常绿阔叶林恢复生态学研究初报

生物多样性的维持、监测、保育与恢复是生物多样性科学的核心研究内容( DIVERSITAS)。作为世界上典型的植被类型，常绿阔叶林以其丰富的生物多样性而倍受世人关注。我国的常绿阔叶林是全球分布面积最大，发育最为典型的常绿阔叶林，其分布区多为农业区，与长江流域的生态安全密切相关：伴随着人们的生产活动，生境的岛屿化与破碎化问题越来越突出，常绿阔叶林的合理保育问题和生态恢复问题已成为大家关注的焦点。本研究“常绿阔叶林恢复生态学研究初报”正是在这种背景下开展的，主要实验研究工作与结果如下： 1．系统综述了生态系统退化程度的诊断指标体系、途径与方法，绘制了生态系 统退化程度的概念模型，为恢复生态学研究和生态恢复实践提供参考。 2．固定样地的建立：为深入开展生物多样性与恢复生态学研究，本研究建立了一系列固定样地（常绿阔叶林固定样地、常绿落叶阔叶林固定样地、退化生态系统恢复与重建实验样地等），这些样地的建立为进一步深化研究奠定了坚实基础。 3．种群大小级结构特征：对栲树Castanopsis fargesii和油茶Camellia oleifera种 群大小级结构特征研究表明，栲树种群大小级结构（高度级和胸围级）呈弱双峰型分布，油茶种群大小级结构呈倒“J”型分布。对树木大小级划分标 准的比较研究表明划分标准的选择应基于研究目的和物种性质。作者认为应深入研究干扰特别是生境的岛屿化与破碎化对常绿阔叶林稳定性的影响。 4．种子扩散与种群维持：种子扩散是种群维持的一个关键阶段，而建群种的维持机制可在一定程度上反映群落的维持机理。对都江堰常绿阔叶林固定样地的主要建群种栲树种子扩散的研究表明，种子雨密度、种子在地上保留密度以及种子丢失状况是个动态过程，种子雨在2001年持续了约3个月的时间，种子年产量达到每平方米73.37个正常种子;研究发现栲树种子下落后能在地上保留一段相当长的时间（捕食者饱和现象“predator satiation"），这为种子萌发提供了更多的时间和机会，从而使得栲树种群能通过大年(the mast year)的高种子产量与捕食者饱和现象顺利完成自然更新;捕食者饱和现象有助于解释栲树的优势种群地位和稳定机制，以及对整个生态系统稳定性的贡献;作者提出了一个描述栲树种子扩散命运的概念模型，该模型表明种子雨与种子丢失的不同阶段是在不同程度上以不同方式贡献于栲树的自然更新。总之，栲树自然更新伴随着一个复杂的种子扩散过程。 5．光因子调控与生态恢复：光是影响植物生长的一个重要生态因子。研究了三种不同遮荫处理（100% PAR、40% PAR和22% PAR）对青冈Cyclobalanopsis glauca幼苗在亚热带弃耕地上的影响作用，两年的研究结果显示：青冈幼苗 可以在弃耕地上正常生长：两种遮荫处理(40% PAR和22% PAR)对青冈的萌芽和幼苗生长有正效应，并且22% PAR遮荫处理有明显的促进作用;本研究也说明了植物在不同的遮荫处理作用下有不同的生长策略。关于在生态恢复中如何利用光因素对植物生长的影响以及遮荫的复合效应问题值得深入研究。 6．种间关系与生态恢复：杂草竞争是植被恢复中的一个重要问题。对两种常绿阔叶树种（青冈和石栎Lithocarpus glaber）在不同坡位（坡上位、中位、下位）和有无地上杂草竞争的情况下的对比研究表明：不同物种在不同坡位，其幼苗生长对杂草竞争的反应是不同的;在坡上位和下位，除草处理能显著地提高青冈幼苗的田间保存率、苗高、基径和冠幅的生长，而在中位，除草处理的效果不显著;但是对于石栎来说，除草处理仅能显著地提高坡中位幼苗基径的生长量;研究说明了（地上）杂草竞争对植物生长的影响（程度）因物种而异，因而除草处理并不是对所有常绿阔叶树种的幼苗生长有促进作用，杂草竞争也不是一切常绿阔叶树种在弃耕地上建立与定居的障碍因子。作者建议在生态恢复实践中应根据具体情况选择除草与否，关于杂草竞争／除草在植被恢复中的作用值得进一步研究。

