半干旱黄土区不同自然恢复时期坡面植被组成与分布特征

为研究半干旱黄土区长期封禁条件下植被自然恢复过程的动态特征,选取黄土丘陵沟壑区梁峁坡为研究区,基于2009和2016年样方调查数据,应用地统计方法,分析封禁25~32年之间坡面草本植物群落物种组成、结构和空间分布的变化特征。结果表明:1)2009年到2016年物种新增16种,坡面优势种由菊科、禾本科加豆科变为菊科、禾本科、豆科和莎草科。2)坡面生物量的平均值由2009年的98.57 g/m2增加到2016年的141.27 g/m2,坡下部的生物量明显增加,生境差异对生物量的影响减弱,群落更加稳定。3)Margalef指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数的均值都明显增加,坡面总体上物种更为丰富,群落稳定性增大;半阳坡坡下物种基本达到稳定状态;其他立地类型物种多样性明显增加。4)与2009年相比,2016年植被盖度、高度、生物量和干鲜质量比的空间自相关性均减弱;2009—2016年Margalef指数空间自相关性由弱变强,自相关距离约为60 m;Shannon-Wiener指数空间自相关性持续微弱,Pielou指数由空间正相关变为负相关。总体上梁峁坡面植物物种更加丰富,空间分布更加均匀,群落稳定性增强。经过32年的封禁,在半干旱黄土梁峁坡面,植物生活型依然以多年生草本植物为主,半灌木的优势度明显增加,群落正在向更稳定的方向演替;但植被演替过程缓慢,为了加速植被恢复,适当的人工干预是必要途径。     

古尔班通古特沙漠南缘土壤风蚀与其抑制因子的空间变异性

对面积约0.15 km2的古尔班通古特沙漠南缘土壤风蚀强度与其抑制因子进行取样检测,应用地统计学方法对取得数据进行了半方差函数分析.结果表明:该研究区土壤风蚀强度与其抑制因子(植被盖度、土壤含水量)的实测数据均服从正态分布,其中植被盖度变异函数曲线的理论模型符合指数模型,而土壤含水量和土壤风蚀强度指数变异函数曲线的理论模型符合球状模型.通过对2009年5月监测资料的分析,得出试验区植被盖度、土壤含水量、土壤风蚀强度指数在空间上存在显著的变异性,土壤风蚀强度与其抑制因子之间存在着较强的负相关性.即土壤风蚀强度指数随着植被盖度和土壤含水量的增大(或减小)有减小(或增大)的趋势,因此土壤风蚀强度对植被盖度和土壤含水量具有较强的空间依赖性.在风力空间差异不大的小尺度范围内,干旱区土壤风蚀强度的大小主要取决于植被盖度和土壤含水量的大小.植被盖度与土壤湿度则是抑制土壤风蚀的主要因子,也是保持古尔班通古特沙漠南缘沙面稳定的主导因子.     

坡面和坡向对遂渝铁路岩石边坡创面人工土壤植被恢复的影响

针对采用客土喷播人工土壤进行植被恢复的铁路边坡,对铁路边坡岩石创面人工土壤植被的盖度、高度、根深、根幅、地上生物量、地下生物量和多样性指数在不同坡位、坡向的空间变异性进行了观测研究.结果表明,铁路边坡植被盖度在不同坡位之间存在明显差异,表现为坡下(87%)>坡上(31%)>坡中(19%).铁路边坡坡位对植被的盖度、高度、Pielou均匀度指数有显著影响,但对根深、根幅、地上生物量、地下生物量、Marglef丰富度指数和Simpson多样性指数的影响不显著.铁路边坡坡向对植物群落的Pielou均匀度指数有显著影响,表现为西坡>北坡>南坡>东坡,但对Simpson多样性指数、Marglef丰富度指数以及植被的盖度、高度、平均根深、根幅、地上生物量、地下生物量的影响均不显著.     

