岷江上游景观边界网络格局研究及生态效应分析

景观边界是特定时空尺度下相对均质的景观之间所存在的异质性过渡带，作为景观的一个四维组分，边界动态直接反映景观变化，与基于斑块的研究相比，明确景观边界的生态意义是理解景观过程的一个新的切入点。边界效应是景观边界最显著特征之一，也是当前生态学领域的研究热点，但大部分研究集中在生态系统及其以下尺度，对大尺度上的研究涉及内容尚少。 本文以岷江上游地区为例，利用TM影像数据、林相图、土地利用图和野外实测数据，应用RS、GIS、SPSS、Fragstats等软件的数据处理、分析、运算功能，研究了景观边界网络格局的变化，并分析了与之相关的生态过程；研究了类型水平上森林景观的边界效应以及景观尺度上林农复合景观的边界网络效应。旨在揭示岷江上游景观格局的变化趋势及其驱动因子，以及林农复合景观格局的生态效应，从而为研究区土地利用提供科学参考。研究结果如下： （一）在岷江上游地区的13种景观边界类型中，建筑用地边界和农田边界是人工边界，同时也都是清晰边界；但林地、灌木林地、草地等自然景观之间的边界并不都是模糊边界。冰雪边界是典型的随季节变化的变动型边界，其它边界在年内的变化则相对稳定。 （二）在1974-2000年期间，由于人为干扰强度的加剧，岷江上游景观边界网络结构变得更加复杂，在早期以边界长度增加为主，网络连接度变大，在后期以边界数量和结点数量增加为主，网络连接度变小；森林景观与低坡位景观类型间的边界减少，森林下线上移；农田与林地的边界在早期增加，1986年后减少，而与灌木林地的边界持续增加；基于边界特征的格局分析表明，森林景观结构变得简单化，而农田、灌木林地、草地等景观类型的结构变得更加复杂。 在景观水平上，基于边界和结点特征的格局指数与对应的基于斑块特征的格局指数具有基本一致的变化趋势，但基于边界和结点特征的指数对格局的变化更灵敏，在类型水平上，基于结点的格局指数比基于边界的格局指数具有更大的灵敏性，而且前者能够反映出后者反映不出的格局信息。 （三）研究区的农田边界共有5种类型，分别是农田与林地、灌木林地、草地、水体、建筑用地之间的边界，总长6583.4km；其中林农边界长2473.7km，占37.6%，是除灌农边界（占农田边界总长度的44.9%）之外比例最大的农田边界类型，广泛分布在岷江干流及其支流的河谷中，海拔多在1000-3500m之间。 （1）多元线性回归分析结果表明，农田生物量的边界效应深度与海拔和坡度显著相关，与其它因子相关性不大；林地生物量的边界效应深度与海拔和坡向相关性较大，与其它因子相关性不大；林农边界对农田生物量产生正面效应，对林地生物量产生负面效应，且对农田的影响面积大于对林地的影响面积；根据回归方程计算边界效应的影响面积，2000年有14532hm2林地生物量受到林农边界网络的影响，占研究区林地面积的1.2%，有16659 hm2农田生物量受到林农边界网络的影响，占研究区农田面积的22.6%，由于边界位置、长度的变化，不同年间林农边界网络的生态效应也存在差异。 除了生物量，本文还研究了林农边界网络对林地和农田土壤水分和生物多样性的影响： （2）林农边界减少林地和农田边缘的土壤水分，岷江上游有2103 hm2农田和371 hm2林地其土壤水分受到林农边界效应的影响，分别占研究区农田面积的2.3%和林地面积的0.03%。生物多样性受林农边界网络影响的农田面积为4855 hm2，占研究区农田面积的5.37%；生物多样性受林农边界网络影响的林地面积为3401 hm2，占研究区林地面积的0.29%。 上述研究从景观边界网络的角度揭示了岷江上游近三十年的景观变化特征，在印证斑块类型所反映的景观变化特征的同时，还反映出传统格局研究方法反映不出的格局信息，为景观生态学中格局与过程研究提供了新思路，也丰富了边界效应的理论和案例研究，有关结论还可为高山峡谷区土地利用格局优化和实施退耕还林还草工程提供参考依据。

