青藏铁路建设对沿线高寒生态系统的影响及恢复预测方法研究

采用遥感和地理信息系统技术, 编制了青藏铁路沿线50 km范围生态系统类型和脆弱度分区图, 用叠图法研究了各类工程活动对沿线生态系统的影响范围和影响面积以及影响指数. 类比青藏公路, 研究了青藏铁路高寒生态系统的恢复机制, 预测了其恢复程度和恢复速度. 研究表明, 铁路工程对高寒生态系统的影响程度主要取决于地表原始土壤受破坏和扰动的程度以及生态系统本身的脆弱性. 植被覆盖度与物种丰富度的恢复与地表原始土壤的破坏程度呈显著负相关关系, 与恢复年限、年平均降水量和年平均相对湿度呈显著正相关关系, 而与海拔高度及气温无明显的相关关系. 在年降水量大于200 mm的地段, 只要地表能够保留一定比例的原始土壤, 工程结束后30年左右物种多样性基本上可恢复到破坏前的水平, 而植被覆盖度至少需要45~60年以上才能恢复到破坏前的水平.     

青藏高原高寒草甸生态系统稳定性研究

青藏高原生态系统对全球气候变化较为敏感, 系统的行为能更早地预兆全球变化, 进而影响到邻近地区乃至全球气候. 因此, 青藏高原生态系统的行为研究具有特殊重要性. 利用中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站多年来积累观测的长时间序列数据, 运用生态系统稳定性直接分析方法, 定量分析高寒草甸生态系统的稳定性及其对环境变化的灵敏度. 结果表明, 高寒草甸生态系统的主要气候因子如年降水、年均气温都比较稳定(CV值分别为16.55%和28.82%), 而年度地上净初级生产量较降水和气温更为稳定(CV值为13.18%). 净初级生产量关于降水和气温的灵敏度或弹性分别为E = 0.0782和0.1113, 即净初级生产量对降水和气温的波动均不敏感, 也说明高寒草甸生态系统具有较高的稳定性. 通过高寒草甸生态系统与世界其他地区5个草地生态系统的稳定性度量值横向比较, 也显示出该系统的稳定性程度较高. 结构相对比较简单的高寒草甸生态系统有较高的稳定性, 说明群落稳定性虽然与物种多样性和群落复杂性有关, 但未必成正比关系. 还有其他一些因素与生态系统稳定性密切相关, 如生物群落的外部环境稳定程度等. 高寒草甸生态系统的主要气候因子(年降水和年均气温)以3~4年的主周期随机低频振荡, 在其作用下生态系统的行为呈现同主周期、振幅比较稳定的随机波动. 高寒草甸生态系统的较高稳定性, 是较稳定的环境和系统适应环境的进化演替结果.     

中国北方草地植物补偿性生长与合理放牧强度:基于放牧实验的整合分析

补偿性生长是草地植物对动物采食的一种适应策略,合理的放牧强度能够促进植物的补偿性生长,有利于草地生产力和稳定性的维持,而长期过度放牧则导致草地退化.因此,确定合理的放牧强度是科学配置草地生产-生态功能实现草牧业可持续发展的基础.本文基于各类放牧实验已发表的118篇研究文献,将放牧家畜的采食率(地上生物量移除量,%)作为放牧强度的测度指标,对我国北方5种主要草地类型的植物补偿生长特征及其合理放牧强度进行了整合分析,并结合气候、土壤及植物群落地下生物量和多样性等数据,厘清了影响植物补偿生长的关键生物和非生物因子.结果表明,我国北方草地植物总体处于欠补偿生长状态,且植物地上部分的补偿性生长主要以牺牲其地下生物量为代价.其中,高寒草甸、草甸草原和荒漠草原植物群落均表现为欠补偿生长,高寒草原和典型草原植物群落表现为等补偿生长.在区域尺度上,补偿性生长的绝对值随年降水量和植物物种丰富度的增加而增加.满足植物群落地上生物量实现等补偿或超补偿,且对地下生物量不产生负效应,各类草地的合理利用强度为:高寒草甸50%、草甸草原48%、典型草原40%、高寒草原37%、荒漠草原31%.本研究对指导我国北方草地保...     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

