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。     

黄河流域典型县域生境质量的时空分异特征及影响因素研究

通过探索黄河流域山东段县域生境质量时空分异特征与影响因素,以便从县域尺度为地方生态环境保护与社会经济高质量发展提供政策建议。基于2000、2010和2020年3期土地利用数据,采用InVEST模型解析生境质量的时空分布格局与演变特征,结合空间自相关模型对其空间分异特征进行探测,并采用地理加权回归(GWR)模型分析社会、经济与自然影响因素在空间维度上对生境质量的影响。结果表明：(1)2000—2020年,黄河流域山东段平均生境质量指数为0.448,空间上表现出中段、上段低和下段高的分布格局,生境质量整体呈先快速下降后缓慢下降趋势,中段生境质量下降趋势最为显著;(2)生境质量变化在空间分布上呈显著集聚性特征,会受到邻近区域的影响,且总体集聚态势不断增强,高-高型集聚区面积明显大于低-低型集聚区,在流域下段范围连片分布;(3)土地开发强度是影响生境质量时空分布的首要因素,城市化水平、人口密度和NDVI对生境质量有重要影响,社会、经济和自然因素共同影响生境质量时空变化,GWR回归分析结果表明生境质量具有空间差异性。识别这些时空差异对推动该区域生态高质量发展具有重要意义。     

景观格局演变及其生态效应研究进展

区域景观格局演变及生态效应研究一直是景观生态学研究的重点,对人类、自然的可持续发展具有重要的意义.文章从景观格局-过程-生态效应的相互驱动机制及当前的研究进展进行了系统的分析,综述了国内外景观格局及其生态效应研究相关进展,集中分析了当前研究中的热点和难点.景观分类是景观格局研究的基础,空间统计分析、转移矩阵分析和景观指数分析是研究景观格局演变的主要手段,新兴的元胞自动机理论和方法在景观格局演变研究中有很大的发展空间.景观格局演变驱动力研究需对自然驱动力、社会驱动力进行综合考虑.不同时空尺度下,景观格局与生态过程的内在机制也不一样.在此基础上,提出了今后研究的一些方向,重点是:(1)景观格局演变的内在驱动机制研究;(2)多尺度下景观格局和生态过程(如土壤侵蚀、养分流失等)的耦合研究;(3)"3S"技术、野外调查监测与格局-过程演变模拟模型结合的应用推广潜力.     

基于文献计量的土壤微生物海拔分布规律研究

土壤微生物是生态系统过程中必不可少的参与者,控制着陆地生物圈中最大有机质库的周转。近年来,有关土壤微生物的海拔空间分布研究越来越多。以"elevation gradient(海拔梯度)"和"soil microorganisms(土壤微生物)"为关键词,在Web of Science核心集合数据库与中国知网数据库(CNKI)搜索到相关文章共717篇,利用CiteSpace软件对搜索文献进行发文量分析、关键词共现和文献共被引聚类可视化分析。结果表明,自2000年以来,土壤微生物对海拔梯度的响应研究呈快速增长态势,且国内外研究趋势存在一致性。重点关键词主要包括"森林(forest)""海拔(elevation)""土壤真菌(soil fungi)""植被(plant)"等,这表明森林生态系统土壤微生物的空间分布是近年来重要的研究方向之一。土壤微生物群落相对丰度及多样性在区域空间尺度上表现出明显的海拔分布格局,即沿着海拔上升出现递增、递减、单峰、"U"型和无显著变化5种模式。此外,驱动土壤微生物群落变化的环境因子也存在差异,包括土壤养分、植被特异性和气候因素等。因此,未来应根据研究区域特征,在不同海拔空间尺度探讨土壤微生物群落和多样性的分布变化机制,揭示不同尺度下的土壤特征和微生物群落变异程度,进一步量化自身及相关环境因素之间的关系。     

基于最佳尺度的景观生态风险时空变化研究：以重庆市江津区为例

探究景观生态风险的时空变化规律,合理评估生态风险状况,有利于维护区域生态安全和经济社会可持续发展。以2000、2009和2018年3期遥感影像为基础,综合运用景观格局指数、空间自相关分析和地理探测器工具,探究最佳尺度下江津区景观生态风险时空变化特征及其影响因素。结果表明:(1)景观指数随粒度和幅度的改变而呈现不同的变化规律,90 m栅格和3 km网格尺寸能更好地体现景观格局空间异质性特征;(2)2000—2018年研究区景观生态风险空间格局变化较大,景观生态风险威胁程度整体有所上升,中风险区逐渐成为区域主导类型;(3)研究区各时期景观生态风险空间集聚特征显著,景观生态风险指数空间分布以高-高集聚和低-低集聚为主;(4)人类活动对于区域景观格局和生态系统的影响愈发强烈,人口密度和GDP是影响景观生态风险时空分布的重要驱动因素。研究结果可为长江上游重要生态屏障建设提供决策参考。     

