新疆喀纳斯旅游区草地植物多样性对人类干扰的响应机制研究

摘要

旅游区植被及其多样性保护已成为旅游区科学合理利用开发的重要挑战之一，也是旅游区实现生态旅游可持续发展的关键要素之一。本文通过对喀纳斯旅游区主要景点附近山地草甸群落在不同人类干扰方式与干扰强度下草地植物多样性的组成结构、生境和稳定性等变化的研究，以及人类干扰过程中整个旅游区植被景观结构与格局、生态承载力变化的研究，重点探讨不同空间尺度植物多样性对人类干扰响应的方式、过程和生态后果，探索草地植物多样性对人类干扰响应的机制，为旅游区草地生态系统的合理科学利用及生物多样性保护提供科学依据。 主要研究结果如下： (1)喀纳斯山地草甸群落随放牧强度的增加，植物群落高度下降，生物量减少，盖度降低，植物群落密度则在一定放牧强度内呈增加趋势；Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数均呈减小趋势，且轻牧与重牧、极牧差异显著(P<0.05)。随着旅游干扰强度的增加，群落物种组成从以对旅游干扰耐性弱的物种为主逐渐发展到以对旅游干扰耐性强的物种为主，群落的重要值有向少数物种集中的趋势；Patrick丰富度指数和Shannon-Wiener指数均随着干扰强度的增加而呈下降趋势，均匀度指数则在中度干扰下最大。 (2)山地草甸群落中原有的优势功能群是营养丰富、种类繁多的多年生杂类草和多年生根茎禾草，在不合理的放牧干扰下重要值逐渐减小，甚至消失，而那些能适应强放牧干扰的低矮、小型化、营养繁殖能力强的功能群(多年生丛生禾草和一、二年生草本)逐渐在群落中增加，占据优势地位；与之相对应的是，群落功能群丰富度和功能群所含物种数显著下降(P<0.05)；群落恢复力稳定性、群落保持结构和功能的能力、群落抵抗力稳定性均呈下降趋势；研究区β多样性的变化次序为：重牧-极牧>轻牧-中牧>中牧-重牧。 (3)随着旅游干扰强度的增加，多年生根茎禾草、莎草、多年生杂类草和豆科牧草重要值均呈下降趋势，多年生丛生禾草和一、二年生草本则呈增大趋势：多年生杂类草功能群对旅游干扰具有较强的冗余缓冲作用；多年生丛生禾草能够耐受较强的干扰，一、二年生草本非常适于在旅游干扰强度极大的生境中生存，这两类生态功能群是生态系统对干扰的有效抵抗者，恢复力较强；灌木和半灌木、多年生根茎禾草和豆科牧草则对旅游干扰敏感。在群落多样性层次，中度-重度阶段物种替代速率最快，重度-极度次之，轻度-中度最慢。群落恢复力稳定性在中度干扰下最高，群落保持结构和功能的能力、群落抵抗力稳定性均随旅游干扰强度的增加而呈下降趋势。 (4)在植被系统受到放牧干扰而逐渐退化的同时，土壤系统生境也发生了恶性变化，表现为土壤容重在0-10cm土层随放牧强度的增加而显著增加(p<0.05)，土壤含水量在0-10cm土层随放牧强度的增加而显著下降(P<0.05)，但两者在重牧与极牧阶段则无差异(P>0.05)。土壤有机质和碱解氮均随放牧干扰强度的增加而呈下降趋势，以0-10cm土层变化最为明显。在0-10cm土层，土壤有效磷各个处理间无显著差异(P>0.05)。土壤速效钾随放牧强度的增加而增加，且极牧阶段显著高于其它放牧干扰阶段(p<0.05)。土壤有机质和碱解氮的分布与植物群落高度和生物量呈正相关，且土壤有机质与植物群落高度和生物量相关性显著(P<0.05)，土壤有效磷、速效钾与植物群落特征均表现为负相关关系。 (5)在植被系统受到旅游干扰而逐渐退化的同时，土壤系统生境也发生了恶性变化，表现为随旅游干扰强度的增强，表层土壤(0-10cm)中的土壤含水量显著降低，土壤容重呈上升趋势，土壤紧实度显著增加，碱解氮含量降低，有机质含量也有下降趋势，有效磷、速效钾含量则显著上升。在旅游区草地受到不同旅游干扰的各个阶段，植物多样性、盖度、高度、生物量和凋落物生物量与土壤的主要理化性质之间存在较密切的相关性(R2值为0.04～0.56)。因此，旅游活动对旅游区草甸干扰过程的实质是草甸植被-土壤系统协同响应的过程。 (6)喀纳斯旅游区的景观格局在过去的13a内受人类干扰较小，景观格局总体上变化不大，景观多样性处于较高水平，旅游区在这13a中受到了较好的保护；但从局部看，不断扩大的建设用地导致山地草甸等草地景观面积减小，草地景观格局发生较大变化。旅游区景观格局变化分为两个时期：1992-2000年和2000-2005年。1992-2000年，旅游区景观格局的驱动力主要是自然因素(气候变迁、植被景观的内在演替及其它生物因素等)，人类干扰对景观格局的影响还较小；2000-2005年，人类干扰对景观格局的影响力逐渐增大，其中草地(主要是山地草甸、灌丛草地)受到人类干扰的影响最大。 (7)生态系统的可持续发展程度是通过综合分析生态系统生态弹性状态、载荷状态和可持续承载状态三者的情况确定的。利用主成分分析法、层次分析法构建了喀纳斯旅游区评价指标体系，并通过分析生态系统荷载容量压力与支持力(负向与正向)的相互关系筛选出具体的评价指标，利用状态空间法计算出的生态承载指数从1992年的0.0669，下降到2000年的0.0485，2005年的0.0046；旅游区的承载状态从1992、2000年的可持续承载下降到2005年的弱可持续承载。基于生态弹性状态、载荷状态与可持续承载状态建立的可持续发展程度区间的划分，可以从整体上反映区域系统的生态承载力，可为区域生态系统的可持续发展提供科学依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1研究意义

