揭示次生演替过程中土壤细菌群落对植被类型变化的响应格局,有助于深化对生态系统地上地下相互作用机制的理解.该研究以上海大金山岛处于演替前、中和后期的落叶灌丛、落叶阔叶林和常绿阔叶林为对象,通过测定土壤碳、氮、磷含量以及土壤细菌群落特征,分析土壤细菌多样性、类群关系网络结构和标志性类群如何随植被演替而更替.结果发现:土壤养分含量在常绿阔叶林显著高于落叶阔叶林,但土壤细菌多样性在落叶阔叶林显著高于常绿阔叶林,土壤养分含量和细菌多样性在落叶灌丛处于中等水平.土壤细菌的相关性网络节点、密度和复杂性在落叶阔叶林最高,在落叶灌丛中等,在常绿阔叶林最低.落叶灌丛和落叶阔叶林的优势土壤细菌分别为根瘤菌目(Rhizobiales)和伯克氏菌目(Burkholderiales)等具有潜在固氮功能的类群,常绿阔叶林的优势土壤细菌为黄单胞菌目(Xanthomonadales)和嗜热芽菌目(Thermogemmatisporales)等具有潜在致病和抗病性功能的类群以及酸杆菌目(Acidobacteriales)等与纤维素降解相关的类群.该结果表明:海岛植被演替过程中,植物种类组成和土壤养分供给性的改变会极大地重塑土壤细菌多样性、群落组成、互作网络结构和标志类群.海岛常绿阔叶林显著更低的土壤细菌多样性、趋于松散简化的细菌网络结构以及具有潜在致病和抗病功能的标志类群的出现,说明了顶极群落地下部分对地上部分退化趋势的响应.

以贵州普定陈旗流域和福建九龙江流域作为研究对象,比较两个不同岩性背景区土壤重金属和稀土元素的分布特征及其控制因素,探究了地球关键带土壤元素的地球化学循环过程和环境效应.结果显示,普定浅层土壤重金属Cr、Zn、Ni、Cu和Pb含量均高于九龙江流域,主要受淋滤作用和地质背景控制.普定土壤中大部分重金属在耕地、灌丛和弃耕地高于草地和次生林地,九龙江流域部分重金属含量在废弃茶园高于林地,与两个流域大气沉降和农业活动密切相关.普定土壤稀土含量(145～248 mg·kg-1)高于九龙江流域(51～173 mg·kg-1),普定土壤稀土与喀斯特成土作用密切相关,而九龙江流域土壤稀土含量主要由成土母质决定.生态风险评估显示,普定土壤为轻微生态危害,九龙江流域林地也为轻微生态危害,而九龙江流域废弃茶园地表现出中等生态危害,重金属Cd生态风险较高.

亚热带常绿阔叶林遭反复干扰后退化形成的天然次生灌丛在未管护模式下难以恢复为乔木林.在浙江省临安市选择典型天然次生灌丛,以强度人为干扰为对照、分别进行保护性干扰和适度人为干扰,探讨灌丛土壤蓄水能力和肥力质量的响应.4年试验结果表明:与强度人为干扰相比,保护性干扰和适度人为干扰后的土壤总贮水量、吸持贮水量和滞留贮水量分别提高了12.41％、5.33％、17.37％和29.13％、33.23％和26.24％;最大持水量、毛管持水量和最小持水量分别提高了23.35％、9.51％、17.55％和48.63％、56.08和71.05％;与强度人为干扰相比,保护性干扰和适度人为干扰的综合肥力分别提高了1.9％和38.5％,其中保护性干扰的水解氮、有机碳和有机质含量提高了12.11％、38.91％和38.94％,适度人为干扰的水解氮、有效磷、有机碳和有机质含量提高了61.97％、90.57％、130％和130.04％,保护性干扰和适度人为干扰的土壤综合评价指数分别提高了15.43％和58.94％.研究表明,与保护性干扰相比,适度人为干扰在土壤的蓄水保水、肥力和固碳增汇等方面更能达到预期的目标.在有条件经营的情况下,可以选择适度人为干扰措施对天然次生灌丛进行管理从而达到加快土壤恢复的目的.

