基于栅格尺度下喀斯特专性植物海南凤仙花生境水资源脆弱性时空分异变化

频繁的干湿交替导致热带雨林喀斯特地貌的水分脉动特征显著,地带性本底环境呈现强烈的脆弱性和异质性。研究喀斯特植物生境的水资源脆弱性特征,有助于理解当地植物对热带喀斯特生境的适应机制,为植物的生态恢复和种质资源保护提供理论依据。以海南岛喀斯特专性植物海南凤仙花(Impatiens hainanensis)生境的自然环境栅格数据为基础,运用RS和GIS技术构建水资源脆弱性评价指标体系,结合综合指数法分析海南凤仙花生境的水资源脆弱性时空分异特征。研究结果表明,2003—2018年,海南凤仙花生境的水资源脆弱性以自然脆弱性为主,自然脆弱性波动与降水等自然因素密切相关。极度脆弱和重度脆弱区面积比例较大;中度脆弱和轻度脆弱区面积比例较小。基于综合指数法的海南凤仙花生境水资源脆弱性在0.6612—0.7532之间,基于GIS与RS的水资源脆弱性在0.6624—1之间,海南凤仙花生境处于水资源脆弱性的高值区。受干湿季热带雨林喀斯特地貌水分特征的影响,海南凤仙花生境水资源脆弱性时空变异性较强,区域分异程度明显,可利用其水分特征变化对海南凤仙花生境进行水土流失的及时阻控,保护海南凤仙花的生态环境和种质资源。

保护区缓解耕地扩张对喀斯特森林景观破碎化的影响研究

为揭示自然保护区对改善土地利用景观格局的价值,并为土地使用决策和监管措施提供准确信息,本文基于GLC_FCS30-2020土地利用数据,借助广西大新县恩城国家级自然保护区“保护区-区外县域”的梯度分层,运用移动窗口法分析耕地扩张对喀斯特森林景观破碎化的影响。结果表明:保护区内森林景观破碎化程度较低,而耕地景观破碎化程度较高,整体植被覆盖度高,斑块连通性较强;区外森林景观的覆盖程度适中,但破碎化程度较高。质心处、南部及东南部的耕地斑块集聚性较强,并向东部、东北部、西部和西南部扩张,导致土地利用景观格局变化剧烈。研究结果表明自然保护区可缓解喀斯特县域耕地扩张对森林景观的威胁。

桢楠幼苗适应喀斯特岩溶裂隙生境及降雨时间格局变化的方式

喀斯特生态系统是全球陆地生态系统的重要组成部分,生态环境极为脆弱。由于碳酸盐岩长期强烈的化学溶蚀作用,其基本特征体现为地表土壤和地下岩溶裂隙及洞穴的二元结构。近年来,在全球气候变化下,我国西南地区降雨格局呈现降雨频次减少且单次降雨量增加的趋势。因此,岩溶裂隙和区域降雨时间格局改变将对喀斯特地区的植物生长产生重要影响。通过模拟不同岩溶裂隙生境(S_(0):24 cm土壤;S_(1/2):12 cm土壤层+12 cm裂隙层;S_(3/4):6 cm土壤层+18 cm裂隙层)和不同降雨时间格局(I_(2d):2 d降雨间隔;I_(19d):19 d降雨间隔),探究二年生桢楠(Phoebe zhennan S.Lee)幼苗是否通过生物量分配及根系分布的调整来适应变化环境。结果显示:(1)短时间降雨格局下,相比全土生境,少量岩溶裂隙存在并不影响桢楠幼苗生物量的积累,然而随着岩溶裂隙层进一步增厚和降雨时间间隔延长,桢楠降低了总生物量,减少了茎且增大了根和叶的生物量分配。(2)桢楠幼苗的根系垂直分布随着深度增加而下降,且无论在何种降雨时间格局下,两种岩溶裂隙生境下桢楠均增加了岩溶裂隙之上土壤层的根系生物量分配比例。研究表明:赋存有土壤的岩溶裂隙能成为植物幼苗赖以生存的生境,但这种提供生境的能力随岩溶裂隙层增厚以及降雨时间间隔延长而减弱。桢楠幼苗以牺牲对茎生物量的分配投资为代价,提高对根系或者叶片的生物量投资,同时增大界面土层中的根系分布,来保证最大化地利用有限的土壤资源,从而适应喀斯特的岩溶裂隙(及干旱)生境。