黄土高原植被恢复与新产业带形成的生态学基础研究

从生态地理背景论草地畜牧业产业在黄土高原农业可持续发展中的战略地位 黄土高原要实现生态与生产双赢的目标，契机是退耕还林还草，突破口是建立能兼顾生态生产协调发展的主导产业。从地形地貌、水热分布及自然植被特征的角度分析，黄土高原实施以农为主或农林牧综合发展的方略，均有悖于黄土高原生态地理背景。而草地畜牧业产业的生产要素及其过程在较大程度上吻合了黄土高原的生态地理背景，具有生态的适应性和生产的有效性，应作为黄土高原优化的生态生产范式建制中的主导产业。未来黄土高原产业的发展格局应该是以草地畜牧业为主导，农业和林业作为补充和完善的产业发展体系。此外，未来黄土高原草地畜牧业家畜养殖应以舍饲为主。 黄土高原自然植被演替过程中的物种特征与土壤养分动态研究 在3—149年的时间尺度上，对黄土高原自然植被次生演替过程中物种特征和土壤养分动态进行了研究。结果表明：1）随着演替时间尺度的延伸，土壤全C、全N含量呈增加趋势，而土壤全K、全Na和土壤pH值呈下降趋势，土壤全P变化趋势不明显;此外，表层( 0~10 cm)土壤Ca0含量呈下降趋势，深层( 20-30 cm，40-50 cm)则呈增加趋势。演替过程对土壤养分动态影响的程度随着取样深度的增加而减弱;2）植物群落物种丰富度在演替的中间阶段最高，后者对应于中等土壤养分水平;3）在演替的早期阶段，植物群落优势种往往具有稳定的土壤种子库，CR-生活史对策和S．繁殖对策，在贫瘠的土壤上具有较强的竞争能力;而具有较强的水平扩展能力和克隆繁殖能力，C-生活史对策、对土壤C，N具有较强竞争能力的多年生植物在演替中后期占据群落的优势地位。此外，在所涉及的物种生物学特征中，多年生生活史，C-、CR-、SC-、SR-、S．对策，以及R-、W-、Bs-、VBs-和V-繁殖对策等在非优势物种中有较高的出现频率。4）C-、 SC-对策，克隆能力，多年生生活史，水平扩展能力，种子的动物传播方式，秋季开花，荚果、坚果等特征的比例在一定程度上与土壤全C，全N和全K含量正相关; 而S一、SR-、R-、CR-对策，一、二年生生活史，种子繁殖，S．繁殖对策，以及胞果、蒴果等特征的比例与土壤全Na，Ca0含量和土壤pH正相关。在演替过程中出现的物种均属草本植物生活型，因此，草原可能是黄土高原上受制于大尺度环境条件（显域生境）下的优势植被类型（特别是降雨量不超过550 mm的地区）。 黄土高原植被恢复过程中几种优势植物叶片碳稳定性同位素和氮含量的动态特征 探讨了黄土高原植被恢复过程中六种优势植物叶片碳稳定性同位素(6 13C)和氮含量的季节动态、种间差异及其与植被恢复过程的关系。六种优势植物分别是猪毛蒿( Artemisia scoparia)，出现在演替的先锋阶段：达乌里胡枝子( Lespedeza davurica)，出现在演替的第二阶段;长芒草(Stipabungeana)、万年蒿(Artemisia gmelinii)和茭蒿(Artemisia giraldii)，出现在演替的第三阶段; 白羊草( Bothriochloa ischaemun)出现在演替的顶级阶段。六种优势植物叶片碳稳定性同位素比率分别是-26.89±0.66‰，-26.24±0.48‰, -26.21±0.49‰, -26.86±1.09‰, -27.61±0.39‰和-15 .81±1. 79‰;氮含量分别是2.36±0.63%，2.38±0.29%，2.0±0.29%，2.0±0.25%，1.50±0.37% 和1.24±0.19%。白羊草、长芒草、茭蒿和达乌里胡枝子叶片氮含量季节变化与土壤水分呈正相关．猪毛蒿和铁杆蒿叶片氮含量季节变化与土壤水分呈负相关。白羊草叶片δ 13C与土壤水分呈正相关，而其他5个优势种叶片δ 13C与土壤水分呈负相关。不同演替阶段优势种的δ 13C值和氮含量特征表明：处于演替顶级阶段的优势种具有最高的水分利用效率，净光合产量较低，但光合作用动态对土壤水分的季节波动表现出较强的可塑性;相反，处于先锋阶段的优势种水分利用效率较低，叶片净光合产量较高，光合作用对土壤水分波动的可塑性较低。本文的主要结论是：黄土高原植被恢复过程中处于不同演替阶段的优势种无论是在叶片δ 13C，氮含量均存在差异。优势种叶片δ 13C和氮含量季节动态反映了不同物种在环境（主要指土壤水分）波动条件下的生理生态对策。具有最高的水分利用效率（而非最高光和能力）和最高光合可塑性的物种将成为黄土高原自然植被顶级植物群落中的最终统治者。 黄土高原草地畜牧业产业形成与发展的牧草生产力基础 遵循生产-生态兼顾的原则，在黄土高原197个区县土地利用方式重新规划的基础上，对支撑黄土高原畜牧业产业形成与发展的牧草生产潜力进行了分析预测。结果表明：规划的牧、林、农、果用地占生产用地的比例分别是草地44%、林地22%、基本农田20%、果园14%; 197个县区预测的总牧草生产潜力达1，0488，1028t.y-l，可载畜1，0488，1028个羊单位．y-1。按1999年不变价格计算，黄土高原预测的畜牧业总产值将达到524，4051万元．y-1，是1999年畜牧业总产值的5.3倍，超过1999年黄土高原农业总产值14 %。农业人口人均预测畜牧业产值大于1000元的区县占59%;小于1000元的区县占41%。此外，黄土高原预测的农业总产值将达到1147.2234亿元RMB.yr-1。畜牧业、果业、林业和基本农田产值占农业总产值的比例分别是46%、27%、14%和13%。随着畜牧业产业链的逐步建立与完善，产业发展布局的日趋合理，黄土高原畜牧业生产总值将有较大幅度的提高。黄土高原草地畜牧业蕴藏着巨大的发展潜力，有望成为黄土高原优化的生产．生态范式建制中的主导产业。