黄土高原不同小流域由于环境特点和植被恢复方式的不同,导致其生态效益存在地带性差异.为了研究不同环境和植被恢复方式下土壤理化性质的差异性及影响机制,选取黄土高原两个小流域不同植被恢复方式(油松人工林、侧柏人工林和自然恢复对照)作为研究对象,对比分析植被恢复方式和环境特点对土壤养分储量和水分状况,以及植被生长状态等生态恢复效益的影响和贡献.结果表明:(1)吉县自然恢复下全氮含量最高,均值为0.79g/kg;有机碳均值含量表现为定西油松最高,吉县对照次之,其均值分别是16.91g/kg,13.46g/kg;全磷含量和全钾含量最高的是吉县油松样地和定西的侧柏样地,其均值为2.40g/kg和23.43g/kg.(2)土壤速效氮、速效磷、速效钾的含量,吉县的油松样地、侧柏样地和自然对照样地分别高于定西2.89％,81.03％和7.49％.(3)基于主成分分析(PCA)和方差分解(VP)结果,在不同小流域影响土壤养分和水分含量的主要因素有所差异.其中吉县和定西小流域影响土壤养分的主要因素分别为土壤物理性质和植被属性,解释度分别为79.92％、55.3％;而土壤含水量主要受降水量和土壤-植被共同影响,其解释度分别为87.06％、43.53％.综上结果表明,多雨条件的吉县地区植被适合自然恢复,而相对干旱的定西地区植被则适合人工恢复.考虑黄土高原植被恢复的人工和自然恢复方式,结果证明不同小流域的降水量与土壤含水量等环境特点影响植被生长状态和植被恢复的生态效益,可为因地制宜的科学植被恢复策略提供数据和理论支持.

正确认识自然恢复过程中的生物多样性格局及群落构建变化规律是区域生态恢复及生物多样性保育的前提和基础.目前,关于生物多样性格局及群落构建机制的研究多基于地带性植被类型开展,而针对喀斯特森林这类特殊植被的研究涉及很少,这极大地限制了区域生态恢复及森林经营.本文以茂兰国家级自然保护区的退化喀斯特森林为研究对象,通过建立不同自然恢复阶段固定样地,对比分析不同自然恢复阶段幼苗、幼树和成树的物种多样性和物种组成差异,探索退化喀斯特森林自然恢复中物种多样性变化趋势与群落构建机制.结果表明,退化喀斯特森林自然恢复过程中,物种多样性呈现先上升后稳定的趋势;幼苗的物种丰富度逐渐降低,而成树的物种丰富度逐渐增加;自然恢复早期的幼苗、幼树和成树物种组成逐渐趋同于老龄林成树,表明该区域退化森林的自然恢复具有一定方向性.本研究结果表明喀斯特森林自然恢复过程中的物种组成变化一定程度上受确定性过程影响,为人工促进森林恢复提供一定理论参考,同时对喀斯特森林经营与管理具有重要意义.

青藏高原高海拔引起的地形、气候和土壤空间差异造就了其独特的植被类型及其空间变化,当前研究缺乏针对青藏高原全域范围内各植被类型特征和环境差异的定量与系统性分析.针对青藏高原特殊的地理环境和植被类型,选用植被、地形、土壤、气候 4 个维度共计 58 个空间化指标,采用频数分布统计方法对这些指标开展了定量分析,系统揭示了青藏高原全域范围内各主要植被类型的特征及环境差异.通过定量分析发现,大部分的环境及植被特征指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高,其中,遥感归一化植被指数、植被净初级生产力、裸地覆盖度、海拔、土壤温度、年最低温度、年总蒸散发 7 个指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高.揭示的青藏高原各主要植被类型的特征及环境差异,可提高灌丛和草地之间、各草地类型之间、高山苔原-垫状-稀疏植被与其他植被类型之间的可区分性,有助于解决青藏高原植被精细分类中广泛存在的灌丛和草地区分、草地类型细分、高山苔原-垫状-稀疏植被识别和山地垂直地带植被识别四个难点问题.研究结果一方面可服务于青藏高原的植被精细分类,另一方面也可服务于青藏高原的自然地带划分、生物多样性和生态系统功能评估、地表物质循环研究等.