原油对荒漠土微生物活性的影响

正石油进入土壤后改变了土壤质地,使原有土壤微生物群落、区系和土壤酶活性受到了不同程度的影响.目前,对干旱区原油污染和土壤微生物之间的关系,研究工作涉及较少.本文选取干旱胁迫环境中的荒漠土为研究对象,研究了原油对荒漠土中微生物活性的影响.研究结果对于评价干旱区石油污染对土壤生态环境的影响,揭示荒漠土土壤微生物对石油污染物的响应规律具有重要意义.     

川东北乡村不同生境中杂草多样性研究:以蚕华山村为例

为了解川东北传统乡村杂草多样性及特征,在研究区生境调查的基础上,记录了18种生境中的杂草种类,针对具有代表性的15种生境中的杂草群落进行定量调查,并采用双向指示种分析(TWINSPAN)进行数量分类,采用典范对应分析(CCA)进行排序。结果表明:(1)区内有农田、水塘、墓地和片林等多种乡村生境类型。(2)区内有杂草61科181属238种,菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)为优势科。(3)采用TWINSPAN数量分类方法将杂草群落划分为6种类型。(4)CCA排序分析结果表明影响杂草群落分布的主要环境因子是光照强度和土壤含水量,说明杂草种类、生境类型与群落类型的分布格局存在一定的相似性,这与TWINSPAN分类结果较为一致。研究认为在乡村原住民传统生产生活过程中形成的多样化生境类型维持了较高的杂草多样性,进而说明乡村生境多样化是维持乡村生物多样性的重要机制之一。     

人工封育区植物群落恢复演替系列种群生态位动态特征——以宁夏盐池为例

为了解干旱半干旱区草原植物生态位格局,运用Levins生态宽度指数及Pianka生态位重叠指数,对宁夏盐池人工封育草原3种不同措施下的植物生态位宽度及生态位重叠进行计量。结果表明:茵陈蒿(Artemisia capillaries Thunb)和新疆猪毛菜(Salsola sinkiangensis A.J.Li)的生物、生态学特性决定了它在该区的优势地位,其生态位宽度远远高于其他物种,并且出现下降的趋势;生态位重叠结果均表明,生态位宽度大的物种不一定和其他物种有大的重叠值,较高的生态位宽度和较高的生态位重叠之间并不存在直接的线性关系;较高的Pianka生态位重叠值都出现在生态位宽度较小的物种之间。这一现象从另外一个角度说明植被恢复过程中环境资源存在着高度的空间异质性。     

华东传统矿业城市生态网络重构研究

传统矿业城市生境碎片化严重,重构生态网络对提升区域生态系统服务和维护生物多样性及景观多样性具有重要意义。以徐州市中心城区为对象,采用形态学空间格局分析(MSPA)和景观指数方法,提取对维持城市生态系统健康具有重要价值的生境作为源地,利用最小累积阻力模型(MCR)构建阻力面并提取潜在生态廊道,并结合电路理论、图论和网络结构分析等方法定量评价和优化生态网络,重构徐州市中心城区生态安全网络。结果表明,徐州市中心城区生态源地共237个,面积为6 421.49 hm~2,主要分布于西南部;尚需添加70块小生境和192条新的生态廊道,才能弥补现有生态网络的不足;重构后的生态网络使徐州市中心城区景观破碎化程度和分离度大幅度降低,斑块连通性和斑块结合度提高,区域景观格局和生态安全显著改善。该研究可为传统矿业城市转型、低效用地再开发以及国土空间规划提供科学依据。     

