本文關(guān)鍵詞：松嫩鹽堿化草地景觀植被斑塊的生態(tài)效應(yīng)與動(dòng)態(tài)機(jī)制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：草地(grassland)作為地球上重要的生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem),對(duì)于維護(hù)全球生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)平衡以及支持人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展都具有舉足輕重的意義。然而,長(zhǎng)期以來(lái)由于人類不合理的利用,致使草地生態(tài)系統(tǒng)遭到了嚴(yán)重的破壞,景觀破碎化(landscape fragmentation)程度日益加深,成為威脅全球生物多樣性的最嚴(yán)重原因之一。草地生境破碎后,植被常以不連續(xù)的群落斑塊分布,構(gòu)成了異質(zhì)性的生態(tài)系統(tǒng),斑塊和斑塊動(dòng)態(tài)決定了草地內(nèi)部的空間格局和生態(tài)過(guò)程,如果能揭示植被、環(huán)境的空間格局,植被與環(huán)境空間分布的響應(yīng)關(guān)系,以及在干擾下的植被、環(huán)境條件格局的變化機(jī)制,對(duì)于深入理解干擾條件下景觀變化規(guī)律具有重要的理論意義。本研究為了系統(tǒng)了解草地景觀格局在正負(fù)兩個(gè)干擾方向下的演替規(guī)律,以鹽堿化草地為研究對(duì)象,按正干擾(圍封)與負(fù)干擾(刈割)兩條主線,分別研究在不同的干擾方向下,在種群、群落斑塊兩個(gè)研究尺度上,草地景觀的變化規(guī)律以及動(dòng)態(tài)機(jī)制。目的在于揭示不同的干擾強(qiáng)度對(duì)草地景觀格局與生物過(guò)程的影響,以探求草地景觀在干擾過(guò)程中的動(dòng)態(tài)規(guī)律以及發(fā)展變化機(jī)制。從而有益于更全面地闡釋草地景觀生態(tài)系統(tǒng)的異質(zhì)性、穩(wěn)定性、持久性的規(guī)律,可以為指導(dǎo)刈割、放牧等實(shí)踐活動(dòng),為草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、建設(shè)與管理提供理論依據(jù)。本論文主要采用野外直接觀測(cè)與控制實(shí)驗(yàn)方法開展了研究。在圍封條件下,選擇了一塊曾經(jīng)為鹽堿斑廣布的退化草場(chǎng),經(jīng)過(guò)10年的圍欄封育,草地植被基本得到恢復(fù),并以非常明顯的斑塊化分布。對(duì)其中的沃島效應(yīng)、斑塊內(nèi)異質(zhì)性、斑塊邊緣效應(yīng)等進(jìn)行了研究;在刈割條件下,主要是設(shè)立了輕度、中度、重度三種干擾梯度,連續(xù)進(jìn)行了四年的干擾實(shí)驗(yàn),對(duì)群落性狀、物種組成、物種分布空間格局以及復(fù)雜性進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與比較分析,獲得了以下研究結(jié)論:1.圍封條件下草地景觀異質(zhì)性規(guī)律(1)植被斑塊的沃島效應(yīng)鹽堿化草地是一個(gè)異質(zhì)性的生態(tài)系統(tǒng),草地在恢復(fù)過(guò)程中,植被表現(xiàn)為不連續(xù)的斑塊集群形式,有著明顯的斑塊化(patch)特征。①土壤性質(zhì)的沃島效應(yīng)(fertile island effect)。在土壤表層(0~30 cm)有機(jī)質(zhì)含量植被斑塊高于堿斑,而pH值與電導(dǎo)率植被斑塊低于堿斑。在垂直方向上,植物群落土壤pH值和電導(dǎo)率隨深度分布都呈“雙曲線”型,植物群落土壤剖面表層有機(jī)質(zhì)含量最高,向下迅速減少。這說(shuō)明草地在恢復(fù)過(guò)程中,有著明顯的斑塊化特征和沃島效應(yīng),其形成是植被斑塊的演變與土壤性狀的變化強(qiáng)烈互饋效應(yīng)的結(jié)果。②植被特征的沃島效應(yīng)。斑塊內(nèi)的生物多樣性決定于斑塊的空間形態(tài)屬性與土壤屬性兩個(gè)方面。