探讨高寒泥炭沼泽植物的空间分布格局及其对环境响应,对于认识高寒泥炭沼泽的物质循环机制具有重要意义.在青藏高原东缘的狼渡滩泥炭沼泽湿地,设置常年积水区(Ⅰ)、季节性积水区(Ⅱ)、阶段性积水区(Ⅲ)3个水位样地,采用小尺度点格局分析方法,分析了不同水位下菵草和藏嵩草种群的空间分布格局及种间关联关系.结果表明:(1)随着地表积水深度的下降,湿地群落优势种由菵草演变为藏嵩草,土壤有机碳含量逐渐减少,而土壤全氮和土壤全磷呈现增加趋势;(2)从常年积水区到阶段性积水区,菵草种群空间格局由聚集分布转变为随机分布;藏嵩草种群空间格局由随机分布转变为聚集分布;(3)在常年积水区和阶段性积水区菵草和藏嵩草的空间关联性表现为负相关和不相关,在季节性积水区表现为负相关.高寒泥炭沼泽淹水条件、微地貌、土壤养分空间异质性影响了种群的空间分布格局和种间关联性,反映了高寒泥炭沼泽植物的生态适应性策略.

高寒湿地放牧干扰强烈,是其生态系统退化的主因.湿地植被生物量空间格局不仅能够反映自然因素的作用,也能够体现地域放牧等人类活动的主要特征,因此常作为表征放牧干扰格局的主要度量方法.但尺度效应导致的植被生物量影响要素在不同空间尺度下存在较大差异,尤其是针对面积为几十至几百km2范围的小尺度高寒湿地而言,自然因素和放牧等人为干扰对其植被地上生物量的共同作用特征仍不明确,缺乏针对该类型湿地的合理评估模式.以滇西北国际重要湿地纳帕海为例,在排除其它人为干扰的条件下,通过植被地上生物量的空间异质性特征来表征其放牧干扰格局,并以该案例为基础提出一种小尺度高寒湿地放牧干扰格局评估模式.研究尝试基于详细地面植被调查,获得潜在植被地上生物量,利用调查同时期高分定量遥感方法(法国PLEIADES卫星数据结合实测植被地上生物量建模)获得实际植被地上生物量,并使用潜在与实际植被地上生物量之差的空间异质性特征表示纳帕海湿地放牧干扰格局.该评估模式可以有效减少对于小尺度湿地放牧干扰数据的依赖,同时减少牛羊马等大牲畜散养带来的空间分布随机性.研究结果显示纳帕海湿地放牧干扰对湿地植被地上生物量的影响严重,影响比例约为93.5％.研究发现水文等自然因素和放牧等人为干扰分别决定纳帕海湿地植被地上生物量的上限和下限,并基于此提出四方面干扰调控策略.

环境因子与植被分布的关系是生态学研究的重要内容,对揭示植物种群的形成机制和生态适应策略、预测植被的空间分布具有重要意义.为探究小尺度下干旱区湿地生境中环境因子对柽柳(Tamarix gansuensisH.Z.Zhang)空间分布的影响,在秦王川国家湿地保育区,基于遥感影像和数字高程模型,运用Maxent模型分析了海拔、坡度、坡向、坡位、离河流距离、土壤含水量、土壤含盐量等7个环境变量对柽柳空间分布的影响.结果表明:柽柳在秦王川国家湿地保育区内呈聚集分布,多分布在土壤含水量15％-30％、土壤导电率≤5 ms/cm、离河流18-70 m、海拔1890-1913 m、沟间地或沟坡地上;其空间分布主要受土壤含水量、含盐量和离河流距离3个环境变量的影响;海拔、坡度和离河流距离3个环境变量与土壤含水量、含盐量负相关(P＜0.05),坡位变量则与之相反.土壤水、盐含量等土壤因子是影响湿地植被分布格局形成的主要环境因子,水文因子和地形因子通过控制湿地土壤水、盐含量,改变局部环境条件,间接影响湿地植被的分布.