生态恢复方式对喀斯特生境苔藓植物物种组成的影响

为探究生态恢复方式对苔藓植物的影响,研究了自然弃耕和退耕还林等生态恢复方式对重庆市中梁山喀斯特地区不同生境类型下苔藓植物物种组成特征的影响。结果表明,研究区有苔藓植物15科26属41种,其中藓类39种,苔类2种,美灰藓(Eurohypnum leptothollum)为主要优势物种;研究区石生藓类植物占比较大,生活型以平铺型和丛集型为主,各生境物种多样性及相似性指数整体偏低,但相比弃耕杂草地、灌木林和经济型林地,竹林和马尾松林中苔藓植物具有更高的物种多样性;冗余分析表明,郁闭度和光照强度是影响苔藓植物分布的关键环境因子,乔木林为苔藓植物的生长提供了更适宜的生境。因此,相比于自然恢复和经济性林地等恢复方式,退耕还林是喀斯特退化生境更为理想的生态恢复方式。

喀斯特季节性雨林优势树种叶片微形态与光合生理特征及其生态适应性

为深入理解喀斯特季节性雨林优势树种对异质性生境条件的适应策略,该研究以广西弄岗原生性森林7个优势树种为对象,测定各树种成年个体叶片微形态结构及生长季光合生理特征等指标,探讨树种叶片结构功能对喀斯特峰丛山地异质性生境的响应规律。结果表明:(1)沿喀斯特地貌部位的洼地-中坡-山顶生境梯度,树木的叶片紧密度、栅栏组织厚度、角质层厚度、上表皮厚度等9个微形态指标均呈显著上升趋势,叶片疏松度呈显著下降趋势。(2)沿洼地-中坡-山顶生境梯度,树木的光补偿点、暗呼吸速率、最大蒸腾速率等均呈显著上升趋势,最大水分利用效率、最大胞间CO_(2)浓度、表观量子效率等均呈显著下降趋势。(3)叶片紧密度与光合能力、蒸腾能力等相关指标则表现为显著正相关,叶片疏松度与这两类指标则表现为显著负相关。综上认为,喀斯特季节性雨林优势树种叶片功能性状存在光合效率和耐旱性之间的权衡,洼地生长的树木具有显著的弱光适应特征,中坡生长的树木表现较广的生境适应范围,山顶分布的树种因受强光、高温和裸岩限制而表现出较强的干旱适应特征以及保守的生态适应策略。

喀斯特地区植物对石生高钙环境的生态适应研究进展

喀斯特地貌广泛分布于我国南方,该生境具有保水性差、钙含量高及养分贫瘠等特点,在此特殊生境下形成了独特的植被类型。环境条件对植物形态的形成具有决定性作用,了解植物在石灰岩特殊环境下的形态特征,对研究喀斯特地区脆弱生态系统背景下植物的适应策略具有重要意义。本文对喀斯特地区石生和高钙环境下的植物生态适应策略研究进行了综述,发现植物优势种的根、茎、叶等具有极强的可塑性,可通过调节自身不同形态及生理变化以适应不同的环境胁迫。石质生境下植物根茎发达、叶变小加厚,可以增加吸收和储存水分和营养;高钙环境中植物可通过根系固定部分钙、特殊形态的茎和叶储存多余的钙以维持体内钙浓度平衡。提出未来的研究发展方向,旨在为石漠化地区的生态保护和植被恢复提供参考。

