西藏高寒河谷沙地不同演替阶段植被的高光谱特征

裸露沙地、稀疏草本、灌草过渡和灌丛群落是高寒沙地植被演替的主要阶段。基于大量调查划分了西藏高寒河谷沙地不同植被的演替阶段,利用美国ASD Field Spec3光谱仪野外测量了各演替阶段的高光谱信息,对比分析了主要优势沙生植物种群的高光谱特征以及不同演替阶段的光谱差异性。结果表明,籽蒿、花棒、藏白蒿、藏沙蒿、杨柴、棘豆、砂生槐和固沙草等作为植被演替阶段划分的关键优势沙生植物种,其光谱特征具有明显的差异性,主要体现在红边位置、红边形状、红谷和纤维素吸收波段处。裸露沙地在向稀疏草本、灌草过渡和灌丛群落阶段的植被演替过程中,群落的植被盖度增加,裸地面积减少,光谱反射率整体上持续增强,叶绿素吸收造成的红谷特征强化,近红外水分吸收谷增强,土壤背景光谱特征逐渐减弱,且不同演替阶段优势沙生植物种群的光谱一致性变化较大。     

塔里木河下游典型绿洲边缘物种多样性特征和种群分布格局

2008年夏季采用样带样方法对塔里木河下游典型绿洲边缘7个断面进行植被调查,采用α多样性指数(丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数)和β多样性指数(Whittacker指数和Cody指数)分析环境梯度下种群多样性变化规律,利用种群分布格局指标(扩散系数、负二项参数、平均拥挤度、丛生指标和聚块性指标)定量分析绿洲边缘10个植物种群格局特征.结果表明:塔里木河下游典型绿洲边缘物种多样性特征受到土壤水分、盐分等因素限制,物种丰富度整体处于较低水平;α多样性指数表现为绿洲＞过渡带＞流动沙丘;从绿洲、过渡带到流动沙丘β多样性指数呈下降趋势;种群分布格局分析结果表明绿洲边缘10个植物种群均呈聚集分布,集群分布状态反映了干旱区植物种群对生存环境的适应特征.     

岷江干旱河谷不同植物斑块的土壤种子库特征

岷江干旱河谷生境恶劣,植物种群呈斑块状单物种聚集分布,研究植物斑块及斑块下土壤种子库的特征,有利于指导植被的自然恢复更新工作。选择岷江干旱河谷广泛存在的10种植物斑块,进行植物斑块特征的调查及斑块内土壤种子库的采样分析,结果表明:白刺花(Sophora davidii)、刺旋花(Convolvulus tragacanthoides)、金花蚤草(Pulicaria chrysantha)、矮探春(Jasminum humile)、川甘亚菊(Ajania potaninii)、小叶杭子梢(Campylotropis wilsonii)斑块有一定的土壤种子库库容量,土壤种子库种子密度在(890.0±282.233)/m2以上,而马鞍羊蹄甲(Bauhinia faberi)、芦苇(Phragmites australis)、竹叶草(Oplismenus compositus)斑块和裸斑的种子库库容量较小,土壤种子库种子密度分别为(437.5±260.615)/m2、(145.0±45.917)/m2、(172.5±69.567)/m2和(105.0±40.104)/m2;各植物斑块及土壤种子库中地面芽和高位芽生活型的植物占的比例较大,以禾本科(Poaceae)、豆科(Leguminosae)、菊科(Compositae)植物较多;各植物斑块瞬时种子库物种比例较大,在干旱河谷的大环境下,各植物斑块内的种子在土壤种子库中留存的时间可能均较短;马鞍羊蹄甲、芦苇和竹叶草斑块土壤种子库与相应地上植被物种组成的较低相似性(Sorensen相似性指数低于0.369)、极显著负相关性,以及较低的密度和物种丰富度,意味着这3种植物斑块依靠土壤种子库进行自然恢复更新的潜力可能比其他植物斑块更低。此外,裸斑的土壤种子库中存在一定量的种子且长期持续种子库的比例较大(占56%),裸斑具有一定的依靠土壤种子库进行植被恢复的潜力。针对具体的斑块特征,充分利用土壤种子库作为种源,促进现有种子的萌发,改善幼苗的定居环境是今后该区域植被恢复更新工作应更多关注的一种途径。另外,对马鞍羊蹄甲、芦苇、竹叶草斑块辅以适当的人为补充种源等措施也是值得考虑的植被恢复更新途径。     

