高寒草甸不同坡向植物群落物种多样性与功能多样性的关系

植物群落物种多样性与功能多样性是生态学研究的热点问题之一,研究其对于保护生物多样性和维持生态系统功能具有重要意义。采用野外群落调查方法,探讨了物种多样性与功能多样性在坡向梯度上的变化格局及其关联性。结果显示:(1)从北坡到南坡,土壤含水量、有机碳呈递减趋势;坡度、照度、土温、pH呈递增趋势;土壤全氮、全磷在西坡明显低于其他各坡向;(2)物种多样性指数均由北坡向南坡依次递减;(3)一元性状功能多样性在各坡向间的差异显著(P<0.05),除LDMC_(FDrao)外,其他功能性状均为北坡大于南坡;(4)多元性状功能丰富度与功能均匀度均由北坡向南坡呈递减的趋势,各坡向的功能均匀度差异性不显著。通过相关分析与通径分析发现,功能多样性指数的主要环境决定因子与限定因子均存在差异:功能丰富度、功能均匀度主要环境限定因子为pH,功能离散度主要环境限定因子为土温;功能离散度主要环境决定因子为土壤含水量;(5)物种多样性指数与功能丰富度呈正线性相关,与功能离散度呈负线性相关,而与功能均匀度不相关。

基于OMI数据的新疆地区臭氧柱浓度研究

利用臭氧监测仪(OMI)卫星反演数据,对2005~2018年新疆地区大气臭氧柱浓度数据进行提取及分析,探讨其时空分布格局及影响因素.结果表明:在时间变化上,2005~2018年,新疆地区大气臭氧柱浓度整体呈现逐渐上升趋势.在空间分布上,臭氧柱浓度自北向南逐渐降低,高值区集中分布在阿尔泰、塔城北部以及昌吉北部等区域;低值区集中于和田、巴音郭楞蒙古自治州和喀什的南部大部分地区.在季节变化上,大体呈现出春夏季高于秋冬季,高值区在春夏季交替出现,冬季略高于秋季,但四季的臭氧柱浓度值呈现逐渐上升的趋势.稳定性分析表明:研究区域臭氧柱浓度整体呈现中部及南北部分散、东西部集聚的分布格局.自然因素中,气候因素、风场以及海拔均呈现显著正相关(P<0.01);通过后向轨迹追踪发现,该区域西北和西部气流是臭氧外来的最主要输送路径,分别占总气流轨迹的78.59%、57.29%.人为因素中,臭氧柱浓度值与地区生产总值、煤炭消耗量、工业废气排放量及机动车保有量均表现出显著的正相关关系(P<0.05).其中,挥发性有机物(VOCs)主要来源于工业源,其次是交通源和居民源.总体来看,臭氧浓度的变化受到了诸多因素的综合影响,但气温、VOCs的排放及吸收性气溶胶是大气臭氧浓度变化的主导因素.

