赖草草地叶片养分、碳组分和防御性化合物对氮添加的响应

本研究依托山西右玉黄土高原赖草(Leymus secalinus)草地2017年建立的氮(Nitrogen, N)添加梯度试验平台(0~32 g·m^(-2)·a^(-1)),探究N添加对优势植物赖草叶片养分[N、磷(Phosphorus, P)、钾(Potassium, K)]、非结构性碳水化合物、结构性碳水化合物和防御性化合物含量的影响。结果表明:N素输入显著提高叶片N,K含量和N∶K和N∶P比值,降低叶片P含量和P∶K比值;N素输入显著降低叶片非结构性碳水化合物和结构性碳水化合物含量;N素输入显著增加叶片总酚、单宁和黄酮类化合物含量;PCA分析表明低N(≤8 g·m^(-2)·a^(-1))和高N(>8 g·m^(-2)·a^(-1))输入下赖草叶片性状存在显著差异,土壤无机N含量、土壤有效N∶P和N∶K是其主要影响因子。以上结果表明N素输入改变了盐渍化草地赖草叶片养分-碳组分-防御性化合物的分配策略。

增温强度对晋北赖草草地CH_(4)通量的影响

温度变化通过影响土壤甲烷代谢微生物及相关酶的活性进而影响草地生态系统CH_(4)通量。为明确晋北赖草(Leymus secalinus)草地生态系统CH_(4)通量随气温升高的变化趋势及机理,采用开顶箱法(Open top chambers, OTCs)设置5个梯度的增温处理,对增温第4年各处理生长季CH4通量及其影响因素进行测定。结果表明:增温显著提高了空气温度,但随着空气温度的增加,土壤温度和土壤体积含水量无显著变化;生长季晋北赖草草地生态系统是弱的大气CH_(4)汇,其CH_(4)平均吸收速率为(6.42±5.63)μg·m^(-2)·h^(-1);增温显著影响CH_(4)通量和pmoA功能基因丰度,与对照相比,只有W1处理促进CH4吸收通量;冗余分析表明土壤体积含水量是同时影响pmoA基因丰度和CH_(4)吸收速率的关键因子。本研究可为预测未来气候变暖情境下草地生态系统CH4通量变化提供理论依据。

晋北农牧交错带草地生物量对短期放牧强度的响应

放牧是草地的主要利用方式之一,适度放牧可维持草地的生产和生态功能。为探究不同放牧强度如何影响北方农牧交错带草地生物量,本研究依托2016年在山西典型农牧交错带建立的草地放牧试验平台,采用收获法监测了不同放牧强度干扰下植物群落优势种赖草生物量(Leymus secalinus Tzvel.biomass,L.s.B)、地上生物量(Aboveground biomass,AGB)和地下生物量(Belowground biomass,BGB)指标。结果表明:放牧降低了该地区群落地上现存生物量和地下生物量(P<0.01),提高了群落的根冠比(P<0.05);放牧影响优势种赖草生物量在群落地上生物量中的占比,与不放牧相比,轻度放牧和重度放牧对赖草生物量的影响大,而中度放牧的影响小。因此,放牧降低了群落的地上、地下生物量,但中度放牧对优势种赖草生物量的影响小,符合中度干扰假说,为农牧交错带草地科学管理和可持续利用提供理论依据。

