水毛花(Schoenoplectiella triangulata)是一种广泛应用于湿地植被恢复中的挺水植物,探究不同地区水毛花种群种子的萌发特性与休眠特性对其种质收集和科学利用至关重要.该研究测定了水毛花种子形态特性、萌发特性的种群间差异,并对其休眠机制进行探索,结果显示:(1)水毛花的种子存在生理休眠,其形态、千粒质量和吸水特性在种群间存在显著差异.(2)光照和变温条件有助于水毛花种子的萌发.(3)低温沙藏、低温水藏和常温沙藏有助于水毛花种子休眠的解除;氟啶酮和赤霉素处理均有助于打破水毛花种子的休眠,但在不同地区水毛花种群间存在差异.(4)不同地区水毛花种群间种子形态特性、萌发特性以及休眠特性的差异与采集地的环境因子相关.该研究结果表明水毛花种子应用于湿地生态修复时应考虑种源的问题,在播种前对其进行适当处理可以提高发芽率和生态修复成效.

围封是退化草原生态系统恢复的有效措施之一,已在中国北方草原地区实施多年并取得良好的效果.由于不同退化草原生态系统具有完全不同的植被和土壤条件,围封对不同退化草原植物群落和土壤的恢复是否具有一致的影响,目前仍不清楚.对内蒙古地区轻度、中度和重度退化荒漠草原分别设置6年围封后,对植物群落特征和土壤理化性质进行了调查和测定.研究结果发现,围封显著提高了 3种退化荒漠草原短花针茅(Stipa breviflora)和无芒隐子草(Cleistogenes songorica)种群以及群落的高度、盖度和地上生物量(P＜0.05),表明围封从多组织层次使退化草原植物群落得到有效的恢复.围封总体提高了轻度和中度退化荒漠草原植物多样性,但降低重度退化荒漠草原的植物多样性.重度退化荒漠草原在围封后群落高度、盖度和地上生物量恢复效率显著高于轻度和中度退化的(P＜0.05),表明围封对重度退化荒漠草原植被恢复更加有效.除轻度退化外,围封显著降低中度和重度退化荒漠草原土壤全碳、全氮、全磷、有效氮和速效磷含量(P＜0.05),但对3种退化荒漠草原的土壤水分含量无显著影响,表明围封对不同退化荒漠草原土壤的影响具有滞后性.研究为荒漠草原围封成效评估提供理论指导和退化荒漠草原生态系统科学合理实施围封政策提供科学依据.

三江源是我国生态保护的优先区域.自2005年以来,国家投入大量资金在三江源实施了一系列生态保护措施和工程,主要目的之一是保护和恢复草地生态系统.本文基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)增强型植被指数(EVI)数据和野外实测样方,从草地生物量的角度评估了三江源工程的保护成效,以期为后续的保护措施提供参考.本文使用2000-2016年间在青藏高原248个样地的实测地上生物量数据和同期的EVI数据,比较了通过EVI估算草地地上生物量的不同建模方法,并从中选择表现最佳的乘幂模型反演了三江源高寒草地的地上生物量,用趋势分析法得出了生物量的变化.结果显示,2000-2016年间,三江源高寒草地地上生物量没有发生显著变化的面积占62％,显著增加的地方主要在西部和北部,占22％,显著减少的地方则主要在中部和南部,占16％;2000-2016年间,草地地上生物量的年际波动较大,但总趋势不显著;在2012年后,地上生物量表现出显著降低的趋势.三江源国家级自然保护区外部的草地地上生物量高于内部,使用匹配法比较保护区内外草地地上生物量变化的情况,结果发现在生态保护工程实施的2005-2012年间,三江源保护区内的草地生物量没有显著增加.

2000年以来,国家在中国西南喀斯特地区开展一系列生态治理工程,该地区退化生态系统得到一定程度的恢复,而2008年开展石漠化综合治理工程以来该地区的植被覆盖和生产力如何变化尚不清楚.本研究利用遥感增强型植被指数(EVI)和总初级生产力(GPP)数据,研究2000-2015年西南喀斯特地区植被EVI年均值和GPP年总量的时空变化特征,重点探讨2008年以来石漠化综合治理工程、气候变化等因素对植被覆盖及生长的影响,进而评估石漠化综合治理工程的成效.结果表明,2000-2015年西南喀斯特地区植被EVI总体显著增加,其中2008-2015年植被EVI均值和变化率分别比2000-2007年高6.9％和85.7％,EVI显著增加的区域占西南喀斯特地区的13.4％;该区域GPP年总量亦呈显著增加趋势(20.58 gC m-2 a-1).2008-2015年气温和降水对植被EVI变化趋势的贡献仅占28.3％,退耕还林还草等生态恢复措施、大气CO2浓度、大气氮沉降的增加可能是该区域植被覆盖显著增加的主要贡献因子.在100个首批石漠化综合治理试点县中,大部分试点县植被EVI的变化趋势受非气候因子的影响,其中治理面积大的县受非气候因子的影响显著高于治理面积小的县,表明石漠化综合治理工程的实施有效地促进了试点县植被覆盖的增加.

