科尔沁沙地5种典型沙生植被高光谱特性分析与遥感解译参数提取

采用Field Spec 4便携式光谱仪对科尔沁5种典型沙生植被进行光谱测量,并对其特征进行提取分析,结果表明:(1)黄柳(Salix flavida)、冷蒿(Artemisia frigida)、麻黄(Herbal ephedrae)、差巴嘎蒿(Artemisia halodeudrou)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)5种典型沙生植被的光谱形态大致相同,但又略有差异。在600~690和750~900 nm波段处差异较大,根据光谱差异波段和导数光谱参数可以区分冷蒿、麻黄和差巴嘎蒿,但不能区分黄柳和小叶锦鸡儿。(2)随着植被生长期的推移,"绿峰"位置先向蓝光方向偏移再向红光方向偏移,黄柳、冷蒿、麻黄和小叶锦鸡儿4种沙生植被光谱对应的"红边"均具有明显的"双峰",而差巴嘎蒿光谱"红边"区的"双峰"现象不甚明显;黄柳、麻黄和小叶锦鸡儿光谱的"红边"区出现明显的"红移"现象,黄柳和冷蒿的"红边"区在9月末出现"蓝移"现象,而冷蒿和差巴嘎蒿的"红边"位置呈微弱向蓝光方向偏移态势,"红移"现象并未出现。5种典型沙生植被在8、9月均具有"红边平台",其中,差巴嘎蒿和小叶锦鸡儿在日期09-27均持续处于"红边平台"位置。(3)5种典型沙生植被在红光波段处的吸收明显比蓝光波段处强烈,吸收深度也比蓝光波段处深。随着植被的生长,5种沙生植被的吸收深度和吸收峰面积变化趋势相同。在夏季,麻黄变化比其他4种植被更明显。同时,对不同生长时期5种沙生植被归一化植被指数(NDVI)进行分析可知,NDVI的变化趋势与吸收深度大体相同,与吸收峰面积的变化趋势相反。(4)不同生长时期的"红边"参数、"吸收"参数和时序NDVI数据识别植被的效果明显好于其他参数。在对研究区植被进行分类时,应选择春季(植被生长初期)和秋季中晚期(植被生长衰退期)的多时相遥感影像进行联合解译会取得更好的效果。     

土壤铜污染光谱特征波段分析、界限浓度划分及含量预测

土壤重金属污染高光谱预测的大部分研究集中在重金属浓度的预测上,但是预测模型精度不高,或精度较高而均方根误差较大。利用土壤Cu污染在538~834 nm波段区间的光谱数据检测土壤Cu污染的界限浓度及光谱特征波段区间,并根据界限浓度建立土壤Cu浓度的预测模型。先对土壤Cu污染光谱数据进行一阶导数处理,利用一阶导数距离检测土壤Cu污染的界限浓度及光谱特征波段;再利用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和多重分形理论预测土壤Cu污染浓度,旨在为土壤重金属污染的高光谱研究提供依据,精确土壤重金属污染光谱的研究范围,为利用界限浓度建立土壤重金属浓度预测模型提供新思路。结果表明,538~834 nm波段区间土壤Cu污染的界限浓度为120~160μg?g~(-1),根据一阶导数距离最大值和多重分形谱参量将土壤Cu污染划分为60~120μg?g~(-1)和160~740μg?g~(-1)两个浓度区间,其预测土壤Cu污染的特征波段分别为730~760 nm和540~590 nm;根据划分的界限浓度,利用土壤Cu污染光谱多重分形谱参量、538~834 nm波段区间反射率最大值、一阶导数最大值、及实测土壤含水率、实测土壤有机质含量等参数,分别建立20~120μg?g~(-1)和160~740μg?g~(-1)两个浓度区间土壤Cu含量MLR预测模型,R2在0.99以上,RMSE最大为47.3。因此,多重分形谱参量Δα值和一阶导数距离最大值可作为土壤Cu污染界限浓度划分和光谱特征波段提取的依据,其界限浓度为120~160μg?g~(-1),光谱特征波段区间为730~760 nm和540~590 nm;该文构建的MLR模型可有效预测土壤Cu浓度。     