山东省黄河三角洲离海向陆25 km左右的区域内分布着不同类型的类圆形植被斑块,其演替速度快、生物多样性高,是研究黄河三角洲水盐交互作用和植被演替的理想对象,揭示其形成过程和机制对于黄河三角洲盐碱滩地植被恢复有着重要的实践意义.基于类圆形植被斑块的盐地碱蓬(Suaeda salsa)、柽柳(Tamarix chinensis)、芦苇(Phragmites australis)生长发育的水盐阈值和生活习性,以及黄河三角洲缓平低地盐生植物群落的分布规律,对类圆形植被斑块形成过程和机制进行了解析.结果表明:缓平低地的积水地形导致的局部水盐再分配是类圆形植被斑块形成的基础.盐地碱蓬分布在类圆形植被斑块的最外缘,为局部高盐分(1.0％～2.1％)、湿润地带;向斑块中心,分布着矮小的芦苇,为局部中高盐分(0.12％～0.79％)、低水深地带;再向斑块中心,柽柳散落分布在积水线附近,为局部低水深、中等盐分(0.16％～0.70％)地带;斑块中心区分布着芦苇和白茅,为局部高水深、低盐分(0.1％～0.32％)区域.春季和冬季,灰白色的高含盐量盐斑出现在盐地碱蓬外侧,为局部高盐分(1.6％～3.4％)、干燥地带,由蒸发引起的盐分迁移积累所致.由此,形成面积相对稳定的圈层结构的类圆形植被斑块.依据该规律,可构建微地貌营造结合水盐控制的生态修复模式,促进植被的正向演替,为黄河三角洲盐碱滩地植被恢复提供一种基于自然的解决方案.

阿尔泰山是个完整的自然地域综合体,自然地理要素垂直地带性分异显著,对花粉搬运、沉积、保存有较大影响.根据对中国阿尔泰山西部53个表土样品花粉谱特征分析,基于植物群落样方物种调查结果,运用聚类分析和主成分分析方法,探讨了该区域表土花粉与现代植被分布的对应关系.研究表明(1)阿尔泰山西部表土花粉组合与现代植被分布基本一致,各植被带均存在特有的花粉组合,荒漠草原带蒿属—藜科—禾本科—麻黄属组合优势明显,草原灌丛带以禾本科—蒿属—蔷薇科—藜科组合为主,山地森林带表现为云杉属(或云杉属+冷杉属)—桦木属—蔷薇科—禾本科—莎草科组合,亚高山灌丛带以桦木属—禾本科—柳属—莎草科组合为主,高山草甸带表现为唇形科—禾本科—桦木属—蔷薇科—莎草科组合.聚类分析可将各植被带准确鉴别开,主成分分析表明湿度是影响其分布的主导因素.(2)云杉属、冷杉属、蔷薇科、桦木属、柳属、豆科、麻黄属、禾本科、蒿属、藜科、菊科、唇形科、莎草科、唐松草属含量高、变化幅度大,为该区域主要的表土花粉类型.其中,云杉属、桦木属代表性较好,禾本科、冷杉属、莎草科代表性较低,藜科、蒿属具超代表性.花粉含量高低除自身因素外,某些科(属)还可能与保存条件有关.

植物多样性迁地保护评价对于植物园制定更加科学的迁地保护策略和未来发展计划至关重要.本文基于数据调查和文献资料整理,研究了广东省植物园的地理空间分布及其植物多样性迁地保护现状和存在问题,旨在为制定华南国家植物园保护策略、广东省植物园体系布局乃至我国国家植物园建设提供参考依据.结果表明:(1)广东省植物园仅分布于南亚热带常绿阔叶林地带和北热带半常绿季雨林地带,与自然植被分布存在偏差;(2)广东省植物园至少迁地保育了 15,026种高等植物,隶属329科3,030属,其中我国本土野生维管植物9,068种,占我国己知本土野生维管植物物种的23％;(3)系统发育分析表明,广东省植物园活植物收集对广东本土野生维管植物多样性具较高的覆盖率,分别占广东本土野生维管植物科的95％、属的80％、物种的58％;(4)受威胁和重点保护物种分析表明,广东省植物园保育了64％的广东本土受威胁维管植物、83％的广东省分布的国家重点保护野生维管植物;(5)资源植物分析表明,广东省植物园保育了72％的广东本土野生资源维管植物,涵盖目前通用的所有用途类别,各类资源保育率均超过69％.上述结果表明,广东省植物园为植物多样性迁地保护发挥了重要作用.建议广东省植物园体系未来建设中,(1)完善区域迁地保护网络体系建设;(2)构建国家活植物收集综合保藏体系;(3)建立关键物种"苗圃栽培-人工群落-异地种植"实验体系,实施整合保护研究计划,促进植物多样性保护、科学研究和可持续利用.

封面图片由黑龙江省科学院自然与生态研究所黄庆阳研究员于2020-2021年拍摄于黑龙江省五大连池国家级自然保护区(126°00′-126°25′ N,48°30′-48°51′ E).该区位于黑龙江省西北部,地处小兴安岭山地向松嫩平原的过渡地带,海拔248～602 m,冬季严寒漫长,夏季凉爽短促,属温带大陆性季风气候.五大连池至今历经了7次火山喷发,时间跨200万年～300年,形成了14座火山.火山喷发后的植被更新演替和生物地球化学循环都发生了改变,形成了特殊地质、地貌、土壤和水文的火山森林生态系统,拥有地衣苔藓群落、草本群落、灌木群落、森林群落,完整地保存了正在进行的代表性的火山生态系统演替过程,是研究火山生态系统生物多样性、植被演替、养分循环等诸多科学问题难得的科研基地.