生物多样性丧失机制研究进展

生物多样性是地球上所有生命形式的总称,包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性.其中,物种多样性是核心,它既体现了生物与环境之间的复杂关系,又体现了生物资源的丰富性;物种的保护是生物多样性保护的主要内容.生态系统内的物质循环和能量流动是通过许多错综复杂的食物链和食物网完成的,而动物有机体在此过程中起关键作用.因此,物种多样性,特别是动物种类多样性将直接影响整个生态系统的功能.然而,随着世界人口的持续增长和经济全球化的快速发展,人类社会对地球上的生物多样性造成了愈来愈显著的影响,在这一过程中产生的诸如栖息地丧失与破碎化、过度利用、环境污染、气候变化等现象已对物种的生存产生了严重威胁.本文以生物多样性丧失为主线,回顾了近10多年来在该方向的主要进展,重点关注人类活动对物种多样性的影响,分析了生物多样性丧失的主要原因、特征及其危害,介绍了生物多样性研究的最新方法,并根据我国生物多样性的现状提出了未来生物多样性研究中需要重点关注的科学问题.     

草地多功能提升的多样化家畜放牧理论及应用

草原是我国最大的陆地生态系统,草原生态保护对于我国生态环境建设及社会可持续发展至关重要.当前草地退化现象严重,全球气候变化压力增加,如何科学地管理草原、提升和维持草原正常的生产生态功能是亟待解决的重大科学问题.本文首先创新性地提出多样化家畜放牧的概念,以及草地多功能提升的多样化家畜放牧理论,即多样化家畜放牧能够直接或间接通过提高草地资源异质性、增加草地的随机性干扰过程以及物种扩散过程,维持和提高草地生物多样性和生态系统复杂性,进而促进草地生态系统多功能的发挥.其次,详细阐述了多样化家畜放牧维持和提高草地生物多样性及生态系统复杂性的生态学机理,以及多样化家畜放牧效应的野外试验验证.最后,对多样化家畜放牧的应用前景给予了分析讨论,并建议在适度强度下的多样化家畜放牧可以作为维持天然草原健康、实现草原可持续生态服务功能的重要管理工具.     

青藏公路沿线多年冻土区活动层动态变化及区域差异特征

利用青藏高原多年冻土区10个活动层观测场建立以来到2010年的监测资料,构建了青藏公路沿线多年冻土区活动层平均厚度的估算模型,分析了多年冻土区活动层近期的动态变化及区域差异特征.结果表明,研究区活动层厚度30年来以1.33cm/a的速率增大,多年冻土上限温度、50cm土壤温度及5cm土壤积温均呈现出升高的趋势.土壤热通量以0.1Wm-2/a的速率增大,为高原多年冻土区活动层厚度增大和温度升高提供了依据.活动层开始融化日期提前,开始冻结日期推后,融化日数增加,速率达1.18d/a.活动层动态变化特征与多年冻土类型、海拔高度、下垫面类型和土壤组分密切相关.低温多年冻土区较高温多年冻土区变化明显、高海拔地区较低海拔地区变化明显、高寒草甸地区较高寒草原地区变化明显,细粒土较粗颗粒土变化明显.     

花粉揭示的青藏高原西南部塔若错全新世以来植被与气候变化

利用活塞采样器在位于青藏高原西南部塔若错60 m水深处获得3.1 m沉积岩芯.通过AMS14C测年、花粉、粒度和无机碳分析,恢复了青藏高原西南部全新世以来的植被和气候变化.结果显示,全新世初期(10200~8900 cal a BP),植被由高寒草原向高寒草甸转换,气候由冷干向暖湿发展;全新世早期(8900~7400 cal a BP),植被由高寒草甸到高寒草原的转换,气候相对干旱,但偏暖;全新世中期(7400~3300 cal a BP),植被从高寒草原向高寒草甸或草甸化草原转换,气候以冷湿为主;全新世晚期(3300 cal a BP至今),植被逐渐被高寒草原取代,气候变得寒冷干旱.塔若错全新世早期和中晚期的特征气候事件表明,该地区明显受到西风区环境变化的影响,而在全新世中期更多受印度季风环流控制.尤其是中晚全新世塔若错的湖泊沉积环境记录对于进一步阐述西风/季风在该地区的影响程度具有非常重要的意义.     

