耕地土壤有机碳(SOC)在稳定生态环境和粮食安全等方面发挥重要作用,探明其空间分异规律及其影响因素对于生态文明建设和区域农业发展具有重要意义.本研究以西藏"一江两河"地区耕地土壤为对象,基于150个采样点,采用冗余分析和结构方程模型,研究了区域耕地SOC的空间分异特征及其影响因素.结果表明:"一江两河"地区耕地SOC表现为西部地区低、东部高,雅江干流河谷低、南北支流源头高,研究区SOC整体较匮乏;土壤粉粒是区域SOC空间分异的主导因子,解释了SOC变异的14.0％;年均蒸发量比年均气温和年均降水更能解释区域SOC的空间分异;区域SOC含量主要表现出垂直地带性和经向地带性,海拔主要通过影响气温和蒸发量,经度主要通过影响降水和土壤pH间接影响区域耕地SOC含量;空间位置通过影响气候、植被和土壤特性间接影响SOC含量.本研究为SOC空间预测和区域农业发展提供了科学依据.

玉龙雪山及周边地区是典型的季风海洋性冰川区,是研究冰川变化、地-气能量交换、植被群落演替以及生态系统碳水耦合的最重要的区域.水分利用效率(water use efficiency,WUE)是联系生态系统水-碳循环及其与气候因子之间响应关系的重要参数.本研究利用MODIS卫星遥感总初级生产力(gross primary productivity,GPP)、蒸散发(evapotranspiration,ET)产品和 自适应帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer drought severity index,scPDSI)分析了2000-2020年玉龙雪山及周边地区植被WUE空间变化特征,研究了该区GPP、ET、WUE与scPDSI的相关性,探讨了该区不同地貌植被对水分利用及胁迫的适应策略.结果表明:2000-2020 年,研究区植被 WUE 平均值为 2.44 g C·m-2·mm-1,GPP 平均值为 1365.0 g C·m-2,ET 平均值为559.6 mm;WUE平均值最高区域分布在大起伏中山,为2.88 g C·m-2·mm-1;最低区域为大起伏极高山,为1.23 g C·m-2·mm-1.玉龙雪山地势起伏大,植被空间分布具有显著垂直地带性特征,植被WUE在3500 m以下区域随海拔上升而增加,3500 m以上则随海拔上升而减少.2000-2020年,研究区逐月WUE呈现增加—减少—增加趋势,不同地貌类型造就了植被WUE变化速率具有显著的差异性特征.玉龙雪山以及周边大起伏高山的植被WUE呈增长趋势,而中海拔平原呈减少趋势.研究区内植被WUE对干旱胁迫响应具有明显的季节性特征,WUE与scPDSI的多年逐月相关性呈现负相关—正相关—负相关—正相关的变化趋势.7月玉龙雪山WUE与scPDSI呈显著正相关,而5月则表现为显著负相关;玉龙雪山周边地区植被WUE与scPDSI在12月—次年6月呈负相关,在7-8月呈正相关.

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.

土壤酶是土壤生态系统中具有催化功能的一类蛋白质,由植物根系分泌物、微生物和动植物残体释放到土壤中,参与了土壤中所有的生物化学过程,其活性的大小可以灵敏地反应土壤中生化反应的方向和强度.青藏高原因海拔高和气候寒冷,被认为是气候变化的敏感区和脆弱区.全球气候变化使土壤酶活性受到强烈的影响,这些影响可能使土壤的质量发生改变,进而对青藏高原高寒草地植被生产力产生一定影响.土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用,其格局、功能和转换过程已被广泛的研究,但高寒草地生态系统土壤酶活性的海拔地带性特征还需深入探讨.因此,以青藏高原高寒草地为研究对象,将土壤酶活性海拔梯度研究从站点尺度拓展到样带尺度,分析了与土壤碳循环密切相关的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、与土壤氮循环密切相关的土壤N-乙酰-β氨基葡萄糖苷酶(NAG)、土壤亮氨酸肌肽酶(LAP)以及与土壤磷循环密切相关的土壤碱性磷酸酶(ALP)的海拔地带性,进一步明晰其主要驱动因子.结果表明:(1)ALP和βG活性在海拔梯度上,展现出显著分异,在约为3546 m和3364 m出现拐点,且低海拔显著高于高海拔(P＜0.01).而NAG和LAP的活性与海拔无显著关系.(2)高低海拔模式下,ALP活性均与年平均降水量显著相关(P＜0.01),而不受年平均温度的影响.高海拔模式下,βG活性受降水的影响;低海拔模式下,气候影响不明显.综合而言,海拔变化引起的温度和降水变化会直接或间接地影响土壤酶活性,其中降水是影响青藏高原高寒草地土壤酶活性的关键因子之一,这种适应性的改变使土壤酶能够在不同的环境条件下适应并发挥其功能,从而影响着土壤生态系统的物质循环和能量转化过程.研究结果可以评估不同海拔地带土壤的养分转化、有机质分解和循环等生态系统功能,为生态系统管理和保护提供科学依据,对理解高寒草地生物地球化学循环过程和机制具有重要意义.

