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生态学报 2019年第18期杂志 文档列表

生态学报杂志专论与综述

中国喀斯特生态保护与修复研究进展6577-6585

摘要：喀斯特生态系统是地球表层系统的重要组成部分。我国西南喀斯特地区以高强度农业活动为主,人地矛盾尖锐、石漠化严重,是我国最大面积的连片贫困区。在国家科技计划项目等的持续支持下,我国围绕喀斯特区生态修复与石漠化治理,系统开展了喀斯特生态保护与修复基础理论、技术研发、产业示范等研究,在喀斯特生态系统退化机理、石漠化治理技术与模式、生态治理助力脱贫攻坚、喀斯特景观资源保护、喀斯特国际合作等方面取得突出进展,引领了国际喀斯特学科发展。面对当前石漠化治理过程中产生的治理成效巩固困难、缺乏可持续性等新问题,未来喀斯特生态保护与修复研究应以增强生态治理的可持续性为导向,加强生态恢复过程机理与机制研究,提升喀斯特生态系统服务、提高生态恢复质量、巩固扶贫成果,实现石漠化治理的提质与增效,为“美丽中国”战略的贯彻实施及全球喀斯特地貌分布区所属国家的生态治理提供“中国方案”。

干旱区包气带土壤水分运移能量关系及驱动力研究评述6586-6597

摘要：包气带土壤能量和水分平衡及其驱动因子是维系地下水土壤植物大气连续体(GSPAC)系统中水分运移发生的关键因素。在降水稀少、水资源短缺的干旱地区,开展包气带土壤水分形态、运移过程与能量的耦合规律研究对揭示区域水资源形成和转化机理具有极其重要的现实意义。文章总结了土壤水分运移理论研究进展,探讨了水分参与水文循环过程及干旱环境下土壤水分可能表现形态及其降雨入渗、再分布、渗漏、蒸发、毛管水上升等过程驱动机制,评述了包气带土壤水分与能量过程在不同空间尺度上生态水分效应。在一个非饱和土壤系统中,水分运移受包气带结构,土壤物理特征,植物根系和土壤生化环境的综合控制,物质和能量平衡改变是驱动水分循环的源动力,而土壤环境变化是导致水分运移形态的发生变化根本原因。因此,在气候变化背景下,研究干旱区土壤与大气界面以及包气带与饱和带界面水、汽、热耦合转化形式与能量驱动过程,能够提升我们对包气带土壤水分运移规律机理的深入理解,丰富对区域气候和水文变化认知。为干旱区生态植被恢复建设和水资源精细化管理提供理论向导。

生态学报杂志研究论文

黄土丘陵区植被恢复的土壤碳水效应6598-6609

摘要：黄土高原大规模植被恢复显著影响了这一区域土壤水分和有机碳(SOC),从而影响其承载的土壤水源涵养和固碳服务。明确深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应特征是当前黄土高原地区生态水文与生态系统服务研究的一个重要科学问题,其中植被类型以及生长年限是这一过程的重要影响因素。然而,目前关于深层土壤有机碳和土壤水分对植被恢复的响应及二者关系的研究较少。通过对陕北典型黄土丘陵区不同植被类型和生长年限下0-5 m土壤水分与有机碳的监测,分析了深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应及其特征。研究发现:(1)植被恢复后0-5 m土层均出现水分亏缺,土壤水分亏缺在表层1 m最低,2-3 m最高;对于不同恢复方式,林地土壤水分亏缺在恢复至21-30a时显著高于前一阶段(11-20a),而在恢复31a后水分开始恢复,而灌木、草地土壤水分亏缺程度则随恢复年限延长不断增加。(2)林地、灌木、草地0-5 m平均土壤有机碳含量为1.97、1.77、1.72 g/kg;林地土壤固碳量随恢复年限的增加而增加,并且在恢复20a时固碳量与对照农田相比出现净增;灌木土壤固碳量随恢复年限先增加后降低;草地土壤固碳量则随退耕年限增加呈下降趋势并且低于对照农田。(3)表层0-1 m土壤水分随恢复年限增加变化不显著,深层土壤水分则随恢复年限增加显著降低;相比而言,随恢复年限增加,土壤有机碳随年限的变化在各层土壤中均不显著。深层土壤水分与土壤有机碳呈现显著的正相关,且土壤有机碳的增加速率低于土壤水分,研究认为,深层土壤固碳与土壤水分关系密切,且深层土壤固碳需要充足水分参与。深层土壤水分亏缺可能限制植被细根的发展,使深层土壤有机碳输入减少。

