科学网-云贵高原典型陆地生态系统（三）喀斯特植物生态、景观格局与-王震洪的博文

云贵高原典型陆地生态系统（三）喀斯特植物生态、景观格局与

2014-3-23 11:26

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标签：云贵高原, 景观格局, 陆地生态系统, 水土流失, 植物生态

内容简介

云贵高原区域生态系统与相邻的西南纵向岭谷区、青藏高原、四川盆地、长江中下游平原、东南红壤丘陵区、珠江中下游区域生态系统相比，在地形、气候、地球化学、人类活动方面具有显著差异。在典型陆地生态系统的长期演化中，植物生态和景观格局对地形、气候、地球化学、人类活动方面具有比较独特的响应性变化，并对水土流失等地表物质过程产生了不同的影响。本书以云贵高原典型陆地生态系统为研究对象，利用植物生态学方法，探讨了喀斯特阔叶林重要树种叶凋落-分解速率与凋落层维持关系、喀斯特阔叶林重要树种根系分泌物与土壤抗蚀性关系、不同土地利用格局下演化形成的土壤的抗蚀性，利用景观生态学理论、3S技术研究了典型区域喀斯特植被景观格局对地形地貌的响应、昆明-贵阳典型城市景观格局及驱动力、红枫湖流域水土流失与景观格局关系、基于SWAT模型的猫跳河流域水土流失及数字流域系统等。

本书可供生态学、水土保持、林学、土地利用规划、环境科学科技人员和管理者参考。

前言

在云贵高原，河流深切割、岩溶过程、独特气候和人-地关系四大过程的叠加作用，对陆地生态系统各种生态过程产生了深远的影响。

（1）在贵州境内，高原面海拔一般在1200米左右，在云南境内，海拔一般在1800米左右。但在云贵高原北部、南部、西部和东部的河流如川江、南盘江、红河、湘江等，河床海拔一般在500米以下，这些河流及支流延伸到高原腹地并形成深切割，使高原形成了许多山地-谷地景观。切割较浅的区域，高原面保存完整，形成了许多丘陵盆地。（2）云贵高原南部、东部岩溶发育强烈。在高原面保存完整的区域，平坝、峰丛、洼地、漏斗地形景观占优势，在河流切割较深的区域，石灰岩山地和峡谷景观占优势。在石灰岩峰丛、洼地、漏斗、山地、峡谷地形表面，凹槽、石芽、石林、落水洞等喀斯特微地形十分普遍。（3）云贵高原整体属亚热带季风气候，但在高原西部的云南，冬季多晴天、干燥而温暖，夏季降水丰富，湿润凉爽，气温季节性变化较小，日变化较大；在高原东部的贵州，夏天降水较多，气温较高，冬天阴雨天气多，较寒冷。（4）在云贵高原生活着不同民族，不同民族生产方式不同，高原生态环境的复杂多样性-民族多样性-人文地理环境多样性-经济文化多样性规律十分明显。上述四个过程明显影响着云贵高原典型陆地生态系统的植物生态、景观格局、水土流失及其它们之间的关系。

在植物生态方面，由于长江、珠江、洞庭湖水系、云贵高原西部诸河流及其支流的深切割作用，在云贵高原上形成了不同海拔级别的陆地生态系统，植被分布的垂直地带性比较明显，植被类型和物种组成多种多样，对水土流失具有不同的调控作用。由于温度和降雨的差异，云贵高原西部的云南，地带性植被主要是半湿润常绿阔叶林，由于自然和人类干扰，形成云南松林、云南松针阔混交林、次生灌丛、人工林等不同退化类型或次生演替阶段；在云贵高原东部的贵州，区域稳定的植被主要是常绿阔叶林，由于自然和人类干扰，形成的退化类型和次生演替阶段主要是次生性常绿阔叶林、灌丛、荒山等，在土层较厚的区域分布着马尾松林。半湿润常绿阔叶林对应于常绿阔叶林，云南松林对应于马尾松林是植被适应于云贵高原东西部不同气候条件的地理替代类型。在云贵高原不同区域河流深切割和气候效应的基础上，如果陆地生态系统属于岩溶地区，岩溶地形如峰丛、洼地、漏斗、凹槽、石芽、石林、落水洞等喀斯特微地形和土层不连续并瘠薄的特点，植被类型和物种组成又发生了分异。由于植被类型、物种组成的差异，植物对水土流失的作用是不同的，这使陆地生态系统水土流失具有鲜明特点。