基于ASD和FISS的植被叶片氮素含量反演研究

地面成像光谱系统能够在更为微观的尺度上满足多元化应用需求,实现对植物群体、单个植株的快速精细探测,获取精细的植被生理参量的空间信息,从而弥补大尺度远距离遥感难以发挥作用的领域。本文采用ASD地物光谱仪和新型地面成像光谱系统FISS,以大豆叶片为研究对象,获取大豆叶片ASD光谱及FISS成像光谱数据,探讨大豆植株叶片的图像特征、反射率光谱、导数光谱、光谱指数等光谱特征变量与叶片氮素含量的相关性,建立植株叶片氮素含量的估算模型。研究结果表明：FISS地面成像光谱仪和ASD地面非成像光谱仪对氮素具有敏感指示的波段区间一致,480~520 nm和680~720 nm区间的波段范围与氮素含量具有较高的相关性;导数光谱特征所得精度要比原始光谱特征所得精度高,说明导数光谱对氮素含量的指示更为敏感,可以更加有效地提取氮素含量信息;反演模型对氮素含量反演精度的影响低于光谱特征对精度的影响。研究表明FISS数据由于其独特的测量方式和图谱合一的特点,可以更加准确地用于植被氮素含量的反演,实现植被叶片氮素含量的快速实时无损监测及图像可视化表达。     

不同放牧强度下星毛委陵菜(Potentilla acaulis)种群小尺度空间格局

利用R ip ley’s K函数以及蒙特卡罗(Monte Carlo)随机模拟方法,定量分析了4种放牧强度———无牧、轻牧(1.33只羊/hm2)、中牧(4.00只羊/hm2)、重牧(6.67只羊/hm2)下星毛委陵菜(Potentilla acaulis)种群的小尺度空间格局及其随尺度的变化规律;研究了放牧对星毛委陵菜种群空间格局的影响;并以放牧条件下星毛委陵菜的生活史特征、生态适应对策以及群落内植物种间的相互作用为基础,探讨产生和维持这些格局的机理.研究表明:(1)放牧对星毛委陵菜种群空间格局有显著影响,同一放牧强度下星毛委陵菜种群在不同尺度上的空间格局存在显著差异.(2)无牧条件下,星毛委陵菜种群在0~96 cm尺度上表现为集聚分布,在96~100 cm尺度为随机分布;轻牧条件下,星毛委陵菜种群在0~92 cm尺度上表现为集聚分布,在92~100 cm尺度为随机分布;中牧条件下,星毛委陵菜种群在0~72cm尺度上表现为集聚分布,在72~100 cm尺度为随机分布;重牧条件下,星毛委陵菜在20~22 cm尺度上表现为集聚分布,在15~17 cm、23~28 cm和46~50 cm尺度为均匀分布,在0~15 cm、17~20 cm、22~23 cm、28~46 cm和50~100 cm上为随机分布.(3)同一放牧强度下,随着尺度的增大,星毛委陵菜种群由集聚分布趋向于随机分布;且转变为随机分布时的尺度随着放牧强度的增大而逐渐缩小.这与星毛委陵菜生物学特性和种群对放牧压力的生态适应对策密切相关.(4)在0~100 cm尺度上,星毛委陵菜种群的集聚强度随着放牧强度的增大而逐渐减小,即:无牧>轻牧>中牧>重牧.(5)放牧活动改变了决定群落结构的有关过程的相对重要性.这些研究结果将为在放牧活动干扰下草原群落的演替提供理论依据.图2参24     

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。     

青海湖流域草地退化时空分布特征

青海湖地区是我国青藏高原的生态脆弱区,草地退化状况是反映该流域生态环境状况的有效指标。在对青海湖流域退化草地进行分类的基础上,利用遥感手段获得流域退化草地的空间分布和空间动态。在草地退化重点区域选取8个样地来反映流域不同区域、不同类型草地的退化情况。结果表明,1977—2000年青海湖流域草地退化情况十分严重,流域内草地共减少206.68 km~2,其中,大部分草地转变为耕地和沙地。草地退化主要集中在湖区南岸、共和县的黑马河乡及布哈河口的鸟岛3个区域。2000年以后,流域内草地退化情况得到明显改善,草地总面积开始有所增加,主要原因是2000年之后温度升高和降水增加为草地的生长和改善提供了有利的自然条件,以及政府和相关部门在流域内实行了一系列草地保护政策。2004年是青海湖流域气候转折年,流域气温明显升高,降水明显增加,青海湖水位下降趋势有所缓解,流域草地退化现象明显好转。青海湖流域草地是该流域生态系统的重要指示植被,利用归一化植被指数(NDVI)可准确监测流域植被变化情况。     

