西南干旱河谷是分布于我国亚热带横断山区的隐域性河谷景观, 其环境受季风气候、岭-谷地形环境和人类开发活动的共同影响。适应于季节性干旱和垂直气候分异, 干旱河谷具有独特的植被和丰富的物种多样性资源。在过去几十年中, 干旱河谷的气候变化以增温为一致特征, 同时经历着广泛的人类活动干扰, 特别是道路建设、水利工程、矿山开发和城镇化驱动的土地利用变化, 造成了普遍的植被破坏、生境退化和生物入侵, 给乡土植物多样性资源和生态系统稳定性带来了严重威胁, 然而至今对干旱河谷生物多样性的保护仍基本属于空白。因此, 建议及时建立干旱河谷的生物多样性保护体系; 因地制宜采取退化植被修复、立体农业规划、特色植物资源利用和风景旅游开发等措施, 以维持干旱河谷生态系统的可持续性; 落实生态文明建设的相关政策, 以保障西南生态屏障的生态安全和生态服务能力。

根据对云南、四川、甘肃三省九条主要河流干旱河谷的植物群落调查数据, 对我国西南干旱河谷维管束植物区系的科、属分布区类型进行划分, 并分析其地理分布格局。结果表明: (1)西南干旱河谷区的植物区系地理成分复杂, 联系广泛, 共包含11个科级和15个属级分布区类型; 总体上, 科、属两级热带/温带成分比例分别为3.06和1.77, 显示了强烈的热带区系亲缘及温带区系的后期影响; 与地中海-西亚至中亚植物区系存在一定联系; 其东亚成分和中国特有成分比例低于亚热带区系平均水平, 且中国-喜马拉雅成分比例高于中国-日本成分。(2)从西南向东北方向, 植物区系的热带性质逐渐减弱, 温带性质逐渐增强; 科、属水平区系成分与古地中海-中亚区系的相似性逐渐增强; 东亚和中国特有成分比例增加; 南盘江与元江的干旱河谷植物区系之间存在中国-日本和中国-喜马拉雅成分的分界线。(3)根据干旱河谷植物属区系成分的比例构成将怒江、澜沧江和元江与其他流域分开, 显示了长江溯源侵蚀和水系合并对西南诸河流植物区系发育的影响。

外来物种入侵严重威胁着乡土植物多样性并削弱了生态系统服务功能。本文基于滇西北怒江河谷植被调查的样方数据, 从群落水平研究了乡土和入侵植物多样性的空间分布格局, 以及地形、气候、人类干扰等因子对两种格局的影响。本研究共记录到外来入侵植物26种, 隶属于13科21属; 乡土植物1,145种, 分属于158科628属。沿着怒江河谷, 入侵植物物种丰富度随纬度与海拔的增加而减少; 乡土物种丰富度则随纬度增加而增加, 并在海拔梯度上呈单峰格局。运用广义线性模型分析公路边缘效应(反映生境干扰)、气候、地形和土壤等环境因素对物种丰富度分布格局的影响。等级方差分离的结果显示, 公路两侧的生境干扰对入侵种和乡土种的丰富度格局均具有首要影响。在自然环境因子中, 降水量是入侵植物丰富度的主要限制因子, 而乡土物种丰富度则主要受到地形因子尤其是坡向的影响。结构方程模型的分析结果也表明, 乡土植物和入侵植物丰富度之间的负相关关系反映了二者对环境响应的差异。本文结果支持物种入侵的资源可利用性限制假说, 并强调了人类活动对生物多样性的负面影响; 乡土植物或已较好地适应了干旱河谷气候, 但并没有显示出对外来物种入侵的抵抗作用。

