海拔梯度（通用3篇）
海拔梯度 篇1
海拔梯度能引起植被群落结构的剧烈变化, 是影响物种生物多样性格局的决定因素之一[1]。关于海拔与植物群落结构的关系历来是众多学者的研究热点, 其中之一就是探讨海拔梯度下土壤养分、土壤微生物的变异[2], 如何志祥等[3]以湖南雪峰山为研究对象, 探讨了在海拔700~1 920 m梯度范围的土壤养分与土壤微生物的变异, 发现海拔1 610 m处土壤微生物数量达到最大值。原因可能是落叶阔叶林的凋落物中C、N、P含量最高及适宜的土壤温度、湿度和p H值都更利于土壤微生物生长。而何蓉等[4]在海拔200~2 150 m的武夷山研究发现, 随着海拔的增加, 土壤微生物量也显著增加。相比之下, 在青藏高原高海拔地区, 土壤养分和土壤微生物随海拔梯度的变异则更为复杂。任佐华等[5]研究发现, 在海拔3 400~4 200 m范围内, 海拔与微生物数量呈显著负相关, 海拔增加、温度降低等因素可能明显地影响了土壤微生物活性。陈懂懂等[6]也指出, 海拔梯度与微生物碳、氮呈显著负相关。然而于健龙等[2]则指出, 微生物数量与海拔呈正相关, 符合植物群落多样性的“中间高度膨胀”理论[7]。显然, 对于海拔梯度与土壤微生物的关系还有待于进一步研究。
鉴于此, 试验在青海玉树县境内, 沿海拔3 600~4 700 m范围, 以高山柳 (Salix paraqplesia) 灌丛草甸、金露梅 (Potentilla fruticosa) 灌丛草甸、小嵩草 (Kobresia pygmaea) 及线叶嵩草 (Korbresia Capillifolia) 草甸为研究对象, 探讨了不同海拔土壤养分和土壤微生物数量的变异, 以期为高寒草甸海拔梯度的研究提供参考资料, 现报道如下。
1 研究区概况
研究区位于青海省玉树州玉树县境内, 属典型的高原高寒气候。全年无四季之分, 只有冷暖两季之别, 冷季长达7~8个月, 暖季只有4~5个月。年平均气温为2.9℃, 年平均降水量为487 mm, 地貌以高原山地为主, 西北和中部高, 东南与东北低。
2 材料与方法
2.1 试验设计
样地基本情况见表1。
按照预先设定的采样路线, 于2010年7月15日利用GPS在海拔3 600~4 700 m范围内布点, 每个点随机设置1 m×1 m样方6个, 测定物种数, 利用土壤水分仪 (TZS-1型快速土壤水分测定仪) 测定土壤含水量。同时, 在样方内用土钻梅花形钻取0~30 cm土壤 (不分层) , 带回实验室水洗、烘干后测定地下植物量 (灌丛草甸只取草本根系土样) 。另外, 在样方内采集0~30 cm土壤, 一部分装入无菌袋带回室内测定微生物数量, 一部分测定土壤全氮、全磷、土壤有机质含量。
2.2 土壤微生物含量的测定
可培养细菌、真菌和放线菌数量的测定采用牛肉-蛋白胨培养基、马丁、高氏一号培养基稀释平板法计数[8]。
2.3 数据的统计分析
试验数据采用SPSS13.0软件进行方差分析和相关性分析。
3 结果与分析
3.1 不同植被类型样方形态指标比较 (见表2)
随着海拔的增加, 土壤含水量、物种数和地下植物量并不增加, 而是表现出中间海拔样地的土壤含水量、物种数等较高。其中T8样地的土壤含水量为最大值 (67%) , 显著高于其他样地 (P<0.05) , 而T2样地的土壤含水量为最小值。不同的是, T6样地的物种数达到最大值, 为17.00种/m2, 显著高于其他海拔样地 (P<0.05) , 而T2样地的物种数为最小值 (4.33种/m2) 。T1样地的生草层厚度为最大值 (14.67 cm) , 且与T6、T7处理差异不显著 (P>0.05) 。T8样地的地下植物量为最大值 (16 g/m2) , 显著高于其他海拔样地 (P<0.05) , 而T2样地则为最小值 (2.9 g/m2) 。
注:同列数据肩标字母完全不同表示差异显著 (P<0.05) , 含有相同字母表示差异不显著 (P>0.05) 。
3.2 不同植被类型土壤养分比较 (见表3)
g·kg-1
注:同列数据肩标字母完全不同表示差异显著 (P<0.05) , 含有相同字母表示差异不显著 (P>0.05) 。