兰州北山不同海拔3种典型绿化树种光合特性研究

光是植物光合作用的基本因子,准确分析光合-光响应曲线及光合参数是研究植物光合生理过程对环境变化响应的重要途径。利用Li-6400XT便携式光合测定仪测定了兰州北山3种典型绿化树种侧柏(Platycladus orientalis)、山桃(Prunus davidiana)和甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica)在不同海拔梯度下的光响应曲线,并计算3个树种的光能利用效率(LUE)及水分利用效率(WUE)。通过光合生理参数探讨3个树种对不同海拔(1600、1800、2000 m)的光合生理适应机制,分析影响3个树种光合速率(P_(n))的主要生理生态因子。结果表明,(1)3种绿化树种在海拔2000 m处具有较高的净光合速率(P_(nmax))和表观量子效率(AQE),而在海拔1600 m处具有最大的光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_(d))。(2)侧柏、山桃和甘蒙柽柳叶片蒸腾速率(T_(r))、气孔导度(G_(s))和胞间CO_(2)浓度(C_(i))都呈现出随海拔的增加而上升的趋势,不同树种的气孔限制值(L_(s))有显著差异。(3)3树种LUE均表现为随海拔的升高而增加;侧柏和甘蒙柽柳的WUE随海拔的升高而降低,而山桃表现为在海拔1800 m处WUE最大。(4)侧柏净光合速率(P_(n))与光合有效辐射(PAR)、LUE、WUE呈显著正相关(P<0.05);山桃P_(n)与G_(s)、T_(r)、LUE呈极显著正相关(P<0.01),与WUE呈显著正相关(P<0.05);甘蒙柽柳P_(n)与LUE、T_(s)呈极显著正相关(P<0.01),与WUE呈显著正相关关系(P<0.05)。综合分析发现,侧柏耐荫性较强但对光强的适应范围不广,适合栽培在低海拔地区;山桃可以很好利用光能,但其抗旱性能较差;甘蒙柽柳在较大的PAR范围内可以保持良好的WUE,并且其对光能的适应范围较广,可以大面积栽培。

高寒草甸植物群落谱系结构与多样性格局

为了解青藏高原高寒草甸植物群落谱系结构及物种多样性在海拔梯度上的变化,以甘南藏族自治州的高寒草甸植物群落为对象,选取五个不同海拔的研究样地,进行野外群落学调查及环境因子的测量,计算净亲缘指数(net relatedness index,NRI)和最近亲缘指数(nearest taxon index,NTI)等,探讨了群落谱系结构与谱系多样性的海拔格局变化.结果表明:随海拔升高,土壤温度、含水量、土壤全氮及有机碳均呈现降低趋势.植物群落物种丰富度、Shannon-Weiner多样性指数及谱系α多样性随海拔升高均呈现单峰变化规律,即在海拔3500m处植物群落α多样性达到最大;谱系β多样性指数betaMPD随海拔增加呈升高趋势,反映物种聚集受到生境过滤的显著影响.低海拔(3000m)群落谱系发散(NRI<0,NTI<0),竞争排斥起到主要作用;中低海拔(3250m)和中海拔(3500m)处同时存在聚集(NRI>0,NTI>0)和发散(NRI<0,NTI<0)两种谱系结构,生境过滤和竞争排斥共同维持群落物种多样性;高海拔(3750m、4000m)群落谱系结构聚集(NRI>0,NTI>0),其驱动因素与物种趋同进化和生境过滤有关.多元回归分析显示,在不同海拔,土温和土壤含水量成为物种共存的主要影响因素.本研究揭示青藏高原高寒草甸海拔梯度植物群落谱系结构及多样性格局的变化,说明生态位过程是维持其群落多样性的重要机制.

汾渭平原吸收性气溶胶时空演化及潜在源区分析

在绿色发展理念的带动下,全国多地的空气质量逐渐改善,但汾渭平原大气污染程度逐年走高,颗粒物污染尤为严重.利用OMI/Aura OMAERUV L2气溶胶数据集和PM_(2.5)站点数据,采用空间自相关分析及后向轨迹模型等方法,探索2005~2019年汾渭平原吸收性气溶胶的时空演化过程,揭示其高值极主导类型以及污染物传输路径和潜在源区.结果表明:(1)2005~2019年汾渭平原吸收性气溶胶指数(absorbing aerosol index,AAI)年均值波动上升,2006、2013和2017年为汾渭平原AAI高值转折点,年均值均大于0.63;西安和临汾AAI空间稳定性较差为高高聚集极点,在15年间高高聚集区域面积增长15.3%,空间分布更加集中,形成由西安和临汾两极相连的条带状分布区域,占区域总面积的24.2%;低低聚集区域面积锐减6.2%,转变为无特征区域.(2)汾渭平原AAI冬季数值最高、覆盖区域最广,在临汾极和西安极突破0.8,研究区AAI大于0.6的区域占比91.5%,其次为春季(AAI>0.4)、秋季(AAI>0.3),夏季全境低值.汾渭平原AAI高值受大气扩散条件、气温和降水量变化影响显著.(3)利用后向轨迹和潜在源贡献模型得出西安极和临汾极污染物的远距离输送气团来自西北方向,近距离输送气团来自偏东和偏南方向,结合源区下垫面类型确定两个远距离沙尘传输源区(西北风源、北风源)、两个碳质源区(东风源和南风源)和一个沙尘和碳质共同作用源区(黄土高原源).其中西北风源、黄土高原源和南风源对西安极影响显著,东风源和黄土高原源对临汾极影响显著,临汾极虽受一定程度西北风源和北风源沙尘影响,但影响较小,结合CO空间分布和其与AAI相关性系数的空间分布得出,临汾极吸收性气溶胶为碳质主导,西安极为沙尘和碳质共同作用.