植物种群的多尺度集聚与聚块特征变化是植物对环境协同适应的结果.运用成对相关函数与零模型方法,依据微地形的土壤盐分分布规律设置4个样地,在2 m×2 m的样方内设置400个小格子记录植物株数并取土样,分析了兰州秦王川盐沼湿地土壤盐分梯度下角果碱蓬种群(Suaeda corniculata)种群空间格局的集聚分布内在特征.结果表明:角果碱蓬种群集聚分布范围内呈现2个关键尺度的集聚现象,小尺寸聚块的集聚或叠加形成复合大尺度聚集,整体表现为嵌套双聚块分布;随着土壤盐分递减,种群集群分布中大聚块尺寸趋于增大,小聚块尺寸差异不明显;大尺寸聚块的数量明显减少,小聚块数量随种群植株数量变化,整个梯度呈现降低趋势;小聚块中植株个体平均数逐渐减少,复合大聚块中包含小尺度聚块平均数量呈降低趋势.内陆盐沼湿地土壤环境异质性背景下角果碱蓬种群集群分布中聚块特征的梯度变化,是植株个体形态与构成的调整适应,种群正负向生态关系、庇护与自疏效应梯度转换的结果.

土壤水分含量是植被格局形成和演变的主要因素.探讨干旱区盐沼湿地土壤水分含量的空间异质性,有助于揭示湿地植物的环境适应机理和土壤水分与湿地植物的相互关系.本研究利用地统计学方法建立了嘉峪关草湖湿地3个不同长势(植被盖度高、中、低)假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmites)单优种群斑块土壤(0～90 cm)水分含量与植被盖度的变异函数理论模型,以Kriging插值法绘制了土壤水分含量与植被盖度的空间格局分布图,采用MoranⅠ系数确定了湿地土壤水分含量和植被盖度的空间自相关关系,分析了湿地土壤水分含量与植被盖度的空间异质性及其相互作用关系.结果表明:草湖湿地样地土壤的平均含水量为湖边＞干湖＞沙丘间平地;盐分平均含量为干湖＞湖边＞沙丘间平地;在斑块尺度上,土壤水分含量和植被盖度均符合正态分布;各层土壤水分含量和假苇拂子茅盖度的空间结构均具有明显的斑块状分布特点,且均存在高度的空间异质性;3个样地各层土壤的水分含量和植被盖度均具有空间正相关性和空间集聚特征,60～90 cm土壤水分含量的空间集聚强度较0～30和30～60 cm土层更大,湖边样地植被盖度空间集聚特征更明显.假苇拂子茅最大限度利用土壤水分资源,提高了其对干旱生境的适应力,且在一定程度上影响小尺度土壤水分的空间分布格局.

外源性氮(N)输入对滨海湿地生态系统的影响并非是单一、独立的,而是与其他环境因子共同对生态系统产生作用.以往研究多集中于单一N输入对滨海湿地生态系统要素的影响,缺乏对多因子交互作用的理解,在N输入与其他营养因子交互作用对滨海湿地生态系统的影响及其机制等方面的研究尚不系统深入.本文以外源N输入与盐、碳(C)、磷(P)、硫(S)的交互作用为主线,综述了各类交互作用对滨海湿地生态系统要素的影响,指出了单一营养因子与多因子交互作用对滨海湿地生态系统影响的异质性,归纳出显著促进、显著抑制和无显著交互作用3大类10小类交互类型,并从时间、空间、方法与内容维度上,提出了未来需重点关注的4个方面:1)开展控制试验的长期定位观测;2)探索小尺度控制试验与大尺度应用的转换方式;3)综合考虑滨海湿地营养元素饱和阈值与预测输入最大值,科学设定外源营养元素添加上限;4)构建多环境因子交互作用与植物-微生物-土壤系统的耦合模型.

柽柳(Tamarix chinensis)是暖温带滨海盐碱湿地的先锋灌木物种,在滨海湿地植物群落演替和防止沿海地区海水入侵中发挥着重要的作用.研究柽柳种群的空间分布格局和不同径级柽柳个体之间的空间关联性,揭示种群发展规律,可以为盐碱地柽柳种群的保护提供指导,并为滨海湿地生态系统的演替和生态管理提供依据.该研究在昌邑国家海洋生态特别保护区核心区内沿平行海岸线方向设置两条间隔800m左右的样带,每条样带上设置3个50m× 50m的样地,共设置6块样地进行每木调查,绘制柽柳种群空间位置分布图,并将调查的柽柳按照其基径大小分为≤4 cm、4-8 cm、＞8 cm 3个不同径级.利用Programita软件对柽柳种群的分布格局以及不同径级间的空间关联性进行分析.结果 显示:(1)6块样地共调查柽柳个体374株;(2)不同样地间柽柳植株密度差别较大,说明柽柳在区域尺度上的分布并不均匀;(3)柽柳种群在小尺度(小于5 m)上表现为聚集分布,在大尺度(大于15 m)上表现为随机分布,总体表现为随空间尺度的增大柽柳种群呈现由聚集分布过渡到随机分布的趋势;(4)3个径级两两之间在小尺度上表现为正关联,在大尺度上表现为无关联,但在15 m尺度上径级II与径级III因为竞争而呈空间负相关关系.