青藏高原东北缘黄土区典型立地人工林分土壤水分特性研究6610-6621

摘要：为探讨青藏高原东北缘黄土区典型立地人工林分的土壤水分特性及耗水特性,本研究以青海云杉林地和祁连圆柏林地作为研究对象,对其土壤持水特性、土壤渗透特性、土壤水分动态和土壤耗水特性进行综合分析。研究结果表明:(1)在相同土壤水吸力作用下,青海云杉林地的持水性比祁连圆柏好,荒草地的持水性比林地差。(2)青海云杉林地的土壤渗透性总体优于祁连圆柏,荒草地的土壤渗透性最差。相同坡向,上坡位的土壤渗透性小于下坡位。(3)青海云杉林地土壤水分条件总体优于祁连圆柏,而荒草地土壤水分条件优于林地;半阴坡林地土壤含水量随坡位由上至下逐渐升高。(4)生长季期间,青海云杉林地平均耗水量大于祁连圆柏,而荒草地耗水量远小于林地。综上,青海云杉林地的土壤水分特性整体优于祁连圆柏林地,且二者的土壤水分状况都比较好,并未出现土壤干层、土壤水分过度消耗等现象,青海云杉和祁连圆柏在研究区的配置是合理的,可以作为当地的水源涵养树种。

长期氮添加对亚热带森林土壤微生物碳源代谢多样性的影响6622-6630

摘要：土壤微生物功能多样性对维持生态系统功能和稳定性具有非常重要的意义。人类活动造成全球氮沉降量激增,会引起土壤微生物群落结构和功能的改变,但是目前有关亚热带森林生态系统土壤微生物碳源利用多样性对模拟N沉降的响应还不是很清楚。依托位于鼎湖山的长达15年的长期野外模拟氮沉降试验样地平台,借助Biolog-Eco微平板技术,分析探讨了不同N添加量对季风常绿阔叶林中土壤微生物群落碳代谢功能多样性的影响差异及机制。研究结果表明:(1)与对照相比,长期低N、中N和高N量添加使土壤微生物碳源代谢活性(AWCD)分别显著降低了15.3%、32.9%和38.0%;并且显著降低了微生物碳源利用Shannon多样性指数和丰富度指数;(2)微生物对糖类、羧酸、氨基酸、胺类和酚酸类的利用随着施N水平的提高而显著降低;其中胺类最为敏感,长期高N添加下其利用强度与对照相比显著降低了80.2%;(3)主成分分析表明,不同N添加水平显著影响了土壤微生物碳源利用(P=0.001);(4)分类变异分析表明,土壤和植物因素可解释不同N水平下碳源利用差异的90.7%;(5)典型对应分析发现,土壤pH(P=0.009)是解释不同N水平添加处理间土壤微生物碳源代谢多样性差异的主要环境因子;而植被丰富度和凋落物量没有显著影响。综上所述,长期不同N添加显著影响了亚热带森林土壤微生物碳源代谢多样性,并且结果表明土壤pH是影响碳源利用多样性的主要影响因素。研究结果对于揭示全球变化影响下热带森林生态系统地下生物多样性维持机制提供了重要理论依据。