青藏高原冰缘植物多样性与适应机制研究进展

高山冰缘带紧邻雪线,位于高山生境的最前端,在山地植物垂直带谱中位居最高,是陆地生态系统中最为极端的生境之一.受到高原环境中多变的气候、多样的地形、独特的生物交流屏障和迁移通道等因素的综合影响,青藏高原孕育了全球最为丰富的冰缘植物多样性资源.这类极端环境下的生物多样性形成和维持机制一直是学界关注的热点和难点问题.本文总结了青藏高原冰缘生态系统植物多样性特征及物种生态适应、繁殖和维持机制的最新研究进展,并特别关注了冰缘植物的生态适应结构,植物种间互助以及植物与昆虫间协同进化对于维持冰缘生态系统物种多样性的重要性.已有研究表明,全球气候变化对于冰缘生态系统多样性维持和物种共存会产生重要影响.如何预测和判断全球气候变化背景下,青藏高原冰缘生态系统内生物多样性资源的命运及其对生态系统功能的影响,将是生态学研究者面临的新挑战.     

土地覆盖变化对高山草甸土壤特性的影响

以青苦恼高原东南部高寒草甸草地为例，从土壤养分、土壤物理性质以及土壤水分含量，研究了高山草甸土壤特性在不同土地覆盖下的变化特征。随地表植被退化、植被覆盖度降低，土壤密实度下降，原有的致密根系层逐渐风化剥离，地下生物量显著减小，水土流失加剧，砾石含量增加，土壤显著粗砺化。上层土壤（0－20cm）有机质含量与全氮含量随植被覆盖度变化具有显著的相关关系，表明当高寒草甸植被盖度大于60％时，随植被覆盖度增加，土壤有机质与全氮含量急剧增加。覆盖度小于30％时，植被盖度减少，土壤养分要素含量也随之明显递减，但在覆盖度30％－60％之间变化时，土壤养分含量呈相对稳定状态；从统计角度提出了描述这种相互关系的数学方程。上层土壤含水量随植被覆盖度而增加，土壤含水量随植被覆盖变化规律呈现显著的二次抛物线性过程。深层土壤的养分与水分变化较复杂，与植被覆盖度之间没有明显依存关系。初步估算表明：植被覆盖度从90％下降到30％以下时，高山草甸土壤有机质将流失14890kg/hm^2，氮素损失将达到5505kg/hm^2。     

青藏高原沼泽与高寒草甸草地退化对生长期CO2排放的影响

采用静态箱-便携式红外色谱法对青藏高原风火山地区沼泽草甸和高寒草甸两类生态系统CO₂排放通量进行了研究. 结果表明, 生长期内两类生态系统之间及同一生态系统内部不同的退化程度之间CO₂排放通量均存在较大差异. 沼泽草甸CO2排放通量随着退化程度的加剧而逐渐降低, 而高寒草甸除5月份之外, CO₂排放通量随着退化程度的加剧而逐渐提高; 未退化沼泽草甸较高寒草甸CO₂的排放通量同比高出65.1%~80.3%; 中度退化沼泽草甸较高寒草甸CO2的排放通量同比高出22.1%~67.5%; 然 而, 严重退化的高寒草甸比沼泽草甸CO₂的排放通量反而高出14.3%~29.5%. 5 cm处土壤水分、5 cm处土壤温度和地上生物量与CO₂排放通量显著相关, 是控制CO₂排放主要环境因子     

性状关联跨尺度推演:高寒草甸植物种内及种间性状的协同与权衡

功能性状及其关联可以反映有机体响应环境的生态对策,是探究各生态层次生物与环境相互作用的关键.大量的研究报道了区域至全球尺度上植物种间性状的协同或权衡.基于此,研究者试图推演环境变化下种群、群落至植被的功能结构动态.然而,各生态层次性状关联的主导机理不尽相同.性状关系跨尺度推演的核心在于局域群落种内及种间的性状关联,而相关研究极其缺乏.整合性状关联的机理与群落构建理论,我们推测,与大尺度下生态位特化主导物种性状关联类似,局域群落中多物种共存且生态位分化明显时,种间也应有显著的性状协同与权衡;功能平衡和结构优化主导性状关联时,种内与种间存在一致的协同或权衡关系,可推演至群落水平.以环境差异较小而多物种共存的青藏高原高寒草甸植物群落为例,检验了这些推测.结果表明,在生态位分化明显的高寒草甸,局域群落物种间叶片氮磷含量与比叶面积协同变化(与叶片干物质含量权衡),但大多数种内这两类性状的关联并不显著.无论是种间还是大多数种内,功能平衡下叶片氮磷含量协同变化,结构优化使比叶面积与叶干物质含量呈权衡关系.性状的协同与权衡关系在多性状分析中更加明显.这些结果支持了以上预测,为性状关联的跨尺度推演提供了...     