泥炭藓繁殖体移植是影响泥炭地植被恢复的重要因素之一,不同移植方式的效果往往缺乏比较研究.选取长白山区白江河退化泥炭地为研究地,以自然生境的丘间种喙叶泥炭藓(Sphagnum flexuosum)和藓丘种中位泥炭藓(S.magellanicum)(后者耐旱能力较强)为实验材料,通过野外移植实验,研究水位提升与不同泥炭藓繁殖体移植方式对退化泥炭地植被恢复的影响.数据分析显示:水位条件显著影响了喙叶泥炭藓和中位泥炭藓的建植,随着水位上升,地表湿度增加,两种泥炭藓的盖度均呈明显的上升趋势;移植方式的变化短期内对泥炭藓的建植作用并不明显,但在移植2个月后,移植方式对喙叶泥炭藓表现出显著影响,即耐旱能力较强的中位泥炭藓置于上层时,喙叶泥炭藓盖度最高;水位和移植方式不存在交互作用,即在低水位条件下,中位泥炭藓置于上层的移植方式也未能提升泥炭藓的建植盖度.研究表明,水位提升是泥炭地植被恢复的十分有效的手段,因物种间存在对水分保持的差异,采用合理植物繁殖体移植方式,将会明显提升植被恢复的成效.

退耕还林还草工程虽然取得显著成效,但是加剧了区域土壤水分亏缺与土壤干燥化程度,同时制约着植被构建.选取陕西省吴起县金佛坪流域山杏、油松、刺槐、小叶杨和沙棘5种植被类型,对照荒草地.采用人工土钻法取样,分析不同植被类型0---10 m的土壤湿度特征和土壤干燥化效应.结果 表明:各植被类型浅层和深层土壤水分均存在显著差异;与荒草地相比,各类林地均出现土壤水分过度消耗,其中刺槐林过耗量最大,山杏林最小;各林地均出现土壤干层,其中刺槐林、小叶杨林和山杏林土壤干层都已达到10 m以下,植被是深层土壤水分的主要影响因素.5类林地的土壤干燥化指数平均值39.26％,都远高于荒草地-9.57％.土壤干燥化强度为小叶杨(80.19％)＞刺槐(78.03％)＞沙棘(55.38％)＞山杏(37.94％)＞油松(32.34％),这是树种、林木大小和密度、林分生物量、树龄等生长指标综合作用的结果.在今后植被恢复中,应注意根据当地土壤水分条件,合理选择节水树种和合理设计林分结构,尽量避免或减轻土壤干化,维持较高的植被稳定性.

国家加大生态保护与建设力度背景下,我国西南喀斯特石漠化面积实现“持续净减少”,面临由传统高强度人为干扰向大规模自然恢复与人工造林的转变,石漠化治理也面临转型.现有喀斯特生态研究已阐明了喀斯特脆弱生态系统人为干扰退化机制,初步揭示了生态治理改善生态系统结构与功能的恢复机理,突破了保土集水与植被恢复的适应性石漠化治理技术与模式,评估了石漠化治理显著加速区域植被生长与恢复的固碳效应.但目前石漠化治理面临着治理成效巩固困难、治理技术与模式缺乏区域针对性、大规模低效人工林亟待改造、社会人文驱动机制不清等问题.未来喀斯特生态恢复应聚焦石漠化治理提质增效,从侧重单一生态要素、单一生态过程的研究向多要素综合、多过程综合以及喀斯特地表-地下过程耦合、景观格局与生态过程耦合、生态过程与生态系统服务耦合、自然与人文过程耦合等陆地表层系统集成的方向发展,为我国西南喀斯特地区石漠化治理与扶贫开发成效巩固、乡村振兴与美丽中国战略的实施提供科技支撑.

