巴山山地退耕地植被自然恢复过程及物种多样性变化

 巴山山地是我国南北方过渡地区,亦是长江重要的水源涵养区,探讨该地区退耕地植被自然恢复演替过程及其物种多样性的变化规律,对于指导该地区的人工植被建设具有重要的理论价值与实际意义。采用时空互代法对巴山山地退耕地植被自然恢复过程及其物种多样性变化进行研究,结果表明:1)巴山山地退耕地植被演替依次经过1年生植被草本群落、多年生草本群落、杂灌草群落及以栓皮栎、橿子栎或栓皮栎为建群种的阔叶林群落等不同阶段,形成地带性植物群落大致需要40～50a;2)物种多样性会随立地环境的变化有所差异,阴坡的各物种多样性指标明显高于阳坡,但其变化规律基本一致。演替初期,植被群落的物种数、Shannon-wiener指数、Simpson指数和Pielou指数相对较低,随着植被群落演替的进行,各指标均呈波浪上升趋势;当植被恢复25a时,各多样性指数均达到最大,分别为23、2.5、0.89和0.8;到地带性植物群落阶段时,其各物种多样性指标又略有降低并趋于稳定。该结论对于充分利用植被自然恢复进行生态改善,并根据植被演替进程采取相应的人工管理措施具有重要的指导意义。     

侵蚀环境撂荒地植物群落恢复动态研究

以侵蚀环境不同退耕撂荒年限样地为研究对象,采用空间代替时间序列的方法调查植物群落特征,分析植物恢复过程。结果表明：植物群落覆盖度和地上生物量随退耕撂荒年限的增加,恢复演替的推进逐渐增大;群落物种多样性指数与撂荒年限呈正相关,而群落优势度指数与撂荒年限呈负相关;物种多样性指数能极好地反映群落物种丰富度,并能客观表达物种的动态变化,其演变呈升—降—升的趋势,退耕撂荒3、10和25 a左右时为物种多样性指数的高峰。植物群落结构稳定性与物种多样性、群落生物量、覆盖度和优势度关系密切,随着退耕撂荒地植被恢复演替的进展,植被结构稳定性呈阶梯式增强,从而为侵蚀环境生态恢复提供了基础保障。     

黄土丘陵沟壑区退耕地自然恢复植被主要物种生态位特征

为了探究加速黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复过程的人工物种干扰措施如物种选择与搭配的科学依据，利用TWINSPAN分类方法对33个自然恢复的退耕地样方进行分类，得出退耕地在40a内主要经历了5个群落演替阶段，分别为猪毛蒿群落、赖草群落、达乌里胡枝子＋长芒草群落、铁杆蒿群落和白羊草群落。以各个群落的综合资源环境梯度为依据，对各群落主要物种生态位特征进行了分析。通过物种的生态位宽度和生态位重叠特征分析，提出了不同演替阶段的合理物种组合。     

黄土丘陵沟壑区退耕地自然恢复植被特征及其与土壤环境的关系

 为给黄土高原退耕地的植被恢复和重建提供科学依据,以黄土高原丘陵沟壑区的安塞县为例,用系统聚类和逐步多元回归的分析方法,对退耕地自然恢复植被的演替阶段进行划分,并定量分析群落演替过程中的植被特征及其与土壤环境的关系。结果表明:黄土丘陵沟壑区退耕地自然恢复草地的演替,依次经历猪毛蒿群落→赖草群落→长芒草群落、铁杆蒿群落、达乌里胡枝子群落→白羊草群落。随着退耕地植被恢复的不断进行,Gleason指数、Margalef指数等丰富度指数以及群落Pielou指数,都呈现出先减小后增大的趋势,Simpson指数在演替初期及平衡阶段较大,群落生态优势度与物种丰富度的变化趋势相反。在群落的演替过程中,土壤有机质、全N、有效N和速效K的含量不断增加,土壤pH值和速效P含量不断减小,土壤表层密度变小,孔隙度变大。A层土壤全N、有效N含量、土壤pH值和C层土壤全N含量与物种丰富度呈显著正相关,A、C层土壤有机质含量和B层土壤速效K含量与其关系相反;B层土壤速效P的含量与群落生态优势度呈显著正相关;A、B层土壤速效K含量与植被群落盖度呈正相关关系,B层土壤速效P含量与其关系相反。     

