相关生长关系与生态学研究中的尺度转换

生态学研究常常涉及不同的尺度 ,而不同尺度之间生态属性的转换是生态学研究的一个难点 ,也是近年备受理论生态学界 ,尤其是植物生态学界重视的问题之一。相关生长理论及其应用的研究使一些生态属性的尺度转换成为可能。相关生长关系反映出生物身体大小对其身体结构、生理过程等属性的影响 ;而种群和群落甚至更大尺度上的许多生态特征都可以从有限的个体特征中表现出来。因此 ,人们有可能应用这些定量的相关生长关系 ,解决生态学研究中可能出现的无法直接测量或表征的不同尺度的问题。本文就相关生长理论模型进展及其在植物生态学中一些应用做一介绍。

北京地区不同地形条件下的土地覆盖动态

利用MSS／TM影像和1：250000高程数据分析了1978—2001年北京地区土地覆盖的变化。为研究人类活动对土地覆盖类型及植被变化的影响，根据植被的分布规律和人类活动影响，利用数字高程模型（DEM）将研究区遥感影像分为不同海拔段，分别建立标志进行解译。通过转移概率矩阵计算、不同地形因子影响下的土地覆盖类型分布的GIS分析，得到如下结果：1）1978-2001年间北京市土地覆盖变化主要发生在平原和低海拔、小坡度的平缓地区，表现为农业用地向城镇用地的转变；高海拔地区主要为天然植被所覆盖，土地覆盖变化相对较小，主要是灌丛向林地的转变。2）地形因子显著影响土地覆盖类型的分布及变化。随着海拔的升高和坡度的增大，农业用地和城镇用地减少，林地和灌丛逐渐增加。坡向对植被的分布也有较大影响。

湖南省种子植物物种丰富度与地形的关系

为探讨区域尺度物种丰富度与地形的关系,利用湖南省地方植物志资料和地形图,借助GIS软件等手段,在定量分析湖南省地形的海拔分异特征的基础上,研究了湖南省种子植物的物种丰富度和物种密度沿海拔梯度的变化趋势,以及他们与地形复杂度的关系,得到如下结果:(1)随着海拔的升高,科、属、种丰富度和物种密度均呈现先增大后减小的趋势,也即物种丰富度和物种密度均在中海拔地区达到最高;(2)随地形复杂度的增加,物种丰富度和物种密度呈现先增大后减少的趋势,即中等复杂程度的地形,具有较高的丰富度和物种密度。

北京东灵山三种温带森林生态系统的碳循环

通过对北京山地白桦林、辽东栎林和油松林的植被、地表凋落物和土壤碳储量,生物量净增量和凋落物量,以及植被和土壤呼吸的实际观测,构建了北京山地三种温带森林生态系统的碳循环模式．结果表明,北京山地温带森林总碳密度在250～300tC·hm^(-2)之间,其中植被碳密度为35～54tC·hm^(-2),土壤碳密度(深度为1m,包括地表凋落物)为209～244tC·hm^(-2)．三种森林的植被生物量都处于增加之中,净增量为1．33～3．55tC·hm^(-2)·a^(-1)．凋落物量为1．63～2．34 tC·hm^(-2)·a^(-1),群落植被呼吸量为2．19～6．93tC·hm^(-2)·a^(-1),土壤异养呼吸量为1．81～3．49 tC·hm^(-2)·a^(-1)．生态系统的总初级生产力介于5．39～12．82tC·hm^(-2)·a^(-1)之间,其中约一半(46％～59％)转变为净初级生产力(3．20～5．89tC·hm^(-2)·a^(-1))．碳平衡分析表明,在研究时段(1992～1994)内,人工油松林是一个较大的碳汇(4．08tC·hm^(-2)·a^(-1)),而次生的白桦林和辽东栎林与大气之间的CO_2交换基本处于平衡状态．

南水北调中线水源区土地利用/土地覆被的空间格局

土地利用/土地覆被(简称LULC)变化对流域水资源动态具有深刻的影响。这对于我国大规模跨流域的南水北调工程规划尤为重要。本文制定了该工程中线水源区约95000km2面积的LULC分类系统,利用2000年前后的TM影像完成LULC分布现状图,并结合DEM分析了其土地利用/土地覆被的空间格局特征。结果表明:①研究区域森林覆盖率为50.97%,灌丛25.58%;农田约占15%,其中旱地与水田的比例约10:3;石砾裸地等强烈退化类型合占5.66%;水域约占1%。②区内秦岭南坡、汉—丹平原丘陵、巴山北坡三部分的LULC结构存在显著差异,强度土地利用类型和退化土地类型主要分布在汉—丹平原丘陵地区;秦岭南坡耕地的水分条件较巴山北坡好,但局部土地退化现象也更严重。③地形对LULC具有明显影响。海拔高度控制着自然植被的垂直分异和各种土地利用类型及利用强度的分布;各土地覆被类型的分布显示了坡度对土地开发强度的限制作用;坡向对局部LULC格局的影响并不显著,但在区域尺度上可能对秦岭南坡与巴山北坡的LULC结构差异具有贡献。南水北调中线工程水源区当前的LULC结构和空间格局显示,总体上植被状况良好,高强度的土地利用类型主要集中于海拔1000m以下的平缓地区,而退化土地类型也主要存在于这一区域,是流域水质保护和环境治理的关键区域。