中国西南干旱河谷植被是我国西南横断山区特有的植被类型, 目前关于西南干旱河谷植被还没有整体性的群落类型划分研究。根据对甘肃、四川、云南三省九条主要河流的干旱河谷段野外调查和文献来源的1,339个植物群落样方数据, 采用自适应仿射传播聚类方法, 对我国西南干旱河谷的植物群落进行数量分类, 并采用典范对应分析方法进行排序分析。结果表明: (1)调查样方的植物群落分为7个植被型(稀树草原、肉质灌丛、常绿阔叶灌丛、暖性落叶阔叶灌丛、常绿硬叶林、落叶阔叶林和暖性针叶林), 24个群系, 31个群丛类型。暖性落叶阔叶灌丛是本植被区的代表性植被类型; 分布最广的群系为鞍叶羊蹄甲灌丛(Form. Bauhinia brachycarpa, 样方比例50.9%)、黄茅灌草丛(Form. Heteropogon contortus, 样方比例11.9%)、孔颖草灌草丛(Form. Bothriochloa pertusa, 样方比例5.6%)、黄荆灌丛(Form. Vitex negundo, 样方比例4.2%)、知风草灌草丛(Form. Eragrostis ferruginea, 样方比例3.8%)、车桑子灌丛(Form. Dodonaea viscosa, 样方比例3.4%)、云南松疏林(Form. Pinus yunnanensis, 样方比例3.3%)。(2)冬季低温和降水的季节性是限制干旱河谷植物群落分布的主要气候因子。稀树草原、肉质灌丛是典型的干热河谷植被类型; 暖性落叶阔叶灌丛、常绿硬叶林、常绿阔叶灌丛是干暖河谷植被的优势类型; 暖性针叶林、落叶阔叶林则主要在干温河谷环境占优势。

beta多样性反映了群落间物种组成的差异, 是生物多样性研究的热点之一。本研究通过对云南元江干热河谷41个植物群落样方进行调查, 用Jaccard相异系数表征物种beta多样性, 用样方之间的最近谱系距离(mean nearest taxon distance, MNTD)及平均谱系距离(mean pairwise distance, MPD)表征谱系beta多样性, 采用基于距离矩阵的多元回归和方差分解方法, 探讨了该区域干热河谷典型植物群落的物种beta多样性和谱系beta多样性与样方间环境差异(主要是气候)及地理距离之间的关系。结果表明: (1)群落间的地理距离和年平均温度差异对干热河谷植物群落的物种beta多样性和谱系beta多样性有显著影响; (2)地理距离对物种beta多样性和MNTD的影响最大; 地理距离和年平均温度差异对MPD的影响均较大; (3)样方间年平均温度与年平均降水量的差异和地理距离能够解释群落间beta多样性及谱系beta多样性11-13%的变异。以上结果表明, 生态位分化和扩散限制对该地区植物群落的beta多样性均有显著影响, 其中扩散限制的影响可能更大。此外, 人类活动等其他因素也很可能对元江干热河谷的群落组成具有非常重要的影响。

为了解金沙江上游奔子栏到羊拉约130 km河段范围内干旱河谷的植被特征, 作者采用样带与典型样方相结合的方法, 对该河段进行了植物群落调查。结果显示: (1)研究区域记录到野生维管植物51科95属111种(含种下等级), 其中, 蕨类植物4科4属6种; 无裸子植物; 被子植物中双子叶植物40科71属84种; 单子叶植物7科20属21种。(2)群落物种以草本为主, 达67种, 占总物种数的60.36%; 生活型以地面芽植物为主, 占总物种数的32.43%, 矮高位芽次之, 占27.93%; 叶型以微型和小型叶为主, 微型叶有30种, 占统计总数(50种)的60%, 小型叶有11种, 占总数的22%。(3)用双向指示种分析方法可将93个样方分为5个群系。分布最广、物种丰富度最高的是小叶荆 + 小叶野丁香(Form. Vitex microphylla + Leptodermis pilosa var. microphylla)群系。(4)根据对该河谷区域的气候特点、干旱程度、植被特征(植株矮化、叶片小、植物毛被发达、植株具刺、部分植物有吸湿反应性特征等)的分析, 综合植物群落的外貌、结构、物种构成和植物形态, 可以确认金沙江上游干旱河谷植被具有亚热带荒漠植被类型的 特征。