黄土高原地域广阔,水土流失区域差异显著.为了有效治理水土流失,评估水土流失治理技术和模式及生态恢复建设工程的成效性,需要对黄土高原进行区域划分.依据自然条件、水土流失治理技术和模式的区域性特征及差异,基于国家基础地理信息系统数据的县级行政界,对其进行合并,进行生态分区的划分,并分别统计其气候、地形地貌、植被特征及水土流失现状,以期为黄土高原水土流失治理技术和模式的改良优化提供依据.主要结论如下:(1)黄土高原分为黄土高塬沟壑区,黄土丘陵沟壑区,沙地和农灌区,土石山区及河谷平原区.其中黄土高塬沟壑区和黄土丘陵沟壑区分别划分为两个副区.(2)黄土高原的气候、植被、水土流失具有明显的分区差异.降水和植被覆盖度自东南向西北递减,二者在空间分布上具有很好的一致性,降水量大的分区,植被覆盖度也高.在年际变化方面,丘陵沟壑区B2副区降水量呈增加趋势,其他分区呈减小趋势,变化均不显著.80年代以来,黄土高原和各生态分区的植被覆盖度均逐渐增加,黄土丘陵沟壑区的增加量最大.各分区的面平均气温均呈非显著增加趋势,90年代以来增温明显.(3)1970年以来,黄土高原侵蚀产沙强度减弱趋势显著,至2002-2015年,多年平均输沙模数在0.13-3924 t km-2 a-1之间,侵蚀强度最大为中度侵蚀(2500-5000 t km-2 a-1),但面积较小,主要分布于第二高塬沟壑区的泾河流域.

黄土高原是退耕还林还草工程背景下地表格局及植被变化最为显著的地区之一,评估黄土高原的植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复政策优化的关键环节.基于不同时间尺度植被覆盖度和植被净初级生产力趋势变化,提出了量化区域植被恢复成效的新方法,采用结构方程模型研究社会经济因素对植被恢复成效的影响及其随时间产生的变化,通过地理加权回归探索气候和关键社会经济因子对植被恢复成效的空间非平稳影响.研究结果刻画了2000-2015年黄土高原植被恢复的持续改善过程:截止2015年,黄土高原88.20％的面积植被恢复成效明显,高值区集中于陕北地区及山西省各县区.农村劳动力的下降使得植被恢复所受人口压力减缓,负影响由-0.95变为-0.86;农业生产力的提升是黄土高原植被恢复成效改善的重要社会经济因素.气候及社会经济因子对黄土高原植被恢复成效的影响呈现显著的空间差异:多年平均降水对黄土高原东部29.30％的地区影响最大,且为促进作用,平均温度是北部和西部风沙草地植被恢复成效的主导影响因子(占总面积20.93％);黄土高原中西部47.02％的地区则受社会经济因素的影响更加明显.当前研究揭示了黄土高原的植被恢复效果及关键影响因子,可为区域植被恢复政策的优化提供科学支撑.

为探究黄土高原地区退耕还林(草)工程(1999)实施后植被恢复的生态效益,选择黄土高原延河流域为研究区,利用趋势线分析法、SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文模型和生态系统服务价值评价方法(市场价值法、机会成本法、恢复费用法和影子工程法等),重点分析2000-2015年该区域植被恢复状况及其对土壤保持的作用,并评估生态系统服务价值的提升效应.研究结果表明:(1)退耕还林(草)工程实施后,延河流域植被覆盖均呈增加趋势,植被恢复显著;(2)植被恢复对土壤侵蚀的抑制作用明显.在没有植被覆盖的条件下,土壤极易发生侵蚀,且侵蚀模数大;从该工程实施以来,2001-2014年土壤保持量具有不同程度的增幅,表明多年来流域治理取得一定的成效;(3)流域植被覆盖以中覆盖为主,土壤保持量以低保持为主.不同植被覆盖下土壤保持量存在差异.其中,中低、中、中高覆盖能有效保持土壤;(4)生态系统土壤保持服务价值时空分布特征明显.流域年均(2000-2015)土壤保持服务价值为3.64×108元,生长季月均土壤保持服务价值为6.06×107元,生态系统土壤保持服务价值显著提升.时间尺度上,生态系统土壤保持服务价值受降水因素影响;空间尺度上,流域生态系统土壤保持服务价值空间差异大,具体表现为下游残塬平梁沟壑区最高,上游山地区次之,中游梁峁丘陵沟壑区最低.通过研究延河流域植被恢复状况以及定量评估土壤保持服务价值,不仅阐明了退耕还林(草)工程带来的巨大生态效益,同时也为流域乃至黄土高原的水土流失治理工作提供一定的参考作用.