研究论文

稀有物种的调控机制及其在生态修复中的应用启示

李意德, 陈洁, 许涵, 刘世荣

       摘要：稀有物种是热带亚热带森林生态系统中物种共存与维持生物多样性的重要类群，但对稀有物种在维持森林物种多样性的调控机制及其在生态修复中的作用研究较少。本研究在梳理和分析相关研究的基础上，结合海南尖峰岭国家级森林生态站的长期监测研究成果，提出了热带亚热带森林自然恢复的“稀有物种调控机制”基本理论框架，探讨其在我国热带亚热带森林生态修复中的应用原则。

       关键词：稀有物种；调控机制；非随机竞争；植物-土壤反馈；功能微生物；森林生态修复

甘肃小陇山暖温带针阔混交林大样地树木木材密度的空间变化

苏巧灵, 李梦琳, 田立新, 李安民, 袁士云, 刘文桢, 米湘成, 黄继红, 许玥, 丁易, 臧润国

       摘要： 目的  分析暖温带针阔混交林内木材密度的变化程度；探讨多元生境因子对不同群落木材密度空间分布的影响，揭示木材密度的种间和种内差异及其影响因素，为研究暖温带针阔混交林的物种共存与群落构建机制奠定基础。  方法  在甘肃小陇山地区的暖温带针阔混交林内布设大样地，依据样地内所有胸径≥ 10 cm独立个体的木材密度实测数据，利用方差分解分析种内、种间以及群落水平上木材密度的变化程度；利用多元回归分析探讨多元生境因子对群落水平木材密度空间分布的影响。  结果  样地内木材密度的差异主要来源于不同群落里树种间的差异，种间差异（71.70%）大于种内差异（28.30%）。在影响群落水平木材密度空间分布的因素中，非生物因子的影响大于生物因子。土壤因子中的pH值和地形因子中的海拔是影响木材密度的主要因子。在土壤pH值较低、海拔较高的群落中，木材密度的加权平均值较高。木材密度方差主要受土壤pH值影响，并随pH值的增大而增大。种内差异对木材密度加权平均值无显著影响，但对木材密度方差影响显著。  结论  甘肃小陇山针阔混交林木材密度空间异质性较强，非生物因子通过影响功能性状的总体分布来影响植物适应性，木材密度较高、种内差异较低的树种倾向于分布在海拔较高、土壤pH值较低的区域；相反，木材密度较低、种内差异较高的树种倾向于分布在海拔较低、土壤pH值较高的区域。在局域尺度下，忽视种内差异会导致木材密度方差被低估，影响对真实群落构建机制的理解。

       关键词：木材密度；种内差异；生境空间异质性；针阔混交林；小陇山

广东内伶仃岛植物群落类型及其分布

张娟娟, 乔雪婷, 李文斌, 佟森, 李步杭, 杨琼, 徐华林, 陈婷, 余世孝

       摘要：目的  划分广东内伶仃岛植物群落类型及绘制其分布图，为内伶仃岛国家二级保护动物猕猴栖息地的分析以及保护区的长期规划和有效管理建设提供科学依据。  方法  在广东内伶仃岛—福田国家级自然保护区面积为554 hm2的内伶仃岛调查1个15 hm2大样地、113个100 m2小样地和317个样点，结合无人机航拍影像，对岛内植物群落进行分类，绘制植物群落类型分布图，并计测其分布面积。  结果  内伶仃岛的自然与人工植被可划分为25个群落类型，隶属于9个植被型和17个植被亚型。自然植被占全岛面积的51.81%，占植被分布面积的61.66%，主要的群落类型包括白楸（Mallotus paniculatus）群落、破布叶（Microcos paniculata）群落、刺葵（Phoenix loureiroi）群落、鹅掌柴（Schefflera heptaphylla）群落、榕树（Ficus microcarpa）群落、马尾松（Pinus massoniana）-鹅掌柴+银柴（Aporosa dioica）群落。人工植被占全岛面积的32.21%，占植被分布面积的38.34%，台湾相思林为主要的人工植被类型。破布叶群落在岛内分布较广，其分布与海拔无显著相关。  结论  作为离岛，内伶仃岛与大陆植被的差异主要表现在由于长期受人类活动的干扰及猕猴活动的影响，群落结构与物种组成较为简单，抵抗外来入侵植物的影响能力较低，但自然植被仍是岛上的主要植被类型。建议加强本地乡土植物的引进种植，优化植被结构，为猕猴提供良好的栖息地环境和充足食源植物。