特殊的地理位置和独特的地形地貌特征组合形成了典型的干热气候环境, 在云南省亚热带高原山地河谷下部发育了一类特有的植被类型, 即干热河谷植被。干热河谷植被具有非地带性和稀有性, 以及由土地利用变化为主的人为活动干扰导致的脆弱性。本文回顾了干热河谷植被的研究历史, 分别从干热河谷的植物群落学和植物区系学、干热河谷植被与土地的关系以及干热河谷植被保护与恢复三个方面进行了总结。植物群落与区系研究主要集中于群落分类、植被分类、群落特征、人为干扰影响、区系特征、性质和起源; 植被与土地关系研究侧重于土壤特性、土地利用/覆盖变化、土地退化及水土流失状况; 植被保护与恢复的热点在植被恢复目标、植被恢复功能区划、植被恢复引种及筛选及植被恢复效益评价研究。未来在这些区域应注重自然灾害及预防、水电工程建设对植被的影响及其响应等方面的研究, 深入开展大尺度植被时空格局的监测和动态服务功能分析。

清香木(Pistacia weinmannifolia)是中国西南干旱河谷植被的特征种。本文利用野外调查的165个清香木分布点信息以及22个环境变量数据, 基于最大熵(Maxent)算法构建清香木分布的适宜生境预测模型, 并据此模拟清香木在我国西南地区的适宜分布区, 以及历史和未来不同气候情景下的分布格局变化。结果表明: 清香木生境预测的Maxent模型准确性非常高(AUC = 0.974), 温度季节性变化、极端低温和降水量是限制其分布的主要气候因子。清香木当前的潜在分布区集中在我国西南干旱河谷区, 其适宜生境的气候特征是降水少、温度季节性变化小且无极端低温。对清香木在末次间冰期和末次冰盛期分布的模拟结果表明, 其分布区范围均以诸大江河的河谷为中心, 随气候变化在我国西南地区主要呈现先向东扩张, 然后向西退缩的趋势, 并印证了“冰期走出横断山(glacial out-of-Hengduan Mts.)”的观点。在未来(2061-2080年) 3种典型浓度路径(representative concentration pathway, RCP)的气候情景下, 清香木在我国西南地区的分布都向东扩张, 主要分布在云贵高原与四川盆地结合地带的河谷, 以及云贵高原与广西西部交界地带的河谷中, 这也反映了这些地区河谷地段干旱化的可能, 而当前的潜在分布区趋于消失; 清香木的潜在适宜分布面积在中低浓度路径情景下均将减少约33%, 而在高浓度路径情景下有所增加。

土壤种子库与地上植被之间的关系和相似性是长期争议的群落生态学问题之一。本研究旨在通过比较元江流域干热河谷典型灌草丛群落与其土壤种子库的物种组成, 探讨土壤种子库与地上植物群落存在怎样的相似性关系。在元江干热河谷上、中、下游选取典型灌草丛群落, 采用典型样地调查法进行植物群落调查, 同时在样方内采集0-5 cm、5-10 cm、10-15 cm三层土壤样品, 采用萌发实验研究土壤种子库的种子数量和物种组成, 并与地上植物群落进行比较。结果表明: (1)全部调查样方的地上植被中共包含种子植物76种, 隶属于25科64属, 主要集中在豆科、禾本科、菊科、大戟科, 群落物种组成以多年生草本为主、灌木为辅; (2)土壤种子库中共发现33种植物, 隶属于14科32属, 以旱生型禾本科、豆科、菊科物种为主; (3)土壤种子库中的植物种子密度在表层土壤中最高, 随着土层的加深而递减; (4)各样方的土壤种子库与地上群落共有物种数较少, 相似性较低; 土壤种子库密度与地上群落的种群密度没有显著的相关性。总体而言, 本研究发现元江流域干热河谷典型灌草丛群落其土壤种子库与地上群落之间没有显著的相关性, 并且地上群落和土壤种子库都有外来入侵种类。

