Effects of anthropogenic disturbance on richness-dependent stability in Napahai plateau wetland

Unique plateau wetlands in China provide essential ecosystem functions and services and influence the health,environment and security of the downstream regions.In recent years,these plateau wetlands have experienced significant anthropogenic disturbance,but studies that evaluate the effects of such disturbance on ecological stability are rare.Our study tested how three typical types of human-related activities affect plant richness and ecological stability in Napahai plateau wetland,Shangri-La,China.The results showed that the anthropogenic disturbance had a direct effect on richness,and an indirect effect on stability mediated by richness.Anthropogenic disturbance did not alter the positive relationship between plant richness and community stability,and the stabilizing effect of richness could be explained by statistical averaging,overyielding effect,and component population stability.Our study complements previous studies that tested the richness-stability relationships in synthesized assemblages with richness specifically manipulated and studies that introduced mowing treatment to mimic real anthropogenic disturbance.The results further suggest that necessary steps,such as anthropogenic disturbance mitigation and plant richness conservation,are urgently required for maintaining healthy plateau wetlands and for sustaining their ecosystem functions and services.

滇西北高原典型退化湿地纳帕海植物群落景观多样性

采用时空替代法,运用3S技术,结合植物群落实地调查,研究了云南西北高原典型退化湿地纳帕海的植物群落景观多样性格局。结果表明:人为干扰加速了纳帕海原生沼泽、沼泽化草甸植物群落景观向草甸、垦后湿地植物群落景观演替,湿地环境不断丧失,湿地功能逐渐退化;不同演替阶段沼泽植物群落景观多样性在空间上呈现出不同的格局是对湿地环境变化的响应,体现了湿地环境变化与功能现状,并在一定程度上反映了人为干扰的类型与强度。

区域气候变化对纳帕海湖滨植物生理生化特性的影响

高原湿地是我国重要的生态屏障,关乎流域生态安全。随着气候变暖和极端气候事件频发,探讨高原湿地植物对气候变化的生理生化响应及温度胁迫带来的伤害,对维系高原湿地生态系统的稳定,应对全球气候变化具有重要意义。以高原地区典型湿地纳帕海为研究对象,将适应了纳帕海湿地气候条件的4种优势植物连同生长基质组成的植物-土壤单元,移至不同区域气候条件的拉市海湿地和昆明滇池流域,分析气候变化影响下,4种湿地植物原位异地后的丙二醛(MDA)、游离脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、过氧化物酶(POD)含量等反映植物受到逆境胁迫的生理生化指标变化。研究结果表明,湿地植物虽是隐域植物,但气候变化对其生长产生显著影响,不同湿地植物对气候变化的适应性不同,水葱(Scirpus tabernaemontani)和茭草(Zizania caduciflora)等广布种能够很好地适应气候变暖,两者生物量均随温度上升而增加,在拉市海的增长率分别高达196%和190%,在昆明分别增至487%和408%,MDA、Pro、POD含量则随温度上升而下降,在拉市海的最高降幅分别为16%和24%、27%和12%、14%和58%,在昆明的最高降幅分别为31%和24%、52%和25%、48%和73%,气候的暖化更有利于其生长。刘氏荸荠(Heleocharis liouana)虽为广布种,尽管气候变化对其产生了胁迫,但能通过调节自身的代谢物质来抵御这种变化,反映了广布种对气候变化较强的适应性。小黑三棱(Sparganium simplex),对气候变化较为敏感,随温度的升高其生物量在拉市海的增长率达17%,而在温度更高的昆明则减少了20%,呈现先升高后下降的趋势,同时体内各相关抗逆指标也呈现先下降后上升的趋势,MDA降至0.001387μmol/g,后迅速增至0.002739μmol/g、Pro降至13.386891μg/g,后增至18.172878μg/g,温度升高到一定程度对其产生了不利影响。对于这样一种生态幅较窄的物种,随着气候条件的改变,其生存将面临极大的挑战,显示了高原湿地在全球变暖大背景下的脆弱性,以及高原湿地生态系统维系存在的潜在危机。

禁牧对高原湿地纳帕海退化草甸土壤理化性质的影响

2012年采用比较研究法对高原湿地纳帕海禁牧4年、禁牧8年和未禁牧的退化草甸土壤理化性质进行调查分析,探索禁牧对高原湿地退化草甸土壤理化性质的影响。结果表明,禁牧显著降低了土壤容重值,增加了土壤毛管持水量,改善了土壤物理性质,且禁牧时间越长,效果越显著;随着禁牧时间的增加,土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效磷含量逐渐递增,且表层0～20 cm土壤比深层20～40 cm土壤变化幅度大;纳帕海湿地退化草甸土壤理化性质随着禁牧时间的增加趋于良性循环,并与植物生长和植被演替有着密切关系,表明禁牧是高原湿地退化草甸土壤恢复的有效措施。

