森林-草原生态系统交错带是森林和草原两种地带性植物群落之间的交接地带,景观类型多样,环境异质性强,边缘效应明显,对全球气候变化敏感,是生物多样性保护的重要地带.林草交错带特殊的生境导致地上与地下生物多样性及其生态关联比森林、草原、农田等生态系统复杂.本文综合评述了地形、生态系统养分内循环、全球变化以及人类活动干扰等因素对林草交错带植物多样性的影响,分析了土地利用类型、氮沉降和大气CO2浓度升高、植物凋落物、土壤有机质及土层深度等对土壤微生物多样性的影响.今后,应当加强局域尺度控制实验与跨环境梯度调查相结合的研究手段,以揭示林草交错带生物多样性形成的地理格局与生态学机制.具体包括林草交错带复合系统物种多样性对土壤酸化、火灾、凋落物组成、围封和放牧及多因子交互作用的响应规律,以及地上-地下生物多样性的生态关联、退化生境修复与植被恢复等方面的研究,为林草交错带土地利用和生物多样性保护提供科学依据和数据参考.

了解灌丛化对林草交错带内植物和土壤微生物的影响,有助于提升对林草交错带内灌丛化的认识和管理.该研究在北京东灵山自然保护区的林草交错带内选择不同水平(轻度、中度和重度)的灌丛化样地,通过样地法和高通量测序技术调查了灌丛化对植物多样性、土壤微生物多样性、植物个体特征和土壤养分的影响,并进一步揭示了植物多样性、土壤微生物多样性、植物个体特征和土壤养分之间的相关关系,旨在探究灌丛化对植物和土壤微生物的影响及其机制.结果如下:1)灌丛化显著降低了植物的多样性,但乔灌草三者的响应各不相同,其中草本植物多样性下降最显著;2)灌丛化显著提升了土壤真菌多样性;3)灌丛化显著增加了灌木的高度和冠幅,土壤全氮和有机碳含量随灌丛化水平增加而显著升高;4)偏最小二乘法路径模型(PLS-PM)发现灌丛化对植物和土壤微生物造成直接影响,植物个体特征和土壤养分并未对植物和土壤微生物的多样性造成直接影响.冗余分析进一步表明,灌木高度对植物多样性变化的解释贡献最大,影响土壤微生物多样性的主要因子为土壤全氮含量.与土壤细菌相比,土壤真菌的多样性与植物多样性之间更具相关关系.

锛状器是旧石器时代晚期开始出现的一类特殊的打制石器类型,进入新石器时代以后,在北方森林草原交错带延续并有技术改进.十多年来,在裕民文化多个考古遗址的调查和发掘中发现了大量的锛状器,是该文化代表性的石器.本研究通过形态观察与特征测量、加工痕迹与制作技术分析、操作链重建与复制实验等手段,对裕民文化出土的锛状器进行技术观察和实验分析,还原了裕民文化锛状器的生产工艺,并结合文化背景阐释了这类石器工具在裕民文化中的技术适应意义.锛状器可分为以平直刃为特征的单面加工类型和以弧凸刃为特征的两面加工类型,这种类型划分同时具有形态和技术上的意义.结合裕民文化的石器组合来看,锛状器在形态上具有一定规范性,操作链上具有高度灵活性,与其他工具一起反映了裕民文化人群对北方森林-草原交错地带风险环境的弹性技术适应.