1.2研究背景

1.2.1旅游区可持续发展的必然要求--旅游区旅游资源合理开发与保护

1.2.2旅游开发与自然旅游资源保护的途径之一--生物多样性的开发利用与保护

1.3文献综述

1.3.1生物多样性的概念、内涵及价值

1.3.2干扰与尺度

1.3.3植物多样性的尺度

1.3.4草地植物多样性对人类干扰的多尺度响应

1.3.5群落稳定性对人类干扰的响应

1.3.6区域生态承载力对人类干扰的响应

1.4结语

第二章研究区概况与研究方法

2.1研究区概况

2.1.1地理位置与地貌特征

2.1.2气候及水文特点

2.1.3草地植被、土壤及其利用概况

2.2研究方法

2.2.1研究总体思路与研究特点

2.2.2研究目标与内容

2.2.3试验设计与野外取样调查

2.2.4样品室内分析

2.2.5中小尺度植物多样性测度指标的选取及数据分析

2.2.6植被景观多样性的测度

2.2.7区域生态承载力的测度

第三章草地植物物种多样性对人类干扰的响应

3.1群落的数量分类与排序

3.2物种多样性对放牧干扰的响应

3.2.1物种组成的响应

3.2.2物种丰富度的响应

3.2.3 α多样性的响应

3.3物种多样性对旅游干扰的响应

3.3.1物种组成的响应

3.3.2物种丰富度的响应

3.3.3 α多样性的响应

3.4讨论与结论

3.4.1群落结构对放牧干扰的响应

3.4.2物种多样性对放牧干扰的响应

3.4.3物种多样性对旅游干扰的响应

第四章草地植物功能群多样性对人类干扰的响应

4.1功能群多样性对放牧干扰的响应

4.1.1功能群丰富度的响应

4.1.2功能群组成结构的响应

4.1.3功能群所含物种数的响应

4.2功能群多样性对旅游干扰的响应

4.2.1功能群丰富度及组成结构的响应

4.2.2功能群所含物种数的响应

4.3讨论与结论

4.3.1功能群多样性对放牧干扰的响应

4.3.2功能群多样性对旅游干扰的响应

第五章草地群落多样性及其稳定性对人类干扰的响应

5.1 β多样性对放牧干扰的响应

5.2群落稳定性对放牧干扰的响应

5.2.1群落恢复力稳定性的响应

5.2.2群落保持结构和功能能力的响应

5.2.3群落抵抗力稳定性的响应

5.3 β多样性对旅游干扰的响应

5.4群落稳定性对旅游干扰的响应

5.4.1群落恢复力稳定性的响应

5.4.2群落保持结构和功能能力的响应

5.4.3群落抵抗力稳定性的响应

5.5讨论与结论

5.5.1 β多样性对放牧干扰与旅游干扰的响应

5.5.2群落稳定性对放牧干扰与旅游干扰的响应

第六章草地植被-土壤系统对人类干扰的响应

6.1草地植被-土壤系统特征对放牧干扰的响应

6.1.1植物群落特征的响应

6.1.2土壤理化性质的响应

6.2草地植被-土壤相互关系对放牧干扰的响应

6.3草地植被-土壤系统特征对旅游干扰的响应

6.3.1植物群落特征的响应

6.3.2植物物种多样性的响应

6.3.3土壤理化性质的响应

6.4草地植被-土壤相互关系对旅游干扰的响应

6.5讨论与结论

6.5.1植被系统对放牧和旅游干扰的响应

6.5.2土壤系统对放牧和旅游干扰的响应

6.5.3植被-土壤系统对放牧和旅游干扰的响应

第七章草地植被景观多样性对人类干扰的响应

7.1总体格局的响应

7.2斑块格局的响应

7.2.1斑块面积特征及其动态

7.2.2景观形状特征及其动态

7.3草地植被景观多样性对人类活动干扰响应机制的探讨

7.4讨论与结论

第八章喀纳斯旅游区生态承载力对人类干扰的响应

8.1生态承载力指标分析

8.1.1生态承载力指标选取

8.1.2生态承载力指标赋权

8.1.3生态承载力指标关系分析

8.2可持续承载阈值的确定与可持续发展程度区间的划分

8.3旅游区可持续承载状态分析

8.3.1不同时期旅游区可持续承载指数及承载状态

8.3.2旅游区可持续承载状态的调控

8.4讨论与结论

第九章结论与展望

9.1主要研究成果

9.1.1旅游区草地植物多样性对放牧干扰的响应规律

9.1.2旅游区草地植物多样性对旅游干扰的响应规律

9.1.3旅游区景观格局对人类干扰的响应规律

9.1.4旅游区生态承载力对人类干扰的响应规律

9.2主要创新点

9.3研究展望

参考文献

附录

致谢

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