长三角地区近15年大气臭氧柱浓度时空变化及影响因素

基于OMI遥感数据,分析了2005—2019年长三角地区O3柱浓度的时空分布特征及影响因素,同时采用后向轨迹(HYSPLIT)模型进行对流层O3来源的解析.结果表明:(1)从时间分布来看,15年间O3柱浓度年际变化呈先上升后下降的变化趋势,其中,2005—2010年呈上升趋势,2010—2019年呈下降趋势,2010年和2016年分别达到最大值和最小值,分别为327.79 DU和276.43 DU;季节方面,每年季均浓度值均为春季最大,冬季最小.(2)在空间分布上,O3柱浓度高值区在长三角中部及以北地区,且由北向南逐渐降低;四季分布有明显变化,15年的平均季均浓度为春季>夏季>秋季>冬季,高值主要出现在春季,低值出现在冬季.(3)气象因子上,O3柱浓度与气温、降水、风速、日照时间呈正相关(p<0.05),与气压呈负相关(p<0.05).人为因素上,O3柱浓度与人口、第二产业及煤炭消费总量呈正相关.(4)通过不同高度模拟受点气流输送轨迹发现,上海市不同高度的气流轨迹与输送路径相差不大,均能反映O3的来源与扩散方向.来自华北、黄海地区与西南方向及东海上空的气流汇聚是造成春季O3柱浓度升高的主要原因,冬季O3柱浓度低主要是因为来自华北地区高压气流对O3的扩散作用.(5)O3柱浓度与其他物质的空间对比分析显示,NO2柱浓度、AOD指数、HCHO柱浓度均是影响O3柱浓度空间分布的重要原因;该地区O3前体物氮氧化物(NOx)是引起O3柱浓度增长的主要原因,两者之间呈显著正相关(p<0.01);机动车尾气排放对O3柱浓度水平的贡献不可忽视.长三角地区挥发性有机物(VOCs)是造成O3柱浓度升高的又一重要原因,其中,人为源是主控原因,占总贡献量的96.9%,植物源占3.1%;人为源中,工业源和生活源贡献较大.

甘南高寒草甸海拔梯度上功能多样性与生态系统多功能的关系

植物群落功能多样性与生态系统多功能的关系是近年来生态学研究的新视角,以往的研究多关注植物群落功能多样性与单一生态系统功能的关系,缺乏对生态系统多功能的理解。本研究以甘南高寒草甸植物群落为对象,选取地上生物量、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷、土壤速效氮和土壤速效磷6个功能指标,运用Bartlett球形度检验与多阈值分析法,分析甘南高寒草甸海拔梯度上植物群落功能多样性与生态系统多功能的关系。结果表明:不同海拔植物群落组成差异显著,且海拔3500 m物种丰富度、植物盖度显著高于其他海拔。一元、多元功能多样性随海拔升高总体呈降低趋势,且海拔间差异显著。冗余分析发现,一元、多元功能丰富度、功能均匀度、Rao的二次熵均与土壤温度、土壤含水量、土壤容重呈显著正相关,与土壤pH、土壤电导率呈显著负相关。在较大阈值范围(6%~89%)内,功能多样性对生态系统多功能具有显著正效应;基于相关分析、最优回归模型和随机森林模型分析发现,功能多样性中多元功能丰富度指数与生态系统多功能具有显著正线性关系,同时多元功能丰富度也是生态系统多功能的主要驱动因素。总体来看,功能丰富度对青藏高原高寒草甸生态系统多功能的影响最为显著。

