沙化土地封禁保护是通过限制或禁止人类活动来遏制沙化进程的管理措施。采用卫星遥感监测、空中无人机监测、地面样地调查等手段分析宁夏4个国家沙化土地封禁保护区:盐池机械化林场国家沙化土地封禁保护区、灵武市白芨滩防沙林场国家沙化土地封禁保护区、红寺堡区酸枣梁国家沙化土地封禁保护区、中卫市沙坡头区长流水国家沙化土地封禁保护区的植被覆盖度变化情况;采用环境监测因子分析与土地利用变化分析方法,全面评估封禁保护对植被恢复及沙化土地改善的影响。结果表明:1)盐池机械化林场、灵武市白芨滩防沙林场、红寺堡区酸枣梁和沙坡头区长流水的归一化植被指数(NDVI)最大值均值均呈正向增长趋势,2023年比2013年分别提升18.75%、29.16%、30.43%、23.08%。2)2014—2023年,各沙化土地封禁保护区土地沙化程度整体减轻,沙化土地转为轻度和中度沙化土地的面积最大。3)全磷、植被高度、降水、覆沙厚度、沙化程度、有机质6个环境因子是影响植被覆盖度的关键因子。4)各沙化土地封禁保护区内,不同类型环境因子对植被覆盖度的影响由大到小为样地因子、土壤因子、气象因子、地形因子。沙化土地治理应因地制宜配置植被结构,从而实现沙化土地封禁保护区生态系统的稳定恢复与可持续发展。

种子雨是植物自然更新的重要基础,研究孑遗植物四合木种子雨的时空分布特征,有助于揭示其濒危机制,对该物种的资源保护与利用具有重要意义。以西鄂尔多斯地区自然分布的四合木为研究对象,对2018—2020年四合木种子散落特征进行连续观测,分析四合木种子雨的时空动态变化特征及其影响因素。结果表明:1)四合木的开花数、结实量及其种子雨密度均随生长季降水量的增加而增加。2)四合木结籽率较低,但其开花结实量较大,可以保证四合木的种子生产能力,观测期内种子雨密度平均为305粒/m²;四合木种子雨散落期从8月下旬持续到11月中旬,散落高峰期在9月下旬,散落曲线呈“双峰”型,其峰值出现时间与降水量高峰期吻合。3)四合木种子雨主要集中在灌丛内部和边缘区域(占总量的85%以上),种子雨密度随扩散距离的增加呈递减趋势;整个落种期内,种子最远扩散距离仅为2.7 m,扩散能力较弱在一定程度上限制了其种群向新生境的扩张。

为探究不同光照强度对桫椤幼苗生理特性的影响,设置不同遮阴梯度控制光照强度,对桫椤幼苗进行盆栽试验。经棚内自然光强(透光率约70%,CK)、60%棚内光强(T1)、30%棚内光强(T2)、10%棚内光强(T3)、2%棚内光强(T4)处理后,测定桫椤幼苗叶片生长、光合色素、抗氧化酶活性、膜稳定性及渗透调节物质,通过相关性分析和模糊综合评价法分析光照强度对桫椤幼苗的影响。结果表明:1)T1—T4处理下的地上生物量(AGB)、地下生物量(BGB)和总生物量(TB)均显著大于CK处理下的(P<0.05),根冠比(R/S)均显著小于CK处理下的(P<0.05);2)T3处理下,桫椤幼苗生长最佳,叶片数、叶长、叶宽均显著大于其他处理(P<0.05);3)T4处理下,叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、总叶绿素[Chl(a+b)]均显著高于其他处理下的(P<0.05),T3处理下的类胡萝卜素(Car)最高;4)随着光照强度的降低,桫椤幼苗的部分抗氧化酶活性逐渐增强,其超氧化物歧化酶(SOD)活性在T2遮阴处理下达到最大,丙二醛(MDA)质量分数、相对电导率(EC)、可溶性糖(SS)质量分数逐渐降低,可溶性蛋白质(SP)质量分数逐渐增加;5)通过相关性和模糊综合评价,桫椤幼苗适宜在较低光照条件下生长,相对于其他光照处理,T3处理(10%棚内光强)最适合桫椤幼苗生长。该结果为国家二级重点保护野生植物桫椤的种群恢复提供了可量化的关键参数,有助于提升其保育成功率。