黄土丘陵小流域植被恢复驱动下的土壤养分特征

为定量揭示植被恢复对土壤养分的影响,本文借助土壤养分指数（SNI）评价方法,对典型黄土丘陵区小流域不同恢复方式下典型植物群落的土壤养分进行定量化分析和综合评价。结果表明:不同恢复方式的土壤SNI值大小依次为:退耕还林（0.814） > 退耕还灌（0.659） > 弃耕或退耕还草（0.364） > 对照农地（0.220）;不同植物群落土壤SNI值大小依次为:柠条群落（0.777） > 小叶杨群落（0.658） > 刺槐群落（0.545） > 杏群落（0.510） > 草群落（0.425） > 茵陈蒿群落（0.310） > 沙棘群落（0.271） > 白羊草群落（0.257） > 硬质早熟禾群落（0.249） > 大豆群落（0.227） > 铁杆蒿群落（0.224） > 达乌里胡枝子群落（0.103）。研究表明,生态退耕后不同恢复方式对土壤养分均有明显的改善作用。退耕还灌的三种植物群落土壤养分指数差异显著,退耕还林、弃耕或退耕还草内部各群落间土壤养分指数差异不显著,除铁杆蒿和达乌里胡枝子群落外,其他植物群落的土壤养分指数均高于农田作物大豆群落。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植物群落优势种对显著影响因子的响应

根据在黄土高原丘陵沟壑区具有代表性的安塞县退耕地植被样方的调查资料,利用TWINSPAN对退耕地植物群落的类型及其优势种进行了确定,即退耕地植物群落主要有猪毛蒿(Artemisia scoparia)为优势种的群落、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)和长芒草(Stipa bungeana)为优势种的群落、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)为优势种的群落和白羊草(Bothriochloa ischaemum)为优势种的群落。典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis)得出:显著影响黄土高原丘陵沟壑区退耕地物种变化的主要因子为退耕年限、全磷、速效磷和土壤水分。结合物种生活型特征,认为白羊草和达乌里胡枝子在黄土高原丘陵沟壑区具有较强的适应性,可作为退耕地的适宜引种物种,以调控和加速植物群落演替,控制土壤侵蚀。     

黄土丘陵区不同退耕年限植被多样性变化及其与土壤养分和酶活性的关系

通过野外植被调查研究黄土丘陵区草原带退耕地植被在自然恢复过程中的演替规律及物种多样性特征,通过室内土壤样品分析土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效磷含量及土壤脲酶、转化酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性动态变化过程,并对植物多样性指数和土壤养分及酶活性进行相关分析。研究结果表明,黄土丘陵区草原带退耕地在长达75a的自然恢复过程中,植物群落演替以菊科(猪毛蒿)与黎科(虫实)等为主的一年生草本开始,逐步演替为多年生草本群落,最后形成以大针茅+长芒草为优势种的顶级草原群落,植物物种数总体上呈现增加趋势;物种多样性指数随退耕年限延长均呈波动性上升趋势;土壤养分及酶活性均随退耕年限的增长亦呈波动性上升趋势。自然恢复75a,Margalef指数、Shannon-Wienner指数及Pielous指数分别增加83.3%、31.8%、21.4%;土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效磷含量分别增加了185.0%、164.8%、152.9%、109.8%;土壤脲酶、转化酶、碱性磷酸酶及过氧化氢酶活性分别增加了64.0%、7.8%、51.1%、11.8%。土壤养分及酶活性与Margalef指数、Shannon-Wienner指数之间存在显著正相关关系,与Pielous指数相关性不显著。     