基于Biolog指纹解析黑土滩退化草地土壤微生物群落特征

黑土滩草地退化不仅体现在植被群落特征的退化,同时也体现在土壤微生物群落结构和功能的退化。为明确不同地区黑土滩退化草地土壤微生物群落的空间异质性,探究植被与土壤微生物对黑土滩草地退化的响应规律,利用样方调查法和Biolog-ECO微平板法,分析了青海省海北州野牛沟乡、果洛州大武镇及玉树州巴塘乡3个地区黑土滩退化草地的植被群落特征及土壤微生物群落多样性特征。结果表明,(1)黑土滩退化草地毒杂草化,优良牧草成为群落偶见种。3个地区植被群落组成存在差异:大武地区植物物种丰富度最大,为16.25,野牛沟次之,巴塘最小;植被优势度指数、多样性指数和均匀度指数均为野牛沟大武巴塘;地上生物量和0-10 cm土层地下生物量均为大武地区最大,巴塘次之,野牛沟最小,三者间均存在显著差异(P0.05);大武和巴塘地区10-20 cm土层地下生物量显著大于野牛沟地区(P0.05)。(2)黑土滩退化草地土壤微生物在0-10 cm土层主要利用氨基酸类、酯类和胺类碳源,碳源相对利用率均在19%以上;在10-20 cm土层主要利用氨基酸类和酯类碳源,碳源相对利用率均在22%以上。不同地区黑土滩退化草地土壤微生物对单一碳源的利用存在差异,差异主要来源于酸类、氨基酸类和酯类。(3)土壤微生物AWCD(平均每孔颜色变化率)和H指数(Shannon-Wiener多样性指数)与植物多样性和生物量相关性较高;物种重要值、多样性及生物量对土壤微生物AWCD变化的共同解释率为88.42%。综上,黑土滩退化草地植被物种组成及群落结构存在地域差异,不同地区黑土滩退化草地土壤微生物群落结构不同;黑土滩退化草地利用D-半乳糖酸γ内酯、L-精氨酸、D-半乳糖醛酸、L-天冬酰胺酸、D-甘露醇、L-丝氨酸、N-乙酰基-D-葡萄胺等的功能微生物显著富集,利用i-赤藻糖醇、2-羟苯甲酸、L-苏氨酸、α-丁酮酸、α-D-乳糖等的功能微生物显著分异。     

基于GIS的乌海矿区土地退化因素分析

为定量研究矿区土地退化特征及其驱动因素,利用遥感和GIS技术分析1990—2010年内蒙古乌海矿区土地利用类型转化特征,在此基础上选取多个经济社会以及空间距离因子,利用Logistic模型对研究区域1990—2000和2000—2010年2个不同时间段土地退化的驱动因素进行探究。结果表明,乌海矿区近20 a的土地利用变化集中表现在草地大面积减少,建设用地和荒漠面积大幅度增加;荒漠和建设用地增长最快,主要源于草地和耕地的转化,土地退化主要表现在沙地等荒漠面积的增长;对土地退化的Logistic回归模型分析表明,土地退化在第1阶段(1990—2000年)的主要驱动因素是到最近采矿点距离、到最近乡镇距离和坡度Ⅱ(5~15°);第2阶段(2000—2010年)的主要驱动因素是到最近水域距离、高程和到最近道路距离。     