土壤、土地利用多样性及其与相关景观指数的关联分析

土壤作为人类赖以生存的物质基础,与土地利用之间存在密切联系,土壤类型及属性的差异很大程度上决定了土地利用的方式,同时土地利用方式的不同也间接地改变着土壤类型、性质及功能多样性的格局。在人地矛盾、人与自然矛盾不断加剧的今天,研究土地和土壤的空间分布格局变化及两者之间的交互关系具有重要意义。利用土壤多样性理论和景观生态学原理综合分析土壤、土地利用类型的空间分布格局,并借助空间网格的概念量化分析土壤和土地利用类型的空间分布情况。以河南省中南部样区为研究对象,利用仙农熵变形公式计算了1 km×1 km、3 km×3 km、5 km×5 km 3种网格尺度下的土壤和土地利用的空间分布多样性和各县市的土壤和土地利用构成组分多样性,运用ArcGIS探讨了多样性指数与景观指数之间的关联性,综合评价研究区的土壤类型空间分布与土地利用空间分布格局的相互性。研究表明：同一种土壤和土地利用类型的空间分布多样性指数在异网格尺度下具有相似的分异规律;土地利用与土壤类型的构成组分多样性之间不具有明显的相关性,土壤类型均匀分布的地区,土地利用类型不一定会均匀分布,而两者的平均斑块面积之间具有明显的相关性,土壤斑块的大小对土地利用斑块的大小影响较大,土壤类型的空间分布特征在一定程度上,将影响土地利用的空间分布格局和变化过程;土壤类型的面积指数、平均斑块面积指数分别与土壤空间分布多样性之间具有较好的相关性,相关系数分别为r2=0.990、r2=0.599。而土地利用的面积指数、平均斑块面积指数与土地利用空间分布多样性指数之间的相关性较差,相关系数分别为r2=0.437、r2=0.034。土壤的平均斑块形状指数与多样性指数之间存在一定正相关关系,相关系数为r2=0.612;但土地利用的形状指数与多样性之     

2001-2020年内蒙古净生态系统生产力格局多时间尺度分析

掌握净生态系统生产力(NEP)时空格局对提高干旱/半干旱地区生态系统功能有重要意义。已有的NEP时空格局研究大多以年尺度开展分析,而NEP在多时间尺度上的特征差异尚不明晰。基于多源遥感、气象和地面实测数据,采用CASA模型、土壤呼吸地质统计模型(GSMSR)和土壤呼吸-土壤异养呼吸(Rs-Rh)关系模型耦合模拟内蒙古2001-2020年NEP,分析其年、季、月多时间尺度时空特征,并探讨8种不同植被NEP的多时间尺度特征差异。结果表明,1)内蒙古年尺度NEP的空间分布格局稳定,从东北向西南递减,这一格局与春夏秋3季及植被生长期的3-10月一致,而冬季植被进入休眠期使得空间差异显著减小。2)内蒙古多时间尺度NEP年际变化趋势有所不同：年尺度上,内蒙古总NEP呈波动上升趋势,年际变化率为C 3.75 Tg·a^-1;季尺度上,夏季增长趋势最大,占全年增长的41.6%,春秋两季对NEP的增长也起到至关重要的作用,分别占比34.9%和23.3%,冬季对NEP增长贡献非常有限;月尺度上,NEP年内变化与植被生长物候周期较为接近,1月和12月年际NEP为减少趋势,其余月份年际NE...     

不同尺度下艾比湖典型植物群落功能多样性和系统发育多样性研究

运用功能多样性和系统发育多样性综合探讨群落构建机制是近年来生态学的研究热点。以艾比湖流域干旱荒漠生态系统为研究对象,结合环境因子,分析不同尺度下系统发育和功能性状结构的变化趋势,进而揭示艾比湖流域干旱荒漠区植物群落构建机制。结果表明,(1)叶片宽度、叶片厚度和叶片干物质含量具有显著的系统发育信号(P0.05),其它功能性状未检测到明显的系统发育信号。(2)不同尺度下系统发育结构均趋向于发散,表明竞争排斥作用在植物分布占优势地位,而功能结构均趋向于聚集,生境过滤作用占据主导。(3)净亲缘关系指数(NRI)、谱系丰富度(PD)和功能丰富度(FRic)在5 m×5 m尺度显著不同于其他尺度。标准化的群落平均配对性状距离(trait SES(MPD))在所有尺度下统计差异均不显著,最近性状距离(trait SES(MNTD))和最近亲缘关系指数(NTI)在5 m×5 m尺度和50 m×50 m尺度差异显著。植物群落整体受生态位作用影响更强,且在大尺度上(50 m×50 m)环境过滤在群落构建中起主导作用。(4)含盐量对系统发育指数和功能性状指数均有显著影响(P0.05),土壤有机质和硝态氮含量均对功能性状指数有显著影响,而铵态氮含量对系统发育指数有显著影响。土壤含盐量以及氮含量作为主要的环境筛影响着艾比湖流域植物群落构建过程。     

