为探究灌丛引入对荒漠草原土壤有机碳稳定性的影响,选取近40年的典型草原-灌丛镶嵌体(荒漠草地,草地边缘,灌丛边缘、灌丛地)为研究对象,开展荒漠草原向灌丛人为转变过程野外原位观测结合室内培养的土壤有机碳矿化及其对降水变化(+40％、+20％、CK、-20％、-40％)的响应特征研究,主要结果如下:荒漠草原人为灌丛转变的过程中土壤有机碳、全氮和全磷含量显著降低;土壤有机碳累积矿化量、碳矿化速率、碳矿化及微生物代谢熵均随着转变过程呈上升趋势,且灌丛地较荒漠草地分别增加了 26.6％、27％、25.8％和26.8％;土壤潜在可矿化有机碳量随转变波动上升,灌丛地显著高出荒漠草地31.55％;转变样地在不同降水梯度下土壤有机碳矿化速率呈下降趋势,但灌丛地、灌丛边缘土壤有机碳矿化始终高于荒漠草地和草地边缘地,其中灌丛地与灌丛边缘有机碳矿化对降水降低响应更加敏感和积极,结果表明荒漠草原向灌丛转变过程增强了土壤有机碳微生物矿化的同时,还提高了其应对干旱的能力,这种能力或许是以更高的微生物代谢熵和二氧化碳通量为代价.

水仙花鸢尾(Iris narcissiflora)是中国四川西部的特有物种,现有分布范围严重缩减,被列为国家Ⅱ级野生重点保护植物.当前对水仙花鸢尾种群现状及其生境特征的了解十分匮乏,不利于其濒危机制研究和保护措施制定.该研究对水仙花鸢尾目前的分布范围进行了详细踏查,调查野生种群状况及其生境,特别是所属群落特征.结果表明,水仙花鸢尾分布于四川省甘孜州道孚县和康定市海拔3 779～4 100 m的高山灌丛或川西云杉(Picea likiangensis var.rubescens)林缘,各分布点种群规模小,仅含 28～2100 株;根据当前分布点的区域范围,依据IUCN受威胁物种评估标准B2ab(iii)将其重新评估为濒危(endangered,EN);所属群落物种组成丰富,生活型以多年生草本植物为主,具较多温带成分;群落间物种组成相似性与地理距离呈显著的负相关;群落可划分为 4 种类型:川西云杉林缘和分别以毛蕊杜鹃(Rhododendron websterianum)、灰背杜鹃(R.hippo-phaeoides)、坡柳(Salix myrtillacea)为主要优势种的高山灌丛.水仙花鸢尾生境受修路、放牧影响,自然演替和全球气候变化也是潜在威胁.针对不同分布点的生境状况,提出设立保护小区,采取适当措施减轻川西云杉扩张和人为因素的影响,并建议开展迁地保护技术研究.

茂兰喀斯特峰丛地貌森林是目前罕见的一类原生性强、人为干扰少的非地带性森林生态系统,与常态地貌地带性森林生态系统相比差异大.该研究采用典型样地调查方法对茂兰喀斯特森林海拔在620～910 m之间的垂直样带11个样方进行调查,分析研究区顶级群落物种丰富度的垂直梯度变化特征,并用冗余分析(RDA)法分析环境因子对物种丰富度的影响,以明确垂直梯度上物种丰富度与环境因子的关系,为喀斯特自然森林生态系统的维持与恢复、保护与管理提供理论基础.结果表明:(1)该调查茂兰喀斯特峰丛共记录有维管植物511种,隶属于124科272属.(2)单因素方差分析表明,该群落不同生活型的丰富度之间存在极显著差异(P＜0.01);LSD多重比较分析表明,群落丰富度水平表现为总体＞灌木层＞草本层＞乔木层.(3)随海拔梯度的升高,群落总物种丰富度和草本层物种丰富度与海拔呈显著负相关关系(P＜0.05),乔木层丰富度和灌木层丰富度与海拔无明显规律.(4)冗余分析表明,土壤C/N/P的解释率达到58％,是影响物种丰富度的主要因素.

荒漠草原是陆地生态系统中最为脆弱且受人类干扰较为严重的生态类型之一,精准模拟其碳水通量及对人为干扰的响应,不仅能够揭示其复杂的生态学过程,而且还可为人为生态修复和保护提供决策依据.生态模型能够有效地模拟陆地生态系统的碳水循环过程,但模型众多的参数及其取值的合理性限制了其普遍应用,故探索参数优化是提升生态模型应用的有效途径.利用PEST参数优化方法和涡度相关观测数据对Biome-BGC模型的生理生态参数进行优化,在评估参数优化效果的基础上模拟了 1986-2018年宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和蒸散(Evapotranspiration,ET).结果表明:(1)参数优化可以改善Biome-BGC模型对荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET的模拟效果,参数优化后模拟的GPP和ET均更接近于观测值,其中月尺度的模拟效果更佳;(2)基于PEST的Biome-BGC模型参数优化方法具有较强的普适性,优化后的参数可推广应用于荒漠草原区人工灌丛生态系统长时间序列的GPP和ET模拟;(3)宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的GPP在1986-2018年呈缓慢上升趋势,增幅为1.47 g C m-2 a-1,但ET的年际变化率较大,且无显著变化趋势.