科尔沁沙地沙质草场土壤水分对干旱和降雨响应的空间变异性

采用地统计学的方法,研究了科尔沁沙地沙质草场土壤含水量对干旱和降雨响应的空间变异规律。结果表明,干旱时沙质草场表层(0～20cm)、亚表层(20～40cm)土壤含水量可很好地拟合成球状模型和指数模型,在1～2．26m,1～6．63m的中等尺度范围内表现出很高的空间自相关性,空间自相关度分别为0．92,0．87．分维数均表现出较弱的空间依赖性．分别为1．99,1．94,两层土壤含水量变异特征差异小,土壤水分的空间变异性强,破碎化程度高。降雨后沙质草场土壤表层、亚表层土壤含水量可很好地拟合成指数模型和球状模型,也具有空间结构特征,空间自相关度分别为0．62,0．98,变程分别为181．80m,4．55m,分维数为1．91,1．99,再有土壤水分空间格局图分析,表层土壤含水量空间变异性小,亚表层空间变异性大,两层土壤含水量变异特征存在明显差异。干旱时与降雨后沙质草场表层土壤水分统计特征、变异函数模型和参数、分维数和土壤水分空间格局分布图存在显著的差异,而亚表层差异较小。一定强度的降雨在短期内只能削弱处于干旱时沙质草场表层土壤水分的空间变异性,使其表层土壤水分破碎化程度、空间变异性减弱,而对土壤深层的水分补充和影响有限。     

区域尺度河道对达里亚博依绿洲植被群落的影响

研究干旱区绿洲天然荒漠植被的分布规律和制约因素,对荒漠地区的植物保护和生态恢复提供一定的理论依据,而干旱区水资源控制着荒漠河岸植被的分布格局,河流对植被的发生、发展和演变起到决定性作用。在于田县克里雅河中下游河道基础上,应用经典统计学和相关分析法分析了达里亚博依绿洲植被群落特征同距河道远近和土壤水分数据间的相关性,探讨了区域尺度基于河流因素的植被群落特征。结果表明:距河道从近到远依次为芦苇（Phragmites australis）群落（0～200 m）、柽柳（Tamarix chinensi）群落（200～800 m）和胡杨（Populus euphratica Oliv）群落（800～1 700 m）;植物群落距河道距离与植被盖度和土壤水分呈负相关;同种植被群落植被盖度、土壤含水率与河道具有同样的相关性,而且离河道越远植被长势越差。     

黄土丘陵区退耕草地群落盖度与地上生物量关系

揭示黄土丘陵区退耕草地群落盖度与地上生物量的关系,对系统评价草地群落恢复潜力和水土保持效益具有重要意义。以黄土丘陵区5个退耕年限(5 a,10 a,15 a,20 a,30 a)草地群落为对象,通过照相法、群落调查和刈割法测定了草地群落盖度、物种组成和地上生物量。结果表明:群落高度、盖度与地上生物量呈显著正相关关系,与物种丰富度和Shannon-Wiener多样性指数呈显著负相关关系。群落盖度与地上生物量随退耕年限增加总体呈增加趋势,不同退耕年限草地群落间物种丰富度和多样性指数无显著差异。退耕20 a群落的植物密度、高度和单位盖度地上生物量值均最低,盖度和地上生物量与退耕15 a相比显著下降。各退耕年限草地群落优势种分别为:5 a是狗尾草(Setaria viridis)和达乌里胡枝子(Lespedeza davurica),10 a和15 a是达乌里胡枝子和铁杆蒿(Artemisia gmelinii),20 a是铁杆蒿和菊叶委陵菜(Potentilla tanacetifolia),30 a为长芒草(Stipa bungeana)。当草地群落盖度低于84.6%时,盖度与地上生物量呈极显著线性正相关关系,当盖度大于84.6%后,群落盖度不随地上生物量增加而变化。群落盖度84.6%和地上生物量285.17 g/m~2可作为黄土丘陵区退耕草地植被恢复评价和调控措施的参考值。     

