteobacteria.Proteobacteria与土壤有机质、全氮、全磷呈显著的相关性,其相对丰富度主要受土壤碳氮磷含量的限制.Actinobacteria的生长主要受土壤pH、水分和土壤有机质的影响.通过RDA分析发现,影响黄土高原土壤细菌分布的主要土壤因子是土壤水分,这些结果丰富了黄土高原土壤微生物多样性的理论知识,而且可为黄土高原植被恢复模式的选择提供理论依据.     

黄土高原延河流域不同植被类型下土壤生态化学计量学特征

植被类型对黄土高原土壤质量的改善具有重要的作用,而土壤碳、氮、磷生态化学计量比是体现生态系统变化过程的重要依据。研究森林、森林草原、草原植被类型对土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量学特征的影响,对于深入认识黄土高原植被恢复对土壤质量的改良、完善生态化学计量学理论和准确评价植被恢复的生态环境效益具有重要的现实意义。延河流域是黄河的一级支流,自然环境脆弱,植被破坏和土壤侵蚀严重,因此,论文选取延河流域为研究对象,分析不同植被类型对土壤碳、氮、磷养分和生态化学计量学特征的影响。结果表明：3种植被带下,表层土壤有机碳、全氮含量显著高于下层土壤,森林带>森林草原带>草原带;森林草原带、草原带下土壤全磷含量在两层土壤中差异不显著,森林植被对土壤碳、氮、磷具有显著的累积作用,对于提高土壤碳、氮、磷含量具有重要的意义。土壤C∶N在3种植被带下较为稳定,土壤有机碳与全氮存在极显著的正相关关系（P<0.01）;土壤C∶P、N∶P受植被类型的影响较大,森林带显著高于森林草原带和草原带,土壤C∶P、N∶P和C∶N之间存在极显著的正相关关系（P<0.01）。总体来说,植被恢复对土壤质量的改善作用明显,森林植被对该区土壤碳、氮、磷等养分含量的累积作用较好,森林植被具有较大的N∶P,其植被生长主要受P含量的限制;草原植被与森林草原植被N∶P比较低,其植被生长主要受N含量的限制。     

植被对黄土高原沟壑区坡地土壤有机碳的影响

选取高原沟壑区王东沟流域内典型的治理坡段,研究不同植被条件下土壤有机碳、氮的含量变化和坡面分布特征。结果表明:与荒草(白羊草)群落相比,油松群落条件下,土壤有机碳含量提高9.3%(P>0.05),而果园土壤有机碳含量降低40.1%(P<0.05)。沙棘、侧柏和刺槐群落下,土壤有机碳含量虽低于荒草群落,但尚未达到显著水平(P>0.05)。果园和刺槐群落下坡面有机碳变化趋势不明显;杏树群落下表现为坡中部含量高,上部和下部低;白羊草群落下坡面有机碳含量从上到下逐渐增加。不同植被条件下土壤全氮与土壤有机碳存在极显著(R²=0.925)的相关关系。