柴达木盆地地处青藏高原东北部,为高原型巨大封闭盆地,植被以荒漠为主,兼具沼泽湿地、盐生草甸和山地草原等.为更精细地展示柴达木盆地地区植被的物种组成、群落特征及其分布格局,该研究利用2022年夏季第二次青藏高原综合科学考察及2014年青藏高原资料匮乏区综合科学考察的野外数据,共157个样地,458个样方,整合为柴达木盆地植物群落样方数据集.通过数据的整理与汇编,共得到185条物种信息,其中物种数最多的科依次为菊科(39种)、禾本科(33种)、豆科(17种)、苋科(16种)及十字花科(10种),包含物种数最多的属依次为针茅属(Stipa)、蒿属(Artemisia)、黄耆属(Astragalus)、棘豆属(Oxytropis)和风毛菊属(Saussurea)等.植物生活型组成以草本居多,占78.37％;区系地理成分以亚洲中部种占优势,占41.62％.基于群落学-生态学分类原则,157个样地可以归为4个植被型组,7个植被型,11个植被亚型,40个群系.该数据集可为深入研究柴达木盆地植被特征、《中国植被志》编研、青藏高原及全国植被图绘制提供最原始的基础数据.

准确评价草地地上生物量(Above-ground biomass,AGB)对草地资源的可持续利用和保护具有重要意义.以甘南为典型研究区,利用 2019-2021 年Sentinel-2地表反射率和野外实测地上生物量数据,借助GEE(Google Earth Engine)平台和数理统计方法评价了 9 种植被指数对高寒草地AGB的估算精度,构建了高寒草地地上生物量反演模型,在此基础上分析了 2019-2021年甘南州草地产量的时空动态变化.结果表明:在所有植被指数中,归一化物候指数(Normalized difference phenology index,NDPI)与草地AGB的R2值最高(0.72),其次为归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)(R2=0.68),拟合效果最差的为增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)(R2 =0.37)和差值植被指数(different vegetation index,DVI)(R2= 0.40),NDPI对高寒草地AGB更为敏感;在NDPI构建的 4 类估算模型中,乘幂模型的预测精度最高,基于NDPI的回归模型明显提高了高寒草地AGB预测精度;2019-2021 年甘南高寒草地地上生物量空间分布差异明显,表现为西南部较高,东部和北部较低;对不同草地类型而言,山地草甸AGB多年平均值略高于高寒草甸和沼泽;过去 3 年间,高寒草甸和山地草甸地上生物量呈先增加后减小的趋势,沼泽草地则呈持续降低的趋势.基于本研究的结果,NDPI能够反映大范围的高寒草地生物量的时空变化特征.

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.

随着极端气候事件频率和强度的增加,植被物候正在发生深刻的变化.然而,植被枯黄期(EGS)对极端气候的响应机制目前尚未厘清,特别是对于干旱半干旱地区的草地而言.因此,聚焦我国温带草地,基于1982—2015年全球监测与模型研究工作组归一化植被指数(GIMMS NDVI3g)长时间序列数据提取草地物候参数,并分析其时空变化规律;运用随机森林模型等方法探究温带草地EGS对极端气候变化的响应特征.结果表明:(1)全区多年平均EGS主要发生于270—290儒略日(DOY),59.8％的区域呈延迟趋势,其中显著延迟(P<0.05)的区域分布在新疆天山、阿尔泰山一带和准噶尔盆地西部、黄土高原北部、呼伦贝尔高原的西部和东北小兴安岭.(2)EGS与极端气温暖极值(日最低气温的最大值、日最高气温的最大值、暖夜日数、暖昼日数)之间均以广泛的正相关关系为主;相比之下,极端降水事件与EGS之间的关系相对比较复杂,这与各草地类型自身的生理策略和所处环境密切相关.(3)整体而言,持续干旱日数、气温日较差和暖夜日数对全域草地EGS动态变化具有极大的重要性.就不同草地类型而言,温带草甸草原主要受到气温日较差的影响,温带山地草甸和温带沼泽化草甸EGS变化主要受日最高气温的最大值的影响,日最低气温的最大值和暖夜日数分别对温带草丛和温带荒漠草原的影响最大;持续湿润日数和持续干旱日数则分别对生长在水分限制地区的温带盐生草甸和温带典型草原的EGS产生强烈作用.