氮添加降低盐渍化草地赖草非结构性碳水化合物含量

氮沉降全球化对草本植物不同器官非结构性碳水化合物(Non-structural carbohydrates,NSCs)的影响尚不清楚。本研究依托山西右玉黄土高原草地生态系统国家定位观测研究站2017年建立的不同水平氮添加试验平台,探究氮添加对赖草(Leymus secalinus)叶片和茎秆中的NSCs(可溶性糖、淀粉)含量及其比例的影响。结果表明:茎秆中可溶性糖、淀粉和NSCs含量显著高于叶片;氮添加降低了叶片和茎秆可溶性糖、淀粉、NSCs含量和可溶性糖∶淀粉比值,茎秆可溶性糖、淀粉和NSCs含量对氮素添加的响应更敏感;土壤无机氮含量、土壤pH值和土壤速效N∶P比值与叶片和茎秆中的可溶性糖、淀粉、NSCs含量和可溶性糖∶淀粉比值显著相关,而土壤有效P含量与这些指标无显著相关性。本研究结果表明植物不同器官NSCs含量和计量格局对氮添加呈现非线性饱和响应,但响应大小在植物器官间存在较大差异。

川东北乡村不同生境中杂草多样性研究:以蚕华山村为例

为了解川东北传统乡村杂草多样性及特征,在研究区生境调查的基础上,记录了18种生境中的杂草种类,针对具有代表性的15种生境中的杂草群落进行定量调查,并采用双向指示种分析(TWINSPAN)进行数量分类,采用典范对应分析(CCA)进行排序。结果表明:(1)区内有农田、水塘、墓地和片林等多种乡村生境类型。(2)区内有杂草61科181属238种,菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)为优势科。(3)采用TWINSPAN数量分类方法将杂草群落划分为6种类型。(4)CCA排序分析结果表明影响杂草群落分布的主要环境因子是光照强度和土壤含水量,说明杂草种类、生境类型与群落类型的分布格局存在一定的相似性,这与TWINSPAN分类结果较为一致。研究认为在乡村原住民传统生产生活过程中形成的多样化生境类型维持了较高的杂草多样性,进而说明乡村生境多样化是维持乡村生物多样性的重要机制之一。

太行山南段油松林火烧迹地优势草本生态位及种间关系

【目的】生态位及种间关系是研究群落结构的主要方法,为研究太行山南段油松林火烧迹地不同恢复期草本植物群落的结构特征,探索其动态变化规律。【方法】本文以恢复13年(S1)、7年(S2)、6年(S3)和1年(S4)的4个火烧迹地草本植物优势种为研究对象,着重研究不同恢复阶段优势种的生态位和种间关联特征,计测其生态位宽度、生态位重叠值,同时通过总体相关性检验、χ^(2)检验和Spearman秩相关性检验研究其种间关系,并划分生态种组。【结果】大披针薹草、小红菊和白莲蒿在各个恢复期的优势度、生态位宽度与生态位重叠值均较大。总体相关性检验表明,S1为显著正关联,S2和S4为显著负关联,S3为不显著正关联。χ^(2)检验表明,S1、S2、S3和S4的正负关联比分别为2.33、0.69、0.84和0.63。Spearman秩相关性检验表明,S1的正关联种对数大于负关联种对数,而S2、S3和S4的正关联种对数小于负关联种对数。生态种组划分表明S1、S2、S3的优势种基本可以划分为以大披针薹草+小红菊、白莲蒿以及其他优势种为代表的3个生态种组,S4的10个优势种所划分的3个生态种组则主要以大披针薹草、小红菊和白莲蒿为代表。【结论】生态位与种间关系研究表明,太行山南段火烧迹地草本植物群落在恢复13年时稳定性最大,有助于更好地理解火烧迹地物种间的相互作用、共存、分布等相关机制,同时可为火烧迹地规划管理与植被恢复过程中植物配置提供理论支撑。