裸果木种群遗传多样性及其与土壤因子的关联性研究

为深入了解裸果木(Gymnocarpos przewalskii)遗传基础、斑块状分布的种群遗传结构及遗传多样性与土壤因子间的相关性,对分布于西北荒漠区的12个裸果木种群遗传多样性及土壤养分及进行分析,为裸果木遗传多样性的地理变异趋势预测及种质资源的科学管理和保育提供依据。结果表明,裸果木居群遗传多样性较高,其中,Nei’s基因多样性指数(He)变化范围为0.235~0.269,Shannom信息指数(I)变化范围为0.351~0.405,居群内具有丰富的遗传变异,基因分化系数(Gst)为0.279。基于遗传一致度对种群进行PCA分析,12个种群裸果木可分为4大类:甘肃肃北县种群为分布的核心区,单独为一类;以河西走廊中西部为中心分化2类,甘肃瓜州及甘肃柳园镇为河西走廊西部中心种群,与向西南和向西延伸的甘肃阿克塞县和新疆伊州区种群亲缘关系较近,聚为一类;甘肃金塔县、甘肃高台县、甘肃清泉乡、甘肃肃州区为中心的河西走廊东部分布聚为一类;向东和向东南延伸的内蒙古阿右旗、宁夏沙坡头区域和甘肃民勤县聚为一类。依据裸果木分布区土壤养分含量进行主成分聚类,将种群划分为3大类:宁夏沙坡头样地中有机质、磷、氮和水分含量较高,被单独划为一类;甘肃肃北县等种群因土壤养分含量处于中等水平,聚为一类;内蒙古阿右旗等种群因钾元素含量高,被划分为一类。将遗传特征参数与土壤养分含量进行相关性分析,土壤中氮含量及全盐含量对种群遗传多样性水平有一定影响,处于贫瘠土壤上种群机体能够更加有效地利用土壤中的限制性养分。     

衡阳紫色土丘陵坡地不同恢复阶段土壤渗透性研究与评价

以典型的衡阳紫色土丘陵坡地植被不同恢复阶段为研究对象,采用空间代替时间序列方法,选用立地条件基本相似的草坡恢复阶段(Ⅰ)、灌草恢复阶段(Ⅱ)、灌丛恢复阶段(Ⅲ)与乔灌恢复阶段(Ⅳ),通过Spearman秩相关分析法与灰色关联度分析方法,对各植被恢复阶段土壤水分入渗特进行研究分析.结果表明:(1)不同植被恢复阶段土壤饱和导电率与土壤容重呈极显著负相关(p＜0.01),与非毛管孔隙度呈现出极显著正相关(p＜0.05),与粒径在2～0.25 mm的含量呈显著正相关(p＜0.05);(2)选取各植被恢复阶段的初渗速率、稳渗速率、平均渗透率和渗透总量4项参数进行灰色关联分析,各植被恢复阶段土壤水分入渗特性灰色关联度依次为乔灌恢复阶段(Ⅳ)(0.730 03)＞灌丛恢复阶段(Ⅲ)(0.686 02)＞灌草恢复阶段(Ⅱ)(0.596 09)＞草坡恢复阶段(Ⅰ)(0.56009)＞裸露地(CK) (0.414 03),乔灌恢复阶段(Ⅳ)在所研究的区域内具有较好的水分入渗性能;(3)Horton水分入渗模型拟合的相关系数R2值≥0.774,对所研究的区域的土壤水分入渗过程具有较好的适用性.图1,表6,参23.     