为探究福建琅岐岛台湾相思(Acacia confusa)群落种间关系和群落演替动态,对其灌木层主要物种的生态位和种间联结特征进行了分析.结果表明,重要值和生态位宽度最大的物种为雀梅藤(Sageretia thea),其竞争优势、环境适应能力最强;灌木层主要物种的生态位相似性和生态位重叠较小,表明种间对环境资源的利用和要求存在较大差异,表现为较稳定的种间关系;灌木层主要物种的总体联结性为显著正联结,种对间正负联结比为1.72,检验显著率为7.35%,表明种对间联结程度较弱,独立性相对较强,物种竞争不激烈,群落处于相对后期且稳定的演替阶段;红锥(Castanopsis hystrix)与许多物种间存在垂直方向上对生境要求的互补性,生态位重叠较小,种间呈正联结关系;外来物种马缨丹(Lantana camara)与福建胡颓子(Elaeagnus oldhamii)存在一定的竞争,与灌木层其他主要植物之间的资源竞争不激烈,其对该群落的影响相对较小.琅岐岛台湾相思群落目前已发展为地带性的顶级群落,物种竞争不激烈,种间关系较稳定;而海岛上恶劣的环境和外来物种的扩散会导致植物生境资源短缺,迫使物种聚集在同一生境中共存,使植物对环境的利用程度减弱,因此需要加强控制外来物种数量并改善海岛生态环境,以维持海岛群落稳定发展.

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.

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.

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.

以色季拉山为代表的藏东南高原山地的水土流失已成为区域生态环境的重要问题.对色季拉山不同海拔梯度土壤物理性质进行分析,结果表明:(1)除海拔3600、4200m外,土壤容重随土层深度增加而增大;总孔隙度、毛管孔隙度随土层深度增加而减小;非毛管孔隙度随土层变化无明显规律;饱和含水率、毛管含水率、田间持水率均随土层深度增加而减小.(2)不同海拔梯度,土壤容重总均值、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度变化范围分别为:0.58-1.10g/cm3、57.00％-72.47％、53.33％-67.59％和3.20％-4.87％.饱和含水率、毛管含水率、渗透性具有相同规律,均为3800、3400m处最大,3200m和3600m处最小,4000-4600m居中,田间持水率随海拔梯度变化呈M型波动性趋势.(3)土壤物理性质具有较强的空间异质性,各指标间有明显的空间自相关现象.土壤物理性质各指标在不同土层和海拔间有较明显的差异性,人为干扰也是导致土壤物理性质空间异质性的重要原因.(4)总体上,色季拉山表层土壤(0-10cm)物理结构优于深层次(＞10-30cm)土壤;3200m和3600m处最差,4000-4600m居中,3400-3800m最佳.研究结果提示,以色季拉山为代表的藏东南原始森林地带,土壤结构脆弱,为保持水土,应防止旅游和森林生产经营的过度开发.

生物多样性的空间分布及其相关机制一直是生态学、生物地理学和保护生物学研究的热点问题.山地生态系统生境异质性和生物多样性高,适合研究生物多样性空间分布及其相关机制.喜马拉雅山脉位于青藏高原南缘,是全球生态热点区域.其地形复杂,海拔落差大(100-8,844 m),具有明显的垂直气候带.本研究通过整合野外调查和文献资料,系统地分析了10目23科160属313种喜马拉雅山地区哺乳动物物种多样性的垂直分布格局,发现该区域哺乳动物总体及其子集的物种多样性垂直分布格局都为左偏倚的中峰格局,物种多样性在海拔900-1,400 m之间最高,不同物种子集的物种多样性垂直分布格局的模式有所不同.UPGMA聚类分析表明,喜马拉雅山地区哺乳动物群落沿海拔梯度可以划分为5个聚类簇(海拔100-1,500 m、1,500-2,000 m、2,000-3,000 m、3,000-4,200 m以及4,200-6,000 m的地区),大致与该地区植被的垂直带分布相吻合.喜马拉雅山地区哺乳动物物种多样性在中低海拔最为丰富,可能跟东洋界与古北界生物群扩散后的交汇地带相关.喜马拉雅山区贯通南北的沟谷是生物扩散和迁移的通道,沟谷内水热资源较好,气候稳定性高,为高山生态系统内各种生物创造了栖息条件.综上,喜马拉雅山沟谷地区是生物多样性热点地区,也是生物扩散和交流关键的“生态走廊”,应加强对喜马拉雅山沟谷地区的保护,以维系该区域较高的生物多样性.