为了鉴别草本植物来源及木本植物来源的植硅体类型,本文从植硅体形态和大小两方面着手,对东北地区常见的57种草本植物和72种木本植物的植硅体进行系统分析.从植硅体形态来看,鞍型、帽型和哑铃型等24类植硅体为草本植物的特征类型,木本植物也鉴定出1 7类典型植硅体类型,包括立方体、端尖细长棒型和凹口棒型等.同时,进一步通过引入形态参数区分三类形态相似且含量较多的植硅体类型(不规则扁平状、边缘弯曲扁平状、不规则块状)的植物来源,结果显示,长度＜30 μm不规则扁平状、长度＞50 μm边缘弯曲扁平状(包含蕨类植物)、长度＜30 μm不规则块状主要来源于草本植物;长度＞40 μm不规则扁平状、长度＜50 μm边缘弯曲扁平状及长度＞40μm不规则块状主要形成于木本植物.在利用形态和大小分别区分植硅体植物来源的基础上,本研究还系统总结了东北地区草本类植硅体和木本类植硅体的鉴别标准,并据此识别东北地区表土植硅体的植物来源.该研究能够为本区开展植硅体-古植被重建等研究提供重要的参考.

通过在青藏高原东南缘的岷江源区三处高山林草交错带采集陇蜀杜鹃当年生小枝,测量小枝的茎长、茎粗与茎生物量,沿海拔梯度自然分布的空间变化对比其当年生小枝的茎结构与生物量及其相互关系,接着比较了总叶质量和比叶面积的变化,最后通过典范对应分析(CCA)探究小枝茎叶性状与土壤因子的相关关系,有助于理解陇蜀杜鹃适应异质环境的生态适应对策.结果 表明:(1)除弓杠岭外,斗鸡台与卡卡山土壤因子在海拔间差异显著,相似海拔不同山地间土壤因子也存在显著差异.(2)除卡卡山高海拔比叶面积显著小于低海拔外,其他样地的小枝茎性状(茎长、茎粗、比茎长和茎生物量)和叶性状(总叶质量和比叶面积)在海拔间并无显著差异,相似海拔不同坡体间茎粗、茎生物量以及比茎长差异也未达到显著水平(P＞0.05),但弓杠岭(3963 m)的茎长显著大于卡卡山(3921 m) (P＜0.05).(3)小枝茎长、茎粗与茎生物量之间均为异速生长关系,且茎生物量累积速率大于茎长和茎粗增加的速率,且茎长的增加速率约为茎粗的2.8倍.(4)CCA排序结果表明,11个土壤环境因子中,碳含量、碳氮比、有机碳含量、总磷和容重对植物性状有显著的影响,但在海拔及不同山体间影响小枝茎叶性状的土壤因子不同.由此可知,较小的海拔梯度变化对小枝茎叶性状影响较小,土壤因子是导致小枝茎叶性状差异的重要原因之一.

区域植被恢复改变了土地利用类型,从而有效控制了水土流失,但土地利用与水土流失关系的空间分异尚未明晰.整合了黄土高原坡面径流小区试验观测研究文献59篇和1121条年径流产沙记录,以8大关键带类型作为空间分层依据,采用地理探测器分析了土地利用与年径流产沙关系的空间分异.结果 显示:撂荒地的年均径流量和产沙量最高分别为35.99 mm和4208.82 g/m2,撂荒地、裸地和耕地的产流产沙能力显著高于人工草地、林地、自然草地和灌丛,灌丛和林地的年均产沙量显著低于人工和自然草地(P＜0.05);除了撂荒地的年均产沙量在山地森林关键带最高(16240.40g/m2)外,在丘陵沟壑农林草交错关键带的撂荒地年均径流产沙显著高于丘陵农业-草地关键带,丘陵沟壑农林草交错关键带和丘陵农业-草地关键带裸地、耕地的产流产沙能力较高,人工草地和灌丛年均产沙量显著高于其他关键带类型(P＜0.05);在山地森林关键带的林地年均径流量、径流系数和产沙量最低,分别为1.56 mm、0.41％和307.36g/m2,而自然草地在各关键带类型都有较高的年均产流量和较低的年均产沙量;坡面径流小区的局地特征(如土地利用、面积、坡度、坡长)是影响年径流产沙关键带分异的首要因素,且存在多因子互作、非线性增强的关系.这些结果表明植被恢复能有效地保持水土,但是区域植被恢复时需要选择合适的类型,黄土丘陵沟壑区应首选自然草地、灌丛和林地.研究可为黄土高原区域植被恢复的优化配置提供科学依据.