放牧干扰后自然恢复的退化沙质草地土壤性状的空间分布

用地统计学的方法 ,研究了科尔沁沙质退化草地不同强度放牧干扰 (重度放牧和适度放牧 )后自然恢复过程中 0～ 15cm土层土壤有机碳、全氮、pH和电导率在 10m尺度上的空间异质性特征。结果表明 ,重牧后的恢复草地比适度放牧后的恢复草地呈现出显著低的有机碳和全氮含量及其显著高的变异性。在取样尺度的空间分布上均表现出显著的空间结构特征 ,自相关尺度分别为 2 2 2～ 2 9 4m和 2 5 5～ 39m ,结构性方差占样本方差的 87 2 %～ 88 2 %和 6 5 5 %～ 85 9%。全氮的自相关尺度大于有机碳。土壤pH和电导率在取样的尺度内不存在局部格局 ,而可能受更大尺度的格局控制。放牧引起的植被斑块状分布和沙化裸斑的出现是土壤碳、氮空间变异的主要因素 ;土壤异质性尺度的改变又可能影响着植被的恢复演替和分布格局。     

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。     

毛乌素沙区地下水对植被盖度空间格局影响分析

通过在榆溪河流域沿地下水埋深增大方向设置植被调查样带,基于植被盖度、地下水埋深及土壤含水量等数据,利用多元经验模态分解(MEMD)获取植被盖度及其影响因子所表征的空间尺度,结构方程解析植被盖度空间分布的驱动因素,并结合聚类分析划分了植被群落自然恢复演替空间格局状态变化特征。结果表明：(1)MEMD将空间多元数据分解为3个本征模态函数,经希尔伯特转换得到各模态函数相应的空间尺度分别为14,27,38 km;(2)结构方程模型和MEMD分解后的最大表征尺度相关分析表明,地下水埋深与植被盖度在整个样带尺度上呈显著负相关(R²=-0.95,p<0.001);土壤含水量与植被盖度以地下水埋深5 m空间尺度为分界点,<5 m的区域呈显著正相关(路径系数为0.68,p<0.001),>5 m的区域呈显著负相关(路径系数为-0.43,P<0.01);(3)在此基础上,结合系统聚类分类结果将植被盖度划分为核心区(地下水埋深0～3 m)、过渡区(地下水埋深3～4 m)、稳定区(地下水埋深4～5 m)、外围区(地下水埋深5～10 m)及边缘区(地下水埋深1...     

黑河下游地下水波动带土壤盐份空间变异性研究

地下水波动带是地下水水位及辐射范围变化明显的区域。本文在地质统计学理论与GIS技术基础上,以黑河下游地下水波动带为研究区,根据64个采样点的实测数据,采用地质统计分析法与交叉验证法(Cross-Validation)对研究区土壤盐份实验半方差函数理论模型及常用插值方法进行了选择,进而分析了研究区土壤盐份空间变异性特征。研究结果表明:(1)黑河下游地下水波动带土壤盐份具有明显的空间变异性:沿河流流向方向土壤盐份整体表现为逐渐增高的趋势,垂直于流向方向各盐份要素受控于地下水而应该呈现的离河越近土壤盐份含量越高的特征被一些局部性变异所取代,且这些局部性变异在东河辐射范围内略微明显于西河,这与东河区域局部性地下水补给来源复杂及地下水化学类型变化明显等因素有关。(2)变程是描述空间变异性的尺度。从各盐份要素的有效变程看,7 km是研究黑河下游地下水波动带土壤盐份空间相关性的最大采样尺度。本研究的目的是为黑河下游区域生态恢复与植被重建及相关研究中合理布置采样点提供理论依据。     

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。     

毛乌素沙地南缘生态过渡带植被和土壤的特性

对毛乌素沙地南缘生态过渡带流动半流动沙丘、固定半固定沙地、盐化丘间低地和缓坡丘陵梁地4种不同生境植被和土壤特性进行了研究,以探讨毛乌素沙地南缘沙漠化现状。结果表明,从缓坡丘陵梁地,经盐化丘间低地、固定半固定沙地到流动半流动沙丘,植被总盖度、草本植物盖度、物种丰富度均呈下降趋势;植被组成中多年生草本植物逐渐减少,一年生草本植物及沙生灌木、半灌木逐渐增加。土壤含水量为流动半流动沙丘〈固定半固定沙地〈缓坡丘陵梁地〈盐化丘间低地。土壤黏、粉粒及有机质、全氮等养分含量总体为由缓坡丘陵梁地到流动半流动沙丘逐渐降低,砂粒含量逐渐增加。pH和可溶性盐含量无明显变化规律。总体上看,该地区植物群落多以耐瘠薄性强的植物组成,一年生植物比例较高,植被不稳定,土壤组成主要以砂粒为主。土壤含水量低,养分贫瘠,环境脆弱,易产生风蚀、沙化。     