为探究外源赤霉素溶液对长白山区辽东楤木种子萌发过程中生理活性物质变化的影响,采用质量浓度为0(对照组)、100、200、400 mg/L的赤霉素溶液浸泡长白山区辽东楤木种子,分析种子萌发过程中可溶性糖质量分数、可溶性蛋白质量分数、淀粉质量分数与淀粉酶活性的变化规律。结果表明:1)辽东楤木种子萌发过程中,其可溶性糖质量分数、淀粉质量分数与β-淀粉酶活性总体呈先升高后降低的趋势,ɑ-淀粉酶活性则总体表现为先降低后升高的趋势;2)与对照组相比,一定质量浓度的外源赤霉素溶液能够有效促进长白山区辽东楤木种子的萌发,并在层积处理20 d后提高种子内可溶性糖质量分数、可溶性蛋白质量分数与β-淀粉酶活性,降低淀粉质量分数,其中以质量浓度为400 mg/L的赤霉素溶液处理效果最明显;3)外源赤霉素溶液对种子萌发的促进作用主要是通过促进种子内淀粉的水解及可溶性糖的利用,同时诱导种子萌发过程中一系列重要蛋白质的合成而实现的。

为了解呼伦贝尔沙地不同植被恢复措施治理效果,掌握不同植被治理区土壤物理性质差异,为沙地治理实用技术提供合理建议,以呼伦贝尔沙地的羊柴(UH)、拧条锦鸡儿(UC)、樟子松(UP)、羊柴+披碱草+冰草(HEA)、樟子松+羊柴(HP)5种植被恢复措施为研究对象,以未做任何治理措施的流动沙地为对照(CK),测定各区域0~100 cm土层中土壤的含水量、容重、孔隙度等指标,并对比研究不同区域土壤物理性质差异特征。结果表明:1)UH、UC、HEA措施下的土壤含水量相对较高,分别较CK增加了121.90%、47.87%、44.96%,UH、UC、UP、HEA、HP 措施下的土壤饱和持水量均较CK有显著提高(P<0.05),分别增加了27.48%、3.57%、5.44%、7.37%、3.46%,且随土壤深度增加呈波动式变化;2)除了HP措施外,UH、UC、UP、HEA措施下的土壤容重与CK存在显著差异(P<0.05),分别降低了5.42%、3.01%、2.41%、1.81%,且随土层深度呈先减后增的趋势;3)UH、UC措施下的土壤孔隙度分别较CK增加了3.48%、2.47%,其他措施下的土壤孔隙度与CK无显著差异;4)通过隶属函数综合分析发现,单一灌木措施(UH、UC)、灌草结合措施(HEA)对治理区的整体恢复效果较好。

分析采煤塌陷地人工林土壤种子库组成与多样性特征及其对林下植被更新的影响,可为塌陷地人工林的提质增效提供科学依据。以榆神府矿区采煤塌陷地不同恢复年限(1~2 a、3~5 a、6~10 a、11~15 a)的樟子松林为研究对象,分析其土壤种子库的密度、组成和多样性演变特征,探讨其土壤种子库与林下植被的耦合关系,并识别其关键生态影响因子。结果表明:1)塌陷地樟子松林土壤种子库的物种组成由恢复1~2 a的一年生草本植物,向恢复11~15 a的多年生草本转变。2)土壤种子库密度在恢复3~5 a时最高(196粒/m²),随后随恢复年限增加呈下降趋势。各主要科的植物种子库密度达到峰值的时间不同,藜科在恢复1~2 a时最高(97粒/m²)、禾本科在恢复3~5 a时最高(86 粒/m²)、菊科在恢复6~10 a时最高(78粒/m²)、豆科在恢复11~15 a时最高(35粒/m²)。3)土壤种子库物种丰富度指数随恢复年限呈先增后降趋势,在恢复6~10 a时达到最大值,而均匀度指数和多样性指数在各恢复阶段无显著变化。4)土壤种子库与林下植被之间的物种相似性在恢复1~2 a时最低,共有物种为9种,以一年生草本植物为主;在恢复3~5 a时达到最大值(0.48),共有物种为12种,包括一年生和多年生植物;在恢复6~10 a和11~15 a时共有物种分别有11和10种,以多年生草本植物为主。5)林下植被地上生物量、土壤含水率和全氮是影响不同恢复年限樟子松林下种子库密度、多样性和林下植被与土壤种子库相似性的共同因子;恢复1~2 a的樟子松林下土壤容重和林下植被盖度、恢复3~5 a的林下植株密度和土壤有机质、恢复6~10 a的枯落层厚度和枯落物盖度、恢复11~15 a的土壤结皮厚度是影响土壤种子库的主要差异性因子。樟子松林生长初期,土壤种子库特征主要受林下植被和土壤性质影响,随着林分发育,林下枯落物积累和结皮对土壤种子库影响逐渐增加。采煤塌陷地樟子松林在恢复10 a后,土壤种子库密度和多样性降低,对林下植被更新的贡献亦降低,因此,可通过补充土壤种子库和优化生境等措施,促进樟子松林下植被更新,提高林下植被的生态效益。