基于高光谱的城市地面砖表面热环境特性的实验研究

地面砖是城市重要的铺装材料,它的表面特性对城市地面热环境有重要影响,反射率是影响其表面热环境特性的重要因素。由于缺乏观测手段,关于地面砖的反射率特性及其对表面温度的影响还缺乏定量的系统研究。为此,该研究选取了城市铺装常用的混凝土地面砖作为研究对象,利用高光谱技术分别对不同表面颜色、不同粗糙度的地面砖在紫外波段(UV:350~380 nm)、可见光波段(VIS:380~780 nm)、近红外波段(NIR:780~2 500 nm)以及全波段(350~2 500 nm)的反射率特征进行系统观测,同时利用热红外成像技术观测其表面温度特征。结果表明,(1)不同颜色地面砖的全波段反射率SR差异很大,黄色最高(SR=34.28%),然后依次是红色(SR=31.58%)、绿色(SR=23.62%)、灰色(SR=14.06%)。黄色地面砖反射率约为灰色砖反射率的2.5倍,二者相差较大。(2)不同地面砖在不同波段的反射率特征不同。黄色、绿色、红色地面砖在近红外波段呈现出较高的反射率,处于30.08%~41.31%,高于其可见光波段反射率SRVIS和紫外波段反射率SRUV;灰色地面砖在3个不同波段反射率无明显差异。(3)粗糙度可影响近红外波段反射率SRNIR;颜色对全波段反射率SR的影响比粗糙度更加显著。(4)反射率对表面温度影响显著,反射率越高,表面温度越低。黄色砖的全波段反射率SR比灰色砖高出20%,在13:00时,二者的表面温度差值最高达7.64℃。研究结果可为城市铺装规划设计和改善城市热环境提供参考依据。     

工业区土壤高光谱特性及其重金属含量预测研究——以上海市闵行区为例

土壤的高光谱能够反映土壤信息,利用光谱数据能够快速高效地预测土壤重金属含量。以上海闵行工业区土壤为研究对象,分析研究区土壤光谱曲线所包含的土壤信息,通过光谱反射数据多种低阶微分变换形式以增强光谱特征,并通过相关分析获取土壤铜(Cu)、铬(Cr)、锰(Mn)、铅(Pb)、锌(Zn)含量的特征波段位置,构建土壤重金属高光谱反演模型。结果表明,工业区土壤重金属Cu、Cr、Mn、Pb、Zn存在明显积累,含量平均值依次为29.38、106.32、583.14、34.13、111.15 mg·kg-1,均超过上海市土壤环境背景值,且表现出复合污染和同源性的特点;土壤光谱曲线除受铁氧化物(409.55 nm)、有机质(825～900 nm)、水(1 400～1 425 nm)的影响存在光谱曲线吸收带外,走势均随波长增加而上升;最优特征波段均出现在近红外波段范围内,Cu为1 440.21 nm,Cr为834.44 nm,Mn为984.98 nm,Pb为1 440.21 nm,Zn为1 642.50 nm;利用特征波段光谱反射率的低阶微分变换形式作为建模因子建立土壤重金属含量的高光谱反演模型,发现均方根二阶微分(RMSTD)变换、倒数一阶微分(RTFD)变换、倒数对数二阶微分(ATSD)变换相较于原始一阶微分(FD)、二阶微分(SD)变换更能提高预测精度,多元逐步回归线性模型(SMLR)建模效果优于偏最小二乘回归(PLSR)模型,SMLR建模R2均大于0.65,验证R2除Mn外(R2=0.400)均大于0.5。基于SMLR建立的高光谱反演模型具有较高的预测精度、稳定性与可靠性,对工业区土壤重金属含量进行高光谱反演建模具有可行性。     

围封和放牧对科尔沁沙质草地植被和土壤的影响

选择科尔沁沙地自由放牧和围封10年的沙质草地为研究对象,通过野外调查与室内分析相结合,分析了围封和放牧对沙质草地群落土壤和植被的影响,旨在为退化沙地恢复与重建提供科学依据。结果表明,(1)围封和放牧草地盖度、密度、地上生物量、高度存在显著差异(P0.01),围封使群落盖度、密度、地上生物量和高度分别增加了67%、79%、71%和44%。(2)放牧草地物种数为15种,围封草地为21种,放牧草地物种数增加了40%,大果虫实、狗尾草、差巴嘎蒿是放牧草地群落的优势物种,其重要值占71%;达乌里胡枝子、狗尾草、画眉草、猪毛菜和虎尾草是围封草地群落的优势物种,其重要值占60%。放牧草地处于一年生杂类草+差巴嘎蒿的沙地退化演替阶段,围封草地处于达乌里胡枝子+一年生禾草+一年生杂类草的沙地恢复演替阶段。(3)围封草地的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数、Pielow均匀度指数均大于放牧草地,说明围封提高了群落的物种多样性。(4)围封和放牧草地群落0~20 cm和20~40 cm的土壤水分、土壤机械存在极显著差异(P0.01),围封使沙质草地群落土壤水分、土壤黏粉粒和细砂粒增加。除速效氮外,围封和放牧草地群落土壤的化学性质差异显著(P0.001)。围封与放牧草地相比,总磷、总氮、速效磷和有机质均呈上升趋势,增幅分别为72%、152%、15%和272%。(5)0~20 cm的土壤理化因子:土壤水分、粗砂粒、细砂粒、粉黏粒、有机质、全氮与植被特征因子显著相关(P0.01),表明群落植被与土壤之间相互影响较强。     