基于大型底栖无脊椎动物完整性指数的鄱阳湖湿地生态健康评价6631-6641

摘要：湿地生态健康评价对于掌握湿地的健康状况、理解人类活动干扰对其影响及实施生态预警等有重要意义。鄱阳湖对于维持其流域甚至长江中下游的生态平衡十分重要,目前尚未建立起其较完善的生态健康评价指标体系。大型底栖无脊椎动物完整性指数(benthic macroinvertebrate-based index of biotic integrity,B-IBI)是广泛应用的湿地生态健康评价方法。基于30个采样点(7个参照点,23个受损点)的大型底栖无脊椎动物采样数据,构建鄱阳湖湿地的B-IBI指数,采用自然断点法划分非常健康、健康、一般、差和极差5个健康等级标准,据此评价湿地生态健康状况。研究表明:(1)基于B-IBI指数的鄱阳湖湿地生态健康评价结果为一般;(2)就采样点B-IBI分值而言,呈现出西部健康状况优于东部的格局,其中部级自然保护区内状况较好,而工业区、城镇、农田及河流入湖口附近状况较差;(3)B-IBI指数与前期构建的景观发展强度指数(LDI)、栖息地环境质量指数(QHEI)以及植被完整性指数(V-IBI)具有显著相关性,表明基于不同指数的评价结果较为一致。本研究构建的B-IBI指数能为鄱阳湖湿地的生态健康评价和监测提供重要方法。

氢氧同位素示踪法探测新疆地区防护林和棉花体系水分来源与竞争6642-6650

摘要：农田防护林能够防风固沙,但同时也会和农作物竞争水分,引起防护林体系水资源利用紧张。运用氧同位素焦点法与SIAR模型,量化分析新疆莫索湾地区不同生长季棉花与杨树防护林的主要水分来源区域,探究杨树对棉花水分利用的影响。结果表明:棉花在膜下滴灌方式下主要吸收表层土壤水,蕾期主要利用0-20 cm的土壤水,花铃期主要利用20-40 cm土壤水;而杨树在漫灌前主要利用深层40 cm以下土壤水,在灌溉后水分来源虽有向上迁移倾向,但仍大约有60%的水分源于土壤40 cm以下。δD同位素示踪发现杨树根系垂向可生长到土层200-400 cm范围,水平延伸至棉田内5-8 m,在5 m内棉花必定面临着杨树的水分与养分竞争。通过两种同位素方法分析出杨树和农作物的主要水分来源与潜在竞争区域,对防护林采取合理的管理措施及绿洲环境生态平衡提供指导。

高山森林林窗和粗木质残体对木生苔藓生物量和多样性的影响6651-6659

摘要：木生苔藓植物是原始森林的基本组成部分,其生长和分布对林窗和粗木质残体(CWD)等环境因子的响应可能非常敏感,但林窗和CWD对木生苔藓植物群落的影响研究未见报道。因此,我们研究了高山森林不同林窗位置(林窗、林缘和林下)和不同粗木质残体类型(倒木、大枯枝、枯立木和根桩)木生苔藓生物量(储量、单位面积生物量和生物积累量)和多样性(Shannon 多样性指数、Simpson 优势度指数和 Pielou 均匀度指数)特征。结果表明:川西高山粗木质残体木生苔藓植物生物量储量为141.14kg/hm^2,倒木生苔藓生物量储量最大为78.80kg/hm^2,枯立木生苔藓生物量储量最小为3.11kg/hm^2。其中,第Ⅲ、Ⅳ腐解等级粗木质残体木生苔藓生物量储量较高,在Ⅰ腐解等级时为最低。整体来看不同粗木质残体类型木生苔藓单位面积生物量均在林缘最高,但不同粗木质残体类型单位面积木生苔藓生物量积累量差异显著。木生苔藓生物多样性受林窗位置和粗木质残体类型显著影响。倒木、大枯枝和根桩的苔藓 Simpson 优势度指数从林窗至林下均为下降趋势。倒木的苔藓 Shannon 多样性指数和 Pielou 均匀度指数在林下最高,在林缘最低。林窗大枯枝木生苔藓三种多样性指标均大于倒木。枯立木和根桩木生苔藓多样性指标随林窗变化表现各异。研究也发现,曲尾藓(Dicranum)和平藓(Neckera)在川西高山苔藓生物量中比重较大。我们的研究结果表明在高山森林生态系统中,林缘效应对木生苔藓生物量具有促进作用,但对木生苔藓生物多样性的影响作用不明显。这也意味着,森林更新导致林窗形成和 CWD 产生对木生苔藓生长具有显著影响。