不同利用方式对纳帕海高原湿地土壤质量的影响

研究了纳帕海高原湿地不同利用方式对土壤质量的影响,结果表明,天然沼泽和浅水沼泽草甸,排水疏干后用于放牧的草甸、垦后湿地相比,土壤有机质分别减少了4.33%、7.32%和5.64%,全氮分别减少了0.1%、0.33%和0.16%,除垦后湿地速效钾和速效磷含量较高外,速效养分呈现和有机质、全氮一样的变化趋势,均随人为活动干扰加剧而不断下降,土壤酶活性中蛋白酶、脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性与土壤有机质等肥力因子存在显著相关性。垦后湿地土壤养分含量和酶活性较高,土壤质量改善,这与人为大量施用有机肥和周围山上水土流失带下土壤养分汇集有关,但其湿地环境已完全转化为旱生环境,湿地功能丧失。综合土壤性质10项指标计算的土壤退化指数表明,与天然沼泽比较,沼泽草甸和草甸湿地均出现退化现象,垦后湿地环境完全改变,应及时进行保护和恢复,退耕还湿。

高原退化湿地纳帕海植物多样性格局特征及其驱动力

对滇西北纳帕海湿地不同退化演替阶段的植物群落结构特征及多样性格局的研究结果表明:纳帕海共有植物115种,隶属38科、82属,植物群落15个,包括3个沉水植物群落、2个浮叶植物群落、6个挺水植物群落、4个草甸群落。其中原生沼泽有湿地植物25种,隶属16科、17属,3个沉水植物群落、2个浮叶植物群落;沼泽化草甸有湿地植物35种,隶属19科、26属,6个挺水植物群落;草甸有湿地植物64种,隶属28科、55属,4个草甸群落;垦后湿地仅有农作物4种,隶属4科、4属。随着原生沼泽、沼泽化草甸向草甸、垦后湿地的退化演替,植物群落伴生种增多,优势种的优势度明显下降,群落结构逐渐变得复杂;原生沼泽、沼泽化草甸植物群落分布面积萎缩,草甸、垦后湿地面积不断增大;物种丰富度与多样性指数随原生沼泽、沼泽化草甸、草甸的退化演替而逐渐增加,草甸植物物种丰富度、多样性指数最大,而垦后湿地为最低值。纳帕海植物多样性格局特征是对不同人为干扰强度与类型的响应,当前影响植物多样格局的驱动力主要是排水垦殖、无序旅游、过度放牧和周边森林的破坏等人为生产活动。

高原湿地纳帕海土壤持水力对不同放牧的响应

选择滇西北高原纳帕海湿地作为研究对象,对生物践踏型(牛、羊践踏)与生物扰动型(藏香猪翻拱)放牧作用下的湿地土壤持水力特征进行对比研究。结果表明:(1)不同放牧方式显著影响湿地土壤理化性质以及土壤持水力。牛羊践踏型放牧下的土壤有机质、总孔隙度、自然含水量以及最大持水量、有机质均显著(P<0.05)高于扰动型放牧,而践踏型放牧下的土壤容重显著(P<0.05)低于扰动型放牧;(2)不同研究区域,土壤持水力对放牧的响应不同。布伦放牧区土壤最大持水力在2种放牧方式下的差异不显著(P>0.05),而哈木古和伊拉放牧区的土壤最大持水力在2种放牧方式下均有显著差异(P<0.05);(3)不同季节,土壤持水力指标对放牧的响应程度亦不相同。在旱季,土壤持水力在2种放牧方式下的差异性较雨季更为显著(P<0.01)。研究表明,湿地土壤水源涵养功能与放牧方式、放牧季节和放牧区域有关。基于湿地水源涵养功能的保护,应取缔土壤扰动型放牧,有效调控践踏型放牧的强度并减少旱季放牧。

云南纳帕海岩溶湿地生态环境变化及驱动机制

利用原状土就地取样野外定位研究方法,对云南西北高原的纳帕海岩溶湿地生态环境状况进行的2年定位研究表明,纳帕海湿地生态环境破坏严重,表现为湿地面积不断缩小,沼泽类型改变,沼泽旱化、沙化,中旱生植物侵入,沼泽发生逆向生态演替,生物多样性减少,土壤养分衰减退化,土壤酶活性降低,水质变劣.分析了引起纳帕海湿地环境变化的自然因素和人为因素,表明人为活动干扰是引起其湿地生态环境退化的主要原因.