通過(guò)物種多樣性與斑塊空間屬性及土壤指標(biāo)的相關(guān)性分析,結(jié)果表明,物種多樣性與面積(r=0.67)、周長(zhǎng)(r=0.65)呈顯著正相關(guān),與周長(zhǎng)/面積(r=-0.51)呈顯著負(fù)相關(guān)(p0.05),而與有機(jī)質(zhì)(r=0.44)、電導(dǎo)率(r=-0.33)等土壤屬性相關(guān)性不顯著,這說(shuō)明對(duì)物種豐富度起決定作用的是空間形態(tài)指標(biāo),即較高的物種多樣性存在于面積大、趨于圓形、高營(yíng)養(yǎng)的斑塊中;cca分析結(jié)果表明,有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率是與cca排序軸相關(guān)性最強(qiáng)的環(huán)境因子,其次為斑塊的面積與周長(zhǎng),這說(shuō)明斑塊內(nèi)的群落結(jié)構(gòu)首先決定于土壤狀況,其次決定于斑塊的空間形態(tài)指標(biāo),即雜類草傾向于選擇營(yíng)養(yǎng)高、鹽堿度低、大面積的斑塊中。(2)植被斑塊內(nèi)部的異質(zhì)性特征鹽堿化草地是一個(gè)高度異質(zhì)性的生態(tài)系統(tǒng),不僅斑塊內(nèi)外有差別,植被斑塊內(nèi)的資源分布也不均勻。地統(tǒng)計(jì)分析表明,群落斑塊內(nèi)部物種多樣性、土壤有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率存在明顯的空間自相關(guān)性(c0/(c0+c)值均小于25%)。通過(guò)克里格插值也可以看出,物種多樣性、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤電導(dǎo)率在地表呈現(xiàn)出斑塊狀分布的特點(diǎn)和圈層結(jié)構(gòu)。在水平方向上,植被是以類似“同心圓”的方式進(jìn)行空間擴(kuò)散,并以這種結(jié)構(gòu)模式逐漸對(duì)土壤的性質(zhì)產(chǎn)生影響。物種多樣性的自相關(guān)距離大于0~-10cm土壤層內(nèi)有機(jī)質(zhì)與電導(dǎo)率的自相關(guān)距離,這說(shuō)明了土壤的變化是有一定滯后性的。通過(guò)變程分析可知,有機(jī)質(zhì)的變程由上至下逐漸減少,而電導(dǎo)率在-10~-20cm土層內(nèi)最大,這說(shuō)明在垂直方向上,植被對(duì)土壤的改善是一個(gè)自上而下的緩慢過(guò)程。但土壤電導(dǎo)率要受到地表植被覆蓋層以及地下積鹽層的雙向影響,地表的鹽堿化程度就是由地表植被覆蓋層與地下積鹽層對(duì)鹽分運(yùn)移影響的矛盾運(yùn)動(dòng)決定的。(3)植被斑塊間的邊界特征在鹽堿化草地中,多年生植物群落斑塊與堿斑存在著比較明顯的邊界。邊界處土壤指標(biāo)與植被指標(biāo)都會(huì)產(chǎn)生急劇的變化。邊界處群落的演替過(guò)程是由多年生禾草作為先鋒物種,先進(jìn)入到邊界堿性環(huán)境中改善生境,之后雜類草入侵,植被不斷向堿斑處擴(kuò)展。植被指標(biāo)與土壤指標(biāo)所劃分的邊界位置存在著差異,說(shuō)明植被與環(huán)境條件的變化并不是同步的。而在所有的指標(biāo)中,土壤指標(biāo)更具有穩(wěn)定性,因此,雖然在感觀上植物界線更明顯,但土壤指標(biāo)更適合做邊界位置的判定依據(jù)。2.刈割干擾下種群分布空間規(guī)律(1)羊草(leymuschinensis)在受到刈割干擾后,種群調(diào)節(jié)機(jī)制會(huì)發(fā)揮作用,并與外界干擾進(jìn)行著抗衡,從而使羊草的密度與最大密度強(qiáng)度均體現(xiàn)為明顯的m型波動(dòng)曲線,但這種調(diào)節(jié)機(jī)制是存在一定閾值的。不同的干擾強(qiáng)度對(duì)羊草的競(jìng)爭(zhēng)能力的影響是有差別的,重度干擾壓制甚至?xí)耆茐牡粞虿莸母?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);中度干擾會(huì)抑制羊草的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);輕度干擾會(huì)對(duì)羊草的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生影響但仍然會(huì)保持這種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。種群之間的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)體現(xiàn)在空間構(gòu)型上,無(wú)論是優(yōu)勢(shì)種-羊草,還是入侵種狗尾草(setariaviridis)和黃蒿(artemisiascoparia),在分布格局上都呈集群式分布,包括聚集格局(負(fù)二項(xiàng)分布)與核心狀格局(奈曼分布)兩種格局。