喀斯特地区农村人居环境多元协同治理研究——以贵州省为例

喀斯特地区特殊的生态系统与多样化的经济社会文化叠加,使农村人居环境整治提升面临复杂困难和挑战。作为喀斯特地区的典型省份,贵州省坚持在推进农村人居环境整治过程中,开展了一系列满足本土需要、适合本地发展的多元主体协同治理的实践探索,其在新发展阶段面临的问题既具有一般性也具有特殊性。本文通过调研座谈走访,整理贵州省农村人居环境整治工作的成效,深入讨论喀斯特地区农村人居环境整治的理论问题和特殊困境,进而提出相应对策建议。

喀斯特石质生境高碳酸酐酶活性微生物筛选与分离

喀斯特地区存在丰富的碳酸盐岩,是地球上最重要的碳库。碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA)是地球上催化反应速率最快的几种酶之一,通过催化CO_(2)的水合反应,不仅可以促进碳酸盐岩的风化,还可以通过吸收大气中的CO_(2)来固定碳源。本研究目的是遴选喀斯特极度退化生境高CA活性菌株/菌群,探讨其用于喀斯特生态修复的可行性。利用碳酸钙培养基从喀斯特石质生境中分离筛选出产CA的菌株,并进行形态学观察、生理生化鉴定和分子生物学鉴定。通过CA活性的测定确定高CA活性的菌株,并比较单菌与多菌株组合群落的CA活性差异。利用碳酸钙培养基共分离得到产CA菌株6株,分别为耐药黄杆菌(Flavobacterium resistens)、食酸代尔夫特菌(Delftia acidovorans)、嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophila)、食油假单胞菌(Pseudomonas oleovorans)、洞穴农杆菌(Agrobacterium cavarae)、白色杆菌(Bacillus albus),其中嗜根寡养单胞菌的CA活性最高,且其与其它菌株组合后CA活性均降低,说明产CA微生物的竞争作用可能大于协同作用,且在极度寡营养环境中,该嗜根寡养单胞菌具有较大的应用潜力。

喀斯特地区景观格局变化对生境质量的响应

生境质量是生态系统服务功能和生态系统健康程度的重要体现,厘清喀斯特地区不同景观格局变化下的生境质量情况,对实现生态脆弱区的经济发展和生态保护具有“双赢”的现实意义。文章以南北盘江流域为例,基于InVEST模型研究流域2000-2020年景观格局与生境质量的时空演变特征,并以网格为分析单元,利用GeoDa、SPSS软件对二者的时空响应及关系进行分析,为喀斯特景观格局优化和生态环境保护提供科学依据。结果显示:(1)2000-2020年,南北盘江流域景观转变主要发生在耕地、林地的相互转换及建设用地对耕地的挤占上。研究区景观格局整体向好发展,但除林地外的其他景观地类细碎化程度加深,局部地区景观格局破碎度增强并向着异质化、复杂化方向发展。(2)2000、2010、2020年流域生境质量均值分别为0.7287、0.7275、0.7266,生境处于良好水平,呈轻微下降趋势。空间上生境质量呈“东西低,中南高”的分布特征,低质量区主要集中在南盘江流域上游,北盘江流域生境质量较好,但生境退化度高。(3)景观格局变化是影响生境质量的重要因素,不同景观格局指数与生境质量的相关性及响应程度存在时空差异。该流域景观格局与生境质量均受到冲击,生境质量上升和下降同时存在,生境治理成果难以凸显,在构建环南北盘江流域生态经济协作圈的背景下,还需统筹区域生态保护与建设。