内蒙古巴音华煤矿区自然定居植物群落物种多样性变化分析

为探明矿区植被恢复过程中群落演替变化规律,采用二元指示种分析(TWINSPAN)方法将巴音华矿区的植物群落进行数量化,同时也运用SPDIVERS.BAS物种多样性分析软件分析巴音华采矿干扰下的物种多样性变化,采用Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数、Alatalo均匀度指数、Margalef丰富度和Patrick丰富度分析了物种综合多样性、均匀度和丰富度、离矿中心距离的变化。结果显示:随着采矿干扰影响的减弱,物种丰富度显著升高,均匀性显著降低,综合多样性显著升高。巴音华矿干扰比较大的110 m处,主要以沙蓬(Agriophyllum squarrosum)等杂草为主;220m处以糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)为主;300~500 m处以冷蒿(Artemisia frigida)为主;离矿中心的660~1 100 m处,植被开始恢复,主要以羊草(Aneurolepidium chinense)与冰草(Agropyron cristatum)为主。     

青海三江源区植被退化对土壤养分和微生物区系的影响

采用化学分析法、微生物平皿分离计数和形态鉴定技术研究了青海三江源地区天然与退化植被下的土壤养分和微生物生态特征。结果表明,随着三江源地区天然草地植被退化,土壤有机质含量急剧下降,退化高山草甸土的有机质平均含量为14.85gkg-1,较天然高山草甸土的平均含量降低54.3%,较高山草原土和沼泽化草甸土分别降低74.5%和90.7%,其他养分含量也有不同程度的降低,土壤养分状况明显恶化.不同类型植被下土壤微生物区系特征变化显著,退化高山草甸土的细菌、真菌、放线菌(GA)平均数量分别为8.8×106、9.5×103、8.1×105cfug-1,较天然高山草甸土降低65.8%、46.6%、57.3%,较高山草原土降低37.1%、23.3%、62.6%,较沼泽化草甸土降低90.3%、48.1%、69.6%;退化草地土壤微生物组成较天然草地更为简单,退化高山草甸土的真菌种类数明显降低,土壤放线菌组成趋于简单化,其小单孢菌和其他菌属所占比例明显低于天然草地.三江源高寒湿地生态系统中土壤养分与微生物数量之间存在密切关系,土壤全磷对微生物数量影响最大.     

基于MODIS模拟的辽东湾叶绿素a的遥感反演模型

叶绿素a浓度对于水质和富营养化评价、赤潮探测及海洋生产力研究有重要意义.利用卫星遥感反演获取叶绿素a浓度弥补了传统采样方法的数据离散化、耗时长且费用高的缺陷,可以实时和全面地观测大尺度海洋叶绿索a分布.通过实测光谱模拟卫星波段,可以在一定程度上削除大气干扰,有助于准确地确定特征波段和建立遥感反演模型.本文以辽东湾为研究区,利用现场实测光谱模拟了MODIS波段,并在光谱特征分析基础上进行叶绿素a的特征波段选择,通过比较单波段和波段比值法等算法,建立了2个具有区域特色的叶绿素a遥感反演模型,并进行了模型验证.结果表明:在辽东湾海域,运用红光附近特征波段667和678 nm来反映叶绿素特征比传统蓝绿光波段(440和550nm)似乎更能削弱其它水体组分的干扰,突出辽东湾水体的特点.利用667、678和551nm的三波段模型要比单纯考虑667和678nm波段比值的模型要好一些,该模型r为0.856,标准差为0.190.模型验证预测值和实测值的相关系数为0.93(p<0.01),表明了模型良好的预测能力.模型具有明显的区域特色,结果是否具有普适性,还需进一步验证.     