植物种群的空间分布格局是研究连接植物与外界环境关系的重要桥梁,是植物种群稳定性和生活史策略的表现形式.本研究以敦煌阳关盐沼湿地克隆植物芦苇(Phragmites australis)为对象,设置湿生区、轻度盐化区、重度盐化区和荒漠区采样梯度,应用Ripley K(d)函数分析法研究了芦苇种群的小尺度空间分布格局特征及生态适应对策.结果 表明:(1)随着从湿生到荒漠区环境梯度的变化,芦苇种群的盖度、密度、高度、地上生物量及种群领地面积都呈现出显著下降的趋势,空斑面积呈现出显著增加的趋势,而种群领地密度则呈现出先增加后下降的趋势;(2)从湿生到荒漠生境,芦苇种群的小尺度空间拓展策略主要表现为由聚集分布为主、非聚集分布(随机分布或均匀分布)为辅,转变为随机分布为主、非随机分布(聚集分布或均匀分布)为辅的特征.研究结果明晰了干旱区内陆河湿地中芦苇种群的空间分布格局特点及其影响因素,为进一步理解克隆植物的生态适应机制提供了案例研究,为科学保护和管理干旱区内陆河湿地生态系统提供了理论依据.

水文连通是影响滨海湿地生态和水文过程的基础要素之一.引入无标度网络模型改进已有横向静态水文连通参数化方法,将其应用于较大尺度(100 hm2)量化黄河三角洲滨海湿地的水文连通,并结合已有研究结果分析3个尺度(1 m2,100 m2和100 hm2)水文连通的空间变异性.研究结果显示,潮间区和生态补水区的水文连通较强,3个尺度的空间变异性主要来自于水文连通指数较高的样点;盐沼区和河滨区相对较弱,空间变异性主要来自于水文连通指数较小的样点,且大尺度水文连通空间变异性相对中尺度和小尺度更高.小尺度和中尺度方法描述了一个样地与周边较小范围的空间区域土壤水分连通状况,在大的潮汐或补水条件下不同区域各个样地倾向于保持一致;而大尺度方法则侧重于描述区域内的水文过程,这是导致尺度差异的根本原因.

湿地对大气颗粒物的沉降和运移有一定的影响.目前,相关研究多集中在小尺度定量湿地下垫面的颗粒物沉降速度与沉降量以及湿地植物对颗粒物的吸附或阻滞作用.但由于方法的缺失,研究无法在大尺度上定量解释有关湿地对颗粒物的产生、转移、转化和传递过程,这也导致研究结果对政策制定和城市空间规划缺少指导作用.因此,本研究引入了生态系统服务流模型的理论框架,结合颗粒物干沉降与HYSPLIT模型,量化北京市湿地削减PM2.5服务的物理流量、流动路径以及受益地区.研究结果表明:(1)北京市湿地2015年PM2.5沉降总量为4240 t,单位面积的平均沉降量为8.27×10-3 kg/m2;2018年为2610 t,单位面积的平均沉降量为4.46×10-3 kg/m2;(2)2015年和2018年北京市湿地削减PM2.5生态系统服务物理流量最高值均出现在冬季,最低值出现在夏季,总体呈现出冬季＞春季＞秋季＞夏季的趋势;(3)2015年和2018年向华北地区迁移的气流轨迹占当季气流轨迹总数的比例最大,京津冀地区与山东省为主要受益区.研究结果既为科学管理湿地资源和实现区域可持续发展提供客观准确的依据,也可为开展湿地生态系统服务流的相关研究奠定一定的基础.