山西芦芽山国家级自然保护区退化草地生态修复技术

芦芽山保护区草地面积大,但由于自然和人为等因素干扰,草地生态系统正逐步退化。介绍了该保护区草地生态系统概况,分析了草地生态系统特点,提出了不同退化草地生态修复技术。

芦芽山不同海拔灌丛土壤细菌群落组成和多样性研究

揭示土壤细菌群落组成和多样性海拔格局及其驱动因素一直是生态环境研究的热点问题。以芦芽山灌丛土壤细菌群落为研究对象,沿海拔梯度分别在高海拔(2668-2689 m)、中海拔(1835-1855 m)和低海拔(1368-1392 m)选取鬼箭锦鸡儿灌丛、中国沙棘灌丛和黄刺玫灌丛进行植被调查和土壤取样,利用Illumina MiSeq测序技术对3个不同海拔段土壤细菌群落特征进行分析。研究结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)是灌丛样地土壤细菌优势类群。随着海拔的升高,变形菌门的相对丰度逐渐增加,而放线菌门的相对丰度却逐渐减少,土壤细菌群落多样性整体上呈现先上升后下降的趋势。线性判别分析(LEfSe)分析表明低海拔样地和高海拔样地土壤细菌群落具有较多的显著差异物种(P<0.05),在组成上表现出一定的特有性,而中海拔样地的特有性相对较低,但多样性相对较高。相关性结果表明细菌群落优势门的相对丰度与生物和非生物因素间具有显著的关系(P<0.05)。非度量多维尺度分析(NMDS)和相似性分析(ANOSIM)结果发现不同海拔段灌丛土壤细菌群落组成上存在显著差异(P<0.05);进一步通过冗余分析(RDA)发现植物群落特征主要影响中、低海拔样地细菌群落组成,而高海拔段样地土壤细菌群落组成主要受海拔和土壤理化性质的影响。最后方差分解分析(VPA)结果表明土壤细菌群落组成受到海拔、土壤理化性质和植物群落特征的共同作用,海拔直接或间接地通过植物群落特征和土壤理化性质影响土壤细菌群落的组成和多样性,是影响土壤细菌群落主要的因素。该研究可以为提示芦芽山灌丛土壤细菌群落海拔格局和演替变化提供理论依据。

山西芦芽山保护区野生观赏植物资源调查

芦芽山保护区是山西省高海拔景区,其野生植被丰富多样,具有极大研究开发价值。笔者采用普查和定点调查的方法,对保护区的观赏植物进行实地调研。经调查,野生观赏植物155种,隶属于42科113属,且绝大多数是草本植物,占81.3%。其中野生药用植物资源有113个,隶属于35科89属;国家Ⅱ级保护植物2个,分别是沼兰和沙生柽柳;山西地方保护植物2个;另有一些特色植物,可作为化学原料、直接食用或油料作物。综上,芦芽山野生观赏植物资源比较丰富。研究结果可为芦芽山保护区野生植物资源合理开发利用、生物多样性研究及保护策略的制定提供参考。

芦芽山阳坡不同海拔华北落叶松径向生长对气候变化的响应

为研究树木生长对气候变化的响应状况,选取芦芽山阳坡的3个海拔高度建立了华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树轮宽度年表。年表的统计参数表明,3条年表均为研究气候信息的可靠资料。结果表明,芦芽山阳坡华北落叶松的径向生长和生长与气候的关系均具有海拔差异,中海拔(2440 m)和高海拔(2540 m)的华北落叶松具有相似年际生长变化,而二者均与低海拔(2330 m)华北落叶松的年际生长不同。低海拔华北落叶松的生长与4月平均气温和上一年11月降水量显著负相关,而中海拔和高海拔的生长均与上一年10月平均气温和6月降水量显著负相关。通过年表与气候因子之间的滑动相关分析发现,3个海拔高度华北落叶松生长与气候因子的关系均不稳定,生长与气温条件之间的显著相关关系是随着气温升高而出现的。气温的升高引起了华北落叶松生长与气温因子关系的海拔差异,以及径向生长的海拔差异。这一结果对于气候变化对植被垂直梯度影响的研究具有一定参考价值。