黄土丘陵区土壤水分空间分布差异性探讨

在对黄土丘陵区典型区域多点土壤水分调查数据的分析的基础上,系统总结了研究区土壤水分分布的区域性和地块性差异特征及其发生分异的主要因子。文章认为,降水格局是土壤水分具有南、北向逐渐增加的区域分布特征的主导因子。热量、地貌、植被等的不同组合使得土壤水分发生地块尺度的分异。地域尺度土壤水分表现为南部好于中部,中部好于北部。在地块尺度内,则由于地貌、植被、土地类型等因素,土壤水分一般表现为:坡下部>坡中部>坡上部;阴坡>半阴-半阳坡>阳坡;隔坡梯田好于梯田;植被不同会造成土壤水分利用型差异。由于影响土壤水分的因素之间存在复杂的关系,其分布的差异性随季节、土壤层深度等不同而在表现程度上具有差异性。这一研究对黄土丘陵区植被恢复中合理利用土壤水资源具有十分重要意义。     

外来入侵假臭草在中国分布区的预测

假臭草原产南美洲,上世纪80年代首次记载传入中国,是潜在的恶性杂草.为提供其在中国分布区的预测资料,采用397个采集数据和已有的146个分布点数据,利用生态位模型(GARP)和Domain模型对分布区进行预测分析,并通过AUC与MaxKappa进行模型评价.结果显示:近十年,假臭草入侵记录增多,入侵扩散加剧;太阳辐射、水汽压、极端高温、霜日频率和水流方向对假臭草的分布限制较小,雨日频率、坡向、坡度、海拔、年降水、年均温、地形指数和极端低温等8个环境因子对其分布影响显著;入侵的主要植被类型是农田、灌木或草类覆盖嵌合区,常绿、落叶灌木地带,栽培植被及相关联地带等.模型评价表明两种模型预测能力为较好及以上,预测结果显示:假臭草在西藏(除东南小块区域)、新疆、青海、内蒙古、宁夏,陕西和山西北部地区,黑龙江、吉林、辽宁(除辽东半岛小块区域)是不宜生长区;最易入侵广东、广西、海南等地区,其中华中部分省份、华北平原为适生区,还未见有假臭草入侵的报道,相关部门应引起重视,严防入侵.     

金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响

植被恢复关系到金沙江干热河谷陡坡冲沟侵蚀的发育,土壤质量的演化.文章以元谋干热河谷侵蚀陡坡为例,通过测定植被恢复地与侵蚀裸地的土壤质量,探讨了植被恢复对侵蚀陡坡土壤质量的影响.结果表明:侵蚀陡坡植被恢复有效地防止了土壤侵蚀的发生.与侵蚀裸地相比,植被恢复地土壤剖面层次保持完整,母质层以上有明显的A、B层,土壤厚度变异小且厚度大,物理性粘粒含量高,基本保持着母质为粘土层的变性燥红土质地粘重特征.植被恢复在3年多时间内对土壤紧实度尚没有起到明显改善作用.土壤容重依然偏大.植被恢复对雨季陡坡土壤水分的改善效果好,而在旱季改善效果不好.雨季,植被恢复地水分含量高,不同坡位土壤水分差异不明显.旱季,植被恢复地与侵蚀裸地土壤水分状况相似.两种类型的坡地土壤水分含量都很低,不同坡位土壤水分差异明显,而且土壤水分含量沿向下坡方向降低.植被恢复减弱了陡坡土壤侵蚀带来的有机质流失,促进了有机质的积累.因此,针对目前植被恢复的不足,采取有效的土壤改良措施,保土保水,提高土壤水分储量,减小土壤水分的时空差异,同时降低土壤紧实度,是今后侵蚀陡坡植被恢复值得考虑的一项工作.     