小兴安岭天然针阔混交林主要树种空间格局及其关联性6660-6669

摘要：在小兴安岭天然针阔混交林 1.1 hm^2的固定样地内,本文调查和统计了其物种组成和林分径级结构。运用空间点格局分析方法中的 O-ring 函数,对种群的空间分布格局及其关联性进行分析。结果表明:样地内共有乔木树种 15 种,重要值排在前四位的依次为红皮云杉(Picea koraiensis)、枫桦(Betula costata)、春榆(Ulmus davidiana)和色木槭(Acer mono),红皮云杉和枫桦属于样地内的优势种,重要值分别为 15.81%和 11.10%。林下更新状态良好,枫桦的径级结构有呈正态分布的趋势,其余三种均呈现倒“J”形。 O-ring函数结果证实,四个主要树种的种群空间分布格局相似,均在 0-5 m 小尺度上呈聚集分布,随着尺度的增大,逐渐变为随机分布;红皮云杉与其他三个主要种群之间在较大尺度上均呈现显著正相关或无相关,在小尺度上仅与枫桦呈极显著正相关;色木槭在较小尺度上与其他三个种群呈弱负相关性,随着尺度的增大,逐渐变为无相关性。

高寒草甸植物物候对温度变化的响应6670-6680

永定河流域官厅水库南岸典型林分土壤饱和导水率研究6681-6689

摘要：为研究永定河流域官厅水库南岸生态水源保护林土壤饱和导水率(Kfs)的特征,科学评价水源保护林功能,选取水源保护林典型林分与当地成林和非林地作对比,采用方差分析、相关分析和因子分析的方法研究土壤理化性质对饱和导水率的影响并根据因子得分排名探究土壤通透性最好的林分。结果表明:(1)土壤饱和导水率随土层深度增加而减小,水源保护林中混交林的饱和导水率大于纯林接近于成林,侧柏×山杏混交林的饱和导水率最高;(2)因子分析结果表明,影响饱和导水率最主要的因素为饱和含水量、容重和有机质含量;次重要因子为土壤砂粒、粉粒和粘粒含量,土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度对本区域饱和导水率影响不大;(3)综合因子得分排名分析,以侧柏×山杏混交林的土壤通透性最好,油松×山杏混交林次之。目前生态水源保护林对土壤通透性的改善优势明显,造林颇具成效。

湖南省阳明山山顶苔藓矮林优势种空间分布格局6690-6700

摘要：山顶苔藓矮林是亚热带山地常绿阔叶林区在极端气候与环境条件下发育的一种群落变型,通过研究优势植物的分布格局与规模,可以有效地指导植被保护与管理活动。在湖南阳明山部级自然保护区的山顶苔藓矮林区设置 3 个样地,应用相邻格子法对优势种云锦杜鹃(Rhododendron fortunei)进行每木调查,在不同取样尺度(面积)上采用方差/均值比率法(v/m)、负二项参数(k)、丛生指数(I)、平均拥挤度(m^*)、聚块性指数(m^*/m)、聚集指数(Ca)和格林指数(GI)等聚集强度指数对云锦杜鹃种a群分布格局进行分析。结果表明:阳明山山顶苔藓矮林优势种云锦杜鹃种群在北、南、东三个方位上的空间分布格局总体上为聚集分布,随着取样尺度的增大,聚集格局强度和规模依次减弱;而山顶苔藓矮林优势种群不同年龄阶段的空间分布特征为随着种群年龄的增大,其空间分布格局呈聚集强向聚集弱、以至于向随机分布发展;阳明山山顶苔藓矮林优势种群及其分布格局形成的主要原因是云锦杜鹃种群本身的种子繁殖及传播方式和类营养繁殖等生物学特性及方位、坡向等环境因子影响所致。