太岳山油松林火烧迹地恢复初期植物群落结构特征

为研究山西太岳山油松(Pinus tabuliformis)林过火后恢复初期林下草本植物群落结构,以2019年3月太岳山油松林火烧迹地为研究对象,采用群落相似性指数、多样性指数、稳定性系数、TWINSPAN数量分类和DCA排序等方法对群落组成、多样性、类型及稳定性等进行了研究。结果表明:(1)火烧迹地恢复初期以低矮灌木和多年生草本植物为主,其中又以地面芽植物占比最大。优势植物主要为大披针薹草(Carex lanceolata)和多花胡枝子(Lespedeza floribunda);(2)火烧迹地恢复初期各样地植物群落相似性系数和多样性指数相对较小,均匀度指数较大,但各样地恢复效果不尽相同,样地6和样地7的植物群落各项指标相对大于其他样地;(3)TWINSPAN数量分类将火烧迹地植物群落划分成:I.大披针薹草+南牡蒿(Artemisia eriopoda)+地榆(Sanguisorba officinalis)群丛、II.多花胡枝子+大披针薹草+二色棘豆(Oxytropis bicolor)群丛、III.多花胡枝子+大披针薹草+米口袋(Gueldenstaedtia verna)群丛、IV.多花胡枝子+大披针薹草+荠苨(Adenophora trachelioides)群丛、V.大披针薹草+白莲蒿(Artemisia stechmanniana)+狗娃花(Aster hispidus)群丛、VI.白莲蒿群丛、VII.大披针薹草+狗娃花+野艾蒿(Artemisia lavandulifolia)群丛;(4)DCA排序结果表明,火烧迹地恢复初期植物群落结构单一,沿样地和坡位变化较小,仅区分出样地7和其他样地两大类植物群落。(5)火烧迹地恢复初期植物群落处于不稳定的状态,但各样地间群落稳定性存在一定差别,其中样地1最大,样地5最小。总之,研究区植物群落处于演替初期,各样地间植物群落稳定性较差,多样性和整体相似性较小,但优势种群相似性较高,植物群落结构仍处于动态变化之中。研究揭示了太岳山火烧迹地恢复初期植物群落结构特征,积累了该区域火烧迹地植物群落生态学数据,同时可为该区域生态恢复提供科学依据。

库岸带植物群落生态特征与植被生态恢复设计研究——以重庆市开州区鲤鱼塘水库为例

以重庆东北部开州区鲤鱼塘水库为例,对库岸带植被生态特征与恢复设计进行研究。环绕库岸带对植被进行实地踏查,选取6个样地,每个样地设置3条样线,对库岸带的乔木、灌木、草本群落进行样方调查,计算植物群落的物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数。调查共记录高等维管植物80科215属264种,分析发现鲤鱼塘水库库岸带植物物种多样性小,且不同地段相差较大。以植被调查结果为依据,结合鲤鱼塘水库地形地貌,对库岸带植被生态进行恢复设计。通过设计以期获得植被生态恢复、生物多样性增加、水土流失减少、环境美化等生态-社会-经济的综合效益。

云梦泽圩田的生态模式设计研究

云梦泽圩田是儒家井田制文化与云梦泽地区水文环境相结合的产物,是人们在长期治田治水实践中创造的一种独特的农田开发形式,然而,圩田这种土地利用方式利弊并存,如何挖掘这种传统水利田的生态智慧使之继续发挥作用是一个亟待解决的现实问题。以湖北朱湖湿地公园内的圩田恢复区为研究对象,以生态学思想为指导,从单纯的治田治水理念拓展为水利、生态、经济、文化与社会发展并重的多重理念,充分挖掘蕴含圩田之中的生态智慧,提出了“湖 圩”共生复合生态系统的生态模式,主要包括:小微湿地群模式、水陆界面生态调控模式、柔性设计模式和“河流 湿地”复合体模式。这些模式有助于云梦泽地区蓄洪防旱、水质净化、景观优化,以及生物生境等综合生态服务功能的实现,并促进云梦泽地区圩田景观文化传承与生态环境的协同共生,从而实现了智慧圩田的生态模式。这些生态模式是对圩田系统生态结构设计思路与方法的全新探索,可以为长江中下游地区圩田的景观保护与生态模式设计提供工程示范与参考。