艾比湖湿地典型植物群落土壤养分和盐分的空间异质性

荒漠盐生植物作为艾比湖湿地广泛分布的植物类群,其影响下的土壤养分和盐分的变化特征,对于研究盐生植物适应盐渍化环境的机理有着重要意义。基于2012和2013年对艾比湖湿地3种不同生境(灌丛生境、草甸生境、稀疏乔木生境)进行野外调查,采用传统统计学方法与地统计学方法,对土壤养分和盐分特征进行了初步探究。结果表明:(1)灌丛生境-草甸生境-乔木生境,随湖距和海拔高度的增加,土壤有机质、全氮和全盐含量显著升高(P0.05);(2)表层0~5 cm土壤聚盐和聚养现象极为显著(P0.01),且呈上高下底分层结构;(3)灌丛生境-草甸生境-稀疏乔木生境,土壤有机质、全氮和全盐均具有明显的空间结构特征,且空间分布不均,其空间异质性主要由结构性因素如微地形、湖面积波动、成土母质、气候变化等引起,以条带状和斑块状镶嵌分布;(4)通过对3种不同生境土壤养分和盐分的回归分析表明,土壤有机质含量的变异性是影响土壤全氮变异性分布的重要因子,而土壤盐分异质性的存在,在一定程度上又是引起土壤有机质和土壤全氮异质性的重要因素。     

生态安全:基于多尺度的考察

生态安全是内涵丰富的概念,包含生态系统、区域、全球等多重尺度,理解生态安全的尺度,是有效进行生态安全研究,进而构建全面的生态安全体系的基础。生态安全具有空间地域性、空间差异性和空间外溢性,每个尺度生态安全都有自身特征,同时尺度间又相互关联。全球尺度生态安全关系人类整体生存发展,区域尺度生态安全较容易在相应管治单元得到政策或工程的支持,生态系统尺度生态安全是理解生态安全机制最重要的尺度。不同尺度的生态安全均受自然和社会因素共同影响,根据尺度差异,全球尺度及区域尺度更关注社会因素影响,生态系统尺度更关注自然因素影响。不同生态介质的变化及影响特征,形成不同尺度生态安全问题。由于尺度不同,全球尺度生态安全评估主要采用模型法,区域尺度生态安全主要采用综合评价法、生态模型法和景观生态学方法等,生态系统生态安全尺度主要采用生态指标法和生态系统模型法。     

五大连池火山蒙古栎种群空间分布格局

种群空间格局研究是深入认识种群生态学功能和过程的有效途径,研究森林群落优势种群空间分布格局可为阐明其种群的生态特征和群落演替趋势提供参考依据。以五大连池4座老期火山南坡蒙古栎(Quercus mongolica)种群为研究对象,采用多尺度、多指数综合判定方法,分析不分龄级和不同龄级蒙古栎种群随空间尺度变化的空间分布特征。研究表明：(1)4座火山蒙古栎种群空间分布格局随空间尺度变化而不同,不分龄级种群在200 m²和400 m²尺度上以集群分布为主,但集群强度存在明显差异;龄级Ⅴ种群在25 m²和50 m²尺度上集群分布显著,而龄级Ⅶ种群在200 m²和400 m²尺度上集群分布显著。(2)4座火山蒙古栎种群空间分布格局均具有明显尺度效应,6个判别指数随尺度增大呈不同变化趋势,4座火山蒙古栎不分龄级种群呈幂函数递增趋势(46%)最多,龄级Ⅶ种群呈幂函数递增趋势的高达50%。(3)4座火山蒙古栎种群格局规模不同,不分龄级种群只有东焦得布山均方值在200 m     

宁夏盐池荒漠化地区人工封育草场的植物生态位特征

运用Levins生态宽度指数及Pianka生态位重叠指数,对宁夏盐池人工封育草原2006年和2007年植物生态位宽度及生态位重叠进行计量,以了解干旱半干旱区草原植物生态位格局.结果表明:2007年封育区植物利种的生态位宽度及种间的生态位重叠指数总体上较2006年有所降低;2006年黑沙嵩生态位宽度最大,达0.768,是06年封育区的优势种;2007年封育区的优势种为刺沙蓬和黑沙蒿,其生态位宽度值分别为0.544、0.460;2006年和2007的生态位重叠结果均表明,生态位宽度大的物种不一定和其他物种有大的重叠指数,较高的生态位宽度和较高的生态位重叠之间并不存在直接的线性关系;2006年、2007年较高的Pianka生态位重叠指数都出现在生态位宽度较小的物种之间.这一现象从另外一个角度说明植被恢复过程中环境资源存在着高度的空间异质性.     