新疆草地植被的地上生物量

2004年对新疆地区的草地地上生物量进行了大范围的调查,据此估算了新疆6种主要草地类型的地上生物量密度和总量,并探讨了草地地上生物量与环境因子的关系。结果表明,草原类型中,荒漠草原的地上生物量密度最小(34.9gC·m-2),草甸草原最大(87.3gC·m-2),而典型草原(53.2gC·m-2)和高寒草原(47.7gC·m-2)介于两者之间;草甸类型中,山地草甸(117.4gC·m-2)的地上生物量密度显著高于高寒草甸(58.1gC·m-2)。6种草地的地上生物量总量为14.65TgC,约占全国的10%。地上生物量主要集中于高寒草原和高寒草甸,两者占总量的41.7%;其次是典型草原、山地草甸和荒漠草原,分别占19.0%、18.3%和14.6%;草甸草原因分布面积小而使得其地上生物量最小,仅占总量的6.4%。草原和草甸地上生物量的控制因子存在差异:草原地上生物量主要受降水控制,而草甸地上生物量则与温度相关。除受气候影响外,草原地上生物量还与土壤含水率、土壤总氮含量正相关,而草甸地上生物量与土壤含水率、土壤总氮含量均不相关。

面积和中间膨胀效应对丽江地区种子植物物种丰富度垂直分布格局的影响

滇西北地区是我国三大特有物种分化中心之一。作者利用地方植物志资料,结合数值高程模型(DEM)数据,研究了云南丽江地区种子植物物种丰富度的垂直分布格局,并分析了面积和中间膨胀效应(mid-domaineffect)对该格局的影响。研究结果表明:随着海拔的升高,各海拔段面积呈先增加后下降的分布格局;物种丰富度、物种密度和中间膨胀效应的物种丰富度预测值在海拔梯度上均呈单峰型变化格局。面积和中间膨胀效应对丽江地区物种丰富度的垂直分布格局有着显著的影响。其中,面积起主要作用,对物种丰富度的变异解释百分率达80.2%,而中间膨胀效应的影响作用相对较小,仅占11.3%。

安徽牯牛降的植物多样性垂直分布特征——兼论山顶效应的影响

牯牛降国家级自然保护区是我国生物多样性热点地区之一——黄山-武夷山区的一部分,人为干扰较轻,植被保存状况良好,是这一生物多样性中心基本特征的代表性区域。牯牛降地区的植物物种多样性和群落的分布特征尚缺少系统的研究报道。对牯牛降南坡的植被垂直带进行样方和样带调查,探讨其植物群落和植物物种多样性的海拔梯度格局,及其影响因素。通过对样方数据的数量分类和CCA排序,结合分析群落生活型构成、物种丰富度、α多样性、β多样性的结果表明:(1)牯牛降南坡随着海拔的上升,依次出现常绿阔叶林(400-1 100 m)、常绿落叶阔叶混交林(1 100-1 350 m)、针阔混交林(1 350-1 600 m)和常绿针叶林(1 600-1 728 m)。(2)物种丰富度和多样性指数大致表现了沿海拔梯度降低的趋势;但低海拔人为活动的干扰、海拔1 400 m处样方小地形的显著变化、海拔1 500-1 600 m之间历史上的火干扰等因素,导致了物种多样性海拔梯度特征的复杂化;常绿阔叶林和常绿落叶针阔叶混交林的种-面积曲线差异反映了不同植被类型中物种分布的尺度效应的差异。(3)海拔梯度、局部地形及其他生境条件的变化共同影响着物种多样性的格局。山地常绿落叶阔叶混交林、针阔叶混交林和黄山松纯林等是发育在同一气候垂直带条件下,主要由地形引起的土壤与小气候差异导致的植被斑块。山顶效应对植物群落类型和物种多样性变化具有显著影响,对于理解牯牛降植物物种多样性垂直梯度特征和模式具有重要意义。