聚集狀分布格局(負(fù)二項(xiàng)分布)往往是種群在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位,空間結(jié)構(gòu)比較成熟,發(fā)展比較穩(wěn)定。且結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的種群中。核心狀分布格局(奈曼分布)是種群在不穩(wěn)定的狀態(tài)下,采取的大聚居、小分散的空間策略,試圖在不利的條件下,盡量在空間競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。(2)刈割干擾能顯著地降低羊草種群的異質(zhì)性。羊草種群在受到刈割干擾后,種群都有一個(gè)恢復(fù)過(guò)程,而恢復(fù)過(guò)程就是異質(zhì)性提高的過(guò)程。刈割干擾能影響羊草種群自相關(guān)的強(qiáng)弱。在中等強(qiáng)度干擾下,羊草種群的斑塊分化現(xiàn)象最明顯。重度以及輕度刈割小區(qū)斑塊形狀比較復(fù)雜,格局強(qiáng)度尺度變化大,個(gè)體分布不均勻,種群結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,格局強(qiáng)度高。(3)在刈割干擾下,羊草屬于優(yōu)勢(shì)種,黃蒿屬于入侵種,而狗尾草屬于速生速滅的入侵過(guò)渡種。狗尾草對(duì)生境條件的要求要高于黃蒿,其本身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)也會(huì)受到刈割的強(qiáng)烈抑制,并很快退出生態(tài)空間。黃蒿與羊草一樣,對(duì)于刈割有其自身的調(diào)節(jié)機(jī)制。在干擾條件下,狗尾草、黃蒿異質(zhì)性和空間自相關(guān)性都很高,它們都以很強(qiáng)的斑塊化程度聚集。從分?jǐn)?shù)維體現(xiàn)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)上來(lái)看,在重度干擾會(huì)抑制所有生物的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)情況下,羊草略顯優(yōu)勢(shì);在中等干擾條件下,黃蒿、狗尾草比羊草擁有具有較強(qiáng)的占據(jù)生態(tài)空間的能力;在輕度干擾條件下,羊草仍然能處于優(yōu)勢(shì)的建群地位,黃蒿、狗尾草處于伴生的地位。本論文針對(duì)圍封與刈割兩個(gè)相反方向的干擾條件,在種群與斑塊群落兩個(gè)研究尺度上,研究了堿化草甸草原微景觀的格局特征、復(fù)雜性、變化過(guò)程,突破了以往研究中斑塊作為異質(zhì)性的最小單位,對(duì)斑塊間、斑塊內(nèi)、斑塊邊緣的異質(zhì)性進(jìn)行了全面的研究。同時(shí)從土壤條件、棲息生境空間屬性、干擾強(qiáng)度、物種空間策略上對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)多樣性變化機(jī)制,進(jìn)行多方位的探討,能更詳細(xì)解釋斑塊發(fā)展動(dòng)態(tài)的機(jī)制。從而為預(yù)測(cè)鹽堿化草甸草原生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化、診斷草地生態(tài)系統(tǒng)的健康、加強(qiáng)草地生態(tài)系統(tǒng)的管理、改良鹽堿化草地、生態(tài)脆弱地區(qū)防治土地退化提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：草地景觀 鹽堿化草地 刈割干擾 恢復(fù)干擾 斑塊 空間格局 異質(zhì)性
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S812
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 引言14-23
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 主要相關(guān)概念15-17
• 1.2.1 干擾15-16
• 1.2.2 空間異質(zhì)性16
• 1.2.3 斑塊16-17
• 1.2.4 景觀格局與過(guò)程17
• 1.3 研究進(jìn)展與分析17-20
• 1.3.1 研究進(jìn)展18-20
• 1.3.2 研究中存在的不足20
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 1.5 研究目的與意義22-23
• 1.5.1 研究目的22
• 1.5.2 研究意義22-23
• 第二章 研究區(qū)域及研究方法23-33
• 2.1 研究區(qū)域23-26
• 2.1.1 區(qū)域概況23-25
