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。     

黄土丘陵区典型植被类型草本层生态学特性与环境解释

在野外调查的基础上研究黄土丘陵区4种典型植被类型（达乌里胡枝子群落、白羊草群落、人工刺槐林、人工柠条林）草本层生态学特性,通过室内土壤养分和水分含量测定分析群落间环境因子的差异,并对群生态学指标和环境因子进行相关分析。研究结果表明:（1）豆科、禾本科、菊科植物重要值在4种群落中均很高,群落间各科物种重要值差异显著。（2）群落物种多样性表现为:人工刺槐林 > 人工柠条林 > 达乌里胡枝子群落 > 白羊草群落;群落盖度表现为人工刺槐林 > 白羊草群落 > 达乌里胡枝子群落 > 人工柠条林;草本群落地上生物量表现为:白羊草群落 > 人工刺槐林 > 达乌里胡枝子群落 > 人工柠条林。（3）土壤有机质、全氮、速效氮和速效钾含量表现为:工刺槐林 > 白羊草群落 > 达乌里胡枝子群落 > 人工刺槐林,达乌里胡枝子群落和白羊草群落土壤全磷、速效磷含量较高。（4）土壤水分含量表现为:白羊草群落（8.43%） > 达乌里胡枝子群落（7.60%） > 人工柠条林（6.43%） > 人工刺槐林（5.85%）。（5）群落盖度、草本群落地上生物量与土壤养分指标正相关,物种多样性与土壤养分的关系相对复杂;群落盖度及物种多样性均与土壤水分含量负相关,草本群落地上生物量与土壤水分含量相关性不显著。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植被自然恢复过程——以吴起县双树沟流域为例

采用TWINSPAN分类法对黄土丘陵沟壑区吴起县双树沟流域30个自然恢复草地植被进行分类,并对分类后各植被群落特征和地上生物量进行统计分析。结果表明：在自然恢复条件下,随着退耕年限的不断增加,退耕地植被自然恢复依次经历了猪毛蒿群落-赖草＋长芒草群落-赖草＋铁杆蒿群落-铁杆蒿群落-铁杆蒿＋茭蒿群落5个发展阶段,地带性植被类型铁杆蒿＋茭蒿群落在研究区内开始出现,并且已经占有一定优势;随着退耕地植被自然恢复的不断进行,Margalef等丰富度指数以及Shannon-wiener等多样性指数、Pielou等物种均匀度指数和地上生物量都呈现出先减小后增大的发展趋势;在植被自然恢复的稳定阶段,虽然物种丰富度指数和物种多样性指数有一定的增加,但是相对恢复初期来讲还是有所下降,并且有达到与初期相当水平的趋势;物种丰富度指数均在第1恢复阶段最大,而均匀度指数Jsw以及Shannon-wiener指数在第5恢复阶段最高。随着退耕地植被自然恢复的不断进行,植被群落总盖度随着退耕年限的延长而不断增大。     

黄土丘陵区典型群落特征及其与环境因子的关系

研究了安塞县黄土丘陵区4种典型群落分布、物种多样性、生物量变化与环境因子的关系。结果表明,所选群落的盖度和地上、地下生物量随退耕年限增加而明显增加,土壤水分、粘粒含量也有增加趋势;典范对应、多元回归和通径分析表明,群落的分布及变化受环境因子综合影响,土壤有机质、恢复年限、粘粒含量、坡向、海拔、硝态氮含量等是影响退耕地典型群落特征及分布的主要因子;土壤全磷含量对生态优势度,有机质、全氮含量分别对地上、地下生物量有最大正效应。本研究为黄土丘陵半干旱区退耕地植被恢复重建提供了理论依据。     