干旱河谷植被是我国西南横断山区的一类特殊的隐域性生态系统, 影响不同河谷之间植物群落差异的因素与作用大小尚不清楚。本研究调查了四川省雅砻江和大渡河流域干旱河谷段植被组成, 并比较了两个地区在植物多样性上的差别。结果表明: (1)影响两个地区植被类型的主要因素不同, 雅砻江干旱河谷植被主要受海拔和地形(坡度和坡向)影响, 大渡河干旱河谷植被主要受年平均降水量影响。(2)雅砻江和大渡河干旱河谷植物物种丰富度均随着年均温升高而降低。(3)坡向由北至南, 雅砻江干旱河谷灌木、草本物种丰富度减小, 而大渡河干旱河谷灌木、草本丰富度增加。(4)坡度越大, 雅砻江和大渡河干旱河谷灌木的丰富度越高。(5)雅砻江、大渡河干旱河谷植物β多样性受环境距离影响大, 受地理距离影响小。两条江植被间地理隔离效应约为地理距离产生差异的5倍。本研究弥补了干旱河谷研究中对于雅砻江和大渡河干旱河谷植物多样性研究的空白, 为相关区域植被保护提供了参考信息, 同时还为定量估计地理隔离效应对区域间生物多样性差异的影响提供了可行方法。

植物群落的空间分异格局是异质生境条件下物种性状、种间相互作用等生态学过程共同作用的结果, 对其分析有助于深入理解群落构建进程。本文基于金沙江流域干旱河谷116个样点562个样方的植物群落调查数据, 采用自适应仿射传播聚类的方法进行群落数量分类, 运用莫兰特征向量地图, 和方差分解的方法对影响群落结构的空间和环境因子进行分析。结果表明: (1)自适应仿射传播聚类将金沙江干旱河谷的植物群落分为30组, 可归为7个植被型, 23个群系, 以稀树草原(30.0%)、暖性落叶阔叶灌丛(55.7%)为最主要的植被类型。(2)年均温和干燥指数是限制金沙江干旱河谷植物群落分布的主要环境因子。稀树草原、肉质灌丛、常绿阔叶灌丛是典型的干热河谷植被类型; 暖性落叶阔叶灌丛、常绿硬叶林是干暖河谷植被的优势类型; 暖性针叶林、落叶阔叶林则主要在干温河谷环境占优势。(3)纯环境因子可以解释群落物种组成变化的5.5%, 纯空间因子可以解释的物种组成变化为22.5%, 有空间结构的环境因子部分为6.6%, 未解释的部分为65.4%。在诸多环境因子中, 年均温及干燥指数的不同显示了不同群落生境的重要差异, 并显著影响到群落的分布格局。大尺度的空间因子则主要通过地理隔离对群落结构的差异产生影响。

在滇西北三江并流地区典型干旱河谷段, 在怒江、澜沧江和金沙江的东、西坡共设置了6条海拔梯度样带, 通过标准样地的植物群落调查, 分析各条样带植物的物种丰富度、物种更替率的海拔梯度格局, 并比较了地理和植被变量对分布格局的解释。干旱河谷植被带位于海拔3,000 m以下, 以灌丛和灌草丛为主, 其在各河谷的分布上限自西向东依次升高。植物物种丰富度的分布主要与海拔、流域、经纬度和植被带有关, 沿纬度和海拔梯度升高而显著增加的格局主要表现在草本层和灌木层, 灌木物种丰富度还呈现自西向东显著增加的趋势。怒江的灌木和草本种物种丰富度显著高于金沙江和澜沧江, 三条江的乔木种丰富度差异则不显著。森林带的样方草本物种丰富度显著低于灌草丛带样方, 并且还拥有后者没有的乔木种。不同样带的植物物种更替速率呈现了不一致的海拔梯度格局, 但均在样带海拔下部的灌草丛群落与海拔上部森林群落之间的交错带出现峰值。森林-灌草丛植被交错带在怒江样带处于海拔1,900-2,100 m处, 在澜沧江河谷位于海拔2,300-2,400 m, 在金沙江河谷位于海拔2,700-2,900 m。所有海拔样带的森林段或灌草丛段相对于同一样带不同植被段之间的物种更替程度为最小, 不仅小于同一流域不同样带相同植被段之间物种更替率的均值, 更小于所有样带相同植被段之间的更替率均值。在三条河流6条海拔样带的12个植被带段之间的物种更替变化中, 空间隔离因素可以解释34.2%, 而植被类型差异仅能解释不到0.5%。本研究结果显示了环境差异对不同植被类型物种丰富度的首要影响, 和各河流之间的空间隔离对植物群落构建和物种构成的主要作用。