园林植物耐水淹特性是滨水园林植物优化选种的重要依据。于2023年夏季十三陵水库泄洪后,对下游蓄滞洪区内105种(含品种,涉及39科74属)园林植物受洪涝后的受害情况进行实地调查,并进行拍照与文字记录。经对比与归纳分析,对华北地区常见园林植物的耐水淹能力进行差异排序。结果表明:垂柳、白蜡树等12种植物极耐水湿,柿、红花槭等13种植物较耐水湿,大花秋葵、马蔺等15种植物一般耐水湿,油松、叉子圆柏等15种植物不耐水湿,向日葵、粉黛乱子草、火炬树等50种植物极不耐水湿。明确植物耐水淹性差异,可为华北地区滨水公园建设、植物种类选择以及绿化养护管理提供科学依据与实践参考。

为揭示同域入侵植物意大利苍耳与刺苍耳通过光合-水分策略分化实现共存的生态机制,以内蒙古海流水库为研究区,利用Li-6800光合仪测定叶片光合日动态参数(净光合速率P_n、蒸腾速率T_r、气孔导度G_s),结合土壤含水量空间自相关分析,拟合物种分布-水分响应曲线。结果表明:1)意大利苍耳光合曲线呈“双峰型”,午间光抑制程度低,最大净光合速率为47.91 μmol/(m²·s),比刺苍耳的最大净光合速率[17.2 μmol/(m²·s)]提高178.5%;刺苍耳则以晨间高光响应速率抢占碳同化先机。2)意大利苍耳主导高水分生境,土壤含水量大于20.4%,刺苍耳适应干旱区,土壤含水量小于12.7%,二者共存的阈值区间为14.8%~18.3%。3)意大利苍耳的水分利用效率随土壤含水量增加而增加(R²=0.83),符合水分集约利用策略;刺苍耳在土壤含水量为16.5%时水分利用效率峰值偏移,通过气孔振荡适应水分波动。二者通过“高光效-高蒸腾”策略组合实现光能-水分资源分割,其“光合-水分生态位互补”机制为入侵种协同扩散提供了生理生态学基础。

气候变化背景下的树木生长动态一直是生态学关注热点,探索树木生长与气候因子的关系具有重要意义。为研究滇西北高原树木生长的气候响应规律,选取云南西北部玉龙雪山及老君山2个典型区域,进行典型样木采样,采用树轮年代学方法,建立云南铁杉差值年表,分析年轮指数与气候因子的时空关联。结果表明:1)云南铁杉径向生长受气温和降水量共同影响。其中,玉龙雪山云南铁杉径向生长在上一年11月和当年6月与气温显著正相关,在当年6月和10月与降水分别表现为显著负相关和显著正相关;老君山云南铁杉径向生长主要受5月水热条件影响,表现为与气温的显著负相关及与降水的显著正相关,同时在10月与气温和降水均显著正相关。2)降水的动态响应较气温更为稳定,表明水分条件在年际尺度上的决定性作用,其中,老君山云南铁杉径向生长与上一年10月及当年5月降水呈显著相关性的年份最多,而玉龙雪山云南铁杉与降水相关性最多的年份为当年6月。滇西北云南铁杉径向生长对气候因子的响应规律,主要表现为对上年度生长季末气候条件的“记忆效应”,以及对本年度春末夏初水热组合的“即时响应”。