弄岗黑叶猴的日活动类型和活动时间分配

2005年10月-2006年9月,用瞬时扫描法对广西弄岗自然保护区内的一群黑叶猴(Trachypithecusfran oisi)的日活动节律和活动时间分配进行研究。结果表明:黑叶猴日活动中出现2个觅食高峰和1个休息高峰。觅食高峰分别出现在7:00-9:00和16:00-18:00;休息高峰出现在10:00-14:00。黑叶猴日活动节律表现出明显的季节性变化,表现为旱季上午的觅食高峰被推迟了1h,且觅食时间长于雨季;旱季下午的觅食活动提前1h结束。猴群在雨季较早进入休息高峰,而且中午休息时很少有移动或零星觅食。研究期间,猴群用于休息的时间平均占日活动时间分配的51.99%,移动占20.25%,觅食占18.61%,理毛占7.61%,玩耍占1.20%,其它行为(包括打斗、交配等)仅占0.14%。活动时间分配有明显的季节性差异,主要表现为:与雨季相比,黑叶猴在旱季花费更多的时间用于觅食和移动,而相应地减少用于休息的时间。活动时间分配在不同年龄和性别的个体之间也存在显著差异,表现为成年个体花费更多的时间用于休息和觅食,未成年个体则花费更多的时间用于移动和玩耍;雌性个体比雄性个体花费更多的时间用于理毛。

黑叶猴在喀斯特石山生境的觅食活动

2002年8月至2003年7月,对一群生活在广西扶绥珍稀动物保护区内孤立石山中的黑叶猴进行观察,通过收集有关栖息地利用的数据,从中探讨栖息地的破碎化对其生态习性的影响。研究结果表明:猴群的觅食活动在石山各个部位的分布存在着显著差异,它们更偏好在山腰觅食(66·1%),而较少利用山脚(18·6%)和山顶(15·3%)。从横向水平来看,猴群的觅食活动主要集中在6个觅食斑块,总面积为7·94hm2,约占栖息地面积的18·9%。觅食斑快中黑叶猴喜食食物的植株密度明显高于非觅食斑块。虽然树叶在黑叶猴食物组成中占绝大部分,但其食物组成具有明显的季节性变化。与之相对应,猴群对觅食斑块的利用也表现出明显的季节性差异。

喀斯特生境中白鹇的活动节律、时间分配及集群行为

2012年8月至2013年10月,在广西弄岗国家级自然保护区15hm^2森林大样地及其周边地区布设35台红外相机,在12427个相机工作日中共获得白鹇有效照片495张(组),独立有效照片381张(组)。采用日活动强度指数、日行为频次比例和月行为频次比例来分析白鹇的活动规律和时间分配,同时统计白鹇的集群情况,结果表明:(1)白鹇每日有4个活动高峰期,且雌性白鹇的活动高峰期比雄性早1~2h;(2)白鹇的主要行为是移动和觅食,分别占总行为频次的51.33%和37.20%,其余4种行为分别为警戒6.29%、对抗2.10%、休息1.68%、梳理1.40%,雌雄白鹇间在移动(t=2.266,df=28,P=0.038)和警戒(Z=-2.270,N=30,P=0.023)这2种行为上存在显著性差异;(3)仅雄性白鹇在旱季的觅食行为比例显著高于雨季(t=0.252,df=13,P=0.026),而其他行为频次比例无显著的季节性差异;(4)白鹇集群群体的个体数量为2~6只,其中2~3只比例最大,占95.06%;(5)白鹇有雌性集群、雄性集群及混合集群3种方式,在雨季以单性集群(尤其是雌性集群)为主,而在旱季则以混合集群为主,存在显著差异(Х^2=6.984,df=1,P=0.008)。白鹇表现出来的活动节律、时间分配以及集群行为是对喀斯特石山栖息地的一种行为适应和生存策略。

弄岗黑叶猴旱季食物营养组分及其对食物选择的影响

蛋白质与纤维素的比值以及能量高低是影响灵长类动物食物选择的重要因素（Oftedal,1991;Waterman and Kool,1994;Chapman and Chapman,2002;Wasserman and Chapman,2003;Hanya et al.,2007;Huang et al.,2010）,但它们是否影响疣猴的食物选择目前尚具有较大的争议。