水蚀风蚀交错带退耕草坡地土壤酶活性和碳氮矿化特征

以水蚀风蚀交错带农地退耕后不同演替阶段的长芒草(Stipa bungeana)和苜蓿—铁杆蒿(Medicago sativa—Artemisia sacrorum)坡地为对象,分析了退耕坡地土壤酶活性与碳氮矿化及其空间分布特征。结果表明:(1)退耕坡地主要土壤养分含量(有机碳、全氮和全磷)不受坡位(除苜蓿—铁杆蒿坡地的全磷含量外)影响,长芒草坡地有机碳(上、中和下坡位)和全氮含量(中和下坡位)高于苜蓿—铁杆蒿坡地。(2)随坡位的降低,长芒草坡地土壤脲酶和淀粉酶活性显著增加,蔗糖酶和碱性磷酸酶活性无显著差异。而苜蓿—铁杆蒿坡地土壤脲酶和淀粉酶活性无显著差异,蔗糖酶活性显著降低。群落类型对碱性磷酸酶活性的影响与坡位无关,对脲酶和蔗糖酶活性的影响则与坡位有关。(3)土壤有机碳矿化量和矿化速率常数在长芒草坡地显著高于苜蓿—铁杆蒿坡地,且不受坡位影响。两种群落土壤氮素矿化均由硝化作用主导,长芒草坡地土壤氮素矿化量和硝化量随坡位降低而显著增加,而苜蓿—铁杆蒿坡地则相反。(4)随苜蓿—铁杆蒿群落向长芒草群落演替,蔗糖酶和碱性磷酸酶活性空间自相关性增强,脲酶和淀粉酶活性空间自相关性减弱,但仍具有强烈空间自相关性,碳氮矿化指标的空间自相关性增强。上述结果表明:在评估退耕草坡地主要土壤过程及其空间分布时,需要考虑草地群落类型或者群落演替阶段的影响。     

模糊聚类和排序在植被演替研究中的综合应用

应用模糊聚类和主成分分析(PCA)对黄土高原丘陵沟壑区植物群落演替进行研究,以探讨该方法在植被演替研究中的可行性。研究结果表明,利用模糊聚类分析和主成分分析,可以将13个样地客观地划分为5个群系。结合不同群系的恢复时间,即可判定随时间变化而呈现出的植物群落演替序列：猪毛蒿群落一赖草群落一长芒草群落一铁杆蒿群落一沙棘群落。该演替序列与传统的研究结果基本相同,说明利用模糊聚类分析和主成分分析方法研究植被演替是可行的。同时该方法数学上较为严格,且计算简单、运算量小,精度较高、可在计算机上运算,可大大提高植物群落演替研究的定量化水平,在植被演替中具有较好的应用价值。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植物群落与土壤环境因子的对应分析

根据在黄土高原丘陵沟壑区安塞33个退耕地自然恢复植被样方的调查数据,采用对应分析(Correspondence Analysis)和典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis)进行了植物群落排序和植物群落与土壤环境因子的对应分析。结果表明:在40 a的演替过程中,退耕地植被大体上依次经历了猪毛蒿(Artemisia scoparia)为优势种的群落、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)和长芒草(Stipa bungeana)为优势种的群落、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)为优势种的群落和白羊草(Bothriochloa ischaemun)为优势种的群落,4个群落的物种组成表现出较强的延续性和递进性。4个植物群落的土壤特性有明显的差异,对于0-60 cm土层的土壤养分和0- 500 cm土层的土壤水分,群落1的土壤水分和速效磷含量较高;群落2的全氮、速效氮含量较高;群落3的全磷和200-500 cm土层的水分含量较高;群落4的速效钾、土壤有机质含量较高。全磷、速效磷、土壤有机质和0-200 cm土层的土壤水分含量是显著影响黄土丘陵沟壑区退耕地植物群落变化的主要因子。要加速退耕地植被恢复和有效防止土壤流失,人工引种补播适宜物种和施肥值得重视。     

