中国暖温带森林群落多样性若干问题的研究

中国暖温带落叶阔叶林区维管植物共158科，931属，近4000种（含亚种，变种和变型），种子植物l3l科，877属，3770余种。暖温带植物区系有很强的温带性质，各类温带成分共548属，而各类热带成分仅226属，热带成分与温带成分(R/T)的比率为0．31。运用TWINSPAN和DCA对全国34个植物区系进行了数量分类排序，结果反映了一个地区的植物区系性质主要取决于其所在地的地理位置，同时也受山地海拔高度的强烈影响这一植物区系的基本特征。 根据暖温带森林植物的特点，修订了Raunkiear生活型系统。暖温带森林植物以地面芽植物(H)占较大的优势，占暖温带全部种类的33.9%;其次是地下芽(G)植物，占l 9.7%;全部高位芽植物占27.5%，绝大部分为落叶阔叶高位芽植物。主要由这些生活型组成的暖温带植物生活型总谱基本反映了暖温带夏季温暖多雨、冬季寒冷干旱的中纬度地区地面芽植物群落气候特征。 暖温带森林植被类型主要有7个植被亚型，约50个群系。辽东栎群落是典型的地带性森林群落。应用TWINSPAN和DCA程序将68块暖温带部分地区辽东栎群落样地和83块北京山区辽东栎群落样地分别划分为1 5个和14个群落类型。用物种丰富度指数、Simpson指数、多样性奇测法、Shannon-Wiene r指数、Pielou均匀度指数，Heip均匀度指数、AIatalo均匀度指数等常用的多样性测度方法，分别对暖温带和北京山区辽东栎群落的多样性进行了测度，结果发现，多样性作为一个整体与DCA第1轴有很大的相关关系：暖温带辽东栎群落多样性指数与DCA第1轴的复相关系数为0.7左右，北京山区较高，为0.8左右。多样性的空间特征为：随海拔的升高和纬度的降低，多样性指数呈上升趋势，反映了水热条件在辽东栎水平分布范围内、人类活动和水分因子在辽东栎垂直分布范围内对群落多样性的影响;不同群落之间多样性指数由低到高的顺序为：灌丛、辽东栎萌生丛、辽东栎林、辽东栎纯林、混交林，符合群落演替过程中多样性的动态规律。 对秦岭主峰太白山海拔1400-1600m之间植被类型和物种多样性进行了研究，在划分的1 5种群落类型中，以位于海拔1500-2300m之间的落叶阅叶混交林和栎类混交林的群落多样性最高，在海拔2300-3600m之间，群落多样性趋于单调下降，反映了热量的不足在这一海拔高度范围成为多样性的主要限制因子。

四类气候－植被关系模型的比较研究

本研究应用数字地球技术，基于1950年～1980年的全国958个气象站的基本气象数据（包括气象站的经纬度，海拔，月均温，月降水，年均温， 年降水，日照时数，日照百分率，风速等），比较了四个不同的根据水、热平衡原理设计的气候一植被关系模型(Penman模型、Holdridge生命地带系统、和Kira方法Thomthwaite模型)在中国应用的一致性和适用性。结果表明：(1) Penman模型在温带草原区和青藏高原地区的一致性指数超过50%，在青藏高原最出色，最有发展潜力。(2) Thornthwaite模型在热带雨林、季雨林区达到39. 72%，可以弥补Holdridg模型在热带地区分类精度的不足。(3) Holdridg生命地带系统在不同地带间适用性最广;只在热带地区，例如西部季雨林、雨林区域(52)、西部草原亚区域(63)和青藏高原温性荒漠地带(86)以及青藏高原温性草原地带(84)不理想。(4)吉良(Kira)方法在亚热带常绿阔叶林区可与Holdridg模型相媲美;在低海拔和湿润、半湿润地区效果尚可，但在温带荒漠区与青藏高原区的模拟效果与实际相差较远。 这四个传统的分类方法在中国植被区划一级分类上是适用的，Holdridge生命地带系统KAPPA -致性指数达到0.57模拟效果优于其它三者，但在特定地区，如青藏高原，所有模型均需改进优化或启用新的模型因子才能很好地区分植被亚地带。本研究还指出，数字地球技术的应用有助于推动气候一植被关系的研究，尤其在气候一植被指标（气候参数和模型参数）的大范围实时动态监测、气候一植被关系数据的海量信息高效、有序基础管理和功能型模型库支撑框架体系方面。