西南地区喀斯特干热河谷地带不同植被类型下小生境土壤碳氮分布特征

通过对西南地区典型喀斯特干热河谷地带乔木林、灌木林及草丛下所覆盖的土面、石面、石沟、石洞、石缝、石槽和石坑7类小生境土壤样品碳氮含量分布特征进行研究,结果表明：研究区域内小生境表层土壤中有机碳和全氮的含量分别介于10.6-103.7 g/kg和1.16-6.39 g/kg之间,变幅较大;不同植被类型下小生境土壤碳氮的含量分布存在明显差异,乔木林下小生境土壤碳氮平均含量较草丛增加100%以上,灌木林下小生境土壤碳氮的空间变异性最小,小生境土壤碱解氮在各植被类型下服从正态分布,有机碳及全氮则服从右偏态分布;小生境相对开放的土面、石面、石坑及石沟普遍较石槽、石缝及石洞土壤有机碳和全氮的含量高,而碱解氮的变化规律不明显。在同种植被类型下,土壤有机碳与全氮、碱解氮、速效磷和碳氮比均表现出良好的相关性。

广西弄岗黑叶猴食物的水分含量对食物选择的影响

2005年10月—2006年7月,对弄岗国家级自然保护区的一群黑叶猴Trachypithecus francoisi进行观察,采用瞬时扫描取样法收集有关觅食行为的数据,通过与采食植物水分含量的比较,探讨影响黑叶猴食物选择的因素。结果表明:黑叶猴采食植物不同部位的平均水分含量存在明显差异:嫩叶的水分含量最高,为71.52%;其次是成熟叶,为66.25%;果实的水分含量最低,为63.42%。虽然每个月采食植物的平均水分含量存在显著差异(61.59%～72.59%),但从整体来看,旱季和雨季所采食植物的平均水分含量未表现出显著差异。各月份黑叶猴对不同植物树叶的采食时间与该种类植物树叶的水分含量之间的相关性检验数据显示,11月和12月份黑叶猴对某一物种树叶的觅食时间与含水量之间存在显著的正相关。这一结果表明,食物的水分含量可能是影响生活在喀斯特石山环境的黑叶猴食物选择的因素之一,尤其在水分缺乏的旱季。

喀斯特地区不同植被下小生境土壤矿物组成及有机碳含量空间异质性初步研究

通过对喀斯特地区乔木林、灌木林和草丛不同植被类型覆盖下的土面、石面、石缝、石沟、石洞、石槽和石坑7类小生境土壤样品分析测定,探讨了小生境土壤矿物组成及有机碳的空间异质性特征。结果表明:(1)不同植被类型下土壤矿物组成存在明显差异,即从草丛→灌木林→乔木林,小生境土壤中的石英、高岭石基本保持不变,但草丛土壤中的白云石矿物全部消失,灌木林、乔木林土壤中逐渐出现绿泥石;(2)随着植被正向演替,土壤有机碳含量显著增加,小生境土壤有机碳含量在不同植被类型条件下存在明显的异质性,表现为草丛>乔木林>灌木林。与此同时,以小生境土壤有机碳含量及变异系数为评价因子,分别对乔木林、灌木林及草丛中小生境有机碳进行聚类分析,结果显示,小生境微地貌特征是土壤有机碳含量及空间变异性的重要影响因子。对于土壤有机碳保护,草丛及灌木林区应以提高植被覆盖率为主;乔木林区则主要是保持现有良好的植被状况,减少人为干扰。

喀斯特森林生态系统的小生境及其土壤异质性

通过对贵州南部茂兰喀斯特森林生态系统中小生境的土壤进行调查及采样分析,探讨喀斯特微地貌的土壤多样性及土壤性质的变化。结果表明:在小生境地表微形态和微地貌空间变异的影响下,石坑、石沟、石缝、石洞和土面的土壤分布及其性质出现明显的水平空间变异。石洞土壤砂粒含量、>5 mm团聚体数量、容重明显高于石坑、石沟、石缝和土面的土壤,而<1 mm团聚体数量、通气孔隙度及腐殖酸、全氮、全磷、有效氮的含量则相反;石坑土壤<1 mm团聚体数量、通气孔隙度及有机碳、腐殖酸、全氮、有效磷、有效钾、有效铜、有效锌的含量显著高于石洞、石沟、石缝和土面的土壤,而黏粒含量、>5 mm团聚体数量、容重则明显低于土面、石沟和石缝的土壤;石沟土壤的黏粒含量显著低于土面和石缝的土壤,而<1 mm团聚体数量及有机碳、腐殖酸、全氮的含量则相反;石缝土壤有机碳、有效钾的含量明显低于土面、石沟的土壤。初步将喀斯特微地貌的土壤类型分为石洞型、石缝型、土面-石沟型和石坑型,其中土面-石沟型土壤分布最多,其次为石缝型。