为评价不同树种造林对土壤养分循环的影响,以落叶阔叶灌丛为对照,比较研究川西亚高山造林恢复28年后4种人工林(连香树Cercidiphyllum japonicum、油松Pinus tabulaeformis、落叶松Larix kaempferi和华山松Pinus armandii)土壤有机质(SOM)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)及全氮(TN)、全磷(TP)、土壤铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)的含量,结合林地凋落物贮量及细根生物量等参数,试图揭示不同人工林土壤养分差异化的影响因素.结果显示:人工造林影响土壤的养分循环,与落叶灌丛林地相比,除连香树样地TP密度及2015年10-20 cm的SOM、TN密度外,落叶人工林土壤养分基本呈下降趋势.除华山松样地的可溶性有机质(DOC、DON)外,油松及华山松人工林土壤地力的退化趋势更甚于落叶人工林样地,其土壤有机质含量、TN、TP密度、可溶性有机质及速效养分均呈不同程度的下降.不同人工林间土壤养分的差异性与不同树种的凋落物、细根、土壤容重及涵水能力差异化有关.综上所述,人工林林分结构单一导致小气候恶化、凋落物分解缓慢是造成土壤养分循环功能下降的重要原因;选择有利于养分循环的阔叶树种营造针阔混交林以改善林分结构和土壤环境条件,可促进土壤养分的循环.

以喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段灌丛、次生林、原生林为研究对象,采用全挖法分析了各阶段4个优势种的根系构型参数,探讨该特殊生境条件下植物根系构型的差异性、相似性以及资源合理高效的利用方式.结果表明:(1)各个植被恢复阶段优势种拓扑指数T I均趋向于0.5,呈叉状分支结构,并表现为次生林(0.57)>原生林(0.49)>灌丛(0.46),有利于根系在贫瘠且浅薄的土壤环境中拓展生存空间.(2)3种植被恢复阶段优势种的根系平均连接长度在34.29 cm以上,平均为37.01 cm,增加连接长度对植物在养分贫瘠的喀斯特土壤环境的生存有利.(3)次生林根系分支率低于灌丛和原生林,这是不同植被恢复阶段优势种对环境所采取的不同适应策略.(4) 3种植被恢复阶段优势种根系的横截面积比均符合Leonardo da Vinci法则,且不随直径的变化而变化.(5)3种植被恢复阶段优势种在土壤养分、水分获取及土壤空间拓展方面没有显著差异性.研究认为,在喀斯特峰丛洼地异质性很强的生境下,3种植被恢复阶段优势种的根系均为叉状分支结构,且均以较长的连接长度和较低的分支率策略适应其特殊的生态环境.

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地植被恢复过程中草丛、灌丛、次生林、原生林4个植被恢复阶段为研究对象,通过测定优势种的根际与非根际的土壤pH、养分含量及微生物多样性,探讨不同恢复阶段根际土壤养分的富集效应及土壤微生物多样性的变化特征.研究结果表明:(1)4个恢复阶段的根际与非根际土壤养分均呈现显著差异;土壤有效态养分较全量养分对植物根际微小的变化响应更为灵敏;大多数养分表现出明显的富集效应,AP和AK在原生林的富集率明显高于其他恢复阶段;(2)4个恢复阶段细菌Shannon-Wiener指数(H)、丰富度指数(S)均高于真菌,根际土壤细菌与真菌Shannon-Wiener指数(H)、丰富度指数(S)与Pielou均匀度(EH)都高于非根际土壤;(3)4个恢复阶段土壤TN分别与pH、SOC、AN呈极显著正相关(P＜0.01),磷素、钾素与土壤微生物多样性呈显著相关(P＜0.05).可研究结果为西南喀斯特脆弱区土壤生态功能恢复与植被恢复重建提供科学依据.

喀斯特植物群落果实类型和种子散布特征的研究,对于理解喀斯特植物群落更新与拓展特征,进而揭示喀斯特石漠化地区恢复植被的自然扩展机制及制定植被恢复规划具有重要意义.该研究以石林地质公园不同群落类型为对象,研究不同群落的果实类型谱与种子散布谱,以揭示果实类型与种子散布方式对恢复植被的影响.采用石林地质公园不同群落各1 hm2样地记名计数法调查的维管束物种名录,依据Flora of China对物种果实的描述确定其果实类型;根据文献、数据库以及果实、种子形态性状确定种子散布方式.结果表明:(1)石林地质公园282种维管束植物共16种果实类型(含孢子),其中瘦果、蒴果、浆果和核果的物种比例均大于10％.木本植物、草本植物、藤本植物的优势果实类型分别为核果、瘦果和浆果.石林地质公园各群落的木本植物、草本植物和藤本植物的果实类型谱差异不显著.在原生林、次生林、灌丛、灌草丛和人工辅助云南松林不同群落中,浆果和核果的物种比例减少,瘦果、颖果和蒴果的物种比例增加.(2)石林地质公园植物种子以动物传播为主,其次为风传播.在原生林、次生林、灌丛、灌草丛和人工辅助云南松林不同群落中,风传播的物种比例增加了73％-87％,动物传播(包括鸟类传播)减少了31％-36％.(3)物种的种子散布方式直接影响到植被恢复物种和恢复策略的选择.基于恢复目标,选择自然传播能力强的乡土物种或地带性植被关键种,辅以传播廊道,有助于喀斯特的植被恢复.