       关键词：植物群落类型与分布；无人机遥感影像；内伶仃岛；自然保护区

辽宁省森林、湿地与草地景观格局变化及驱动力

许庭毓, 牛香, 王兵

       摘要： 目的  比较研究辽宁省2005年和2015年的森林、湿地与草地景观格局变化及驱动力，为3类自然资源的保护工作提供科学支持。  方法  基于2005、2015年2期辽宁省土地利用数据，利用ArcGIS和Fragstats软件计算景观转移矩阵和景观指数，并分析各类资源转化的空间分布，应用主成分分析法对辽宁省森林、湿地与草地景观格局变化的驱动力进行研究。  结果  1）辽宁省森林资源呈现东部多于西部的分布格局，林地景观面积增加了4284 km2，破碎化程度减小，景观转移变化主要发生在西部地区；湿地资源分布呈现沿海大于内陆、集中于河流沿岸的分布格局，近10年来湿地景观面积减小了0.55%，湿地景观形状趋于复杂，单元趋于离散，破碎化程度加剧，景观转移变化主要发生在河流沿岸；草地资源呈现西部多于东部的分布格局，变化率为-5.00%，破碎化程度加剧，斑块数量、面积、密度的3重减少表明草地景观退化程度严重，转移变化面积大且在全省均有分布。2）与2005年相比，2015年景观整体破碎程度加深，离散小单元增多，异质性减弱，原有的景观格局被破坏，主导斑块的控制能力下降。3）辽宁省景观变化的主要驱动因素为人口、经济、政策以及自然环境因素等。  结论  受人为因素和自然因素影响，辽宁省森林景观面积增加，破碎化程度得到改善，而湿地和草地景观存在破碎化程度加深的现象。结合辽宁省森林、湿地、草地景观格局的变化与实际，建议在现有基础上继续加强对森林和湿地资源的保护，草地资源的保护可以借鉴森林资源保护经验，加强立法与保护，从而实现资源的保护和可持续利用。

       关键词：土地利用；景观格局；驱动力；资源保护；辽宁省

小兴安岭林火动态研究

田晓瑞, 宗学政, 王志成, 刘嘉雷

       摘要：目的  研究小兴安岭地区的森林火险与火发生规律，调查主要森林类型的可燃物特征，分析潜在火行为，为林火管理提供科学依据。  方法  根据1980—2010年地面气象观测数据，利用R计算火险天气指数，分析火险指数、火发生和过火面积的变化。采用标准地方法调查小兴安岭6种典型林分的可燃物特征，利用可燃物特征分类系统模拟各可燃物类型在不同天气情景下的潜在地表火和树冠火行为特征。  结果  小兴安岭的林火主要发生在春季（4—6月）和秋季（9—10月）2个时段，干旱年份夏季也可能发生森林火灾。森林的地表可燃物积累较多，主要为地表凋落物和木质可燃物（＜1000 h），地表火强度随可燃物含水率降低而增大。林下植被以绣线菊（Spiraea salicifolia）-铁线蕨（Adiantum capillus-veneris）为主的林分潜在地表火蔓延速度显著高于林下以暴马丁香（Syringa reticulata subsp. amurensis）-苔草（Carex sp.）为主的林分，但其火强度低于林下以暴马丁香-苔草为主的林分。针叶林和针阔混交林都可能发生树冠火。  结论  林火管理有效减少了火发生。小兴安岭北部林区可燃物载量多，潜在火行为相关指数高，是未来林火管理的重点区域。干旱情景下，6种林分类型均有发生树冠火的可能，可以通过清理可燃物梯和减小针叶树种的密度来降低森林火灾风险。