青檀光合作用和荧光特性对岩溶区不同生境的响应

在岩溶石质山区,研究了不同生境下青檀的光合和荧光生理特性。结果表明:不同生境下,山顶青檀叶片的光饱和点(336μmol.m-2.s-1)、光补偿点(10.93μmol.m-2.s-1)较山脚高;在同一光照强度下,山顶青檀有着较高的净光合速率、蒸腾速率,而水分利用效率和叶水势却低于山脚;山顶青檀的荧光参数Fm、Fv、Fv/Fo、Fv/Fm、Fv’/Fm’均低于山脚。在低光下,山脚青檀的光化学淬灭系数(qP)和PSⅡ电子传递量子产率(ΦPSⅡ)较大;在强光下,山顶青檀的qP较大,而山脚和山顶青檀的ΦPSⅡ几乎没有差别;山顶青檀保持相对较低的暗呼吸速率。

基于容器分区处理探究黑麦草生长对喀斯特不同土壤生境和水分的响应

为了探究不同水分条件下喀斯特地区分布不均、厚薄不一土壤小生境对禾本科草本植物生长的影响,用3种不同深度的容器(对照深度CK,深土D和浅土S)两两组合为6种复合容器(CK-CK、CK-S、CK-D、D-D、S-D和S-S)以实现容器分区,研究了黑麦草的根系生长、生物量积累及其分配特征。结果表明:1)在水分充足(W0)条件下,组合了浅土容器和深土容器的处理中,黑麦草的根系生长(根长、根直径、根表面积和根生物量)均低于对照容器(CK-CK),且有浅土容器的组合处理(S-S,S-D,CK-S)受抑制程度大于有深土容器的组合处理(CK-D,D-D);当水分含量降低后,即中水(W1)和低水(W2)条件下,有深土容器的组合[D-D和(或)CK-D]根系生长与对照相比显著增加,而有浅土容器的组合[S-S和(或)CK-S]根系生长与对照相比显著降低。2)对比同一处理不同容器分区中黑麦草生长指标发现,在水分充足情况下,深土容器和浅土容器均会抑制植物生长,而当水分减少,S区根系生长被严重抑制,但D区根系增长优势明显。3)水分充足条件下,根冠比未受到显著影响;当水分降低时,组合了深土容器的处理根冠比均有升高的趋势,组合了浅土容器的处理根冠比有降低趋势。由此可见,不同土壤生境带来的物理空间限制会影响植物根系生长和生物量积累与分配,但水分的减少会改变根系生长及生物量积累对不同土壤生境的响应:在水分充足时,土壤物理空间是影响根系生长和生物量积累与分配的主要因子,黑麦草主要发展浅层根系。而当水分减少时,黑麦草根系在浅层土壤中无法获取供给生长代谢活动的足量水分,更倾向于将有限的有机物分配给根,通过根系伸长、表面积和体积增大、直径增粗等策略加强水分吸收,从而增强对干旱的抗逆性,提高对土壤和水分异质性的适应。

贵州贞丰县兴北喀斯特森林植被的调查分析

以贵州省贞丰县兴北镇板围村现存的喀斯特植物群落为对象，分析了其群落的结构和组成、优势种群的生态位宽度及其分布格局、群落所处的小生境状况以及封山育林后群落的演替及动态，结果表明，该地区喀斯特小生境严酷，土壤分布零星且浅薄而石漠化比例大，现存植物种群则主要以集群分布和无性繁殖策略来适应这种小生境，因此为避免其进一步遭受破坏和继续退化，采取封山育林的方式是该地区恢复森林植被的重要途径之一。