选取9个环境因子,采用MaxEnt优化参数模型评价三江源地区藏野驴Equus kiang、藏原羚Procapra picti-caudata适宜栖息地,并对其1990-2020年的变化特征进行分析.结果表明:藏野驴和藏原羚的适宜栖息地分别分布于海拔3 440～4 970 m 和 3 650～4 840 m、年降水量225～660 mm 和 220～625 mm、年均气温-7～0.5 ℃和-6～-0.6 ℃、坡度＜15°的平缓山地和山谷中有禾草、薹草高寒草原,以及嵩草、杂类草高寒草甸的区域,藏野驴占据地势较低、植被覆盖较高、草况较好的区域;栖息地不适宜区面积呈先增加后减少趋势,2005年占比最高,分别为65.58％和55.54％.三江源地区气候暖湿化带来的土地覆盖变化、草地覆盖度提升是藏野驴、藏原羚适宜栖息地变化的主要影响因子,保护区、国家公园的建立和多期生态保护建设工程的实施使藏野驴、藏原羚受人为干扰程度降低、适宜栖息地面积增大.研究对三江源地区典型野生动物栖息地适宜性进行科学评估,为野生动物栖息地保护、生态建设工程实施和国家公园规划管理等决策的制定提供科学依据.

深入探究山地生态系统植物群落多样性与关键土壤因子的关系及土壤因子在植物群落构建与多样性维持中的重要作用是区域生物多样性保护和生态系统服务功能综合提升的基础.本文采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)和相关分析揭示了贺兰山东坡典型植物群落多样性垂直分布格局与土壤因子的关系.结果表明:(1)贺兰山东坡植物群落多样性具有明显的垂直分布格局,针阔叶混交林植物物种组成最为丰富,中域效应明显;不同层次植物多样性随海拔升高变化趋势不一致且各自在不同海拔间差异显著(P＜0.05),植物多样性大体表现为草本层＞灌木层＞乔木层.(2)研究区土壤因子沿海拔梯度变化趋势不同,均存在显著差异(P＜0.05),其中土壤含水量(SM)、有机碳(SOC)和全氮(TN)含量空间变异性较大;高山灌丛草甸土壤养分含量最高,高海拔区土壤P限制高.(3)9个土壤因子解释了研究区总体植物多样性89.68％的生态信息,与植物多样性具有较强的相关性,影响不同层次植物多样性垂直分异的关键土壤因子略有不同.综上,土壤有机碳、pH、碳磷比、含水量是影响贺兰山东坡植物多样性空间分布的主要驱动因子.

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.

长白山是由火山喷发形成的山地生态系统,是研究生态系统重建和演替过程的天然实验室.以长白山西坡垂直带中的亚高山针叶林带、亚高山岳桦林带、高山草甸带、高山苔原带土壤为研究对象,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)和微孔板法分别测定土壤微生物群落结构及酶活性,探讨(1)长白山西坡微生物群落结构及酶活性沿海拔的分布特征;(2)垂直带植被因子、土壤因子对微生物群落结构及酶活性的影响.结果表明:土壤有机碳、全氮、全磷含量均随海拔升高先增加再减少,有机碳和全氮最高值出现在岳桦林带;随海拔升高,土壤微生物总PLFA和各类群微生物PLFA呈现出先增加后减少的变化特征,表现为亚高山岳桦林带＞亚高山针叶林带＞高山草甸带＞高山苔原带;在对土壤微生物总PLFA的贡献率上,表现为细菌＞真菌＞放线菌,G-＞ G+;微生物PLFA相关性方面,细菌、放线菌、G+、G-之间的关联性较大,真菌与这四者之间的关联性较小;土壤全氮含量与各微生物类群均表现为显著正相关,而C/N则与各微生物类群均表现为负相关,二者是调控土壤微生物沿海拔变化的主要因子;土壤水解酶3G和AP活性随海拔升高而逐渐增加,其中AP活性对高山苔原带生态系统表现出很好的响应;土壤含水量、C/N和土壤温度是调控土壤酶活性垂直变化的主要因子;高山苔原带草甸化过程对土壤含水量、全磷含量、水解酶AP活性产生重要影响,而对土壤微生物PLFA含量和其他酶活性影响不大.长白山垂直带土壤微生物群落结构和酶活性除了受到土壤环境因子和水热条件的影响,还与植被群落组成及凋落物性质具有紧密联系.