黄土丘陵区撂荒群落地上生物量和物种多样性关系

研究黄土丘陵区撂荒群落生物量与物种多样性的关系及其影响机制,有助于明确群落演变的机理,可对该区植被恢复重建、群落演替、生物多样性保护和维持具有重要意义。为此,选取该区5个典型撂荒群落,在群落尺度上,分析地上生物量的月动态,重点研究了地上生物量与物种多样性的关系。结果表明:(1)5个撂荒群落地上生物量总体呈上升趋势,月份之间差异极显著,群落生物量由大到小为白羊草(Bothriochloa ischaemum)群落茭蒿(Artemisia giraldii)群落铁杆蒿(Artemisia sacrorum)群落猪毛蒿(Artemisia scoparia)群落达乌里胡枝子(Lespedeza dahurica)群落;(2)群落地上生物量与物种多样性关系表现为线性增加和线性减少两种形式。猪毛蒿群落中二者呈线性增加。铁杆蒿和白羊草群落地上生物量随丰富度的增加线性增加。白羊草和达乌里胡枝子群落地上生物量随均匀度的增加线性减少。空白生态位的占有和利用、生态位互补效应、种间相互作用是解释二者关系的内在机制,冗余种假说效应可能会导致不显著关系。     

衡阳盆地紫色土丘陵坡地主要植物群落自然恢复演替进程中种群生态位动态

采用定量分析法对衡阳盆地紫色土丘陵坡地植物群落自然恢复演替进程中种群生态位动态进行了研究.首先利用"空间代替时间"的方法,选择4类典型样地,分别代表群落演替进程中4个不同的阶段.再以每个调查样方作为多维资源的综合资源位,用Levins生态位宽度公式和Pianka生态位重叠公式测算了不同演替阶段内所有种群的生态位宽度以及同一资源同一演替阶段内所有种群间的生态位重叠,并分析了它们的生态学意义.结果表明:(1)不同演替阶段.群落的优势种群生态位占绝对优势,揭示了它们较强的环境适应能力和较高的资源利用能力;(2)种群生态位动态较好地表征了演替过程中对应种群与生境的动态变化,尤其是优势种群的更迭;(3)总体上,生态位较宽的种群间生态位重叠较大,有较多相似生态特性的种群间生态位重叠也较大;(4)群落内种群的平均生态重叠随演替逐渐增加,至中后期最高,后期略有回落,这主要是群落内种群种内竞争和种间竞争共同作用的结果.研究结果将丰富该地区植被生态学与恢复生态学的内容,为衡阳盆地紫色土丘陵坡地生态系统的重建提供一定的理论依据.     

青海高寒区不同人工林配置下草本群落生态位研究

以青海大通高寒区的青海云杉林、华北落叶松林、白桦林、云杉白桦混交林4种人工林群落为研究对象,运用Levins生态位宽度指数及Pianka生态位重叠指数,对不同人工林群落下草本群落的生态位宽度及生态位重叠度进行计算,从生态位角度揭示了不同树种配置下草本群落的生长状况,结果表明:不同人工林下草本群落的广生态幅物种不同,针阔叶混交林更有利于林下草本群落的生长和发育。生态位重叠指数表明:一般情况下,生态位较宽的物种之间存在较大的生态位重叠,但在一些林分中,生态位较窄的物种之间也存在着较大的生态位重叠,这种现象可能是不同草本种群对有限环境资源激烈竞争的体现,针阔叶混交林下草本种群在有限的空间中对资源的利用更加充分。     

油蒿群落不同恢复阶段的土壤水分空间异质性及植被特征

[目的]分析沙地恢复不同阶段(流动沙地、半固定沙地、固定沙地)油蒿(Artemisia ordosica)群落的土壤水分空间变异规律以及植被响应特征,为荒漠地区植被恢复提供科学依据。[方法]利用经典统计学与地统计学相结合的方法进行分析。[结果](1)从流动沙地到固定沙地的演替过程中,土壤水分逐步减少,其空间结构呈现出明显的斑块状和条带状布局特点,同时沙地土壤水分空间异质性逐步增加,土壤水分在不同恢复阶段均表现出随着土层深度的增加,空间相关性逐渐增强的特征。(2)在沙地恢复过程中,油蒿种群的植被覆盖度、生物量、密度呈现逐渐增加的趋势,而植被特征的空间变异性则趋于减弱。(3)在流动沙地和固定沙地上,油蒿种群特征与土壤水分呈现显著负相关(p0.01)。[结论]油蒿种群的植被格局在一定程度上改变了土壤水分的空间异质性与分布格局。     