       关键词：火动态；可燃物特征；火行为；小兴安岭

中国豆目固氮类木本植物模式标本馆藏现状分析

秦爱丽, 马凡强, 纪敬, 史胜青, 江泽平, 史作民

       摘要：目的  模式标本是确定植物学名的依据，对稳定植物学名至关重要。研究旨在调查摸清中国豆目固氮类木本植物模式标本的馆藏现状，为构建中国豆目固氮类木本植物模式标本数据库提供基础资料，同时也为初研究该类群的学者提供参考。  方法  根据APG IV中对豆目的分科（豆科、远志科、海人树科和皂皮树科），主要以Flora of China（FOC）记录的物种为参照，建立中国豆目固氮类木本植物名录。通过JSTOR（https://plants.jstor.org/）和Tropicals（http://tropicos.org/NameSearch.aspx）等数据库检索、文献查询和考证等获得中国豆目固氮类木本植物的模式标本信息，并对获得的信息进行整理和归纳，提取馆藏地、产地和采集年限等关键信息并进行统计分析和作图，得到中国豆目固氮类木本植物模式标本馆藏现状并建立中国豆目固氮类木本植物模式标本数据库。  结果 625个中国豆目固氮类木本植物物种，隶属于豆目的2科（豆科和远志科）122属。共检索到3030份模式标本，保存于全球97家标本馆中，馆藏数量和物种数最多的标本馆是法国国家自然历史博物馆（P），有663份，隶属于65属203种。国内11家标本馆有馆藏，国内馆藏数量最多的标本馆是中国科学院植物研究所植物标本馆（PE），为130份，隶属于21属61种。检索到的模式标本类型有7种，其中主模式标本有336份（231种，FOC接受名），副模式标本有169份；中国豆目固氮类木本植物模式标本采集的起始时间是18世纪，19、20世纪集中采集，21世纪仅采集了少量。采集产地覆盖了全球88个国家，采集数量和物种数最多的是中国，有1332份，隶属于61属365种，占标本总量和物种总数的44%和58%；中国豆目固氮类木本植物模式标本数量超过5份的物种有207个，模式标本数量分别为4、3、2和1的物种数量分别为65、70、119和164；625种豆目固氮类木本植物物种命名人多来自欧洲，尤其是英国和法国。发表新种数量排名第一的刊物是《植物分类学报》（Acta Phytotaxonomica Sinica，现更名为Journal of Systematics and Evolution）。  结论  中国豆目固氮类木本植物模式标本馆藏于全球97家标本馆，法国国家自然历史博物馆保存的数量和物种数最多，国内仅11家标本馆有馆藏，馆藏量较低，应推动加快国内中小型植物标本馆模式标本数字化的进程。中国豆目固氮类木本植物模式标本的类型有7种，主模式标本数量较少，640份模式标本的类型未进行细分。该类群采集时间相对久远，且异名和组合名等分类学问题突出，仍需深入研究。

       关键词：豆目；固氮类物种；模式标本；数据库；标本馆

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综合评述

中国植物多样性保护现状与展望

黄继红, 臧润国

       摘要: 中国植物多样性资源丰富，保护植物多样性是中国生态文明建设的重要内容。通过20多年的努力，中国植物多样性的保护在理论、技术、保障机制和社会影响力等方面都已取得一定的成效，尤其在保护物种名录评估、就地保护、迁地保护、离体保护、公民科学和国际履约等方面成效显著。然而，中国植物多样性保护依然面临着保护理论和技术系统性缺乏、资源监测和保护成效评估体系缺失、相关法律法规和保障机制不完善、保护行动影响力薄弱等诸多挑战，解决这些问题已成为当前中国植物多样性保护迫在眉睫的关键任务。因此，推动保护理论和技术的系统性、建立资源监测体系、完善法律法规、健全公民参与的保障机制、提升保护行动的执行力等是中国植物多样性保护的重要方面。文中系统综述了中国植物多样性保护取得的成效以及面临的挑战，进而有针对性地指出中国植物多样性保护与研究的重点发展方向。

       关键词：植物多样性；保护成效；生态系统；就地保护；迁地保护；保护行动

气候变暖及大尺度气候波动对全球林火与森林碳排放的影响

胡源, 赵凤君, 陈锋, 舒立福

       摘要: 森林在全球碳循环过程中起着重要作用。而火是干扰森林的重要因子。随着全球变暖日益显著、极端气候事件增加，热浪、干旱以及大尺度气候波动等造成的森林火灾频率和强度不断增加，对全球森林生态系统碳循环产生了重大影响。研究气候变暖对林火和碳排放的影响，对提高生态环境的管理水平和可持续发展有重要意义。文中简述气候变暖对林火动态和森林碳循环的影响，以及火灾造成的损失，分析大尺度气候波动与林火发生的关系，最后，预测和讨论了未来气候变化情景下的火灾发展趋势，主要结论如下：1）气候变暖和干旱会导致林火发生频率和过火面积增加、强度增强；北半球和温带地区火险期提前、火险季节长度延长；森林碳排放量增加；森林火灾不仅直接造成森林面积锐减、污染大气环境、影响生物地球化学循环，甚至还给国家和人民来带巨大的经济和生命损失。2）大尺度气候波动与林火动态有非常密切的联系：与厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation, ENSO）相关的太平洋海面温度（Sea Surface Temperature, SST）异常的空间分布可能受太平洋年代际涛动（Pacific Decadal Oscillation, PDO）调控，它通过与ENSO同相（重叠）或异相（抵消）来调节ENSO的影响。ENSO和PDO都与降水、温度和干旱严重程度密切相关，极大增加了火灾的风险、频率和过火面积；北大西洋年代际涛动（Atlantic Multi-decadal Oscillation, AMO）主要影响北半球的温度和降水，温暖的AMO将导致更高的温度、森林火灾次数和年林火面积；北极涛动（Arctic Oscillation, AO）主要影响欧亚大陆和北美大陆北部的气温和降水，AO处于正相位时，气温升高，环境干燥，会增加北半球中高纬度地区的火灾发生频率。3）未来气候情景下，不仅北半球会变得更加干旱和温暖，全球的森林火险指数和火灾数量也都有增加趋势。由于气候变化和人类活动的复杂性，这种趋势还存在很大不确定性，因此还需深入研究气候变化对林火关系的影响机理，以加强人类对火—气候现状的认识。