Soil properties, grassland management, and landscape diversity drive the assembly of earthworm communities in temperate grasslands

Earthworms are widespread soil organisms that contribute to a wide range of ecosystem services. As such, it is important to improve our knowledge, still scanty, of the factors that drive the assembly of earthworm communities. The aim of the present study was to conjointly evaluate the effects on the assembly of earthworm communities of i) soil properties (texture, organic matter content, and pH), ii) grassland management (grassland age, livestock unit, and type of fertilization), iii) landscape diversity (richness, diversity of surrounding habitats, and grassland plant diversity), and iv) presence of hedgerows. The study was conducted in temperate grasslands of Brittany, France. Earthworms were sampled in 24 grasslands and, in three of these grasslands, they were sampled near a hedgerow or near a ditch (control without a hedgerow). Soil properties explained the larger portion of the variation in the earthworm community parameters compared to grassland management or landscape diversity. The increase in soil organic matter content and pH were the most favorable factors for earthworm abundance and biomass, in particular for endogeic species. Regarding grassland management, the increase in the livestock unit was the most damaging factor for earthworm communities, in particular for the anecic earthworm biomass and endogeic species richness. Surprisingly, landscape diversity negatively affected the total earthworm abundance and epigeic earthworm biomass, but it was related to an increase in the epi-anecic species. At a finer scale, we also demonstrated that the presence of hedgerows surrounding grasslands enhanced earthworm species richness, especially within the epigeic and anecic ecological categories. This study highlights that the earthworm ecological categories respond specifically to environmental filters; further studies need to be conducted to elucidate the factors that drive the assembly of earthworm communities at this ecological category level. We recommend that policymakers should act on landscape management to favor earthworm diversity in order to improve the ecosystem services they drive.     

坡位对土壤水分及植被空间分布的影响

[目的]探讨微地形对土壤含水量和生物量的影响,为浑善达克沙地环境建设和合理开发利用提供理论参考。[方法]以内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场境内的中国科学院内蒙古草原生态系统定位站沙地样地为研究对象,对坡底、坡顶、阴坡和阳坡等坡位的植被和土壤水分等指标的测定,对其进行方差分析和相关性分析。[结果]坡底以多年生杂类草占优,阴坡以灌木、半灌木及多年生禾草为主,阳坡以灌木、半灌木、多年生禾草及1,2年生植物为主,坡顶以多年生禾草和1,2年生草本植物为主;0—50cm土壤平均含水量的大小顺序为:坡底阴坡阳坡坡顶,生物量顺序与土壤平均含水量一致;坡顶、坡底、阳坡和阴坡各层土壤水分变异系数由大到小的顺序因土层和坡位的不同而表现出一定的差异性,0—50cm各层平均变异系数坡顶最大,坡底次之,阳坡最低;生物量和各层土壤含水量均呈现正相关关系,其中0—5,5—10和20—30cm土壤含水量与生物量之间表现为极显著线性正相关(p0.01)。[结论]微地形对植被种类和土壤含水量具有一定影响,且土壤含水量和植物生物量呈现正相关关系。     

北方风沙区放牧和封育对水土保持植被效益的影响分析

为了从宏观层面科学认识北方风沙区放牧和封育对草地水土保持生态效益的影响,搜集并筛选了大量文献,从中采集相关数据,采用荟萃分析方法,研究了典型草原和荒漠草原放牧强度、放牧年限和封育年限对植被地上生物量和植被盖度的影响。结果表明:(1)无论是荒漠草原还是典型草原,随着放牧强度增加,植被相对地上生物量和植被盖度均明显下降;(2)放牧年限对植被地上生物量的影响极显著,长期的放牧会使草原植被地上生物量显著降低;(3)随着封育年限的增加,荒漠草原与典型草原的植被地上生物量和植被盖度都明显增加。综上,放牧和封育都是影响北方风沙区植被生态效益的重要因素,应重点关注其对植被水土保持效益的影响,以实现对该区域的水土保持生态效益进行综合分析,为该区做好水土保持工作提供技术支撑。     