川西平原灌区不同水旱轮作模式周年土壤呼吸特征6701-6709

摘要：水旱轮作是川西平原灌区重要的稻田种植模式,为探究本区域不同水旱轮作模式对周年土壤呼吸的影响,在四川崇州设置蒜稻(GR)、麦稻(WR)和油稻(RR)三种水旱轮作模式,采用静态箱气相色谱法测定不同模式周年土壤呼吸,并同步测定温度、水层高度等水热生态因子。结果表明:三种轮作模式周年土壤呼吸累积排放量表现为 GR>RR>WR,分别为 193.36、160.27、157.28kg/hm^2;土壤呼吸速率日动态规律基本一致,均表现为单峰型变化趋势,最高值出现在12:00-15:00,6-8月的日变幅高于其余月份;土壤呼吸速率季节动态均呈双峰型变化趋势,在 6 月和 9 月达到峰值,其中 GR 模式土壤呼吸速率年均值最高;三种模式土壤呼吸速率均受 0-10 cm、10-20 cm 土壤温度的显著影响,而与土壤含水量无显著相关性。土壤温度是旱季土壤呼吸速率季节变化的主要影响因素,土壤水层深度和土壤温度共同作用影响了稻季土壤呼吸速率的变化。

不同土地利用方式下酚酸物质与土壤微生物群落的关系6710-6720

黄淮海平原农业景观非农生境植物功能群特征分析6721-6730

摘要：植物功能群的划分有助于对生态系统结构、功能和服务的理解与认知,为更好的了解农业景观中残存的各非农生境在区域生物多样性保护和生态系统服务中的地位和作用。在黄淮海平原典型区域布点,对区内主要非农生境(林地、树篱、田间道路、沟渠)中的植物群落进行调查,并基于植物功能群分类结果探讨了其特征和在生态系统服务上的贡献。结果显示:(1)从物种数量来看,双子叶植物占绝对优势,单子叶植物在各生境中均较少,但却具有较高的群落地位,一年生和多年生植物物种丰富度及重要值基本一致;(2)从生境类别来看,田间道路和树篱等生境中一年生和单子叶植物更具有优势,随着人类扰动强度的减弱,在林地和沟渠生境中,开始有大量的多年生物种出现,尽管这些物种多为偶见种。(3)常见种多为一年生双子叶植物,种类不多,但群落地位极高,而偶见种中存在大量的多年生双子叶物种。深入分析认为,在黄淮海平原农业景观中,总体上各非农生境均处于群落演替早期,以一年生和单子叶植物功能群构成了群落主体,群落结构简单,优势种群明显,随着干扰强度的相对降低,林地与沟渠生境中的多年生和双子叶物种大量出现,偶见种增加,优势种地位下降。从物种多样性保护与生态系统服务提供综合考虑的角度看,尽管这些非农生境发挥了重要作用,但所能发挥的作用还很有限,未来仍需进一步减弱人类活动对非农生境的干扰,从而进一步提高区域生态系统服务的总体水平。

冀北山区滦平县 4 种新造林地水源涵养能力研究6731-6737

摘要：为研究密云水库上游冀北山区生态水源保护林的生长现状和涵养水源能力,以油松×落叶松(林地Ⅰ)、油松×山杏(林地Ⅱ)、油松×蒙古栎(林地Ⅲ)、侧柏×山杏(林地Ⅳ)4种混交林为研究对象,通过测定林下枯落物层和土壤层特征,分析比较不同林地枯落物和土壤的持水能力及林地水源涵养能力。研究结果表明:枯落物现存量为林地Ⅱ>林地Ⅳ>林地Ⅰ>林地Ⅲ,林地Ⅱ的枯落物层有效持水量最大,为81.30t/hm^2,林地Ⅰ最小。土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度最大的均为林地Ⅳ,分别为56.02%、50.26%和5.76%,林地Ⅳ的土壤层有效持水量最大,为1507.90t/hm^2,林地Ⅲ最小。综合4种林地的枯落物层和土壤层持水能力,可知林地Ⅳ(侧柏×山杏)的水源涵养能力最强,为157.43 mm,林地Ⅲ(油松×蒙古栎)最弱。