芦芽山自然保护区旅游开发与植被环境的关系Ⅰ.植被环境质量分析

采用敏感水平、群落景观重要值、物种多样性信息指数等一系列评价指标 ,探讨了芦芽山自然保护区旅游开发与植被生态环境的关系。通过一系列评价指标分析 ,结果表明 :保护站～冰口凹段 ,敏感水平不断增大 ,景观重要值不断减小 ;冰口凹到 2 4 2 0 m段 ,敏感水平开始逐步减小 ,景观重要值则不断上升 ;2 4 2 0～ 2 5 80 m段 ,敏感水平又开始逐步回升 ,景观重要值则又迅速下降。物种多样性信息指数随着海拔的不断上升 ,呈一条波动且渐趋上升的曲线。但阴生种比值不能很好地反映生态环境质量的优劣。这些指标的变化趋势和其相互关系相吻合 ,且与植被现状大体一致 ,反映了整个自然保护区植物群落的旅游价值及其生态环境质量。同时 ,距游径的水平距离对植物群落及其景观特征的影响也较为明显。研究结果较好地反映了芦芽山旅游开发现状 ,与实际状况大致吻合 。

芦芽山典型植被土壤有机碳剖面分布特征及碳储量

基于芦芽山沿海拔梯度分布的灌丛草地、针阔混交林、寒温性针叶林和亚高山草甸四类典型植被下土壤剖面实测数据,分析了土壤有机碳的垂直分布特征及其与土壤理化因子的关系。结果表明,各植被类型下土壤剖面上层SOC含量最高,最大值往往出现在10—20 cm层,然后向下逐渐减小。土壤有机质含量由剖面上层最大值向下降低过程中,某深度土壤剖面层段有机质含量急剧减小。亚高山草甸剖面这一深度为20 cm,寒温性针叶林剖面为50 cm,针阔混交林剖面为20 cm,灌丛草地剖面为40 cm。0—10 cm层各植被类型间SOC含量差异不显著;10—20 cm层,亚高山草甸和寒温性针叶林SOC含量显著高于其他类型;20—50 cm层,亚高山草甸SOC含量与灌丛草地接近,显著高于针阔混交林,低于寒温性针叶林。植被类型对有机碳剖面分布影响较大。土壤剖面各层有机碳含量与容重呈显著负相关,与土壤含水量和全氮含量呈显著正相关,与土壤pH值呈弱的负相关,与深层黏粒和粉粒含量正相关,在30—50 cm正相关性显著。逐步回归分析结果表明,亚高山草甸SOC含量与土壤总氮含量、含水量和容重显著相关,寒温性针叶林SOC含量与全氮含量显著相关,针阔混交林SOC含量则与总氮含量和土壤容重显著相关,而灌丛草地SOC含量与容重显著相关。在20 cm深度,4种植被土壤有机碳密度差异不显著;50 cm深度亚高山草甸、寒温性针叶林土壤有机碳储量显著高于针阔叶混交林和灌丛草地,50 cm深度土壤有机碳储量与海拔高度呈显著线性正相关(R2=0.299,P=0.01)。

芦芽山鬼箭锦鸡儿灌丛营养特征及土壤养分分布规律

研究了芦芽山自然保护区亚高山草甸带鬼箭锦鸡儿(Caraganajubata)灌丛营养成分季节性变化和土壤养分分布规律.结果表明,鬼箭锦鸡儿具有很高的营养价值,粗蛋白含量达20·27%,粗纤维含量33·83%,灰分5·12%,同时含有丰富的Ca、Fe、Mn等中微量元素,是亚高山草场家畜的优质饲料来源.鬼箭锦鸡儿营养成分呈明显的季节性变化规律:从5月开始,随着灌丛生长发育,体内粗蛋白、灰分和矿质元素含量呈上升趋势,7月(开花期)达到最高,然后逐步降低.为适应海拔高、气温低、土层薄的亚高山草甸带生境,鬼箭锦鸡儿灌丛周围的土壤养分向灌丛中心聚集,灌丛中心的土壤电导率、有机质、全氮、速效磷和有效钾分别较灌丛边缘高18·8%、16·4%、18·7%、16·6%和8·4%,形成了明显的"肥岛效应".鬼箭锦鸡儿灌丛根际土壤有机质、全氮出现富集,有效磷、速效钾和速效铁、锰在根际周围出现明显亏缺,表明鬼箭锦鸡儿具有高效固氮和吸收利用土壤养分的能力.