模拟降水变化下黄土丘陵区草地群落特征及其物候期响应

在全球气候变化背景下,黄土高原降水格局呈现出季节波动增强和极端降水事件增加趋势,降水格局变化势必会引起草地群落特征和物候期发生重要改变。为研究黄土丘陵区草地生态系统对降水改变的响应,选取黄土丘陵区退耕草地为研究对象,连续定位观测自然恢复小区不同降雨梯度下(0,±20%,±40%,±60%)物候动态变化,探究了物候期和群落结构对降水变化的响应状况。结果表明:(1)不同降水条件下群落物种组成及丰度存在明显差异,与对照组相比,增雨与减雨均提高了物种的种类。增雨60%群落种类最多,为18种。(2)降水梯度递增处理下,群落盖度呈先增加后降低趋势,地上生物量随呈单峰趋势。增雨20%处理和减雨20%处理均能够显著提高群落植被盖度和地上生物量,地上生物量在增雨处理下明显高于减雨处理。(3)丰富度和Shannon-Wiener指数总体上都呈增加趋势,减雨20%,40%,60%均使Pielou均匀度指数降低。(4)不同降水条件对物种物候期的影响显著(p<0.05),群落返青期、繁殖期和和枯黄期在减雨处理下显著提前,而增雨处理则使其繁殖期和枯黄期发生推迟。综上,群落物种组成、植被盖度和地上生物量在不同降水处理下表现出显著差异,而物种多样性对降水变化响应不敏感。     

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。     

黄土丘陵区铁杆蒿群落和长芒草群落地上生物量及土壤养分效应

为了明确黄土丘陵区典型植被演替过程中植被与土壤的互动效应,为植被恢复提供依据,采用野外调查和室内分析的实验方法,结合逐步回归和通径分析数据处理方法,研究该区铁杆蒿群落和长芒草群落随着恢复演替的进行,地上生物量、地下生物量、土壤养分的动态变化及其地上生物量与环境因子的关系,并对2种群落进行比较分析。结果表明:随着退耕年限的增加,铁杆蒿和长芒草群落的地上生物量、地下生物量呈逐渐增加的趋势;2种群落的土壤有机质和全氮也都呈增加的趋势,且同群落生物量的变化趋势步调基本一致;全磷和硝态氮也表现了总的增加趋势,但与生物量的变化趋势不太一致。逐步回归与通径分析表明,对铁杆蒿群落地上生物量影响较大的环境因子是有机质、黏粒质量分数和水分含量,其中有机质质量分数和水分含量表现为正效应,即生物量随有机质质量分数和土壤水分含量的增加而增大,土壤黏粒质量分数表现为负效应;对长芒草群落影响较大的是海拔、坡位、年限和全氮质量分数。     

高寒草甸不同类型草地土壤养分与物种多样性——生产力关系

研究了高寒草甸不同类型草地土壤养分与多样性—生产力之间的关系,即物种多样性对生产力的效应如何受到资源供给率等因素的影响。结果表明:以莎草类为优势种的藏嵩草沼泽化草甸群落其总生物量(包括地上和地下生物量)最高(13,196.96±719.69gm-2)、小嵩草草甸和金露梅灌丛群落为中等水平(2,869.58±147.52gm-2、2,672.94±122.49gm-2)、矮嵩草草甸群落为最低(2,153.08±141.95gm-2)。在藏嵩草沼泽化草甸群落中,总生物量和物种丰富度呈显著负相关(P<0.05);地上生物量与土壤有机质、土壤含水量和群落盖度显著正相关(P<0.05);地下生物量和土壤含水量显著正相关(P<0.05)。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸、金露梅灌丛群落中,地上生物量与土壤有机质和土壤总氮显著正相关(P<0.05)。以上结果说明生物量的分布与土壤营养和水分变化相一致。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛中,多样性有随土壤养分的增加而增加的趋势;在藏嵩草沼泽化草甸中,则呈现负相关的关系。     

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。     

吴旗柴沟流域植被物种多样性研究

为了解吴旗县植被自然恢复的基本过程及其物种多样性变化,对该县柴沟流域封禁多年的植物群落进行了研究,结果表明:柴沟流域植物种主要以猪毛蒿、达乌里胡枝子、赖草、铁杆蒿为主,阳坡的植被演替规律为猪毛蒿+狗尾草+华虫实→赖草+猪毛蒿(达乌里胡枝子、铁杆蒿、隐子草)→达乌里胡枝子+赖草(百里香、冷蒿、角蒿、铁杆蒿),阴坡植被恢复的演替规律为猪毛蒿(达乌里胡枝子、赖草)→铁杆蒿(冷蒿)。柴沟流域阴坡群落的物种丰富度、多样性、均匀度都较高,阳坡较低,混交林地的丰富度最大、均匀度最小。     