生物多样性的丧失和保护

物种丧失 数百年来,物种、种群（包括作物、家畜和家禽品种）以及自然生境的丧失过程都在明显加速。 一般认为,生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性。因为遗传多样性实际上包含在物种个体之中,故此处只谈物种和生态系统水平上的多样性。 生物物种的灭绝是自然过程,但灭绝的速度由于人类活动对地球的影响而大大加速。有些科学家估计,自１６００年以来,人类活动已经导致７５％的物种灭绝。众所皆知的渡渡乌、毛象、塔斯马尼亚狼和恐鸟都是由于人类捕猎而灭亡的。有些种因被过度商业利用而处于灭绝的边缘。如在肯尼亚…     

青藏高原3种植被类型净生态系统CO2交换量的比较

采用涡度相关观测技术系统, 于2003年7月1日~2004年6月30日对青藏高原高寒草甸3种植被类型(矮嵩草草甸、金露梅灌丛草甸和藏嵩草沼泽化草甸)生态系统CO₂通量进行观测和分析. 结果表明, 嵩草草甸、灌丛草甸和沼泽化草甸CO₂最大吸收率分别为16.78, 10.42和16.57 μmol/m²·s; 最大CO₂排放率分别为8.22, 7.73和18.67 μmol/m²·s; 嵩草草甸和灌丛草甸一年从大气中分别吸收CO₂ 282和53 g/m², 而沼泽草甸一年向大气排放CO₂ 478 g/m². 证明青藏高原嵩草草甸和灌丛草甸比C4草原和一些低海拔草原和森林具有一个较低CO₂吸收和排放量潜能, 而沼泽化草甸具有一个较高的排放潜能, 揭示了青藏高原高寒草甸生态系统不同植被类型的碳源/汇的明显差异, 主要是由植物光合能力不同和土壤呼吸差异引起的.     

土壤生物多样性研究:历史、现状与挑战

土壤生态系统是地球上生物多样性最丰富的生境.土壤生物多样性在维持陆地生态系统碳动态和养分循环方面具有重要的作用,是目前土壤生态学领域最为重要的热点研究问题.本文综述了过去20年对土壤生物多样性研究经历的过程和取得的成果.首先,介绍了土壤生物多样性研究的历史发展过程,从早期问题的提出与研讨,到大规模的实验研究,再到对土壤生物多样性的监测、评价和保护.其次,重点介绍了土壤生物多样性研究领域的4个核心问题及其进展,包括土壤生物多样性的维持机制、土壤生物多样性与生态系统功能之间的关系、土壤生物多样性的分布格局及土壤生物多样性与植物多样性之间的关系.最后指出,尽管人们对上述土壤生物多样性的问题取得了一些研究成果,然而,在土壤生物多样性的研究方法、土壤生物多样性的大尺度地理分布格局及其机制、人类活动和全球变化对土壤生物多样性的影响以及土壤生物多样性在污染治理和生态恢复中的应用等方面还面临着巨大的挑战.     

中国荒漠与沙地生物土壤结皮研究

生物土壤结皮广泛分布于干旱半干旱区,其盖度占该区域地表活体覆盖的40%以上,是联结荒漠地表生物与非生物成分的"生态系统工程师"和荒漠/沙地生态系统健康的重要标志,也是干旱区地球表面过程研究中生物学与地球科学交叉研究的热点科学问题.21世纪初,相关研究绝大多数来自国外,且集中在热带荒漠、寒漠和欧洲草原,很少有来自中国和温性荒漠的报道.本文评述了2000年以来中国学者在这一研究领域开展的系列创新性研究,涉及生物土壤结皮组成、分布和演替,对环境胁迫及全球变化的生理生态学响应,与土壤生态、水文过程,与维管植物和土壤动物关系,对干扰响应和人工培养及在生态恢复实践中的应用等,介绍了中国学者对国际生物土壤结皮研究所做的贡献.     