过去的工作已开展了植被类型、覆盖、枯落层、个体密度、植物多样性对径流、土壤侵蚀的调控（Lal. 1988; Morgan,1996；Gillieson et al., 1996;余新晓，2006；张信宝等,2007；王震洪等，2006，2012）、不同植被类型、树种对降雨再分配及降雨动能的调控（蒋有绪等，1996；Asdak et al.,1998;Liu，1998；Aboal et al.,1999）、植被类型对土壤抗蚀性的调控（高维森,1992;李勇,1995；刘国彬，1998）、植被根系对固土力学性质的调控（Gray,1995）等。总结这些研究工作，有一个值得注意的特点是：植被作为群体从“空中-地表-地下”调控土壤水力侵蚀的机理研究比较充分（刘定辉等，2003；余新晓等,2006; 刘世荣,1996; 张志强等，2001；周国逸,2002），但是从植物学水平上如植物形态、生理、凋落方面研究植物生态过程调控土壤水力侵蚀的机理相当少（李勇,1995;蒋有绪，1996；程洪等,2006）。

研究表明，植被调控土壤水力侵蚀是通过小尺度的植物生态学过程从空中、地表和地下调控土壤水力侵蚀为基础的。在“空中”，植物生活型、叶片质地、叶表面有无蜡质、疏水角质、表皮毛、枝、干表面的粗糙程度等植物学特征会影响雨水和植物表面的动力学作用；叶子大小、着生方式、密度、枝的空间伸展、植物(树)形状等植物形态特征会影响植被覆盖和枝叶密度，调控降雨截留和动能削减（王震洪等，2011，2012）。在“地表”，凋落物对降雨截留-动能削减、径流入渗、土壤抗蚀性的调控起着非常重要的作用（刘国彬，1998；郑粉丽等, 2003）。凋落物中叶占了生物量的大部分（一般大约是75%），不同植物由于遗传差异，叶凋落量和速率差别很大(韩冰等,1994；Reich,1992；刘增文，2002），不同植物由于叶中各种化学成分的差异，落叶分解速率在种间也不同(Sariyildiz et al., 2003；郭剑芬等，2006)。因此，不同植物叶凋落-分解速率不同会对森林凋落层的维持产生不同的贡献，进一步影响着水土流失。在“地下”，不同树种根系生理生化效应的差异，会引起土壤物理化学性质的变化，改变土壤抗蚀性（王震洪，2001）。进一步研究显示，不同树种根系生理生化效应通过根分泌物来实现。根分泌物是各种有机酸、糖类、生长素、酶类、脂类等，它们不仅直接改变土壤理化性质，还影响微生物活动，使土壤生物学过程发生变化（刘子雄，2005;Yakov et al.,2007）。因为不同植物根系产生的分泌物种类和浓度不同，土壤在不同根分泌物的作用下抗蚀性可能会产生差异性。但是，人们并不了解植物群体中每种植物根系产生的分泌物种类-浓度、不同种类-浓度与土壤性质和土壤抗蚀性之间的关系？主导土壤抗蚀性效应的种类-浓度是什么？也不了解每种植物叶凋落-分解速率对整个凋落层维持的贡献有多大？不同了解不同物种叶凋落-分解的差异与土壤物理化学-生物学性质、土壤抗蚀性-渗透性的关系。解决这些问题似乎很简单，但由于群体水平上的研究方法难于应用于大量植物种个体的研究，使这些问题没有得到系统解决。

在景观格局方面，云贵高原河流深切割、岩溶过程、气候效应和人-地关系依次叠加，区域生态系统景观格局呈现了鲜明特征，并影响到区域生态系统的结构、维持和功能。首先在大地构造形成的完整高原面上，在非岩溶区，初始景观是丘陵湖盆景观。该景观的以低丘、缓丘、平坝、湖泊、台地为主；在岩溶区初始景观是丘陵岩溶景观，该景观以峰丛、洼地、漏斗、台地地形为主。随着各河流从云贵高原周围逐步向中心地带的切割作用，逐步形成了山地-谷地二级景观，该景观主要是中山、宽谷、峡谷地形。如果山地-谷地景观形成于非岩溶区，山谷中发育着不同级别的侵蚀沟、崩岗、滑坡、泥石流沟，坡面则比较完整。如果山地-谷地景观形成于岩溶地区，各种岩溶过程的作用，山谷、坡面上形成不同大小的凹槽、石芽、石林、落水洞等，坡面比较破碎。在不同地区的二级景观水平上，由于气候差异，形成了不同的植被类型、物种组合和生态过程，发育了三级景观。在云贵高原上，景观可能处于不同时间阶段，人们可以看到不同级别的景观。另外，由于人类大规模生产活动比已经存在的一到三级景观出现晚，人类对景观格局的影响是一种不断叠加到一到三级景观上的过程。不同民族生产和生活方式对景观的干扰、适应和改造作用，使一、二、三级景观留下了不同的人类印记，并显示了复杂的人-关系。