黄土丘陵区不同草本群落生物量与土壤水分的特征分析简

为阐明黄土丘陵区不同草本群落生物量与土壤水分的相关特征,通过野外调查与定点观测,对延河流域内不同演替阶段的5种草本植被（长芒草、铁杆蒿、茭蒿、白羊草、大针茅）群落地上生物量、土壤水分特征及其相关关系进行研究与分析.结果表明：在0～ 500 cm土层内,各演替阶段草本群落土壤含水量的垂直分布规律明显,均表现为浅层（0 ～ 50 cm）减少、中层（50 ～200 cm）增加、深层（200 ～ 500 cm）基本稳定的趋势;植物群落地上生物量均随着演替年限呈先增加后减小趋势,在白羊草群落阶段（退耕演替25 a左右）达到最大值;草本群落地上生物量与土壤含水量整体呈正相关关系,相关程度以0 ～ 200 cm土层较高;植被群落利用土壤水分土层深度随群落演替阶段逐渐加深,表现出对环境更强的适应性.     

黄土丘陵区不同退耕模式林下草本变化特征

通过对黄土丘陵区纸坊沟流域退耕37a不同退耕模式的油松+紫穗槐混交林(PA)、油松林(PT)、刺槐林(RP)、柠条林(CKK)及对照样地撂荒地(CK)草本植被进行调查与采样,研究物种多样性、草本盖度、枯落物量、地上及根系生物量、根冠比、根长密度等植被的变化特征。结果表明:1)物种多样性撂荒地最高,柠条林最低,顺序为CK>PA>PT>RP>CKK;2)草本盖度、地上生物量均为撂荒地最高,油松林最低,大小顺序分别为CK>CKK>RP>PA>PT和CK>RP>CKK>PA>PT,方差分析结果显示,植被盖度差异不显著,地上生物量差异极显著(P<0.01);3)样地枯落物量、草本根系生物量均为油松+紫穗槐混交林最高,刺槐林最低,大小顺序分别为PA>CKK>PT>CK>RP和PA>CKK>CK>PT>RP,方差分析结果表明,枯落物量未达显著差异,根系生物量差异显著(P<0.05);4)草本根冠比、根长密度均为油松+紫穗槐混交林最高,撂荒地最低,大小顺序分别为PA>PT>CKK>RP>CK和PA>CKK>RP>PT>CK,且均达显著性差异水平(P<0.05);5)土壤分层地下生物量与植被地上各指标达极显著相关(P<0.01),且呈y=xa幂指数关系。     

旱季雨季对黄土丘陵退耕区植被根系分布及水分利用的影响

黄土丘陵区属于季节性干旱的区域,研究退耕生态系统植被根系分布及其水分利用特征对植被恢复具有重要意义。该研究利用稳定同位素技术,采集黄土区5种典型退耕植被群落的根系、土壤样品,分析根系形态结构和稳定同位素特征,探讨根系在不同季节的吸水策略。结果显示:旱季茵陈蒿、铁杆蒿、白羊草、达乌里胡枝子群落和油松的根长密度(16.3、21.7、17.3、17.3、6.0 mm/cm3)分别是雨季(1.7、2.1、3.2、5.9、4.2 mm/cm3)的9.4、10.2、5.3、2.9、1.4倍,茵陈蒿、铁杆蒿、白羊草根系对土壤水分季节变化的响应较为敏感。茵陈蒿群落仅可利用0~10 cm土壤水,旱季铁杆蒿、白羊草群落主要利用30~40 cm土壤深度的水分,雨季吸水深度上移至0~20 cm。旱季达乌里胡枝子和油松主要利用60 cm以下的土壤水分,雨季则吸收20~40 cm土壤水分。表明退耕植被群落根系在不同季节的吸水策略不同,旱季吸收较深的土壤水而雨季则吸收近地表的土壤水,吸水深度范围的季节变化与土壤水和根系分布变化相一致。该研究为黄土丘陵区退耕植被对流域生态水文过程影响的研究提供科学依据。     

白羊草与达乌里胡枝子混播草地不同降雨年份土壤水分利用状况

为合理利用黄土丘陵区优良乡土草种,探索人工草地建设中乡土草种的最佳混播比例,选取白羊草(Bothriochloa ischaemum)和达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)为研究材料,采用生态替代法,按照白羊草与达乌里胡枝子行比设置了7种组合比例(即0∶10,2∶8,4∶6,5∶5,6∶4,8∶2和10∶0),比较研究了丰水年(2011年,降雨量663.4mm)与偏旱年(2012年,降雨量458.2mm)混播草地土壤水分季节变化特征、年度生物量和水分利用效率。结果表明,白羊草与达乌里胡枝子混播草地土壤水分消耗和补充与混播比例密切相关,但主要受年度降雨量及其季节分配的影响。在2011年,充沛的降雨可补充20—260cm土层土壤水分,并弱化了不同混播比例和土层间土壤水分的时空差异。不同降雨量年份里,白羊草和达乌里胡枝子在6∶4与8∶2两混播比例下的地上生物量和水分利用效率均显著较高。     