红树林土壤pH和其他土壤理化性质之间的相互作用

红树林生态系统具有强大的固碳、储碳能力,在防治污染、净化水体和维持生物多样性等方面也发挥着重要作用.然而在气候变化和人类活动双重影响下,红树林生态系统正面临着面积锐减、生态系统结构简化、生物多样性降低、生态功能退化等巨大考验.红树林湿地土壤的理化性质如pH、养分含量及盐度等直接或间接影响着红树林的生长状况和生态功能.红树林土壤中pH和其他理化性质之间的相互关系,除了两个因素之间相互作用外,也同样受其他理化条件的影响.红树林土壤pH只有维持在合理范围,才能维持和提高红树林生态系统的固碳作用,发挥其强大的固碳功能.红树林土壤通常多是酸性硫酸盐土,硫含量较高,土壤pH与全硫含量一般呈负相关关系.红树的数量、种类、密度、分布以及种群结构都直接影响着土壤中的硫含量,而土壤的氧化状态、硫含量及硫化物的种类和分布又是决定土壤pH的重要因素,同时pH也影响土壤中硫化物的赋存状态.红树林土壤中有机物的摄入和分解是不断进行的过程,其中有机碳的含量和种类通过影响土壤细菌的种群结构、生长、生理过程,进而影响土壤pH;同时,土壤pH的平衡又影响着红树林土壤中的有机碳含量和种类.高含盐的红树林土壤的pH与盐度之间,一般呈正相关关系;然而盐度到底是直接影响,还是间接影响了pH的变化,还有待进一步研究.因此,探索红树林土壤理化性质的相互关系具有重要意义.本文首先以pH为切入点,综述了红树林湿地土壤pH和其他理化性质之间的相互关系和作用,包括pH与硫含量、有机碳、盐度、溶解氧以及N、P含量的相互关系.然后探讨了气候变化和人类活动可能对红树林土壤pH产生的影响.最后,尝试通过上述内容,推理出土壤pH和其他理化性质对具体的气候变化现象和人类活动(如海平面上升、红树林重建等)可能做出的响应.本文涉及的研究内容和分析方法对于发挥红树林储碳能力、修复和重建红树林都具有重要的参考意义.     

给子孙留下美好的家园

我们居住的地球从远古时代的汪洋一片,经过不断的地质变化,逐步演变为多种多样的生存环境——高山、平原、荒漠、森林、江河、湖海等等,因此也相应具有不同的地貌、气候、土壤、水文等环境。在各种生存环境中孕育着动物、植物、微生物等各种各样的生命,每一种生物成群结片,便形成了生物种群,而一个个的生物种群互相作用,共同生存于同一生境(生物栖息的环境,后同)中,构成了一个有机的复合体,这个复合体就是生物群落。这种生境、生物群落多样化便构成了生态系统多样性,按景观条件和生物种类组成的不同,地球表面的生态系统可分为森林、草原、荒漠、湿地和海洋等5个类型。     

青藏高原退化高寒草地生态系统恢复和可持续发展探讨

近年来,青藏高原草地生态环境安全引起人们的高度重视,但是其生态环境仍处于不断恶化的状态。本文分析了青藏高原高寒草地生态系统的草地退化现状、退化因素和改良技术研究等,并针对其现状和恢复目标,为高寒草地生态系统和草地畜牧业的可持续发展提出了一些建议:加强高寒草地生态系统的基础研究,建立综合的草地改良和恢复技术体系,加强草地生态系统的管理,建立合理的草地放牧制度体系,并建立高效的饲草供应人工草地,在退化草地上建立集约化的高效社区模式草地畜牧业体系,改变退化草地生态功能,是实现退化高寒草地生态恢复、生物多样性保护和经济可持续发展的最佳措施。     

塔里木沙漠公路防护林生态工程的综合生态环境效应

为了探讨重大工程的生态环境效应,从风沙环境、土壤环境、小气候、生物多样性和地下水环境5个方面对塔里木沙漠公路防护林工程的综合生态环境效应进行了研究.结果表明:(1)防护林改变了近地表风沙运动过程,防沙体系内风速、输沙率降低幅度分别达64%~80%和87.45%~99.02%,风沙流结构、沙物质粒度、地表蚀积状况也发生了明显变化;(2)与自然流沙地相比,防护林土壤容重减小,全盐含量、总孔隙度和含水量增大,土壤肥力质量明显提高,其变化基本呈现"先快后慢"的规律;(3)防护林对于小环境改善作用明显,距地面6m范围内,林地不同高度的空气温度普遍低于自然流沙地,而空气湿度则高于自然流沙地,林地土壤温度也低于自然流沙地;(4)随着防护林内生境的变化,土壤微生物种类显著增加,但不同种类微生物的种群分布并不均匀;(5)目前防护林灌溉抽水对地下水位、地下水矿化度的影响不大,水位在厘米级范围波动,矿化度的变化幅度在±1g·L-1左右,且没有明显的变化趋势.