山地是高寒草甸的主要分布区,地形变化引起了土壤温湿度和物种的差异性分布,进而影响到草地生态系统生产功能.为明晰高寒草甸山地环境因子(土壤温湿度)和物种多样性(丰富度、多度、均匀度、优势度)与初级生产力的关系,本研究以青藏高原东北缘马牙雪山支脉的高寒草甸山体为研究对象,选择阶地、阴坡、山脊和阳坡与3个海拔梯度段,调查了189个样方的植物群落组成和土壤温湿度.采用线性回归法分析土壤温湿度和物种多样性与初级生产力之间的关系.结果表明:(1)以山地高寒草甸整体为研究单元,初级生产力只随物种多度的增加而显著增加(R2=0.07 P=0.01).(2)坡向影响初级生产力的因素不同,阴坡初级生产力与物种丰富度正线性相关;山脊初级生产力与土壤湿度正线性相关,也随物种丰富度增加而显著增加;阳坡初级生产力与物种多度正线性相关;阶地初级生产力随均匀度增加而显著增加,随优势度增加而显著降低.(3)只有低海拔区(2860-2910 m)初级生产力随物种多度和丰富度的增加而显著增加.综上所述,山地高寒草甸土壤温湿度和物种多样性与初级生产力关系受坡向比海拔的影响更大,且物种多样性对初级生产力的影响大于土壤温湿度.建议山地高寒草甸生态系统生产和生态管理过程中要重点考虑坡向对植物多样性和初级生产力的影响.

土壤渗透能力是影响土壤侵蚀的重要因素之一,是反映土壤水源涵养及调节功能的重要指标,目前对于亚热带山地草甸土壤渗透性方面研究较少.江西武功山草甸是亚热带山地草甸的典型代表,以面积广和分布基准海拔低的特点,在华东植被垂直带谱中具有典型性和特殊性,但是人为干扰和过度旅游开发使武功山脆弱的山地草甸出现严重退化和破碎化态势.以武功山不同海拔及旅游干扰程度山地草甸土壤为研究对象,分别测定0-20 cm和20-40 cm土层土壤的初渗率、稳渗率、平均入渗率、前60分钟渗透总量、温度、湿度、容重、最大持水量、最小持水量、毛管持水量、pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾等理化指标,分析不同海拔及干扰程度草甸土壤渗透性特征,探讨影响土壤渗透性的相关因子,为亚热带地区退化草甸的修复及可持续经营提供参考.结果表明:(1) 1600-1800 m范围,随着海拔升高,土壤渗透性呈降低趋势,在1900 m范围土壤渗透性又有所提高,各海拔土壤渗透性排序为1600 m＞1700 m＞1900 m＞1800m.(2)随着干扰程度增强,草甸土壤渗透性呈降低趋势,各干扰程度的土壤渗透性排序为无干扰＞轻度干扰＞中度干扰＞重度干扰.(3)所有草甸分布区0-20 cm土层的土壤渗透性均高于20-40cm土层,初渗率＞平均入渗率＞稳渗率.(4)通用经验模型更适合武功山草甸土壤水分入渗过程,Horton模型次之,Philip模型和Kostiakov模型拟合效果都比较差.(5)土壤渗透性与土壤湿度、毛管持水量呈显著正相关(P＜0.05),与容重呈显著负相关(P＜0.05),初渗率及平均入渗率与速效氮含量显著正相关(P＜0.05),稳渗率、平均入渗率、渗透总量与速效钾含量呈显著正相关(P＜0.05).