不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗生长和叶片性状对氮磷添加的响应6738-6744

摘要：人类活动改变了氮素从大气向陆地生态系统输入的方式和速率,进而导致森林生态系统养分变化和失衡。研究氮磷添加对不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗生长和叶片性状的影响,可以为全球氮磷沉降背景下亚热带地区樟树人工林的经营管理提供依据。本试验以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH2PO 42H2O)模拟磷添加。氮磷处理设置CK、施N、施P和施N+P4个水平,种植密度设置10、20、40和80株 m^-24个水平。实验数据表明:N、P 和 N+P 处理对樟树幼苗的苗高和地径均有促进作用,且 N+P 处理对幼苗生长的促进效果最好。 N、P和 N+P 处理在整体上均能增加幼苗叶片的 SPAD 值,N 和 N+P 处理均增加了幼苗叶片的比叶面积(SLA),而 P 处理减少了幼苗的 SLA。随着种植密度的增大,N、P 和 N+P 处理下樟树平均单株幼苗的苗高、地径、SPAD 值呈现下降的趋势,各施肥处理下叶片的 SLA 变化规律不明显。密度和氮磷添加对叶片的 SPAD 值产生显著的交互作用。

干旱区不同地理种群骆驼刺元素组成及表面结构特征的对比研究6745-6752

摘要：碳(C)、氮(N)、磷(P)元素在植物各器官中的组成,及植物表面结构差异是其对外界环境适应性的重要表征。以干旱区3个地理种群骆驼刺(塔里木盆地策勒种群,吐鄯托盆地托克逊种群,准噶尔盆地阜康种群)为研究对象,通过对植株各器官 C,N,P 元素组成的测定及表面形貌观测,对其在不同环境中的适应特性进行了比较研究。结果表明:(1)同一种群的骆驼刺,C 元素在各器官中的分配没有显著规律;N 元素在叶片中含量最高,茎中最低;策勒种群和阜康种群的 P 含量,叶片中最高,茎与刺中差异不显著;但托克逊种群茎中 P 含量显著高于其他部位。(2)3 个地理种群的骆驼刺叶中元素组成相比,策勒种群 C,N 含量均最高,托克逊种群C,N含量最低;3个种群叶片的P含量,C∶N,C∶P,N∶P值均没有显著差异。刺中元素含量相比,C含量没有显著差异;N 含量阜康种群>策勒种群>托克逊种群。茎中元素含量相比,N 含量差异不显著,但托克逊种群茎中 P 含量为其他两个种群的 2 倍,可能与托克逊土壤中高浓度的全 N,速效 N,速效 P 有关。(3)托克逊种群表皮极厚,蜡质非常致密,各器官气孔密度均高于其他两个种群;策勒种群比阜康种群叶表皮增厚,蜡质致密,但叶片气孔密度却减小;策勒种群和阜康种群茎与刺的气孔密度差异不显著。研究表明,策勒种群骆驼刺最适应当地环境条件:其叶片具有最高的 C,N 含量,且表面结构没有明显的干旱胁迫特征。托克逊种群表现出明显的干旱适应特征:其表皮增厚,蜡质致密,气孔密度增大,叶片 C,N 含量最低。虽然托克逊种群茎中P含量显著高于其他地理种群,但3个地理种群骆驼刺叶片中C∶N,C∶P,N∶P比值保持恒定,C∶N=30.6±4.3,C∶P=357.4±49.9,N∶P=12.0±2.4,说明骆驼刺能够保持较高内稳性,这也可能是其在新疆各地广泛生存的重要原因。