从全国看，自20世纪80年代初开始介绍景观生态学的概念、理论和方法以来，地理学、生态学、林学、农学等领域的研究人员对不同地区景观格局及生态学过程的研究给予了极大的关注。在基础理论和方法方面，傅伯杰、陈利顶、肖笃宁、李哈滨、李晓文、邬建国、李秀珍，邱扬、贺红士等学者对景观生态学的起源、发展、基础理论如①时空尺度；②等级理论；③耗散结构与自组织理论；④空间异质性与景观格局；⑤缀块-廊道-基底模式；⑥岛屿生物地理学理论；⑦边缘效应与生态交错带；⑧复合种群理论；⑨景观连接度与渗透理论等主要理论作了系统论述，遥感技术、地理信息系统、景观指数、空间统计学方法、景观模型的建立等在不同的景观生态学研究中作了应用。
在具体研究方面，上述学者和其他学者开展了城市景观空间格局、城郊和农业景观，包括城乡交错带和农林复合系统景观研究，分析了景观格局、土地利用格局的变化、人类活动对景观结构的影响，基于景观生态学理论和方法评价了土地生产力的现状与生产潜力，建立了景观动态预测模型等。如彭少麟探讨了森林景观中的边缘效应问题，马克明等对北京东灵山地区的森林景观格局、生物多样性、景观多样性进行的研究。在干旱区，主要集中在沙地景观格局和荒漠绿洲景观格局的研究上。沙地景观格局在时空尺度上都表现出很大的异质性，开展沙地景观格局动态研究对传统沙漠化机制研究是一个重要的补充。绿洲是干旱地区的一种特殊景观类型，它是干旱区生态环境最为敏感的部分，同时亦是区域尺度上干旱区最大的人工干扰源，从事沙地(绿洲)景观格局的研究对揭示沙漠化的形成机理起到了明显的推动作用。在湿地景观的研究方面，最具代表性的是对辽河三角洲湿地景观的研究，包括对湿地景观格局及对养分去除功能的影响、以及运用景观生态决策评价支持系统，探索景观规划方案对丹顶鹤、黑嘴鸭等珍稀水禽的生境适宜性、生态承载力等方面的影响。

我国景观生态学研究发展是迅速的，但以下几个方面需要进一步关注:（1）过去的研究工作对东部平原、黄土高原、河口海岸地区、水网地区、中心城市的景格局和功能做了比较多的关注，云贵高原作为我国生态环境保护的重点地区，不同区域土地利用、植被景观、石漠化景观也曾做了一些研究工作，但总体研究工作还比较薄弱。特别是考虑地形特征、岩溶过程、气候效应和人-地关系依次叠加的景观格局、维持和过程没有系统研究，研究这些过程对景观格局的影响，可以揭示景观格局的形成和维持机制。（2）云贵高原地处长江、珠江上游，是两江的生态屏障，该区的水土流失和面源污染对当地和两江中下游水环境具有重要影响，有必要在景观生态学水平上通过景观格局的系统分析和刻画，揭示典型景观格局的维持机制以及典型流域景观格局与水土流失的关系。

从2003年以来，在王震洪教授领导下获得了国家自然科学基金“西南岩溶区常绿阔叶林调控土壤水力侵蚀的植物学机理（40861015）”、贵州省科技攻关“乌江流域猫跳河数字流域系统研究”（2008（3033））、贵阳市创新人才基金项目“两湖一库数字流域系统研究（2008421）”、贵阳市科技局重点专项“两湖一库汇水区农业面源污染治理技术及新农村建设示范（2009-筑科农工字3-042号）”等项目的支持，选择云贵高原典型陆地生态系统，利用植被生态学、景观生态学、3S技术等的理论和方法，开展了云贵高原喀斯特阔叶林重要树种叶凋落-分解与凋落层维持、根系分泌物对土壤抗蚀性的影响、不同土地利用格局下重要土壤抗蚀性、植被景观格局对地形的响应、典型城市景观格局及驱动力、典型流域水土流失与景观格局关系及基于SWAT模型的流域水土流失及数字流域系统研究。