冰湖是高山寒区气候变化的灵敏指示器和诱发山地溃决洪水或泥石流的灾害源.基于1960s-2010s多源遥感影像数据(Corona、Landsat MSS/TM/ETM+OLI)、地形图、冰川编目和气象数据,利用RS和GIS技术综合分析科西河流域近50年冰湖(≥0.05 km2)时空变化特征及其对冰川变化影响.研究结果表明:(1)近50年来科西河流域冰湖整体经历了“先平稳后扩张”的过程,其中1960s至1980s初期,科西河流域有37个冰湖消失,但总面积趋于平稳状态;1980s中期至2010s初期,流域内冰湖规模迅速扩张,且2000s之后冰湖扩张速率明显加快,至2010s初期增加为321个冰湖(88.43 km2).(2)科西河流域冰湖集中分布于海拔5000-5500 m,面积小于0.25 km2的小规模冰湖占总数量的74.45％,而面积大于1 km2和介于0.05-0.25 km2的冰湖占总面积的64.18％.(3)除利库科拉(Likhu Khola)流域外,科西河流域其他5个子流域冰湖均呈扩张趋势,其中尤以阿润(Arun)流域冰湖扩张最为显著.(4)气候变暖及其引发的冰川退缩是科西河流域冰湖扩张的根本原因,当冰川末端伸入冰湖时,冰水物质与能量交换在一定程度上加速了冰川消融与退缩.

应用石蜡切片和扫描电镜方法对一号冰川退缩地生长的15种丛藓科植物茎的结构及表面微形态特征进行观察,结果表明:该地区的15种丛藓科植物的茎分为具中轴和无中轴两类,其细胞壁均有不同程度的加厚.而具中轴的丛藓科植物的茎又分为表皮、皮部、中轴三部分,茎表皮细胞短,1层,细胞壁大多向外突出,表面粗糙,表面纹饰多为颗粒状;皮部所占面积最大,大部分有内、外皮部的分化,大多数种的细胞壁由外向内逐渐变薄,细胞由小到大整齐排列;中轴所占的面积也不同,其细胞壁多具角隅加厚;而没有中轴分化的种类,其各自细胞壁加厚的程度基本一致.

该研究应用离析方法,并通过光学显微镜对新疆天山一号冰川退缩地的26种丛藓科植物叶片中肋细胞的形态结构进行比较分析,结果表明:(1)丛藓科植物叶片的中肋细胞的长、宽和细胞壁厚度、纹孔场数目及细胞端尾数目在一定程度上存在着差异,反映出各中肋细胞的功能及导水作用在同属及不同属植物之间存在一定的差异.(2)中肋细胞的端尾多以及细胞壁的波状结构都具有增强细胞间的联系、提高机械固着和支撑作用.(3)不同生境下,中肋细胞侧壁的纹孔场数目能有效控制导水和物质交换的速度.这些特征可能都是冰川地区苔藓植物对恶劣生境的积极响应,具有一定的生态学和分类学意义.

植物-土壤反馈是揭示陆地生物群落动态变化的关键环节,为理解植物间相互作用及植被群落变化过程奠定基础.本研究以贡嘎山冰川退缩区原生演替早(5～10年)、中(30～40年)和晚期(80～100年)3个阶段典型土壤以及各阶段优势植物为对象,采用盆栽控制试验,比较优势植物在不同土壤条件下的生物量,并量化植物间相互作用以及植物-土壤反馈的方向与强度,为探究贡嘎山冰川退缩区植被群落演替规律提供依据.结果表明:(1)植物-土壤反馈作用显著影响植物在本土中的生物量,早期沙棘(Hippophae rhamnoides)在本土中生长最差,沙棘的植物-土壤反馈系数为负值;演替中期冬瓜杨(Populus purdomii)的反馈系数趋于零;晚期峨眉冷杉(Abiesfabri)在本土中生长最好,峨眉冷杉的反馈系数为正值.(2)混种时,早期沙棘与演替中、晚期植物间相互作用指数为负值;中期冬瓜杨、川滇柳(Salixrehderiana)与演替早、晚期植物的相互作用指数接近于零,晚期植物峨眉冷杉、麦吊云杉(Picea brachytyla)与演替早、中期植物相互作用指数为正值.从植物-土壤反馈的方向来看,贡嘎山植被演替从早期负反馈,中期中性反馈,过渡到晚期正反馈.此外.,演替早期沙棘促进演替中晚期植物生长,演替中期冬瓜杨、川滇柳对演替早晚期植物无显著影响,晚期峨眉冷杉、麦吊云杉更利于与演替早中期植物相互竞争.结果显示,植物-土壤反馈与植物间相互作用共同驱动了贡嘎山冰川退缩区植被快速演替,直至顶极群落.