封育措施对科尔沁沙地植被恢复的影响

过度放牧是科尔沁地区土地沙化的主要原因之一。围栏封育可以有效的抑制牲畜对植被的破坏，促进沙地植被恢复，从而改善区域的生态环境。本文以科尔沁沙地主要固沙植被——小叶锦鸡儿群落为研究对象，采用空间序列代替时间序列的方法，对比分析了不同封育年限和自然放牧条件下小叶锦鸡儿群落的土壤种子库特征、植被群落结构及空间异质性、土壤理化性质和土壤水分动态，较系统地探讨了封育措施对沙地植被恢复的影响。 研究结果表明：(1) 封育措施促使固沙植被区土壤种子库密度显著增加，自然放牧的小叶锦鸡儿群落封育2年、6年和12年后土壤种子库密度分别提高了15.7%、482.5%和728.1%；土壤种子库的物种多样性和均匀度随着封育时间的增加而降低；封育和放牧条件下小叶锦鸡儿群落土壤种子库均为聚集分布，封育措施降低了土壤种子库的空间异质性。(2) 封育措施对沙地植被恢复具有显著的促进作用，封育6年和12年后总植株密度分别提高了108.0%和239.3%，草本植物盖度分别提高了261.6%和271.6%；封育2年后群落的物种多样性增加，封育6年后群落的物种多样性和均匀度随着封育时间的增加而降低；放牧条件下小叶锦鸡儿群落植株密度具有强烈的空间自相关性，封育后空间自相关性降低。(3) 封育措施显著改善了土壤的养分状况，放牧地封育后土壤表层(0~10cm)的有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷和速效钾含量均有不同程度的增加；封育区土壤含水量在0~10cm及40~60cm深度高于放牧区，在10~40cm及60~120cm深度低于放牧区；土壤含水量随着封育时间的增加而逐渐减少，但封育措施对土壤含水量的影响并不显著。