• 2.1.2 研究地點(diǎn)25-26
• 2.2 研究方法26-33
• 2.2.1 技術(shù)路線26-27
• 2.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法27-33
• 第三章 退化鹽堿化草地恢復(fù)過(guò)程中植被斑塊的沃島效應(yīng)33-47
• 3.1 材料與方法33-34
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)33-34
• 3.1.2 土壤成分分析方法34
• 3.1.3 數(shù)據(jù)分析方法34
• 3.2 結(jié)果與分析34-43
• 3.2.1 植物斑塊對(duì)鹽堿化草地土壤性質(zhì)的影響34-38
• 3.2.2 植物對(duì)土壤異質(zhì)性的影響38-39
• 3.2.3 斑塊性質(zhì)對(duì)物種多樣性的影響39-43
• 3.3 討論43-46
• 3.3.1 退化鹽堿化草地在恢復(fù)過(guò)程中土壤的斑塊化特征43-44
• 3.3.2 退化鹽堿化草地在恢復(fù)過(guò)程中植物的斑塊化特征44
• 3.3.3 退化鹽堿化草地在恢復(fù)過(guò)程中土壤與植物的相互影響44-46
• 3.4 結(jié)論46-47
• 第四章 鹽堿化草地植被斑塊內(nèi)部的空間分異47-57
• 4.1 材料與方法47-48
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)47-48
• 4.1.2 土壤成分分析方法48
• 4.1.3 數(shù)據(jù)分析方法48
• 4.2 結(jié)果與分析48-55
• 4.2.1 斑塊內(nèi)部土壤性質(zhì)的空間變異48-49
• 4.2.2 斑塊內(nèi)部植物與土壤性質(zhì)克里格局部插值估計(jì)49-53
• 4.2.3 斑塊內(nèi)部植物與土壤性質(zhì)變異函數(shù)53-55
• 4.3 結(jié)論55-57
• 第五章 鹽堿化草地群落斑塊的邊緣效應(yīng)57-68
• 5.1 前言57-58
• 5.2 材料與方法58-59
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)58
• 5.2.2 數(shù)據(jù)分析方法58-59
• 5.3 結(jié)果與分析59-65
• 5.3.1 植被的空間模式59-62
• 5.3.2 土壤特性的空間模式62
• 5.3.3 植物指標(biāo)與土壤特性的相關(guān)性62-64
• 5.3.4 邊界位置的確定64-65
• 5.4 討論與結(jié)論65-68
• 第六章 刈割對(duì)鹽堿化草地種群空間競(jìng)爭(zhēng)策略的影響68-79
• 6.1 材料與方法68-69
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)68-69
• 6.1.2 測(cè)定方法69
• 6.1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法69
• 6.2 結(jié)果與分析69-77
• 6.2.1 羊草種群平均密度的變化70
• 6.2.2 羊草種群最大分布密度的變化70-71
• 6.2.3 種群分布類型的變化71-77
• 6.3 討論與結(jié)論77-79
• 6.3.1 刈割干擾對(duì)優(yōu)勢(shì)種平均密度與最大密度強(qiáng)度的影響77
• 6.3.2 刈割干擾對(duì)優(yōu)勢(shì)種與入侵種分布型的影響77-79
• 第七章 刈割條件下種群分布空間復(fù)雜性分析79-98
• 7.1 材料與方法80
• 7.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)80
• 7.1.2 測(cè)定方法80
• 7.1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法80
• 7.2 結(jié)果與分析80-96
• 7.2.1 種群分布特征的半變異函數(shù)分析80-83
• 7.2.2 種群空間分布克里格插值83-94
• 7.2.3 種群分?jǐn)?shù)維變化94-96
• 7.3 結(jié)論96-98
• 第八章 結(jié)論與展望98-101
• 8.1 主要研究結(jié)論98-100
• 8.2 特色與創(chuàng)新100
• 8.3 研究展望100-101
• 參考文獻(xiàn)101-111
• 在學(xué)期間公開發(fā)表的相關(guān)論文111-112
• 致謝112

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：264622