植被重建对黑土滩草地植被及微生物群落特征的影响

为明确人为干扰对黑土滩草地植被及微生物群落特征的影响,以黑土滩退化草地和未退化嵩草草甸为对照,于2017年对果洛2015年、2012年、2009年、2006年建植的人工草地植被特征,土壤微生物碳、氮、磷含量,土壤微生物群落多样性和功能结构变化规律进行了研究。结果表明,(1)人工草地随建植年限增加地上生物量呈现先减少后持平的变化趋势,地下生物量则相反。(2)各草地土壤微生物碳、氮、磷均表现为0—10 cm显著高于10—20 cm的土层(P0.05),0—20 cm土层中人工草地土壤微生物碳、氮、磷随建植年限呈现先增加后持平的趋势,其中2012年与2015、2009年人工草地差异显著(P0.05)。(3)土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)、H指数、D指数表现为0—10 cm显著高于10—20 cm(P0.05)。培养2—5 d(AWCD)增长迅速,5 d后增长速率变缓;培养1 d H和D增长迅速,2 d后趋于平缓。(4)土壤微生物对6大类碳源利用情况显示,在0—10 cm土层中,微生物对脂类和羧酸类碳源的利用在不同草地间差异显著。人工草地随着建植年限的增加,对6类碳源的利用除醇类呈现无规律变化外,其余均呈"N"型变化趋势;在10—20 cm土层中,羧酸类、氨基酸类碳源利用在各草地间差异显著;人工草地随种植年限的增加除氨基酸类和胺类"N"型变化,其他草地均呈无规律的变化;Anosim分析显示,各草地土壤微生物群落功能结构有小差异,不同草地土壤微生物对31种碳源的利用种类及利用率存在差异。综上,建植5年后人工草地植被和土壤微生物趋于二次黑土滩退化,土壤微生物较草地植被能更早地作出指示,应采取持续合理的管护措施以维持人工草地的持久性。     

运用能量10%定律恢复浑善达克退化生态系统

运用生态系统能量10%定律,在浑善达克沙地退化生态系统,按照高级营养级能量需求,在实验区域1%的土地上建立了高产高效饲料基地,以向上一营养级(草食动物)提供足够的能量。结果表明,牲畜的压力逐步向高效地(小范围的土地)集中,而大面积的退化草地(99%),在围栏保护后借助自然力逐步恢复。群落生物量、平均高度和总盖度2年后均随恢复时间增加而增加(P<0.05)。植被组成方面,恢复前固定沙地以冷蒿(Artemisiafrigida)、糙隐子草(Cleistogenssquarrosa)和寸草苔(Carexduriuscula)等为主,恢复2年后冰草(Agropyronmichnoi)、木地肤(Kochiaprostrata)等占优势;滩地植被中,羊草(Leymuschinensis)、披碱草(Elymusdahuricus)等逐步取代了灰绿藜(Chenopodiumglaucum)和尖头叶藜(Chenopodiumacumi-natum)等,优质牧草比例提高。生态恢复不仅使自然生态系统得以保护,而且带动了社会经济的发展,项目中的正蓝旗巴音胡舒嘎查牧民,在实验示范以前后,由每年每户投入1万元买草养畜转变为每户得到2万斤优质牧草;幼畜成活率约提高10%;产奶量100%,牧民收入提高了32%。实验表明,高产高效基地建成后,生态系统能量流动趋于稳定,占试验区域71%的退化草地得到了恢复,从而带动了该地的可持续发展。     