浑善达克沙地南缘农牧交错带弃耕地植被的演替规律

 以浑善达克沙地南缘农牧交错带不同年限弃耕地为对象,研究了不同年限弃耕地植物群落特征。结果表明:弃耕地的植被演替一般经历4个阶段:1年生杂草阶段、丛生小禾草阶段、多年生根茎禾草阶段和多年生丛生禾草阶段;地上生物量的变化与弃耕年限不是单一的直线关系,且随弃耕年限的增加,多年生植物的地上生物量占地上总生物量的百分比逐渐增大。对不同放牧干扰下弃耕地植被群落特征进行了研究,结果表明:在弃耕地植被演替的第1、2阶段不宜利用,但在弃耕地植被演替的第3、4阶段,可以进行适度利用;随着弃耕年限的增加,只要不对地表土壤进行破坏,弃耕地都会发生进展演替,并达到一个偏顶级群落,然后又会在放牧干扰下,发生逆行演替。     

金安桥水电站弃渣场土壤种子库与地面植被的关系

通过研究金安桥水电站废弃渣场种子库和周边群落种子库以及渣场地面和周边群落地面植被的变化特征,结果表明：①周边群落土壤种子库和地面植物的物种丰富度大于渣场,从地面与种子库的物种组成分析得出,渣场植被恢复正处于由一年生草本植物向多年生草本植物过渡的阶段;②周边群落地面植物与土壤种子库的物种丰富度（30,33）及数量（186,1962）,渣场地面植物与土壤种子库的物种丰富度（10,12）及数量（35,1784）;③由于植物种子寿命短,加之土壤环境差,导致周边群落地面植物与种子库相似度（0．09）和渣场地面植物与种子库的相似度（0）差异性大。     

石羊河中下游不同生境柽柳群落物种多样性及土壤水分、盐分关系

为了给石羊河流域柽柳群落植被恢复与保护提供参考依据,以石羊河流域4种类生境型柽柳群落为研究对象,测定了群落物种组成、数量特征及土壤水分、盐分,分析了不同生境群落特征及其与土壤水分之间的关系。结果表明:(1)柽柳群落中共有植物22种,分属9科20属,其中灌木植物最多,为8种(5科6属),其次是多年生草本,为7种(4科7属),一年生草本为7种(3科7属),分别占总物种数的36.36%,31.82%,31.82%。(2)柽柳群落中,固定盐碱沙地密度最大,盐碱地和退耕湿地次之,丘间低地最低; 平均密度差异不显著(p>0.05); 盖度差异显著(p<0.05),以固定盐碱沙地最大,为73.33%,盐碱地和丘间低地次之,均为61.67%,退耕湿地最小,为47.00%。(3)不同生境类型柽柳群落在物种组成及多样性方面存在差异,从Margalef丰富度指数、Shanon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Alatulo均匀度指数看,丘间低地>盐碱地>固定盐碱沙地>退耕湿地(p<0.05),丘间低地群落优势度指数低于盐碱地和固定盐碱沙地、退耕湿地,群落结构相对稳定; 丘间低地Pielou均匀度指数明显高于其他3种类型。(4)在0—10 cm,10—20 cm,20—30 cm,30—40 cm,40—60 cm,60—80 cm土层范围内,盐减地和固定盐碱沙地土壤含水率最高,其次是退耕湿地和丘间低地,总体呈现出先升高然后逐渐下降的趋势。物种多样性与土壤水分均呈正相关关系,但均未达到显著水平(p<0.05),综上所述,不同生境柽柳群落组成物种稀少,结构简单,种群物种平均密度差异不显著。群落组成物种中,灌木种类最多,多年生和一年生草本种类相同。丘间低地多样性指数高于其他生境类型,退耕地最低,而生态优势度指数则相反,物种多样性与土壤水分表现出非显著的正相关关系。