干旱区的城市生境特征与绿洲化对策

干旱地区的城市亦被称为绿洲。从其发生与生境状况分析,注意到近期城市的扩展已脱离绿洲型的发展轨道,而与全球城市模式类同,亦具城市化的共有弊病。又因所处区位受到荒漠气候的强烈影响,较其它地带的城市,其生境更加恶劣。干旱区居民长期凭借绿洲生境而生息劳动,早期出现的城市亦脱胎于绿洲。目前仍沿用绿洲以称城市,但与绿洲的生境相比较已面目全非,实质是以现代设施在荒漠中建立的水泥荒漠。目前全球范围正展开以改善城市生境为目标的生态城市建设,位处干旱区的城市应从其所在区位出发,以绿洲化作为生态城市建设目标,切实改善居民生存环境质量。应仿照绿洲,在外围营造阻隔荒漠气候侵袭的防护林,在市区通过营造片林与行道树,形成类似条田林网格局,以一定植被规模重构绿洲化城市,形成绿洲生境以改善城市居民生存条件,回归干旱区居民世世代代依存的绿洲空间。     

植物根圈微生物群落与功能特异性机制研究

植物-土壤微生物交互作用在土壤养分循环、碳固存和温室气体排放等生态过程中发挥着重要作用,而植物源有机物输入被认为是植物-微生物交互作用的纽带。根圈土壤微生物在群落结构和功能上与根圈外土壤差异显著,并存在一定的植物群落特异性。植物源有机物的高度可利用性对土壤微生物具有复杂的影响,改变着土壤生态过程。因此,揭示植物源有机物的输入对土壤微生物的影响有助于深化对植物-土壤微生物反馈作用的认识,同时为养分循环调控、肥料施用时效、作物增产和温室气体排放及生态平衡维持提供理论支持。基于国内外最新相关研究进展,综述了两大类植物源有机物(根际沉积和凋落物)的组成和输入时间对土壤微生物群落结构和特定功能(以氮循环为例)的影响机制;探讨了稳定性同位素示踪技术、分子探针技术和宏基因组学等研究方法在植物-土壤微生物交互作用中的综合应用;总结了植物生命周期内植物源有机物化学组成和输入时空差异对植物特异性土壤微生物群落的诱导机制。植物源有机物输入对微生物群落结构和功能具有重要影响,不但显著提高优势微生物群落生物量、改变微生物群落结构及相关功能、调控特定土壤微生物活性,并且其化学性质多样性决定了土壤微生物群落植物特异性。因此,植物源有机物输入是驱动植物根圈特异微生物群落结构演替与功能演变的重要因子。     

林下植被对土壤微生物群落组成与结构的影响

植被和土壤微生物是生态系统的重要组成部分,研究二者之间的联系对森林经营管理和生态恢复实践具有重要的指导意义.目前相关研究主要集中于乔木层对土壤微生物的影响,林下植被层对土壤微生物的潜在作用常被忽视.本文从林下植被对土壤微生物群落组成与结构的影响及其作用机理两个方面进行总结:(1)林下植被对土壤微生物有重要的影响,其作用结果有正面、负面和没有影响几方面;(2)作用途径为通过分泌物和凋落物归还的质与量等直接影响土壤微生物群落结构和组成,也通过影响土壤微气候环境、土壤营养有效性和p H、改变乔木层和其他土壤微生物类群而间接影响土壤微生物;(3)在林下植被对土壤微生物影响的研究中,试验方法多采用磷酸脂肪酸(PLFA)法,而最新土壤微生物的测定方法(如高通量测序等)应用较少.今后林下植被影响土壤微生物群落的研究重点在于(1)提高土壤微生物测定方法的准确性;(2)扩展研究方向;(3)与应用方面相联系.     

武夷山亚热带常绿阔叶林物种多样性的尺度效应

武夷山存留着典型的中亚热带原生性森林生态系统,为进一步探索该区域物种多样性的形成和维持机制,探讨了样地内物种多样性指数的空间分布格局及其尺度效应。以福建武夷山9.6 hm2森林动态监测样地内的乔木(≥1 cm)为研究对象,分别在7个取样尺度(5 m×3 m、10 m×6 m、20 m×12 m、40 m×24 m、80 m×48 m、133.3 m×80 m、200 m×120 m)上,计算其Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数,并采用方差、变异系数描述其空间变异特征以及各指数与取样尺度的关系。结果表明,3种指数均与取样尺度相关,且表现出较强的区域性分布特征。此外,物种多样性的多寡不仅与空间尺度密切相关,其分布特征也具有尺度推演规律。因此,今后在对植物群落物种多样性进行分析时,应慎重进行物种多样性尺度推演,同时应考虑因取样尺度和取样区域的不同而带来的空间差异。