为了研究气候和局域环境因子对物种多样性的相对作用大小,以及验证两种均匀度地理格局的假说在半湿润地区次生灌丛的适用性,对吉林东、南部地区的灌木群落进行了研究.共调查森林破坏后形成的次生灌丛样方45个,结合气候数据和局域环境因子数据,研究了气候、局域环境因子对群落、灌木层、草本层的物种丰富度、均匀度的影响,以及对不同水分生态型(旱生、旱中生、湿中生)灌木影响的差异.结果表明:1)吉林次生灌丛的群落、草本层物种丰富度,以及草本层均匀度,随纬度增加而显著上升.2)对物种多样性和气候、局域环境因子的分析表明,群落、草本层物种数主要受局域环境因子而不是气候的影响;其物种丰富度与纬度的反常关系,是由于灌木层盖度随降水增加而上升,从而导致物种数下降.灌木层物种数与纬度、气候因子的相关性不显著,则是由于不同水分生态型对气候梯度的响应不一致,反映出功能群对多样性格局的影响.3)群落、灌木层均匀度主要受气候因子的影响;而草本层均匀度主要受局域环境因子的影响,降水同样通过对灌木层盖度的影响间接作用于草本均匀度.但群落、灌木和草本层的结果,都支持均匀度随着环境条件改善而增加的假说,而不支持随着生产力增加、竞争加剧,从而导致均匀度下降的假说.结果表明,物种丰富度和均匀度的影响机制存在很大差异,但二者都受到局域环境因子的强烈影响.气候通过局域生物因素(如盖度、生活型)间接作用于多样性格局,是气候对多样性影响的一个重要方面,但尚未得到应有的重视.由于局域生物因素也随气候而变化,仅研究多样性和气候的表面关系,将无法准确预测气候变化对多样性的影响.

农业景观是人类生活所需资料的最主要来源地和生物多样性保护的重要区域之一.黄河中下游地区是我国最重要的农业区之一,在区域农业景观中,非农生境中各群落植物物种多样性组成特征有何差异？在不同尺度上,景观异质性特征与生境特征对植物物种多样性特征有何影响？在黄河中下游典型区域布点,对区内主要非农生境(次生林、次生灌丛、人工林和农田边缘等)中的植物群落物种多样性进行调查.结果显示:(1)次生灌丛中的物种丰富度和多样性显著高于其他生境,而农田边缘也保育有较多的物种;(2)从物种组成来看,景观尺度上样点间物种多样性差异(β2)是所有生境中物种丰富度的最主要组成部分,而次生灌丛与次生林两类自然生境中小尺度(α和β1)物种丰富度的贡献相对较高.(3)景观异质性特征指标对物种多样性的影响主要体现在样方尺度上(α样方),而β和γ多样性与之的关系并不甚密切.表征生境特征的群落高度和盖度指标能更好的预测物种多样性的特征.研究发现,常用的表征景观异质性的指数在各尺度上对植物群落物种多样性特征的影响也并不显著,局地群落特征的影响更为直接和重要.在探讨景观异质性特征与生物多样性关系时,常用的多样性指数(Shannon多样性指数、均匀度指数和Simpson指数等)并不合适,而拆分后的物种丰富度会更有效.但景观异质性对生物多样性的影响也不容忽视,它的改变会是影响群落物种多样性及其组成结构的重要潜在因素,在更大尺度上景观异质性会通过对景观组成要素特征(生境组成和构型)的影响进而影响到区域植物物种丰富度的变化.

利用连续收获法研究了川西亚高山老龄林(VF)、桦木林(BF)、次生针阔混交林(MF)、人工云杉林(AF)及高山栎灌丛(AO)5种主要森林类型的凋落物组成及其动态,目的在于探索不同恢复途径对森林凋落物组成和产量的影响.结果表明,5种森林类型的全年凋落产量大小依次为VF(4.32 t/hm2)、MF(4.10 t/hm2)、BF(3.52 t/hm2)、AO(3.01 t/hm2)、AF(2.34 t./hm2).AF全年凋落量显著小于其他3种乔木森林类型(VF,BF,MF) (P＜0.05).各森林类型的叶片年凋落量占总量比例均超过70％.VF、AF、AO均在生长前期(前一年10月至当年5月)达到最大凋落量2.41,1.29,1.63 t/hm2;BF、MF凋落产量在生长季后期(当年7月至10月)到达最大值,分别为1.34,1.80 t/hm2.常绿针叶树为主的VF、AF叶片凋落物样地间变异显著高于落叶阔叶树为主的BF、MF,表明其对立地条件的响应更为敏感.林分密度与胸高断面积组合因子更能反映凋落物特征.