放牧对内蒙古草原群落和土壤种子库的影响及两者关系的研究

选取内蒙古草原三种主要草原类型（草甸草原、典型草原和荒漠草原）代表性群落羊草杂类草群落、羊草群落和大针茅群落、小针茅群落，应用样线法沿水分梯度研究放牧对内蒙古草原不同植物群落功能群组成、多样性、生产力以及多样性与生产力关系的影响和放牧对土壤种子库组成、大小以及多样性的影响，在此基础上，研究土壤种子库与地上植被间的关系。主要结论如下： 1 放牧对植物群落的影响 荒漠草原的放牧演替规律为小针茅群落→猪毛菜 + 小针茅群落→猪毛菜群落;典型草原为羊草或大针茅群落→糙隐子草 + 大针茅群落或克氏针茅群落→星毛委陵菜 + 糙隐子草群落;草甸草原为羊草杂类草群落→羊草 + 贝加尔针茅群落，这是不同物种对牧压的不同适应结果造成的。 放牧使4种草原群落生活型功能群组分间发生强烈的生态替代作用，但不同的群落生态替代模式不同：放牧使小针茅群落多年生丛生禾草作用减弱，一二年生草本作用增强;羊草群落和大针茅群落多年生丛生禾草、多年生根茎禾草作用减弱，多年生杂类草作用增强;羊草杂类草群落多年生根茎禾草作用减弱，多年生丛生禾草作用增强。放牧使非旱生和C3植物作用减弱，而旱生、C4植物作用增强。 放牧对4种群落物种和功能群多样性的影响随不同的群落而表现不同：物种丰富度、物种多样性、生活型多样性 和水分生态类型多样性除羊草杂类草群落外随放牧强度的加大而降低，但适度放牧增加了羊草杂类草群落的上述多样性指标。 群落地上现存量一般随放牧强度的增大而下降，但小针茅群落反之，主要与一年生植物猪毛菜的生物量迅速增加有关。除羊草群落外，0~10 cm 地下生物量随放牧强度的变化不显著;除大针茅群落外，放牧显著降低0~30 cm 地下生物量。 放牧影响下内蒙古草原植物群落生物量随水分生态类型多样性的升高而升高，其回归方程为：Y = 809 + 774x （R2=0.84, P<0.001），其中Y代表群落地上现存量和地下生物量之和，x代表群落水分生态类型多样性。 2 放牧对土壤种子库的影响 小针茅群落、大针茅群落、羊草群落和羊草杂类草群落土壤种子库组成中均以多年生杂类草为主，分别占各自群落种子库总物种数的40%、52%、54%和67%。 生活型功能群种子库密度除羊草杂类草群落外，均以一二年生草本占优势。中度放牧升高了除小针茅群落外多年生禾草种子库密度;放牧增大了小针茅群落和羊草杂类草群落一二年生草本种子库密度;除羊草杂类草群落外，放牧对多年生杂类草种子库密度影响不大;总种子库组成中，灌木半灌木和小半灌木种子库密度不大，不随取样时间和牧压而变化。 中度放牧种子库总密度最大，小针茅群落在重度放牧最大，主要是由于猪毛菜种子库密度在重度放牧突增所致。总体上，内蒙古草原4种群落在不同取样时间不同牧压下种子库总密度波动在20.8~3819.2粒/m2。 土壤种子库物种丰富度最大值一般出现在10月份，除羊草杂类草群落外，不放牧群落较放牧群落为高，中度放牧使羊草杂类草群落土壤种子库物种丰富度增加。中度放牧增加了小针茅群落、大针茅群落7月份和羊草杂类草群落各取样时间土壤种子库物种多样性。 3 地上植被与土壤种子库的关系 土壤种子库的优势种在特定时间特定放牧强度下与地上现有植被优势种一致，但一致率仅为三次取样时间不同放牧强度下总体的23.3%。 地上植被与土壤种子库物种组成相似性指数受不同取样时间的影响，一般的10月取样最大。不同放牧强度对二者间的相似性亦有影响，中度放牧提高了小针茅群落、羊草杂类草群落各取样时间和大针茅群落、羊草群落4月份的相似性指数。隔年二次萌发法提高了二者间的相似性水平。总体上相似性指数变动在0.1~0.75之间。 地上植被现存量、总密度与各取样时间土壤种子库总密度之间不存在显著的相关性。 4 对于估计土壤种子库密度、物种组成和确定种子库与地上植被间的关系，隔年二次萌发法对于弥补直接萌发法本身所具有的不足不失为一种有益的尝试。