生态恢复对退化河岸植物群落的作用——以重庆九龙外滩河岸带生态恢复为例

河岸带是陆地生态系统与水生生态系统之间的过渡地带,受人类干扰的威胁较大。长江是流经重庆都市区的主要河流,主城区两江四岸部分河岸硬化,河岸生态功能退化或丧失,生物多样性降低。本文以重庆主城区九龙外滩的河岸带为研究区域,通过调查,采用Ward最小方差法对植物群落类型进行划分,比较了生态恢复区域和自然区域的植物群落特征及优势种植物沿海拔高程的分布格局。结果表明:调查共记录维管植物23科60属72种,其中菊科、禾本科等为优势科;河岸带共分为6种群落类型,牛鞭草+狗牙根群落出现频率最高;物种丰富度、Shannon-Wiener多样性、Pielou均匀度指数表现为恢复区>自然区。合理的生态恢复措施可以有效地重建河岸带植物群落,提高河岸植物多样性。

塘生态系统结构与功能的研究进展

塘是陆地上常见的一类极小型静水水体,具有面积小、水体浅、数量多、分布广等特点,是陆域淡水生态系统重要组成部分。由于空间上不易识别,其在生态系统中的功能往往被忽视。本研究对塘系统的国内外研究进展进行综述,明确了塘的基本概念,论述了塘系统的非生物要素、生物要素及环境关系,基于塘生态功能的探讨,提出:(1)塘系统物质循环率高,常利用氧化塘净化水体,在全球陆地系统碳、氮循环中具有潜在作用;(2)塘群系统是重要的生物生境,在维持区域生物多样性方面具有重要意义,种-面积关系、生境异质性以及相邻生态系统特点被认为是塘生态系统中生物多样性的主要驱动因素;(3)作为地表洼地系统,塘具有水源涵养与水土保持功能,在雨水收集、泥沙拦截等方面发挥重要作用。基于此,本研究提出了未来研究需重视的3个方面:变化环境下的塘系统生物地球化学循环特征;生物多样性本底数据积累与维持机制;水源涵养与水土保持功能在生态修复工程中的应用。塘生态系统可作为应对未来环境变化的重要生态系统。

河岸无脊椎动物多样性维持机制研究进展

河岸是河流与陆地之间重要的生态界面,生物多样性丰富,但受到人为活动的严重威胁。无脊椎动物在河岸生物多样性中占有重要地位,发挥着非常重要的生态功能,也是水生生态系统和陆地生态系统之间物质和能量联系的重要纽带。尽管已有很多学者对河岸无脊椎动物群落进行了研究,但缺乏对河岸无脊椎动物多样性维持机制的总结。本文结合洪水和干旱、营养物质、微生境多样性、河岸植被、微气候梯度、食物资源以及河流空间梯度等影响因素,初步讨论和归纳了河岸无脊椎动物多样性的维持机制。周期性洪水和干旱引发了无脊椎动物的繁殖和迁移等行为,增加了河岸无脊椎动物群落周转率,为无脊椎动物创造了理想的条件。充足的营养物质使河岸具有较高的初级生产力,支撑了较高的无脊椎动物多样性。较高的微生境多样性为无脊椎动物提供了多样的生态位空间,孕育了特殊的河岸无脊椎动物种类。复杂的河岸植物群落不但是河岸无脊椎动物的食物来源之一,也为河岸无脊椎动物提供了多样的生态位空间和重要的避难场所。微气候环境的空间分异提供了复杂多样的生境条件,为水生无脊椎动物和陆生无脊椎动物种类在河岸共存创造了条件。跨越界面的资源补给增加了河岸无脊椎动物的食物可利用率,为河岸无脊椎动物提供了特殊的食物来源。这些因素在空间上呈现出明显的纵向梯度和侧向梯度,从更大尺度上为河岸无脊椎动物的多样化提供了条件。因此,探讨河岸无脊椎动物多样性的维持机制对于河岸生物多样性保护以及河流生态系统综合管理具有重要的指导意义。