高原湿地纳帕海周边山地不同植被类型枯落物持水特性

对高原湿地纳帕海周边山地8种不同植被类型枯落物持水特性进行了研究。结果表明,(1)8种植被类型枯落物储量和总持水量均表现出半分解+分解层>未分解层的变化趋势;枯落物储量呈现从乔木林到灌木林和荒草地逐渐降低的总体趋势;高山柳+白桦混交林最大总持水量最大,受人为干扰较为严重的高山松纯林总持水量最小。(2)初始1h内不同植被类型不同层次枯落物持水量均迅速增大,在浸水6～10h后,枯落物持水量基本达到饱和。(3)枯落物在浸水前0.5h内吸水速率最大,6～10h时下降速度明显减缓。(4)不同植被类型枯落物失水速率有一致性,随着失水时间延长而逐渐变小,呈近直线下降。综合分析得出,高山柳+白桦混交林枯落物持水量最大,调节洪峰能力最强,失水过程最佳,补给水源能力最好,其水文生态效应是8种植被类型中最好的。

不同干扰程度下高原湿地纳帕海土壤酶活性与微生物特征研究

采用In-situ野外取样技术与室内实验分析相结合,对不同人为干扰程度下滇西北高原湿地纳帕海土壤酶活性和微生物数量特征进行研究。结果表明:(1)在人为活动干扰下,湿地类型从原生沼泽向沼泽草甸-草甸-垦后湿地逆向演替,F检验显示土壤脲酶、蛋白酶和蔗糖酶活性在各类型湿地间差异显著(F脲酶=14.246,F蛋白酶=13.760,F蔗糖酶=15.392),表现为垦后湿地>沼泽草甸>草甸>原生沼泽,过氧化氢酶活性差异不显著(F过氧化氢酶=2.697),且与上述三种水解酶变化规律不同。(2)F检验显示,土壤细菌数量差异显著(F细菌=10.883),呈现沼泽草甸>草甸>垦后湿地>原生沼泽;土壤真菌与放线菌数量差异显著(F真菌=18.032,F放线菌=15.078),呈现沼泽草甸>垦后湿地>草甸>原生沼泽。(3)回归分析表明,土壤脲酶与过氧化氢酶极显著正相关。在草甸湿地类型中,土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶间呈显著线性正相关。土壤酶活性虽与微生物数量相性不显著。(4)纳帕海湿地土壤微生物数量与酶活性变化是对人为不同干扰类型与强度的响应。

滇西北纳帕海高原湿地区域退化草甸土壤有机碳含量特征

为了解气候变化和人类活动双重影响下纳帕海高原湿地区域有机碳含量特征,采用空间格网状抽样调查方法,对区域内退化系列下湿地草甸w(SOC)(SOC为土壤有机碳)特征进行研究.结果表明:(1)随着草甸的退化及土壤深度的增加,土壤含水量呈下降趋势,土壤容重呈增加趋势;(2)从无退化草甸到重度退化草甸,植被地上生物量从321.4 g/m^2降至142.1 g/m^2;(3)在地表至地下50 cm深度范围内,从无退化到重度退化草甸,w(SOC)分别为28.21、20.59、18.01、14.81 g/kg,湿地草甸退化导致w(SOC)下降了近50%,ρ(SOC)从40.92 kg/m^3降至25.23 kg/m^3;(4)狼毒草甸的w(SOC)、ρ(SOC)等均表现出相对较高的水平,仅次于无退化样地;(5)w(SOC)与土壤含水量呈显著正相关(P<0.05)、与土壤容重呈显著负相关(P<0.01).湿地草甸植被退化所形成的地上植被盖度及生物量的下降,以及土壤含水量的下降和土壤容重的增加,最终导致近50%左右的w(SOC)发生流失;此外,若从同类研究中季节性淹水的沼泽或沼泽化草甸转变为该研究中常年出露于水面的草甸景观后,在20 cm土壤深度内将导致45%以上的w(SOC)损失.