在青藏高原东缘海螺沟冰川退缩区植被原生演替序列的典型地段依次设置7个采样点(冰川退缩0、10、30、40、50、80和127年),测定各演替阶段表层土壤与植被各层氮(N)、磷(P)含量及生态系统生物量,分析不同演替阶段N、P养分的积累与循环特征.结果表明:乔木层叶、枝、根的N、P含量随演替下降,而干的N、P含量在演替末期较高,凋落物与土壤O层N、P含量的变化趋势与乔木层叶和枝一致.生态系统的N、P贮量均随演替逐渐增加,演替初期生态系统N的积累主要依靠植被层,演替末期尤其是植被层形成顶极群落以后,土壤成为生态系统中最主要的N库;植被层的P贮量在冰川退缩后的80年样地超过了表层土壤.生态系统N、P养分的积累速率在演替中期较快,且表现为表层土壤＞乔木层＞林下植被层;演替中期阔叶林阶段N、P养分的循环系数高于演替末期的针叶林阶段,而利用效率则低于针叶林阶段.可见,针叶树种养分循环低但利用率高的机制有利于同其他物种竞争,从而最终形成顶极群落.

祁连山国家公园被确定为我国国家公园体制试点之后,对其生态环境保护、管制、修复提出了更高、更精准的要求.基于1980-2018年遥感影像数据,构建山水林田湖草空间信息格局图谱,分析祁连山国家公园青海片区一般控制区和核心保护区山水林田湖草的时空分异特征.结果 表明:研究期间,草地是公园主体景观,面积为8174.93 km2,其中,核心保护区草地面积是一般控制区的1.2倍;裸岩石质地是未利用土地的主要类型,分别占核心保护区和一般控制区未利用土地面积的86.7％和79.4％;一般控制区的林地面积大于核心保护区;核心保护区的水域面积是一般控制区的4.9倍,核心保护区90.4％的水域面积为永久性冰川雪地;旱地主要集中在一般控制区.1980-2018年间,水域面积呈降低趋势,减少186.75 km2,其中,永久性冰川雪地下降最明显,一般控制区和核心保护区分别下降12.05和175.88 km2;林地、草地整体呈增加趋势,核心保护区高、中、低覆盖度草地的变化趋势均大于一般控制区,1990-2000年变化最明显,1980-2018年一般控制区高、中覆盖度草地和核心保护区高、低覆盖度草地存在退化现象;裸岩石质地呈上升趋势,而永久性冰川雪地呈下降趋势.永久性冰川雪地和裸岩石质地是公园内变化最明显的地类,核心保护区冰川退缩速度比一般控制区退缩速度明显,其转为裸岩石质地主要发生在1980-1990和2000-2010年.

溶解有机质(DOM)作为土壤中最活跃的有机组分,在土壤生物地球化学过程中起着关键作用,探讨植被演替过程中DOM的来源、组成、环境响应与累积规律,对预测土壤碳循环过程具有重要意义.本研究从海螺沟冰川退缩区植被原生演替序列选取演替年龄分别为12、30、40、50、80、120年的样地采集表层和亚表层土壤样本,测定DOM浓度并进行紫外-可见光光谱和三维荧光光谱分析,研究原生演替过程中DOM含量和组成的变化特征及其影响因素.结果表明:土壤DOM浓度随演替年龄的增加而显著增加.土壤DOM中类蛋白组分、荧光指数和生物指数随演替时间的增加而减小,类腐殖质组分和腐殖化程度随演替过程不断增加,土壤DOM芳香化程度先增加后减小.pH值、铵态氮含量解释了 62.2％的表层土壤DOM组分变异,土壤含水率和pH值解释了 64.3％的亚表层土壤DOM组分变异,说明环境因素是影响海螺沟冰川退缩区原生演替过程中土壤DOM数量和组成的重要因子.

生物量-物种多样性关系是生态学研究的热点之一,其具体模式目前还未形成共识,背后机制也存在较大争议.在川西贡嘎山海螺沟冰川退缩区原生演替序列上建立样地,以空间代替时间的方法,对冰川退缩后第6、27、37、47、53、59、87、127、157年期间9个演替阶段(T1-T9)进行生物量和物种多样性调查,分析冰川退缩区植被原生演替过程中物种多样性演化格局及与植被生物量的关系.结果显示:(1)海螺沟冰川退缩区物种丰富,共记录植物27目31科58属68种,但不同演替阶段植物物种组成差异较大;(2)群落尺度上植物物种丰富度、Shannon-Wiener指数和E.Pielou指数呈"单峰"型,峰值分别出现在59年(29.00±2.00)、87年(2.68±0.21)和87年(0.88±0.07);(3)植物群落生物量介于0.95-207.80 t/hm2之间,呈波动上升,在87年达到峰值;(4)群落尺度上生物量与物种多样性具有长期正线性相关关系,而乔、灌、草不同层次生物量-物种多样性关系无显著相关,仅少数呈负相关.本研究为生物量-物种多样性关系假说提供了一个实例,并表明不同演替阶段物种组成差异大,群落生物量-物种多样性关系存在正相关,但各层次内部无统一趋势.