Grazing as a management tool in dune grasslands: Evidence of soil and scale dependence of the effect of large herbivores on plant diversity

In nature management, the introduction of large herbivores into human-influenced grasslands is thought to be effective to maintain or enhance plant diversity. In order to test the validity of this assumption, we studied the effect of grazing by large herbivores on plant species richness and community heterogeneity across a soil acidity gradient at different spatial scales in dry coastal dune grasslands in western Belgium and north-western France. The effect of grazing on plant richness varied with scale and soil acidity. Grazing had a predominantly positive effect on plant species richness in all habitats at the small scale (0.25 × 0.25 m). However, at site scale (8 × 8 m) it had only positive effects in grasslands with higher soil pH (6-7.4). Similarly, grazing resulted in a homogenization of grassland vegetation at lower pH, while heterogeneity increased with grazing on soil with higher pH. In general, grazing increased the number of rare species, independent of soil pH. The results confirm that the impact of grazing on plant diversity depends on the scale considered and that the effects further depend on soil acidity which was correlated to biomass production at the given soil pH range in this study. Although grazing seems an appropriate management tool to maintain and even enhance plant biodiversity under many circumstances, it may negatively affect plant species richness, where soil resources limit plant biomass production.     

围封年限对沙化草地群落结构及物种多样性的影响

[目的]了解围封年限对宁夏回族自治区盐池县沙化草地群落结构及物种多样性的影响,揭示围封沙化草地植被变化规律。[方法]在半干旱区运用空间代替时间法选取不同围封年限区(5,10,20a)和未封育区(对照)的沙化草地为研究对象,进行群落结构及物种多样性的对比研究。[结果]1年和2年生草本是未封育区的优势种。灌木是封育5a区的优势种,而封育10a区的优势种是灌木和多年生草本,在封育20a区,优势种是多年生草本。与未封育区相比,围封5a,10a区植被数量特征值均有显著提高,而围封20a区特征值稍高,但相差不大。[结论]并不是围封时间越长,植被生长状况就越好。小于5a的封育年限可以提高群落的物种多样性,封育年限大于10a,反而使物种多样性下降。围封措施对植被恢复起到了先促进后抑制的作用。     

Point Source Ammonia Emissions are Having a Detrimental Impact On Prairie Vegetation

Prairie grasslands are very species rich but have declined in their extent considerably due to land-use change and exploitation. Many remaining prairie fragments are situated within an agricultural matrix and can be subjected to high levels of atmospheric ammonia deposition from animal units. Three prairie fragments in Minnesota that were located in close proximity to feedlots were selected, and 500-m transects were studied at an increasing distance from the feedlot. Changes in soil pH, soil nitrate concentration, and soil ammonium concentration with increasing distance from the source were variable between the sites, possibly due to differences in the processing of nitrogen in the soil and the degree of nitrogen limitation. Species richness showed significant negative relationships with ammonia deposition and soil nitrate concentration, whereas aboveground biomass showed a positive relationship with ammonia deposition. Both the richness and biomass of nongraminoid species declined with increasing soil nitrate concentration, whereas graminoid biomass was positively related to ammonia deposition and was negatively associated to richness. Bromus inermis, a non-native perennial grass, was the main species that increased at high deposition. The results of this study have important implications for the conservation and restoration of prairie grasslands.     

南方花岗岩红壤典型区土壤有机质的空间变异特征

 通过野外实地调查与室内试验,以长汀县为研究区,在GIS的支持下,运用地统计学方法分析南方花岗岩红壤典型区表层土壤有机质的空间变异特征。结果表明:研究区土壤有机质质量分数总体水平中等并具有中等的空间相关性,平均为2.73%;变异系数为72.73%,属中等变异;由空间自相关部分引起的空间变异性程度较大,C0/(C0+C)值为47.13%,变程为21.48km;在空间分布上呈现四周高中间低的分布特征,在中部地区形成连片的低值区,西部有机质质量分数整体较高,存在最高值。研究成果可为南方花岗岩红壤侵蚀退化地的生态恢复与重建提供参考。