       关键词：气候变暖；林火；大尺度气候波动；碳排放

碳氢氧稳定同位素在林草复合生态系统水循环过程研究中的应用

徐庆, 左海军, 高德强, 张蓓蓓

       摘要: 林草复合生态系统是指由多年生木本植物（乔木、灌木等）与草本植物在空间上有机结合（长期或短期）形成的多物种、多层次、多时序和多产业复合的植被生态系统。水分是干旱半干旱地区林草复合系统植物生长、分布及植被恢复的主要限制因子。综合分析基于稳定同位素的林草复合生态系统的水循环过程国内外研究进展，对高效利用林草自然资源、提高林草植被生产力、保护生物多样性和改善生态环境等都有重要意义。碳氢氧稳定同位素是存在于天然水体和植物组织中良好的示踪剂，具有较高的灵敏度和准确性，可系统和定量地阐明林草复合生态系统的水循环过程、植物水分利用率、水分利用效率和利用格局，揭示其对全球气候变化的响应机制等。文中概述稳定同位素的基本原理，重点综述氢氧稳定同位素在林草复合生态系统水文过程（包括大气降水、地表水、土壤水、地下水、植物水及蒸发水等）中的应用以及碳稳定同位素应用于植物水分利用效率中的国内外进展，指出了当前在这些林草复合生态系统水循环过程、植被与水循环相互作用机理等方面研究中存在的不足，展望其应用前景。未来研究重点是运用稳定同位素技术，系统地分析和量化气候变化和人为活动对林草复合系统水循环过程和碳水相互作用的影响机制。

       关键词：林草复合生态系统；氢氧稳定同位素；碳稳定同位素；水循环过程；水分利用效率

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研究简报

基于Python的树干径向变化数据分析程序（DAIP）：以六盘山华北落叶松为例

刘泽彬, 刘安迪, 于澎涛, 涂立辉

       摘要:   目的  树干径向变化测量仪（Dendrometer）可以连续记录树干各阶段变化信息，包括树干收缩、恢复和生长等，提取和分析这些信息对于深入理解树木径向生长及其对环境的响应具有重要价值，而快速高效地提取和整合海量数据需进行繁复的数据处理与分析。为提高树干径向变化数据的分析效率和管理能力，林业工作者亟需易操作且实用的树干径向变化数据分析程序。  方法  针对常用周期循环法提取各阶段树干径向变化的原则和树干径向昼夜变化存在规律及树干径向变化测量仪运行中可能出现异常情况，基于Python语言开发了一个用户友好型的树干径向变化提取程序DAIP（Dendrometer Analyzer In Python），并以2019年生长季累月（6—9月）六盘山香水河与叠叠沟小流域的华北落叶松（Larix gmelinii var. principis-rupprechtii）人工林树干径向变化数据为例，提取和分析了树干径向变化的主要参数，并与半自动化提取程序“dendrometeR”进行了比较。  结果  在提取结果方面，DAIP提取树干半径变化的主要参数值与“dendrometeR”程序的提取结果基本一致，保证提取数据的可靠性。相比传统的数据处理方式，DAIP在异常数据判定和高效提取径向数据方面具有较大优势，可以较好识别分布在不同气候区内树体特征各异的华北落叶松树干径向变化数据集的“数据缺失”、“数据异常增加和减小”以及“数据无变化”等可疑数据类型；DAIP可快速自动提取生长季内树干半径的变化周期数、收缩阶段历时及收缩量、恢复阶段历时及恢复量、增加阶段历时及增量等主要参数。诚然，DAIP当前版本存在一定不足，如在异常数据判定方面，对“长时段数据无变化”这种异常数据的界定还存在不确定性；在树干径向变化参数提取方面，若各变化阶段分界点处的数据波动较大，对分界点的判定可能存在误差。  结论  DAIP程序可高效地提取与分析树干径向变化测量仪记录的树干径向变化数据，具有效率高、灵活性强、兼容性高的特点，可作为树干径向变化测量仪数据分析的辅助工具。同时，DAIP还有很大的完善空间，在未来升级版本中提升数据精度的同时，还可增加自动修正异常数据等功能。

       关键词：树干径向变化测量仪；树干径向变化提取程序；Python；华北落叶松；六盘山