基于CA-Markov模型土地利用对景观格局影响辨识

采用CA-Markov模型方法,研究挠力河流域不同时段土地利用对湿地景观格局干扰强度的差异性.结果表明:(1)流域湿地景观格局变化显著.1967-2000年,挠力河流域湿地类型景观最大斑块指数逐渐减小,耕地和水域斑块的面积周长分维数逐渐减小,而沼泽和居民地的散布与并列指数变大,草甸和耕地聚集度指数增大;湿地景观破碎化程度增加;湿地景观空间分布逐渐由流域周围高地势区向中心河流廊道退缩.(2)流域土地利用变化明显.耕地和居民用地数量迅速增加,耕地趋于集中连片分布,土地利用呈由自然湿地逐渐转化为耕地的变化过程,耕地成为主导的土地利用类型.(3)流域土地利用强度存在阶段差异.1967-2000年,流域内人类活动对湿地景观的干扰强度逐渐加剧,人为景观面积比例由1967年的26.5%上升至2000年的67.8%.土地利用影响强度指数由1967年的1.690上升至2000年的2.394.2000年模拟的流域土地利用影响强度比2000年实际土地利用影响强度小,由此可以识别1983-2000年人类对湿地景观的干扰强度比1967-1983年有所增大;利用居民地和沼泽面积的变化可以识别流域人口增长和排水活动对土地利用影响的时段差异性.     

乌东德库区消落带土壤水分分布特征

消落带土壤水分是制约植物生长发育的关键因素,对库区消落带生态修复意义重大.本文系统分析了乌东德库区消落带修复试验区土壤含水量分布,探索了土壤水分空间变化和影响因素.结果表明:研究区5月水分含量低于5％,不同试验分区和高程区域土壤水分分布受到微地形、土壤特征、植被类型和植被覆盖度等影响.土壤水分随深度变化的主控因素包括地...     

黄河三角洲新生湿地3种柽柳灌丛对土壤有机碳空间分布的影响研究

研究河口湿地不同类型柽柳灌丛土壤有机碳的空间分布规律,探讨植被演替对土壤有机碳的影响,有助于了解河口湿地生态保护及土壤改良的科学规律.以黄河三角洲新生湿地为研究对象,选择柽柳-碱蓬(Tamarix-Suaeda)、柽柳(Tamarix chinensis)和柽柳-禾草(Tamarix-Gramineae)3种灌丛群落类...     

植被根系及其土壤理化特征在高寒小嵩草草甸退化演替过程中的变化

以野外样地调查和室内分析法研究了不同退化演替阶段高寒小嵩草草甸的植被根系空间变化和土壤环境因子间的关系。结果表明,不同退化演替阶段高寒小嵩草草甸群落植被根系和蕴育植被根系的土壤量发生了明显的变化。特别是0~10 cm土层的植被根系在重度退化阶段显著高于其它退化演替阶段（P〈0.05）,而蕴育植被根系的＂载体＂量在重度退化阶段显著低于其它退化演替阶段（P〈0.05）,根土比（根和土的重量比）明显高于其它退化演替阶段（P〈0.05）;随着退化演替阶段的进行,高寒小嵩草草甸群落物种数、地上部分、植被根系锐减,群落结构和功能明显发生变化;不同退化演替阶段,植被根系（0~40 cm）的垂直分布、根土比与土壤容重、土壤含水量以及土壤中N、P含量存在一定的相关性;不同退化演替阶段高寒小嵩草草甸土壤理化特性的变化影响草地群落地上部分和植被根系;土壤的稳定性是草地生产稳定和恢复的重要因素,在评价与改良退化草地时,要充分了解土壤的退化程度。在高寒草甸地下根系取样方法难以统一,而且土壤表层根系和土壤很难难以分离,加之根系采样破坏性大、工作量大,根土比可能是指示高寒草甸退化程度相对可靠的量化指标。     