亚热带常绿阔叶林遭反复干扰后退化形成的天然次生灌丛在未管护模式下难以恢复为乔木林.在浙江省临安市选择典型天然次生灌丛,以强度人为干扰为对照、分别进行保护性干扰和适度人为干扰,探讨灌丛土壤蓄水能力和肥力质量的响应.4年试验结果表明:与强度人为干扰相比,保护性干扰和适度人为干扰后的土壤总贮水量、吸持贮水量和滞留贮水量分别提高了12.41％、5.33％、17.37％和29.13％、33.23％和26.24％;最大持水量、毛管持水量和最小持水量分别提高了23.35％、9.51％、17.55％和48.63％、56.08和71.05％;与强度人为干扰相比,保护性干扰和适度人为干扰的综合肥力分别提高了1.9％和38.5％,其中保护性干扰的水解氮、有机碳和有机质含量提高了12.11％、38.91％和38.94％,适度人为干扰的水解氮、有效磷、有机碳和有机质含量提高了61.97％、90.57％、130％和130.04％,保护性干扰和适度人为干扰的土壤综合评价指数分别提高了15.43％和58.94％.研究表明,与保护性干扰相比,适度人为干扰在土壤的蓄水保水、肥力和固碳增汇等方面更能达到预期的目标.在有条件经营的情况下,可以选择适度人为干扰措施对天然次生灌丛进行管理从而达到加快土壤恢复的目的.

2014年4-9月,通过铗夜法对12种不同生境内的四川短尾鼩种群数量进行了调查,依据捕获率的大小及生境的干扰程度分析四川短尾鼩的生境选择倾向.利用人工捕捉模拟种群干扰,分别在干扰1个月、2个月、3个月、4个月之后,监测荒草地、废弃梨树林、灌丛和绿化林4种代表性生境内四川短尾鼩的种群数量、年龄结构、性比的变化,进而分析四川短尾鼩对人为干扰的生态响应.结果显示:(1)四川短尾鼩在12种典型生境中,按捕获率的大小依次分为4个等级:绿化林＞废弃梨树林、景观林、荒草地、桉树林、蔬菜地、灌丛＞人居村落、废弃葡萄园＞竹林、葡萄园、油菜地;(2)四川短尾鼩的生境选择倾向为:异质性适中、适度干扰、竞争较低的生境＞异质性较低、干扰较高的生境(宜觅食、竞争弱)或异质性较高、干扰较低的生境(宜栖息、竞争弱)＞高竞争的生境＞异质性低或强烈干扰或二者兼有的生境;(3)干扰之初,所有生境中四川短尾鼩种群密度明显降低,干扰2个月之后其种群数量均可恢复到正常状态;干扰后性比平均值增加3.52％,怀孕率变化不显著;全部生境中,成体组比例平均降低1.71％,老年组减少7.53％;幼年组的比例平均增长2.33％,亚成年组增加6.91％.幼体和亚成体比例的增加,使种群数量在一定时间内保持稳定增长.

为了解赛罕乌拉自然保护区蝶类多样性及其影响因素,我们于2017年5-9月分别对保护区的典型草原、湿地、山地沟谷草甸、退化草原、农田、山地旱生灌丛、山地中生灌丛等7种生境中的蝴蝶进行观测调查.共记录和采集蝴蝶2,290只,隶属5科42属63种.蛱蝶科的种类数(34种)和个体数(991只)最多.柑橘凤蝶(Papilio xuthus)、云粉蝶(Pontia daplidice)、绢粉蝶(Aporia crataegi)、荨麻蛱蝶(Aglais urticae)、银斑豹蛱蝶(Speyeria aglaja)等5种为保护区的优势种.保护区蝶类群落的种-多度曲线呈正态分布模式,表明保护区生态环境良好,生境相互重叠,蝶类活动范围在不同生境中可以延伸.不同生境中蝶类群落种类及数量存在一定差异,其中山地中生灌丛蝶类群落的多样性指数最高,优势度指数最低;退化草原的多样性指数和物种丰富度指数均为最低,优势度指数最高;山地沟谷草甸的科、属、种、个体数最多;退化草原的科、属、种、个体数都是最少.区系组成分析表明广布种占63.49％,古北种占36.51％.保护区不同生境中蝶类群落多样性特征指数在各月份间有明显差异,蝴蝶种类及个体数与温度之间呈显著正相关,与降雨量无显著相关性.综上,我们认为适当的干扰有利于蝶类多样性发展,而强烈的人为干扰会严重破坏草场环境,影响蝶类生存和繁衍,降低蝶类多样性.