粤港澳大湾区近地层O_(3)浓度的时空变化特征

基于遥感卫星(OMI)反演数据,对2005—2019年粤港澳大湾区近地层的O_(3)浓度数据进行提取及分析,探讨其时空变化特征和影响因素,同时利用后向轨迹(HYSPLIT)模型对O_(3)来源进行解析.结果表明:(1)在空间分布上,臭氧浓度自北向南逐渐降低,高值区集中分布在肇庆、广州、佛山等地;低值区集中在东莞、深圳、香港等地.(2)在时间变化上,15年来,该区域O_(3)浓度整体呈先上升后下降的趋势,2005—2010年O_(3)浓度持续升高,2010—2019年O_(3)浓度呈下降趋势,在2018年有小幅增长.季节变化表现为:春夏季O_(3)浓度高于秋冬季,高值区在春夏季交替出现,且秋季略高于冬季;每年11月—次年2月出现低值区,4—7月出现高值区.(3)自然因素中,风向和风速对O_(3)扩散和传输起重要作用;后向轨迹聚类分析表明:O_(3)长距离的输送受到来自西伯利亚的寒冷气流影响,短距离的输送则受到来自太平洋的暖湿气流的影响.气温与O_(3)浓度呈正相关;降水与O_(3)浓度基本呈负相关.(4)人为因素中,O_(3)浓度与GDP、人口密度的空间分布表现出显著相关性;NOx的影响中,电力源、交通源和工业源是主导因素,居民源的影响较弱;而VOCs的影响中,工业源是主控因素,交通源和居民源次之,电力源的影响最弱.(5)O_(3)浓度与HCHO浓度的空间分布保持高度的一致性;NOx等污染物参与光化学反应,对O_(3)浓度的变化起着一定作用;气溶胶对太阳辐射产生消光作用,使得O_(3)浓度降低.

玛曲高寒草甸植物黄帚橐吾与莓叶委陵菜种群点格局分析

研究植物种群空间分布规律是揭示植物种群、群落、生态系统随外界环境变化的一种重要手段。本研究以甘南高寒草甸区的两个优势物种黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)和莓叶委陵菜(Potentilla fragarioides)为对象,进行野外群落学调查,并基于Ripley K函数分析了不同地下水埋深度(0.1、0.5、1.0 m)下两种群的点格局特征。结果表明:(1)随地下水埋深度的加深,土壤含水量、土壤养分(SOC、STN、STP)呈逐渐降低趋势;黄帚橐吾种群的株数、株高、生物量与盖度呈现先减少后增加的变化趋势,而莓叶委陵菜则呈现逐渐降低的变化趋势。(2)地下水埋深度为0.1 m时,黄帚橐吾种群在整个研究尺度内呈聚集分布,而莓叶委陵菜种群呈随机分布;地下水埋深为0.5 m时,在较大尺度内黄帚橐吾呈聚集分布,随着尺度的增加,聚集程度逐渐变弱最后趋于随机分布,而在0~2.9 m范围内莓叶委陵菜种群呈聚集分布,在2.9~3.6、3.6~5 m尺度上分别呈随机分布、均匀分布;地下水埋深为1.0m时,在0~2.3、2.3~5 m范围内黄帚橐吾依次呈聚集、随机分布;在0~4.4 m范围内莓叶委陵菜呈聚集分布,在4.4~5 m尺度上趋向于随机分布。(3)地下水埋深度为0.1 m时,两种群在整个尺度范围内呈负相关;地下水埋深度为0.5 m时,两种群呈现出无相关;地下水埋深度为1.0 m时,两种群在小尺度上呈正相关,随着尺度的增加,逐渐转化为无相关。