人为活动干扰对纳帕海湿地环境影响的研究

纳帕海是金沙江流域云南西北高原低纬度高海拔的季节性沼泽湿地,有着若尔盖高原湿地和我国北方湿地所不具备的特点,为我国湿地的独特类型。由于其发育于生态脆弱的横断山石灰岩地区,地处长江上游,承接和调节着高原山区的冰雪融水、地表径流和河流水量,控制着土壤侵蚀,对长江下游水位和水量均衡有着重要作用,但长期以来不合理开发利用,使该区生态环境退化问题十分严重。探讨了人为活动干扰对纳帕海湿地环境的影响,结果表明:排水垦殖造田、过牧超载等人类活动的强烈干预对纳帕海湿地发生发展产生显著影响,40年间湖面积减少了9/10,高原特有水生植物消失或减少,草场资源与牲畜放牧关系严重失调,超载率132.5%,土壤养分衰减下降,湿地严重退化。

不同利用方式对纳帕海湿地土壤质量的影响

不同利用方式对纳帕海湿地土壤质量影响的研究,结果表明:与原生沼泽相比,浅水沼泽草甸,排干用于放牧的草甸和垦后湿地的土壤有机质分别减少了4.33%、7.32%和5.64%,全氮分别减少了0.1%、0.33%和0.16%,除垦后湿地速效钾和速效磷含量较高外,此两种土壤的速效养分和有机质、全氮一样变化在不同利用方式的湿地中,均随人为活动干扰的加剧而不断下降。在不同利用方式湿地的土壤酶活性中,蛋白酶、脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性与其土壤有机质等肥力因子存在显著相关性。综合土壤性质10项指标计算的土壤退化指数表明,与原生沼泽相比,不同利用方式下的湿地均出现退化。

高原湿地纳帕海水生植物群落分布格局及变化

采用3S技术与植物群落研究法,对高原湿地纳帕海24a来的湿地植物群落分布格局及变化的研究结果表明:与24a前水生植物群落相比较,纳帕海水生植物群落类型、数量改变,原生群落不断减少或消失,耐污、喜富营养类群如水葱群落(Com.Scirpus tabernaemontani)、茭草群落(Com.Zizania caduciflora)、穗状狐尾藻群落(Com.Myriophyllum spicatum)、满江红(Com.Azollaimbricata)群落等大量出现;群落总数由24a前的9个增至当前的12个,其中挺水植物群落增加2个,浮叶植物群落增加1个,挺水植物群落增幅最大。由东向西、由南向北,纳帕海水生植物群落分布大致呈现出浮叶群落、挺水群落、沉水群落斑块状依次配置的水平格局规律。挺水植物群落分布面积最大,达528.42hm2,其次是沉水植物群落,分布面积为362.50 hm2,浮叶植物群落分布面积最小,为70.23 hm2。随沉水群落、浮叶群落向挺水群落的演替,群落伴生种数量增加、优势种优势度减小、层次类型改变,群落结构变得更为复杂。纳帕海湿地水生植物群落分布格局及变化是对湿地环境变化的响应,表明了在人为干扰作用影响下,纳帕海湖岸线内移、水量减少、水质恶化等湿地水文条件的改变,致使湿地生态系统功能不断退化。

高原湿地纳帕海4种湿地利用类型土壤养分和微生物特征研究

采用实地调查与In-situ取样技术及室内实验分析,对滇西北高原湿地纳帕海现存4种湿地利用类型土壤养分和微生物数量特征进行研究。结果表明:(1)在人为活动干扰下,湿地类型从原生沼泽向沼泽草甸、草甸和垦后湿地演替,土壤有机质和全氮含量呈现明显的衰减下降,其中有机质下降54.06g/kg,全氮下降1.96g/kg。(2)经F检验结果表明:4种湿地利用类型中土壤微生物总数存在显著差异,表现为沼泽草甸>草甸>垦后湿地>原生沼泽;土壤真菌和放线菌呈相同的变化趋势,为沼泽草甸>垦后湿地>草甸>原生沼泽;土壤养分和微生物数量变化均具有明显的空间层次现象,即随土层加深而降低,表聚性明显。(3)除原生沼泽之外的3种湿地利用类型中土壤微生物数量与有机质和全氮含量呈极显著正相关。(4)人为干扰加速纳帕海湿地的逆向演替进程,土壤养分与微生物特征的变化是对人为不同干扰类型与强度的响应。