高山林草交错带(alpine forest-grassland ecotone)作为响应气候变化极为敏感剧烈的地带之一,研究该区域短暂生长季内土壤养分的时空动态变化,有助于理解高山植物生长发育过程中的土壤-植物界面互作过程以及植被分布格局.选取岷江源3处高山林草交错带植物生长季内的土壤样品,分析其养分的动态变化以了解该区域土壤养分对植物生长的供给状况.通过生物地理界线沿海拔从高到低将交错带划分为树种线、树线和密闭森林,并分别于植物生长初期、生长盛期和生长末期在相同样点采集0-20 cm土样.比较分析土壤中总碳、总氮、总磷、有机碳以及水分含量,结果表明土壤养分受生长期阶段和生物地理界线及其交互作用的显著影响.植物从生长初期进入到生长末期,土壤养分含量逐渐减少,其中密闭森林区养分吸收消耗最多.生长季交错带内土壤理化指标变化范围为TC含量15-195 g/kg,TN含量2-11 g/kg,TP含量0.2-1.0 g/kg,SOC含量5-96 g/kg,SWC含量16-64％.土壤化学计量比的值随时间增大,C/N为25-75,C/P为25-90,N/P为5-75.土壤养分和水分在生长盛期有显著相关关系,且该时期各养分间的相关系数最大.上述研究表明,植被类型和植物生长速率对下方土壤养分含量有极显著影响;土壤生态化学计量比在植物生长季具有很大波动;高温、高降水及快速的植物生长可以提高土壤养分间的正相关关系.

为加强对林草交错带生态系统的科学管理,进一步促林草资源保护与合理利用,迫切需要摸清交错带景观本底并分析其时空动态演化趋势.以大兴安岭林草交错带为研究对象,选取2000、2010年Landsat 5 TM影像和2018年Landsat 8OLI影像,利用面向对象的决策树分类算法建立3期土地利用数据集,据此分析土地利用动态变化与景观格局演变特征,然后利用状态转换模拟模型STSM模拟研究区2025年的土地利用数据.结果 表明:(1)2010年林地、草地、耕地、湿地、人工表面、盐碱地及荒漠和过火区面积占比分别为46.93％、31.66％、5.02％、13.73％、1.08％、1.55％和0.04％;2018年分别为46.89％、31.69％、4.99％、13.72％、1.15％、1.54％和0.02％.(2)景观尺度上,2010-2018年间林地面积减少43.55 km2,破碎化程度加剧、景观完整性降低、景观构成愈发复杂;草地面积增加38.11 km2,其景观完整性升高.(3)在现行趋势下,预测2025年研究区林地、草地、人工表面和过火区面积分别增加92.27、183.21、66.2 km2和10.25 km2;耕地、湿地和盐碱地及荒漠面积分别减少184.2、2.89 km2和164.84 km2.林火频发是导致研究区林地面积减少的主因,模拟的过火区面积增加提醒森林管理部门要严控林区用火风险并增强火灾扑救能力建设.后期"天然林保护"工程和"退牧还草"政策的实施是生态环境改善的主因.在制定区域发展战略时,需要充分平衡农业生产与城市扩张之间的竞争性,满足区域耕地红线的基本要求.

生态脆弱区(ecological vulnerable area), 又称生态交错区(ecotone), 是指生态系统抗干扰能力弱、易于退化且难以恢复的区域, 主要位于农牧、林草和林牧等不同生态系统交错带(王晓峰等, 2019; Feng et al., 2022).我国生态脆弱区占国土面积的55％以上, 脆弱生态类型多, 其中北方农牧交错带、西北荒漠干旱区和青藏高原等为典型的生态脆弱区(陈云等, 2022).