山地常绿落叶阔叶混交林种子雨的地形格局

种子雨是森林群落更新繁殖体的主要来源。而地形对植被空间格局异质性的影响机制之一 ,就是作用于种子雨的空间分布。为了在亚热带山地常绿落叶阔叶混交林群落中检验这一假设 ,在湖北宜昌市大老岭国家森林公园内、海拔 130 0～ 14 95 m之间的一片天然次生林内进行野外比较观测实验。选择 10个不同的地形部位 ,在每一点设置重复 (5个 )的种子雨收集器 ,在种子雨期间定期收集并记录种子雨的种类及数量。 2 0 0 1、2 0 0 2年的观测数据分析表明 :(1)种子雨密度和物种丰富度在不同地形坡位、坡形上差异显著 ,都沿山脊 -山坡 -山谷梯度和凸坡 -平坡 -凹坡梯度而减小 ;(2 )种子雨的密度和物种丰富度受坡向和坡度的影响不显著 ;(3)种子雨和乔木层物种构成的相似性与坡位和坡形呈显著的正相关 ;与坡度呈不显著的负相关 ,与坡向值间存在非线性关系 ;(4 )地形影响种子雨扩散的可能机制包括 ,影响不同种类母树的分布及其密度格局 ,影响不同坡位或坡形上分布的母树种子生产的强度和节律 ,影响风力的方向和大小的分布 ,从而形成水平方向种子流的源 -汇分化。

福建黄岗山东南坡气温的垂直变化

利用HOBOOnset自动温度记录仪于 2 0 0 1年 11月～ 2 0 0 2年 11月对福建黄岗山东南坡 7个地点的气温 ,间隔15min进行了连续观测。结果显示 :黄岗山年平均气温直减率为 0 .4 3℃ / 10 0m ;不同月份的直减率有差异 ,一般来说 ,冬季小 ,夏季大 ,其中 12月最小 (0 .2 6℃ / 10 0m) ,9月最大 (0 .5 6℃ / 10 0m)。平均最高气温沿海拔高度变化并非呈线性关系 ,表现为中海拔 (16 0 0m )数值最低 ,而平均最低气温沿海拔高度呈明显线性关系 ,直减率为0 .5 4℃ / 10 0m。最高温度沿海拔高度变化不明显。月平均的日较差沿着海拔高度变化呈“U”字形 ,中海拔月平均日较差值最低。日平均气温≥ 0℃ ,≥ 5℃和≥ 10℃的积温沿海拔高度呈线性关系 ,直减率几乎相同。≥ 10℃积温从低海拔至高海拔相差约 2 0 0 0℃ ,海拔每升高 10 0m稳定初日至终日 ,积温日期间隔平均减少 7d左右。

新疆天山中段巴音布鲁克高山草地碳含量及其垂直分布

对新疆天山中段巴音布鲁克高山草地(高山草原和高山草甸)的生物量和土壤有机碳进行了测定。结果表明积分和分层两种估算方法得到的土壤有机碳含量没有显著差异,但积分算法的优势在于能推算不同深度的土壤有机碳含量,便于与以往的研究进行比较;高山草甸的生物量和土壤有机碳含量均大于高山草原;其地上生物量分别为71.4和94.9gC·m-2,地下生物量分别为1033.5和1285.2gC·m-2;1m深度的土壤有机碳含量分别为25.7和38.8kg·m-2;地上生物量呈现较为明显的垂直分布格局,即随着海拔的增加,地上生物量先呈增加趋势,但当海拔超过一定界限后生物量突然下降;土壤含水率是导致南坡(阳坡)土壤有机碳含量空间分异的重要因素,但北坡(阴坡)土壤有机碳含量还可能与地形、土壤质地等其它因素有关;两种高山草地(高山草原和高山草甸)的根系集中分布在40cm以内,0～20cm根系分别占其总量的76%和80%;土壤有机碳集中分布在60cm以内,0～20cm土壤有机碳分别占其总量的55%和49%;高山草原根系分布比高山草甸深,但较低的地下/地上比使得其有机碳分布比高山草甸浅。

新疆巴音布鲁克高山草地物种丰富度与生产力的关系

利用野外调查的物种丰富度和生物量资料,对位于新疆天山中段巴音布鲁克草地的20个样地进行群落数量分类,揭示每种群落类型的物种丰富度和生产力特征,在此基础上,考察了群落内和群落间物种丰富度与生产力的关系,并探讨其形成机制。结果表明:利用TWINSPAN将20个样地划分为6个群落类型(亚高山草原、亚高山草甸化草原、亚高山草原化草甸、亚高山草甸、高山草甸和高山沼泽草甸)。6个草地群落类型地上生物量、物种丰富度差异明显:就地上生物量而言,亚高山草原和亚高山草甸较低,高山沼泽草甸和高山草甸较高,而亚高山草甸化草原和亚高山草原化草甸处于两者之间;就物种丰富度而言,亚高山草甸和高山草甸较高,亚高山草原和高山沼泽草甸较低,而亚高山草甸化草原和亚高山草原化草甸处于两者之间。群落内物种丰富度与生产力的关系表现出多种形式:亚高山草原、亚高山草甸和高山草甸的物种丰富度与生产力呈正相关,亚高山草甸化草原的物种丰富度与生产力呈负相关,而亚高山草原化草甸和高山沼泽草甸的物种丰富度与生产力没有表现出显著的相关关系。群落间物种丰富度与生产力呈现“单峰”关系。群落内生产力范围不够大,可能是群落内未能观察到“单峰”关系的原因;环境异质性是导致群落间出现“单峰”关系的关键因素。