高原退化湿地纳帕海植物功能群组成及多样性

对滇西北人为干扰下高原退化湿地纳帕海不同演替阶段沼泽体植物功能群组成及物种多样性特征的研究表明：随着原生沼泽、沼泽化草甸向草甸、垦后湿地的逆行演替，天然植物群落组成物种数增多、伴生种增加，群落优势种优势度下降，群落总盖度呈增加趋势，群落结构变得复杂，而在垦后湿地为人为生产活动主导下的人工栽培植物。植物的水分生态型功能群组成随湿地的逆行演替，水生、湿生类植物功能群的优势度不断减少，中生、旱生类植物功能群的优势度逐步增加，而在垦后湿地只有农作物；植物生活型功能群组成随湿地的逆行演替，水生草本迅速减少，陆生多年生草本增加占据优势，而在垦后湿地均为一年生草本；湿地植物物种丰富度、多样性指数由原生沼泽、沼泽化草甸到草甸依次增加，草甸为最大值，而垦后湿地则最低。纳帕海植物功能群组成及多样性特征是对人为干扰下适应湿地环境变化的响应，标志着湿地生态系统结构改变和功能的不断丧失。

不同人为干扰下纳帕海湖滨湿地植被及土壤退化特征

以滇西北高原纳帕海湖滨退化湿地为研究对象,对比分析了人为隔断水源补给、牛羊过度放牧和家猪拱地3种人为干扰下湿地植被和土壤退化特征。结果表明:3种干扰方式下,纳帕海湖滨湿地植物群落类型多样性、物种丰富度、物种数、ShannonWiener指数、沼生植物重要值以及土壤有机质、全氮、速效氮、含水率、毛管孔隙度变化规律为:人为隔断水源补给>牛羊过度放牧>家猪拱地,而土壤容重和全钾含量变化规律完全相反。Pearson相关性分析表明,不同人为干扰下相同土壤指标之间相关性质和相关强度不同;CCA分析表明植物群落种类组成和分布与土壤含水率和全磷含量显著相关。以原生湿地样点为对照,人为隔断水源补给、牛羊过度放牧和家猪拱地样带土壤退化指数分别为-7.40%、-14.53%、-45.01%。认为纳帕海湖滨湿地退化是三种干扰协同作用结果,但作用程度不同,其顺序为家猪拱地>牛羊过度放牧>人为隔断水源补给。

高原湿地纳帕海自然保护区功能区分区初探

高原湿地保护区具有自己独特的生态结构特征,其功能区分区不应照搬传统的3级规划模式。本文通过对纳帕海湿地保护区功能区分区的特点、现状以及存在问题的分析,提出了适合纳帕海保护区湿地特征的分区模式。

纳帕海不同土地利用方式下土壤有机碳分布特征

[目的]探讨纳帕海区域土壤有机碳(SOC)在不同土地利用方式下的剖面分布特征及其与土壤含水量、容重的相关关系,为该区域合理高效利用土地资源提供科学依据。[方法]对猪拱地、农田、灌丛和森林4种土地利用类型的SOC分布特征进行研究。[结果]0~50 cm土层深度内,SOC含量由高到低依次为农田(26.43 g/kg)、猪拱地(20.95 g/kg)、灌丛(20.16 g/kg)、森林(17.25 g/kg);猪拱地、农田、灌丛和森林均为0~10 cm土层SOC含量最高,是主要的碳储层,分别占0~50 cm土层的37.42%、28.07%、49.81%和30.10%,随土壤深度的加深,SOC含量呈减少趋势;SOC密度与SOC储量呈基本一致的变化趋势;各样地表层SOC与土壤含水量呈显著正相关(R^2=0.50,P<0.05),与土壤容重呈极显著负相关(R^2=0.60,P<0.01)。[结论]不同土地利用类型其SOC含量在垂直方向上的分布不同,湿地的退化会不同程度地导致SOC流失,表层SOC含量很大程度上受土壤含水量和土壤容重的制约。

滇西北高原纳帕海湿地土壤氮矿化特征

采用树脂芯原位培育法,研究了纳帕海沼泽、沼泽化草甸和草甸土壤氮的矿化特征。结果表明,铵态氮(NH+4-N)为沼泽、沼泽化草甸土壤中无机氮的主要存在形式,分别占无机氮含量的96.76%和75.24%,而硝态氮(NO-3-N)为草甸土壤中无机氮的主要存在形式,占无机氮含量的58.77%。植物生长期内,纳帕海湿地土壤的净氮矿化速率表现为沼泽化草甸>草甸>沼泽,表明干湿交替的土壤环境更利于土壤氮矿化作用的进行,土壤中氮素有效性和维持植物可利用氮素的能力更强。整个生长季,沼泽和草甸土壤氮矿化为硝化作用,而沼泽化草甸土壤氮矿化为氨化作用。土壤硝态氮含量、有机质含量、碳氮比和含水量均对纳帕海沼泽、沼泽化草甸和草甸土壤的氮矿化产生显著影响。