芦芽山自然保护区旅游开发与植被环境关系——旅游影响系数及指标分析

采用旅游影响系数对芦芽山自然保护区旅游开发与植被环境的关系进行了继续探讨。结果表明 :( 1 )6个旅游影响因子之间的正负相关性均很好地体现了旅游活动对各因子影响的规律性 ,同时也说明了旅游影响因子的选择与确定以及对其赋值的正确性。它们与自然地理因子、人文地理因子的相关性说明了它们作为评价指标的可行性 ,同时也说明旅游活动是景区管理的主要对象。 ( 2 )根据旅游影响系数评价分级可知 ,整个自然保护区管理水平呈良级和中等水平 ,某些地段已出现危机感。其中 ,冰口凹和山顶附近是人为活动影响最强烈、质量管理最差的地段。评价分级的结果较好地反映了芦芽山旅游开发现状 ,与实际状况大致吻合 ,说明这一方法是可行的。 ( 3)评价指标之间的相关性表明 ,距游径的水平距离愈远 ,敏感水平愈低 ,景观重要值愈大 ,物种多样性信息指数愈大或者稳定 ,旅游影响系数愈小。

山西芦芽山地区树木年轮记录的1676 AD以来5~7月温度变化

在山西芦芽山地区采取了符合国际树轮库要求的油松样本,通过交叉定年和应用区域生长模型,建立长度为328 a的标准宽度年表.根据RCS序列所揭示的气候低频变化特征,确定1676 AD以来夏季温度可划分为两个时段:1676—1865 AD和1866—2003 AD.在1676—1865 AD时期,夏季温度变化主要表现为“冷强暖弱”,其中1710—1720s为最冷时段.1866—2003 AD时期,夏季温度呈现出“总体持续变暖,冷暖交替频繁”的变化特征.

芦芽山植物群落的多样性研究

采用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数对山西芦芽山植物群落的多样性进行了研究 ,并用相关分析研究了多样性指数间的关系 ,结果表明 :1 )随海拔升高物种均匀度指数逐渐增大 ,而丰富度指数和物种多样性指数逐渐减小 ;2 )各植被类型的物种多样性指数排列依次为 :落叶阔叶林 >温性针阔叶混交林 >温性针叶林 >寒温性针叶林 >落叶阔叶灌丛 >草甸 >灌草丛 ;3)多样性指数的DCA二维排序图很好地反映了各多样性指数间的关系 ;4)丰富度指数之间、物种多样性指数之间和均匀度指数之间存在极显著的相关性 ,同时对 1 2种多样性指数进行比较后发现 :R0 、N1 、N2 、E4和E5 优于其他指数。

芦芽山自然保护区旅游开发与植被环境关系——植被景观的类型及其排序

正确识别旅游活动作用下植被景观的类型及其分布格局,是景区管理者实施生态管理的现实课题。以芦芽山自然保护区为例,利用双向指示种分析(Two-Way Indicator Species Analysis,TWINSPAN)和除趋势对应分析(Detrended Correspondence Analysis,DCA)对此问题进行了研究。结果表明:(1)TWINSPAN将所有样地划分为5个不同等级的植被景观类型区,其结果比较客观地反映出旅游开发与植被景观间的生态关系,指示因子也充分地反映了植被区的人为环境和景观特征。与利用旅游影响系数进行的分类相比,TWINSPAN的结果更为科学合理,明显优于单纯依据一个因子划分的结果。(2)DCA第1轴从左到右旅游影响系数和敏感水平越来越小,信息指数越来越大。DCA第3轴从下而上旅游剔除程度逐渐减小。DCA结果能够识别植被景观类型在空间上分布的规律性,但是这种规律性需要根据生态学知识去加以分析和总结,直观性不强。(3)TWINSPAN结果与DCA结果基本一致,具有良好的可比性。

