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生态交错区(Ecotone)是指相邻生态系统之间的过渡带,其特征由相邻生态系统之间相互作用的时间、空间及强度所决定。因为生态交错区具有特殊性质,一直都是生态学关注的热点。但是生态交错区在不同尺度上是否具有一致的效应,这方面研究较为缺乏。本研究选取几种不同类型的生态交错区的规律进行实例研究,并探讨其在生态恢复中的意义。
针对由森林中道路引发的小尺度水平上的群落边缘效应,比较不同大小的道路以及不同森林结构异质性体现出的边缘效应的差异。选取从北到南五个森林保护区作为研究样地,包括山东省昆嵛山、湖南省衡山、广东省鼎湖山、黑石顶和白云山。在森林内分别选取不同大小的道路,从道路向林内的边缘地带选取与道路平行的多个样带,对各样带进行植被群落调查和土壤样品采集,计算植被生物量、物种丰富度、物种组成和多样性指数,测定土壤pH值、含水量、全氮、有效磷、有机质和土壤微生物生物量碳等指标。结果表明,森林中小路对森林群落没有产生显著的边缘效应,而要增加到一定尺度的大路才会体现出显著效应。不同的生态因子对边缘效应的响应不同,其中变化较为明显的有在道路边缘土壤湿度降低、土壤pH值增加、地上部分生物量增加以及物种组成差异增大,而植物多样性指标,土壤全氮,土壤有效磷和土壤有机质等因子变化不大。森林群落的成熟度也对边缘效应有显著影响,在较成熟的森林,边缘效应体现得更为显著,而幼林对道路引发的边缘效应表现不明显。道路修建时间的长短也会导致效应的差异。此研究表明,在森林保护区内,小路的修建对森林群落没有太大影响,构建的空间效应递变模型解释了小路没有导致森林群落产生显著的边缘效应是因为其狭长形的形状依赖性。这一结果颠覆了传统观点,未来对保护区管理时可以适当通过制造适当交错区进行有效管理。
选取河岸带作为中尺度上的水陆交错区进行实例研究。如何有效进行河流保护和利用,是依赖于对河流分布格局规律的了解为前提的。甚至要解决由于河流上游与下游开发利用而引发的矛盾,也需要在流域尺度上了解河流规律及其成因。我们的研究通过利用景观格局指标进行景观梯度分析方法以量化河岸带纵向梯度变化。选取华南地区东江流域的两条支流,西枝江和秋香江作为研究对象。在每一条河流周边提取了河岸景观样带,并计算一系列景观格局指数,最后利用相对位点距离定位了河岸带景观格局。结果表明,通过合适的景观格局指标以及生态学定义的河流缓冲带,我们所提出的方法创新性地实现了移动窗分析方法从面上数据到线上数据的格式转换。利用这种方法,提出了河岸带景观格局连续梯度变化的新理论,并提出了景观格局和水质的最佳关联尺度。为河流在大尺度上的整体恢复提供了理论参考和实践依据。
选取大尺度的地形交错区进行实例研究。关于多样性的形成机制多是气候和环境因子,对于交错区所引发的边缘效应而导致的高生物多样性却鲜有研究。我们研究了在大尺度上地形交错所引发的边缘效应。由于一般具有较高的生物多样性,生态交错区受到广泛关注。然而,多关注与小尺度的生态交错区或者大尺度上生物群区的交错区,缺乏地形交错区的研究。边缘效应是否是大尺度上地形交错区高生物多样性的形成机制?为了回答这个问题,我们调查了井冈山自然保护区的生物多样性,同时收集了井冈山周边山脉的物种数据,包括武陵山、罗霄山、南岭和武夷山脉。计算Gleason丰富度指数去物种的多样性水平,同时计算井冈山作为交错区的边缘效应强度。结果表明,井冈山的多样性水平高于临近的几个山脉,并且表现出边缘的正效应。大尺度上的地形交错引发的边缘效应可能引起交错区多样性的增加,我们的研究为生物多样性的形成机制提供了一个新的视角。
生态交错区不仅在具体的生态系统中有所体现,学科之间的交错也具有同样意义。基于边缘效应的原理进行多学科的交叉集成,我们提出可持续性恢复生态学这一新理念,服务于恢复生态学的学科发展以及社会可持续发展的需求。该理念着眼于学科理论和应用的整合及可持续性发展方向,其目标是将退化的生态系统恢复成为一个生态健康的,经济可行的和社会可接受的生态系统。可持续性恢复生态学涉及不同层次上多学科的交叉和整合,其组成核心是恢复生态学和可持续性科学,同时涉及包括保护生物学,景观生态学,景观建筑学,生态工程学和生态经济学等在内的许多与其密切相关的学科,而个体生态学、群落生态学、生态系统生态学、全球变化生态学、土壤生态学、水文学等大量的生态学科为可持续性恢复生态学奠定了发展基础。同时,我们将可持续性恢复生态学的概念框架应用到生态恢复的实践研究中。分析在南方红壤丘陵区植被恢复,和广东鹤山林—果—草—鱼复合生态系统构建中可持续性恢复生态学在生态恢复实践中的意义和应用。该学科交叉的提出有助于解决多学科边缘交叉的生态学理论和社会焦点问题,更对社会可持续发展具有极为重要的意义。