新疆野生果树生物多样性及其保护研究

新疆野生果树种类独特，起源古老，栽培果树种质资源丰富，在我国生物多样性中占有特殊的地位。在国家自然科学基金项目(C39770085)和中国科学院生物分类区系学科发展特别支持费项目的资助下，通过大量国内外有关文献的查阅，本研究以全新疆范围内的野生果树资源为研究对象，以中国生物多样性关键地区一伊犁、塔城地区为重点区域(重点考察面积约30000km~2)，进行了行程12,000km的野外考察、标本和样品采集，并进行了实验测试分析。首次在物种、生态系统和遗传水平三个层次上，比较系统地对新疆野生果树资源进行了生物多样性研究，得出了以下主要结果。1．在前人工作基础上，较系统全面地研究报道了新疆境内的野生果树种类，计有105种，含变种和亚种(不包括半野生果树、野生果树近缘种)。其中，蔷薇科野生果树为主要类群，有13属50种，占新疆野生果树总属的46.4％，总种数的47.6％：蔷薇科、忍冬科、虎耳草科以及小檗科四个大科含17属80种，占新疆野生果树总科数33.3％，总属数的60.7％，总种数的77.6％，显示出该四科的野生果树在新疆野生果树区系组成中的重要地位。2．新疆野生果树不但物种丰富，而且种类独特，其分布与新疆的地理、气候等生态环境因子密切相关，呈现出北疆多于南疆，西部多于东部，山地多于平原的分布格局。其中，北疆的野生果树种类多达92种，占新疆野生果树总种数的87.6％，而南疆仅有28种，占26.6％。受降水条件的影响，新疆山地与平原野生果树物种多样性的差异十分明显，塔里木和准噶尔两大盆地中仅有野生果树18种，而天山山区的就多达81种。这进一步证明，高海拔的山地是干旱区中的“湿岛”，有利于多数中生性的野生果树的分布和生长。几大山系中，以天山山区的野生果树种类最为丰富。3．伊犁和塔城两地区是我国落叶阔叶野果林分布面积最大，富有代表性的地区，但是果树林呈不连续分布。落叶阔叶野果林主要分布在新疆的伊犁、塔城以及阿克苏三个地区的十四个县市范围内。在野外调查和资料分析的基础上，采用MAPGIS软件首次分别绘制1：1,500,000比例尺的新疆伊犁地区和塔城地区野果林分布图，以及1：10,000,000比例尺的中国新疆及中亚部分国家野果林分布图。4．新疆野生果树林类型相对单调和贫乏，这主要与该区的地理与生态气候因子有关。据初步研究结果，新疆野生果树林可划分为：寒性落叶针叶林、典型落叶阔叶林、落叶阔叶灌丛、荒漠落叶阔叶灌丛和荒漠落叶阔叶小灌丛、半灌丛五种植被亚型。对主要的野生果树林的种群结构分析表明，不同强度的人为干扰明显地影响着种群的年龄结构，使种群更新困难。5．以不同性状为指标的新疆野苹果地理和生境居群特征测定和聚类分析表明，叶片性状受到生态环境的影响；而花粉、果实以及过氧化物酶分析显示出新疆野苹果丰富的种下变异，这种变异与居群所在的环境条件并没有明显的对应性，具有丰富的遗传基础。6. 昆虫及菌类是野果林生态系统的重要组成部分。对伊犁地区新源县交托海野果林区的昆虫进行了调查和标本采集，初步鉴定出昆虫11目，62科，178种。调查还表明，新疆野生果树已有病害31种，为害严重的病虫害8种。7. 由于新疆野生果树生态系统受到人类经济活动的强烈影响，野果林分布范围缩减、面积下降，物种减少，有的濒临灭绝状态，必须引起重视。通过本项研究，提出了新疆野生果树资源保护和可持续利用的建议及对策：(1)加强新疆野生果树种质资源的收集和保存；(2)应及早建立新疆新源野苹果林自然保护区和霍城大西沟野生樱桃李白然保护区；(3)保育和开发利用并重，实现资源的永续利用；做到因地制宜、重点突破、综合开发；(4)自然资源的获取应严格纳入到政府的管理范围之中。

北方稻田生态系统水量平衡规律及阻渗效果研究

本研究针对北方地区的实际情况，依据水量平衡原理，采取田间试验方法，通过蒸散试验、测筒试验、阻渗试验和无阻渗条件下灌水试验，研究了3种灌水处理（淹灌、湿润灌和间歇灌）条件下水稻蒸腾、稻田棵间蒸发和稻田蒸散的变化规律，以及3种阻渗处理（薄膜阻渗、厚膜阻渗和土壤夯实阻渗）条件下稻田的阻渗效果及无阻渗条件下2种灌水处理（淹灌和间歇灌）对稻田渗漏的影响。研究结果表明：1、湿润灌处理的蒸散量与其它两种灌水处理的蒸散量具有显著差别，3种灌水处理的产量差别不显著，与淹灌相比，湿润灌处理的水分利用效率可以提高23.9～31.2％；2、3种灌水处理的水稻蒸腾量没有显著差别；3、3种灌水处理条件下的稻田棵间蒸发量，以湿润灌最小，与淹灌和间歇灌相比，分别减少38.8和26.6％的蒸发量；4、0.007mm厚的薄膜阻渗效果不明显；0.03mnl厚的厚膜处理和土壤夯实处理具有明显的阻渗效果，与对照（无阻渗）相比，可以减少23.7～47.3％渗漏量；5、无阻渗条件下，与淹灌处理相比，间歇灌水处理的渗漏量，在整个稻作生产期（包括泡田期和水稻整个生育期）内减少15.2％；6、不同阻渗处理和无阻渗条件下2种灌水处理之间的产量无显著差别，以厚膜阻渗处理和夯实处理的水分利用效率最高，无阻渗条件下淹灌处理的水分利用效率最低。