黄土高原半干旱区典型植物资源利用效率及光合日变化探析

为探明黄土高原半干旱区6种典型植物刺槐(Robinia pseudoacacia)、垂柳(Salix babylonica)、山桃(Amygdalus davidiana)、银杏(Ginkgo biloba)、榆树(Ulmus pumila)及槭树(Acer miyabei)的资源利用效率及对环境因子的响应机制。本研究采用Li-6400便携式光合作用测定系统对光合生理指标进行测定,分析光合速率与环境因子间的关系,并使用贝叶斯信息准则验证多元回归方程拟合度;同时计算了叶片光能利用效率(LUE)、长期水分利用效率(WUE)、叶碳利用效率(C_(i)UE_(L))光合氮、磷素利用效率(PNUE、PPUE)。结果表明:(1) 6种植物的最大净光合速率(P_(n))、LUE、WUE、PNUE、PPUE及CUE均有显著性差异;(2)6种植物的净光合速率(P_(nmax))、蒸腾速率(T_(r))、胞间CO_(2)浓度(C_(i))、气孔导度(G_(s))、气孔限制值(L)日变化趋势不同。除山桃外,其他5种植物的P日变化均有明显的光合午休现象;刺槐和垂柳的P日均值较高;(3)不同环境因子与植物P均存在紧密联系,其中光合有效辐射、土壤含水率对植物光合速率影响最大;(4) 6种植物的多元线性回归模型间均有显著差异,且刺槐与环境因子间的模型是拟合优度最佳的模型;(5)用隶属函数法评价结果表明,6种植物的综合资源利用效率大小为刺槐>银杏>垂柳>榆树>槭树>山桃。总体来看,银杏和垂柳有较高的光合元素利用效率,生长速度快,且抗旱能力强。因此,在黄土高原区植树造林优选树种时,可优先选择垂柳和银杏,以提高造林成活率,缩短生态恢复进程。

华中地区吸收性气溶胶时空分布特征及类型研究

利用2005—2019年OMI-OMAERUV L2气溶胶数据集,研究了近15年华中地区吸收性气溶胶指数(UVAI)的时空分布特征和主导气溶胶类型,探究下垫面变化和人为及气象因素的影响.结果表明:(1)在时间分布上,华中地区UVAI的年际变化整体呈波动上升趋势;2005—2008年UVAI波动下降,2009—2013年逐年增加并于2013年达到近15年来的最高值(0.767),2014—2019年逐年下降.(2)在空间分布上,UVAI整体由华中南部向北部递增,豫东平原、南阳盆地及武汉、长沙附近的城市群为高值区;UVAI的稳定性整体呈现"北低-南次之-中部高"的分布格局.(3)从季节变化来看,冬>春>秋>夏,冬季大部分区域由高值覆盖,夏季全境低值;气温、降水和UVAI均呈显著负相关;结合风场和压场进一步分析发现,加强源、较差的大气扩散条件和弱降水使冬季呈现大范围高值,夏季充沛雨水的冲刷作用叠加良好的大气扩散条件使得UVAI在夏季全境低值;气温、降水和大气扩散条件是导致UVAI呈明显季节性变化的重要环境因子.(4)一氧化碳指数(COI)与UVAI的季均和年均空间分布一致且随季节同步变化,冬季UVAI高值区域的COI值>2.8;华中地区的吸收性气溶胶为碳质主导.(5)2005—2018年林地、湿地和水域面积分别增长21.1%、67.9%、2.3%,扩大了环境容量,提高了污染物的代谢速度;城市及建设用地面积增长14.3%,致使该类排放源逐年加强;UVAI与人口增长率和第一、二产业的增加值均呈显著正相关,结合大气排放清单分析,工业源、居民源、农业源为人为因素中的主导因素.