衡阳紫色土丘陵坡地退化植被和恢复植被土壤微生物生物量的研究

土壤微生物量常被作为植物所需营养元素的转化因子和资源库,是表明土壤发育状况和生化强度的一项主要指标。为了研究衡阳紫色土丘陵坡地退化植被与恢复植被的土壤微生物生物量特征。以退化植物群落(狗尾草群落)(Ass.Setaria viridis)和恢复植群落(枫香+苦楝-剌槐+牡荆-野菊花+夏枯草群落)(Ass.Liquidamdar formosana+Melia azedarach-Robinia pseudoacacia+Vitex negundo var.cannabifoloa-Chrysanthemum indicum+Prunella vulgaris)作为研究对象,通过调查取样和实验分析相结合的方法,分析2种植物群落的0~10、10~20、20~30、30~40和40~50 cm土层的土壤微生物生物量的变化特征。结果表明:(1)随着土层深度增加,土壤微生物生物量、土壤细菌和丝状微生物生物量均显著降低,其大小顺序为:0~10 cm土层10~20 cm土层20~30 cm土层30~40 cm土层40~50 cm土层(P0.05);(2)恢复植被各土层中的土壤微生物生物量均显著高于退化植被(P0.05);(3)土壤微生物生物量与土壤含水量、土壤容重、土壤有机质和土壤微生物生物量存在显著或极显著的相关关系(P0.05或P0.01)。研究表明:恢复植被有利于土壤微生物生物量的提高和土壤质量的改善。     

不同放牧方式下的草场植被群落特征及其与土壤因子的关系——以新巴尔虎左旗为例

探究干旱半干旱草原不同放牧方式对退化草地生态系统恢复的影响,对退化草地植被恢复与重建及生态畜牧业可持续经营管理体系建设具有重要的科学意义。以呼伦贝尔市新巴尔虎左旗"七个一"生态家庭牧场为研究对象,对禁牧、休牧、轮牧和连续放牧4种放牧方式下的植被群落特征及与土壤因子间的关系进行研究。结果表明,(1)植被以多年生旱生、中旱生植物为主,轮牧区(45)和休牧区的物种数(42)大于禁牧区(37)和连续放牧区(34),禁牧区植被盖度(88.07%)和生物量(3 714.37 kg·hm~(-2))最高,连续放牧区植被盖度(61.33%)及生物量(1 029.83 kg·hm~(-2))最低。(2)4种放牧方式区的植被都以莎草科(Cyperaceae)和禾本科(Gramineae)植物为主,以寸草苔(Carex duriuscula)的重要值为最高,其中禁牧区最高(IV=38.30)。(3)休牧区和轮牧区的群落多样性指数较高,禁牧区的群落多样性指数最低(Ma=4.02,H=2.05,C=0.76,J_(sw)=0.72),且禁牧区与其他放牧方式区的物种分布及多样性指数均存在显著差异(P0.05)。(4)物种CCA排序结果显示,土壤容重、含水量和全磷是影响左旗植被分布的主要土壤因子。此外,群落多样性指数变化与容重、速效磷和含水量显著相关(P0.05)。研究认为,轮牧和休牧方式有利于保护草地生物多样性,禁牧对退化草地生态系统恢复有显著促进作用,但长期禁牧会导致群落多样性下降,连续放牧会降低草地生产力。建议减少连续放牧区放牧频率,在长期禁牧的牧场实施休牧、轮牧或适当的割草利用。     

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     

高寒草甸退化对甘肃马先蒿生长状况与花期资源分配的影响

甘肃马先蒿（Pedicularis kansuensis）作为高寒草甸退化进程中的一种入侵毒杂草,其生长状况和繁殖特征为草地退化状况的重要指标,也是衡量高寒草甸演替进程的重要指示植物。通过比较重度退化和未退化高寒草甸的群落特征,甘肃马先蒿的生长状况与花期资源分配,结果表明：退化的高寒草甸土壤-植被系统变化明显,高寒草甸退化显著影响了甘肃马先蒿的生长状况和资源分配特征。在重度退化的黑土滩样地中,甘肃马先蒿个体形态特征如株高、根长、分叉数、叶片数、花数、总生物量都显著高于未退化高寒矮嵩草草甸样地;重度退化草甸中甘肃马先蒿花期各器官的资源投资状况,如根系投资、茎叶投资、繁殖投资分别为7.46%、48.76%、43.78%,未退化样地中甘肃马先蒿的根系投资、茎叶投资、繁殖投资分别为10.12%、54.34%、35.54%。在重度退化高寒草甸中甘肃马先蒿占据较大的生态位,长势良好,且将资源更多地用于繁殖投入。而未退化草甸中甘肃马先蒿优势度不大,更多的是将资源分配到根系和茎叶等营养器官,以期获得较多的水分、无机盐、光照等资源,增强个体竞争力。甘肃马先蒿在不同生境下资源分配的显著差异实质反映了草地退化的影响,亦是植物对外部环境改变的一种适应机制,同时也是植物可塑性的重要表现形式。