为科学有效地管理和调控植被资源,解决水土流失、植被减少等生态问题,该研究依据山西省2005—2015年MOD17A3H数据,利用ARCGIS、ENVI等软件,运用统计学分析方法,揭示了山西省植被NPP时空分布变化规律及对气候、人为等影响因素的响应特征.结果表明:山西省植被NPP平均值为326.5 g(C)·m-2·a-1,其中草地、耕地、灌丛和林地的NPP多年平均值依次为300.3、353.6、366.5和390.1 g(C)·m-2·a-1;植被NPP总体波动增大、变化为显著、极显著、显著增大区域面积比例达56.33％,集中在山西省西部;植被NPP极显著、显著减小区域面积集中在山西省东南角,占比为2.22％;草地NPP变化速率最大,耕地大于灌丛,林地最小;植被NPP平均值和降水平均值之间表现为呈显著正相关.基于栅格单元值计算,全省17.01％的区域植被NPP与降水之间表现为显著或极显著正相关,集中在山西省北部;全省3.66％的区域植被NPP与气温之间表现为显著或极显著负相关,集中在山西省中部.这表明2005—2015年,山西省植被NPP总体呈好转趋势;不同植被对人类活动及环境变化的响应有所差异,草地、耕地生态结构稳定性较弱,NPP变化明显,灌丛和林地稳定性较强,NPP数值稳定;植被NPP与降水之间呈显著正相关,与气温之间呈负相关,气候因子整体上促进植被NPP增大,人为因素整体上抑制植被NPP增大.

为揭示不同程度的人为干扰对中亚热带森林生物量及其空间分布格局的影响机制,在湘中丘陵区4种处于不同程度的人为干扰、地域相邻的植物群落:檵木-南烛-满山红灌草丛(LVR)、檵木-杉木-白栎灌木林(LCQ)、马尾松-石栎-檵木针阔混交林(PLL)、石栎-红淡比-青冈常绿阔叶林(LAG)设置固定样地,结合植物群落调查,采用收获法和建立主要树种各器官生物量相对生长方程,测定和估算群落生物量.结果表明:(1)随着人为干扰程度减弱,群落总生物量呈显著的指数函数增长(p＜0.05),地上部分、地下部分生物量表现为异速生长,LAG与PLL乔木层生物量差异不显著(P＞0.05),4个群落灌木层生物量及其各器官、地上部分、地下部分生物量均呈先增加后下降的变化特征,草本层生物量及其地上部分、地下部分生物量先下降再增高,凋落物层现存量总体上呈增加趋势;(2)不同程度的人为干扰,群落生物量的空间分布格局不同,LVR群落灌木层、草本层生物量相当,LCQ群落灌木层生物量占明显优势,草本层生物量下降,PLL和LAG群落乔木层生物量占绝对优势,灌木层、草本层和凋落物层生物量占群落总生物量低于10％;(3)群落总生物量与树种多样性指数呈显著的正相关(P＜0.05),与土壤有机碳、全氮、水解氮、有效磷含量呈显著的正相关(P＜0.05),表明不同程度的人为干扰造成群落树种多样性、土壤养分含量的变化,是导致群落生物量变化的主要因素.

草地灌丛化是全球草地退化的普遍现象,理解草地灌丛化的过程和机制对灌丛化草地的恢复十分必要.目前有多种假说解释草地灌丛化现象,尽管大部分假说认为灌木和草本植物对土壤水分的不同利用方式在草地灌丛化过程中发挥着重要作用,但有关直接实验证据仍十分缺少.本文通过对鄂尔多斯高原流动沙地沙米群落、半固定沙地油蒿群落、固定沙地油蒿群落和固定沙地本氏针茅群落4个演替阶段植物群落的调查,采用稳定同位素分析的方法,分析不同阶段主要物种对不同水源的利用比例.结果表明:在不同演替阶段,草本植物对土壤水分的利用主要集中在土壤表层(0～20 cm),而灌木植物对中深层(50～200 cm)土壤水分的利用较多;灌木植物水分利用的可塑性强,在遭受水分胁迫时,灌木植物能够根据土壤水分的可利用性而改变对不同土层水分的利用.以上结果对于认识鄂尔多斯高原不同演替阶段主要植物水分利用策略具有一定意义,同时表明降低放牧等人为因素对表层土壤的干扰,改善表层土壤结构,提高表层土壤含水量是鄂尔多斯高原油蒿灌丛化草地恢复为地带性本氏针茅草原的关键.