芦芽山林线组成树种白杄径向生长特征及其与环境因子的关系

在山西芦芽山林线附近,应用树干径向变化记录仪(Dendrometer)测量了6株白杄树干的径向生长过程,同步监测环境因子。观测期分为两个阶段,分别是7月15日～8月7日(夏季期),9月5日～10月9日(秋季期)。结果表明:(1)白杄树干径向变化在晴好天气呈现出有规律地波动式上升,在阴雨天气下则表现为持续上升,降雨结束后迅速下降;(2)树干径向生长生长曲线在两个阶段都呈二次曲线形式,在夏季期内树干径向生长为正,在秋季期初始阶段为负在9月中旬后逐渐变为0。(3)在两个观测期内的非降雨期内,树干径向变化与空气温度负相关,与空气相对湿度、土壤含水量、土壤水势正相关与土壤温度相关关系在两个时期内不同;在两个观测期内的降雨时段内,树干径向变化与环境因子的相关关系均不同。(4)距离分析结果表明,在秋季期内,温暖湿润的环境适宜白杄的生长,在夏季期内,湿润环境有利于白杄的生长。

芦芽山亚高山草甸的数量分类与排序研究

芦芽山亚高山草甸是在华北地区最典型的山地草甸之一,该草甸在水土保持、生态旅游资源开发和生物多样性保护等方面发挥着重要作用。应用双向指示种分析法(TW IN SPAN)和除趋势对应分析(DCA)相结合的方法,对山西芦芽山亚高山草甸进行数量分类和排序,将该草甸划分为13个群丛类型,分别位于不同的海拔高度。分类结果很好地反映了植物群丛类型与环境梯度之间的关系,并在DCA二维排序图上得到较好的验证。DCA排序轴反映了海拔、土壤湿度和坡向的梯度变化,表明海拔高度、水热条件和地形是影响植物群丛变化的主要生态因子。

芦芽山植物群落种间关系的研究

通过采用 2× 2列联表的 Fisher精确检验、Pearson相关分析和 Sperman秩相关分析等方法对芦芽山植物群落的种间关系进行了分析。结果表明 ,研究物种关联程度大小时 ,Sperman检验的灵敏性要高于 Pearson相关 ,使用 Sperman秩相关分析得出的结果较好 ,分层对种间关联性进行的研究发现 ,极显著相关和显著相关种对多发生于各层的优势种及次优势种间 ,并依层次不同而不同 ,其中草本层极显著相关种对最多 ,灌木层次之 。

芦芽山土壤有机碳和全氮沿海拔梯度变化规律

研究不同海拔梯度和坡向的土壤碳氮分布，能在较小的空间尺度上反映不同气候状况下土壤碳氮分布规律，揭示多个互相关联的环境因子对土壤碳氮分布规律的综合影响。对山西省北部芦芽山芦芽山沿海拔梯度土壤有机碳和全氮含量的变化规律进行了分析。自海拔1703.1 m至2756.3 m每上升约50 m设置一个样带（共计21块），每样带内布设30 m＆#215;30 m样地3个，每个样地内“S”形布点，分3层（0~10、10~25、25~40 cm）钻取土样。结果表明，在研究海拔范围内土壤垂直剖面自表层向下有机碳质量分数分别为（35.71±13.32）、（29.18±12.85）和（26.39±12.74） g＆#183; kg-1，全氮质量分数分别为（2.83±0.93）、（2.38±0.84）和（2.12±0.80） g＆#183; kg-1。土壤有机碳和全氮含量的分布特征均表现为随海拔升高而增加的趋势，与海拔呈极显著的线性正相关。土壤有机碳含量与海拔线性模型的回归系数在10~25 cm土层最大，而全氮与海拔线性模型的回归系数随土层深度增加而递减。土壤有机碳含量最高值出现在较高海拔处寒温性针叶林下，而土壤全氮含量最高值出现在最高海拔的亚高山草甸。碳氮含量的剖面分布呈现为表层（0~10 cm）最高，随深度下降而递减。研究区土壤C/N值介于5~19，最小值为海拔最高（2756.3 m）的亚高山草甸，而最大值为较高海拔分布的寒温性针叶林（2332.6 m），沿海拔梯度表现呈“Λ”型的变化趋势。