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     

镇江内江湿地植物群落演替过程中土壤养分动态研究

镇江内江湿地是由长江携带的泥沙在镇江内江特有的水文条件下淤积而成,形成于江滩裸地上的植物群落开始了群落的原生演替过程。在此过程中,湿地的土壤养分状况随着植被的演替更迭,发生着协同演化的过程。为了进一步丰富群落演替理论,通过研究群落演替过程中不同阶段以及同一演替阶段不同层次土壤养分状况的时空变化,探索演替过程中的不同植被类型和土壤养分变化的内在联系及其互作效应。结果表明,随着演替进行,土壤的养分状况趋于改善,土壤有机质、全氮和速效磷含量呈上升趋势,只有速效钾的含量在后期芦苇阶段明显降低,这主要是由于收割芦苇将富含钾素的芦苇植株带出湿地系统所致。由于植物根系分布及枯落物多少的差异,使得各营养成分的垂直分布各异。     

山西芦芽山林线附近土壤水分空间分布特征及其影响因素

于2008年植被生长季,在芦芽山荷叶坪亚高山草甸及森林-草甸过渡带内布设观测样带,应用FDR土壤剖面水分测量仪测量10～40 cm深度土壤含水量,并分析其空间分布特征和影响因素。结果表明:(1)根据所处位置及地上植被状况可将样带分为林地样带和草甸样带,林地样带土壤含水量随深度增加呈先升高后降低的变化趋势,草甸样带则恰好相反。(2)10和40 cm深度为土壤含水量稳定层,20和30 cm深度为活跃层,且林地样带10 cm深度土壤含水量小于草甸样带,20、30和40 cm深度土壤含水量则大于草甸样带。(3)降雨发生后,阴坡上部树岛样带土壤含水量增幅最大,阳坡上、中、下部草甸样带土壤含水量增幅也较大;不同土层深度比较而言,10cm深度土壤含水量增幅最大,20、30和40 cm深度土壤含水量增幅较为接近,土壤含水量对降雨的响应存在1～2d的时滞。(4)10、20和30 cm土壤含水量变化值与坡度呈显著正相关,30、40 cm土壤含水量变化值与初始土壤含水量呈显著负相关,20、30 cm土壤含水量变化值与地形湿度指数呈显著负相关。研究区内土壤含水量空间分布格局及其动态变化受植被和降雨影响显著,初始土壤含水量、坡度以及地形湿度指数对其也有一定影响。     

Ecosystem development and natural succession in surface coal mine reclamation

Biotic and abiotic factors involved in surface coal mine reclamation were evaluated on 81 mine sites in Mercer County, Pennsylvania, USA. Soil moisture and organic content were the two most important factors in determining the establishment and growth of vegetation on mined lands. Soil bacteria and fungi populations were also related to these soil conditions, and soil micro-organisms were important in the decomposition of organic materials as well as factors in the rate and type of natural succession occurring on these lands. The succession of native plant species increases the density and stability of plant communities on mined lands. The importance of natural succession in mined-land reclamation and the use of these lands by wildlife is discussed.Supported by Grant-In-Aid, Natural Geographic Society.     

子午岭植被演替过程中土壤生物学特性的动态

土壤生物学特性在土壤有机质的形成和降解、营养循环等方面起重要作用。植被的恢复演替显著影响土壤生物学特性,尤其影响土壤酶活性。植被演替过程中土壤酶活性的研究结果表明,随着植被恢复年限的延长,土壤脲酶和转化酶的活性逐渐提高,17 a达到最大值,随后有所降低。土壤酶活性和土壤化学特性和微生物量的相关性分析表明,土壤转化酶和脲酶不仅互相之间具有显著的相关性,而且它们与土壤有机碳、全氮、微生物碳氮之间都具有显著的正相关性,说明土壤酶活性与土壤有机质紧密相关,与微生物的大小紧密相关,所以土壤酶活性可以表征土壤生物学肥力。     