海南六连岭省级自然保护区建立于1981年,掌握其植物群落的分类排序对植物保护与生态管理具有重要意义。为揭示海南六连岭省级自然保护区的植物组成、植物群落与环境因子之间的关系,根据典型样地的调查数据和有效环境数据,采用双向指示种分析(TWINSPAN分类)和典范对应分析(CCA二维排序)对自然保护区内调查到的植物群落进行数量分类和排序。结果表明:1)自然保护区主要由热带低地次生林组成,在样地内记录到的植物有72科145属211种,其中,乔木层127种,灌木层50种,草本层34种。2)TWINSPAN分类结果表明,自然保护区内的次生林可以划分为5个群落,分别为岭南山竹子-白颜树-大白藤+山骨罗竹群落、岭南山竹子+单叶豆群落、黄杞+岭南山竹子群落、黄桐+白颜树-鹅掌柴+小盘木-海南轴榈+露兜草群落和鹅掌柴+美叶菜豆树群落,乔木植物在群落中占主导地位。3)CCA二维排序结果表明,年均降水量、年平均气温和海拔是影响该区域植物群落分布的主要环境因子;年均降水量、年平均气温和海拔等重要环境因子对植物群落的乔木层优势种存在一定的影响。

为探索基于哨兵2号(Sentinel-2)数据构建主要林分因子预估模型,估计乔木林小班因子的现实可行性,利用北京市1 500个乔木林样地的地面实测数据和光谱特征参数,采用误差变量联立方程组方法,构建针叶林、硬阔林、软阔林3种主要森林类型的8项林分因子预估模型,包括平均胸径(D)、平均树高(H)、平均优势高(H_d),以及每公顷株数(N)、断面积(G)、蓄积量(V)、生物量(B)和碳储量(C);将全市乔木林小班按25 m×25 m网格单元提取光谱特征参数,利用所构建8项林分因子预估模型,完成对所有乔木林小班因子的估计。结果表明:1)对估计主要林分因子贡献最大的光谱特征参数是短波红外波段1反射率(B11)和短波红外波段2反射率(B12),其次是红边波段1反射率(B5)和比值植被指数(RVI);2)所构建的3种主要森林类型8项林分因子预估模型,自检和交叉检验的平均预估误差(E_MP)均在10%以内;3)根据模型反演得出的乔木林小班蓄积量累计值,与全市综合监测得到的森林蓄积量相比仅差-1.74%,在抽样调查允许误差范围内。所建北京市3种主要森林类型的8项林分因子预估模型,可用于对全市乔木林小班主要林分因子的估计;基于哨兵2号光谱特征参数构建的主要林分因子预估模型,其预估精度基本能满足森林资源调查监测的技术要求,可在生产实践中应用。

科尔沁沙地作为中国北方生态脆弱区,植被覆盖变化受气候变化与人类活动的双重影响。基于2000—2020年科尔沁沙地的归一化植被指数(NDVI)、降水量及土地利用遥感解译结果,采用网格化分析、相关性分析、土地利用转移矩阵等方法,定量评估降水与土地利用变化对植被覆盖的驱动机制。结果表明:1)科尔沁沙地的植被覆盖指数(NDVI)呈上升趋势(增速0.007 5/a),呈东南和中部的西辽河流域高、南北两边较低、西南最低的空间格局;2)降水与NDVI呈正相关关系,相关系数达0.74,降水在时间上呈波动上升趋势;3)耕地面积基本保持稳定,草地面积略有增加,水域面积和沙荒面积大幅减少,建设面积显著增加,林地面积占比最小,但增速最大;4)2020年所有土地利用类型中,耕地NDVI最大、贡献最大,沙荒最小。

黄河故道沙区河南段刺槐人工林普遍存在退化现象,导致区域生态防护功能下降。准确、科学地评估其退化等级对于退化林修复工作具有重要意义。以国有中牟县林场的刺槐人工林为研究对象,构建包括林分生产力、林分立地条件、林分抵抗力及林分结构4个维度22个指标的林分健康状态评价指标体系,采用偏最小二乘法结构方程模型(PLS-SEM)确定指标权重,使用健康评价指数、K均值聚类及Fisher判别分析对研究区44个样地健康状态进行综合评价。结果表明:1)PLS-SEM模型通过信效度、拟合度及影响显著性检验,具有可靠性。2)模型确定的林分生产力、林分立地条件、林分抵抗力及林分结构的权重分别为0.257、0.233、0.256和0.254。3)刺槐人工林健康评价指数范围为2.266~3.272。其中,11.4%处于健康状态,25.0%处于亚健康,45.4%处于中健康状态,18.2%处于不健康状态。研究发现,林分生产力与林分抵抗力是影响河南黄河故道刺槐人工林健康的关键维度。其中,平均树高是构成生产力的最关键指标,而外部干扰则是制约抵抗力的核心胁迫因子。