充分认识并掌握我国自然遗产地山地植被垂直带谱代表性, 对正确评估自然遗产地的价值进而制定相关保护管理政策具有重要的科学意义和现实意义.该研究基于群落调查数据、全球1 km2土地利用数据, 通过对比分析、空间分析等方法, 从植被垂直带谱的地带性、完整性及不同垂直带群落物种更替等角度, 分析论证了神农架自然遗产地植被垂直带谱的代表性.结果显示: 神农架自然遗产地从低海拔到高海拔依次发育有常绿阔叶林带(遗产地南坡)、常绿落叶阔叶混交林带、落叶阔叶林带、针阔混交林带、针叶林带及亚高山灌丛和草甸带, 其北坡保存的地带性常绿落叶阔叶混交林是北半球常绿落叶阔叶混交林生态系统的最典型代表.神农架自然遗产地拥有的植被垂直带谱是"全球生物地理区划"中东方落叶林生物地理省最完整的植被垂直带谱, 在东方落叶林生物地理省具有唯一性和代表性, 在较小的水平距离范围内浓缩了中亚热带、北亚热带、暖温带、温带和寒温带等生态系统特征, 成为研究全球气候变化下山地生态系统垂直分异规律及其生态学过程的杰出范例, 具有突出的世界自然遗产价值.

近年来,随着距今8 000-7 000年跨湖桥文化和万年之久的上山文化的相继发现,浙江钱塘江流域新石器考古取得了突破性成果,环境考古工作也随之取得了重要进展.我们通过该区域诸暨楼家桥遗址文化层的AMS14C年代测定和孢粉详细分析,重建了遗址区距今约6 500年以来的植被环境及人类活动的过程,特别是对文化层中间的间歇层成因进行了重点剖析.结果表明在楼家桥河姆渡文化早期阶段,研究区孢粉组合以青冈属(Cyclobalanopsis)、栎属(Quercus)为主,指示了遗址点附近分布有常绿落叶阔叶混交林,反映当时气候温暖湿润,适宜人类渔猎和采集的定居生活,同时水稻农业已具一定规模.此时受人类干扰作用较小,地带性植被并未发生改变.随后距今约6 100年文化层中断,形成了自然沉积的间歇层,其孢粉组合面貌显得十分“异常”,主要表现为松属(Pinus)骤增;少量的云杉属(Picea)、冷杉属(Abies)和铁杉属(Tsuga)组成的亚高山针叶植物首次出现;与海相相关的刺甲藻属(Spiniferites)、舌形藻属(Lingulodinium)首次集中出现;同时,淡水盘星藻属(Pediastrum)持续产出.结合钱塘江区域全新世环境演变特点,推断当时杭州湾已经形成,其强烈的海潮上涌顶托造成河水阻塞,受海水及河水淹没的共同作用,从而导致文化层突然中断,不利的环境迫使古人类放弃遗址居住点.此后,随着水灾等环境改善,河姆渡文化晚期先民重返楼家桥.此时,孢粉组合发生了显著改变,以栎属为优势的次生阔叶林形成,说明随着人类稻作农业活动强度的增大,森林植被受到了较强的干扰.

以国家Ⅱ级保护极小种群野生植物——对开蕨(Phyllitis scolopendrium)为研究对象,分析了在海拔729、1008m群落内,其种群大小、分布频度和密度,个体形态特征指标及其在种群内、种群间差异,苗高分布规律、相对苗高组替代年龄级结构,分布格局和群落各层次的物种多样性,群落的相似性.结果表明:对开蕨在自然分布区内为偶见种,呈斑块状分布.在400m2内,海拔1008m处(01群落)种群密度为31株,样地分布频度为43.75％,最大密度15株/25m2;海拔729m处(02群落)种群密度为91株,样地分布频度为93.75％,最大密度30株/25m2.通过对其自然苗高,叶片数量,有孢子囊叶片数量,最大叶片长、宽值,最小叶片长、宽值,冠径,叶片厚度7个形态指标的分析显示,种群内变异较大,随着植株高度(年龄)的增加,其变异系数均随之减小而趋于稳定;种群间在自然苗高,最大叶片长度和宽度,成熟孢子叶片数量,冠径,叶片厚度上达到极显著差异(P＜0.01).其苗高分布呈现双峰型,01种群波谷出现在15.1-20.0cm处;02种群波谷出现在10.1-15.0cm处,两群落均显示有一次较大的更新过程,同时01种群在40.1-45.0cm出现间断.年龄级分析得出,01种群划分为5个龄级,近于正态分布;02种群划分为4个龄级,为倒J型分布;两种群分别处于中龄期和幼龄期,没有出现衰退型年龄结构.格局分析得出,对开蕨种群均为聚集分布.两群落的乔木、灌木、草本层的Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数、Marglef丰富度指数、生态优势度和种间相遇机率较低(与地带顶级植被相比)而且分布不均;对开蕨在两群落的草本层中重要值较低,仅为伴生种.两群落相似性分析显示,乔木、灌木、草本层的相似度指数分别为66.67％、69.23％和38.46％,草本层差异较大.