Soil-geomorphic heterogeneity governs patchy vegetation dynamics at an arid ecotone

Soil properties are well known to affect vegetation, but the role of soil heterogeneity in the patterning of vegetation dynamics is poorly documented. We asked whether the location of an ecotone separating grass-dominated and sparsely vegetated areas reflected only historical variation in degradation or was related to variation in inherent soil properties. We then asked whether changes in the cover and spatial organization of vegetated and bare patches assessed using repeat aerial photography reflected self-organizing dynamics unrelated to soil variation or the stable patterning of soil variation. We found that the present-day ecotone was related to a shift from more weakly to more strongly developed soils. Parts of the ecotone were stable over a 60-year period, but shifts between bare and vegetated states, as well as persistently vegetated and bare states, occurred largely in small (<40 m2) patches throughout the study area. The probability that patches were presently vegetated or bare, as well as the probability that vegetation persisted and/or established over the 60-year period, was negatively related to surface calcium carbonate and positively related to subsurface clay content. Thus, only a fraction of the landscape was susceptible to vegetation change, and the sparsely vegetated area probably featured a higher frequency of susceptible soil patches. Patch dynamics and self-organizing processes can be constrained by subtle (and often unrecognized) soil heterogeneity.     

Succession and Disturbance in Sandhills Vegetation: Constructing Models for Managing Biological Diversity

Abstract: The Centennial Sandhills of southwest Montana support a mosaic of shrub-dominated vegetation in various stages of succession. The persistence of rare plants and plant communities depends on the presence of both early and late seral vegetation. Disturbances by fire, grazing, and burrowing are important processes opposing plant succession and influencing vegetation dynamics. We sampled vegetation in wind erosion (blowout), deposition, and stabilized sites on upper and lower slopes. Canonical correspondence analysis was employed to describe vegetation changes that occur during succession as soil organic matter and plant canopy cover increase and bare soil decreases. We used information on the effects of fire, ungulate grazing, and pocket gopher (  Thomomys talpoides ) burrowing, and our empirically derived successional sequence, to develop a model of sandhills vegetation dynamics operating at local and regional scales. The model suggests that fire followed by intense ungulate grazing may be the only way to restore early seral vegetation to areas of low topographic relief. In areas of high topographic relief, restoring presettlement fire frequency should be adequate to maintain pocket gopher habitat and thus a high proportion of early seral vegetation. These hypotheses should be tested through a process of adaptive management aimed at sustaining a mosaic of early and late seral vegetation capable of supporting the full spectrum of native species.     

吉林西部草地生态系统不同退化演替阶段土壤有机碳变化研究

草地盐碱化是吉林西部典型的生态环境问题。针对吉林西部具有＂羊草群落（Leymus chinense）→羊草-虎尾草群落（Carex duiuscula）→羊草-碱茅群落（Puccinellia distans）→碱蓬群落（Suaeda glauca）＂直至退化为盐碱地的逆向演替规律,本文选取大安市姜家甸草场为典型区进行野外样地调查,收集不同演替阶段植物样品30份,土壤剖面样品100份,表土样品40份,监测群落生态特征、土壤理化性质,计算土壤有机碳储量。分析结果表明：随着退化演替的进行,羊草-虎尾草群落的多样性指数、植被生物量、土壤有机质最高,土壤含水率及全N指数逐渐降低,土壤的pH值及土壤容重升高,土壤有机碳含量在0～100cm各土层呈现出先升高再降低的趋势,其中0～40cm内变化显著,50～100cm内相差不大,1m土壤有机碳密度从羊草群落的75.37t·hm-2升高到羊草-虎尾草群落的76.11t·hm-2,至盐碱地减少到52.21t·hm-2,约减少30%。研究结果对吉林省合理放牧、草地固碳量的增加和土壤碳储量的提高都有指导意义。