芦芽山林线附近华北落叶松茎干生长特征及其与环境因子的关系

分别于7月15日～8月7日(夏季期)和9月5日～10月9日(秋季期),在山西芦芽山林线附近,应用树木径向变化记录仪(Dendrometer)分别测量了3株和4株华北落叶松树干的径向生长过程,并同步监测环境因子.结果表明:1)华北落叶松茎干变化在晴好天气呈现出有规律地波动式上升,在阴雨天气下则表现为持续上升,降雨结束后迅速下降;2)茎干变化在7～8月观测期内与土壤含水量、空气温度正相关,在9～10月观测期内与土壤含水量正相关,与土壤温度、空气温度负相关;3)径向净生长在夏季期为正,在秋季期为负,在9月初先下降,在9月中期后基本保持为0;4)在两个观测期内,径向净生长与空气温度负相关,与土壤含水量显著正相关.

自组织特征映射网络在芦芽山自然保护区青杄林分类和排序中的应用

采用自组织特征映射网络(SOM)对芦芽山自然保护区青杄林进行数量分类和排序。结果表明:SOM将60个森林样地划分为8个群落类型,各类型在排序图上都有其分布范围和界限,且群落结构、物种组成差异明显,说明分类和排序结果合理,可较好地揭示群落间的生态关系;通过环境因子梯度的可视化方法,确定海拔、坡位和坡度是影响该地区青杄林生长和分布的主要因子,揭示群落、物种及植被分布和环境因子的关系。结果表明SOM网络适用于表征群落生态特征及探索群落和环境相互关系的研究,将其应用于自然保护方面,将有利于对不同植被类型进行分类和管理。

芦芽山自然保护区青林的分类及排序

根据60个森林群落样方数据,采用双向指示种分析(TWINSPAN)和冗余分析(RDA)方法,对芦芽山自然保护区的森林群落进行分类和排序。结果表明:(1)TWINSPAN将该区的森林群落分为9个类型;(2)RDA排序结果较好地反映出群落分布格局与环境梯度的关系。青林各群落类型在第一轴有明显分异,而第一轴主要反映了海拔和坡位的梯度,因此青林的群落分布格局主要受海拔和坡位的影响,从而导致植被类型的垂直分布。(3)环境因子的蒙特卡罗随机置换检验结果表明只有海拔、坡位和土壤pH对群落分布具有显著影响(P<0.05),坡度、坡向和凋落物层厚度的共线性作用较大。方差分解结果表明海拔、坡位和土壤pH的独立解释量依次减小,海拔、坡位是影响青林分布的关键环境因子。

芦芽山生态旅游植被景观特征与地理因子的相关分析

自然保护区是生态旅游的好去处。植被景观不仅仅是其重要的风景资源 ,而且更是协调其生态平衡的杠杆所在。通过取样调查 ,采用一系列植被景观特征指标 ,分析了芦芽山旅游植被景观特征与地理因子的关系。结果表明 :芦芽山旅游植被景观特征的评价几乎不受自然环境的影响 ,而受人为活动影响较大。相对于自然地理因子而言 ,人文地理因子 (即旅游活动 )对植被景观具有更为显著的影响。此外 ,阴生种比值作为植被生态环境质量评价的指标 ,在本研究区域具有一定的非适用性。

芦芽山生态旅游资源及生态旅游区划

生态旅游给自然保护区的发展赋予了新的机遇 ,但同时又使它面临着严峻挑战。加强旅游规划分区研究非常必要。芦芽山具有丰富的生态旅游资源。地貌形态多样 ,生物资源异常丰富 ,气候、植被———土壤呈明显垂直变化。结合其旅游资源 ,我们对其分区如下 :河谷和沟谷农田乡村区———接近自然的生态旅游 ;落叶阔叶林区———亲近自然的生态旅游 ;针阔叶混交林区———返回自然的生态旅游 ;