黄土丘陵沟壑区沟坡典型植物群落生长特征

以纸坊沟小流域沟坡7个典型植物群落为调查对象,对其结构特征、物种多样性、盖度、地上生物量进行了系统研究。结果表明:Simpson多样性指数显示为沙棘赖草白羊草柠条苔草茭蒿铁杆蒿;Magarlef丰富度指数表现为草本群落灌木群落,阴坡群落阳坡群落;Pielou均匀度指数为灌木群落草本群落,阴坡群落阳坡群落。灌木群落地上生物量(1.53～5.85 kg/m~2)显著大于草本群落(0.17～0.41 kg/m~2),草本群落地上生物量大小排序为赖草铁杆蒿茭蒿白羊草苔草。植被盖度阴坡草本群落最大,灌木群落居中,阳坡蒿类草本群落最低。沟坡植物群落的Simpson多样性指数、Margalef丰富度指数略低于梁峁坡面的植物群落,Shannon-wiener多样性指数、草本群落地上生物量显著低于梁峁坡。研究成果对于明确黄土高原小流域植被生长特性、优化水土保持措施的空间配置具有重要的指导意义。     

陕北安塞退耕恢复15年刺槐林与自然植被的物种组成与群落特征

为探讨陕北黄土丘陵沟壑区退耕恢复15年后刺槐人工林及自然植被的恢复特征,对安塞县三个流域"退耕还林"后栽植的15年左右刺槐林与林下植被及对应的自然恢复植被进行了调查与分析。结果表明:刺槐林下发现植物60种,隶属于27个科,49个属,以禾本科、菊科、豆科、蔷薇科植物居多;自然植被样地发现植物62种,隶属于21科49属,菊科、豆科和禾本科植物最多;无论刺槐林下还是自然植被,生长型多为一年生草本和多年生草本,水分生态型以旱生和旱中生植物为主,生活型方面地面芽植物占据优势地位;刺槐林下以狗尾草、赖草、牻牛儿苗、铁杆蒿、阿尔泰狗娃花及长芒草等为优势群落,而自然坡面以白羊草、达乌里胡枝子、铁杆蒿、阿尔泰狗娃花、长芒草及草木犀状黄耆等为优势群落;在阳坡自然恢复植被的群落盖度、地上生物量及物种多样性指数显著高于刺槐人工林(p0.05),而在阴坡二者差异不显著;认为在黄土丘陵沟壑区,阳坡刺槐林的植被恢复应考虑到林木生长对林下层的抑制作用,对现存郁闭度过高的林分应及时进行间伐管理以促进下层植被生长,合理进行乔、灌、草的配置,丰富群落层次结构,提升刺槐林生态功能。     

陕北黄土区山杏林下草本层植物群落特征研究

根据陕西省吴起县不同立地类型25龄以上山杏人工纯林和山杏沙棘混交林林下草本层植被调查数据,采用时空互代的方法,探讨了在不同立地山杏林下草本层植物群落演替方向及其生态恢复效果.结果表明,阴向缓坡、阴向陡坡和阳向缓坡山杏纯林下草本层由铁杆蒿、达乌里胡枝子群落演替到大披针苔草或铁杆蒿、大披针苔草群落,群落整体由旱生型向中生型转变,盖度和生物量增大,多样性略有降低,呈正向演替;且山杏-沙棘混交林下草本层上述指标均优于纯林.而在阳向缓坡山杏林下由星毛委陵菜、铁杆蒿群落演替到甘草、大披针苔草群落,群落整体向旱生型转变,多样性、盖度、生物量均随林龄增加显著降低,呈逆行演替.建议在阴向缓坡、阴向陡坡及阳向缓坡配置山杏这类低耗水,生长慢乔木树种,其中与沙棘等乡土灌木树种混交的模式更优;在阳向陡坡以营造生长速度适中的灌木林或自然恢复草地植被为宜.