不同样地土壤全氮、土壤有机质并不随着海拔的增加而增加。其中T7样地的土壤全氮和土壤有机质均为最大值, 分别为9.86, 224.69 g/kg, 均显著高于其他样地 (P<0.05) 。而T1样地的土壤全氮和土壤有机质均为最小值, 分别为4.64 g/kg、80.79 g/kg。T2样地的土壤全磷为最大值 (2.39 g/kg) , 与T7样地差异不显著 (P>0.05) , 而T1样地的土壤全磷为最小值 (1.40 g/kg) 。
3.3 不同植被类型土壤微生物比较 (如图4)
注:字母完全不同表示差异显著 (P<0.05) , 含有相同字母表示差异不显著 (P>0.05) 。
随着海拔的增加, 土壤微生物数量均呈倒“V”型变化趋势。其中海拔为4 070 m时细菌数量为2.59×107cfu/g, 显著高于其他处理 (P<0.05) , 而在海拔为3 614 m时细菌数量为最小值 (3.36×106cfu/g) 。同样, 海拔4 070 m样地的放线菌数量也为最大值, 达到6.72×106cfu/g, 显著高于其他处理 (P<0.05) ;而海拔4 689 m样地的放线菌数量为最小值, 且与海拔3 614 m样地差异不显著 (P>0.05) 。
样地T5和T6的真菌数量差异不显著 (P>0.05) , 但都显著高于其他样地 (P<0.05) ;而T1样地的真菌数量为最小值 (474.62 cfu/g) 。
3.4 样地指标相关关系 (见表5) 和线性回归系数 (见表6)
土壤微生物数量尽管与海拔呈负相关, 而且微生物数量与土壤养分、土壤含水量、生草层厚度、物种数等都无显著相关性。线性回归分析表明:细菌数量、真菌数量和放线菌数量与土壤全氮、全磷呈极显著线性正回归关系 (P<0.01) , 与土壤有机质呈极显著负回归关系 (P<0.01) 。
4 讨论
海拔变化能引起温度、水分、光照、土壤微环境及植物群落的变化。显然, 海拔梯度间接导致环境因子的变化, 也就影响到土壤微生物的生长和活性。何蓉等[4]在探讨武夷山低海拔地区土壤微生物量时指出, 由于草地比林地和耕地具有更多的地下植物量, 影响土壤养分含量, 因此随着海拔的增加, 土壤微生物量是显著增加的。何志祥等[3]也指出, 尽管低海拔地区土壤微生物量和微生物数量并不随着海拔的增加而增加, 而是呈先增加后降低的趋势, 但原因都在于土壤碳、氮与土壤微生物量显著相关。
注:数据肩标*表示相关性显著 (P<0.05) , **表示相关性极显著 (P<0.01) 。
注:**表示回归关系极显著 (P<0.01) 。
而对于高海拔地区, 卢慧[9]在对高寒草甸微生物功能基因数量的研究中指出, 当土壤含水量较低时与微生物数量呈正相关, 较高则呈负相关, 而土壤养分则与微生物群落结构呈负相关。在本试验中发现, 随着海拔的增加, 土壤微生物数量呈先增加后降低的趋势, 这与于健龙等[2]的研究结果一致, 而且土壤微生物数量与土壤有机质、土壤全氮呈显著线性回归关系, 可能的原因是:尽管海拔梯度与土壤微生物数量不呈显著相关, 但海拔梯度影响到植物群落、土壤养分和土壤微环境[10], 从而影响土壤微生物数量。
植物种类的差异影响到植物凋落物量和类型的差异[9], 因此植物种类的变化能引起土壤微生物活性的不同[11]。潘维旺等[12]研究指出, 森林土壤微生物数量与树种呈显著相关。尚占环等[13]在研究高寒草地土壤微生物与植被的关系也指出, 土壤微生物多样性与植物群落多样性呈正相关, 退化高寒草地物种数降低, 土壤微生物数量也显著下降。同样本试验结果表明, 海拔4 070 m样地为金露梅灌丛草地, 物种数最高, 土壤微生物数量也最大。
5 结论
高寒草甸土壤养分、土壤微生物数量均表现出随着海拔的增加而呈先增加后降低的趋势, 海拔梯度通过影响温度、植被类型、物种数和土壤养分等环境因子从而改变了土壤微生物数量。
海拔梯度 篇2
1 资料和方法
1.1 对象
选择从不同地区招收的新兵,在海拔1 400 m正常训练6个月后;随机抽取32名,均为男性,年龄18～24岁,平均20岁,汉族24名,回族5名,藏族2名,土家族1名,近期无明显不适和发热现象。
1.2 仪器
采用日本生产的BAYER尿十项分析仪、苏州第一制药有限公司生产的配套试纸进行检测。
1.3 方法
检测人员分别于上山前(叶城,海拔1 400 m)、到达麻扎(途中的第1天,海拔3 900 m,途中高度1 400～4 850 m)、红柳滩(途中第2天,海拔4 200 m,途中高度3 900～4 840 m)、多玛(途中第3天,海拔4400 m,途中高度4 200～5 400 m)及到达狮泉河(路途第4天,海拔4 300 m,途中高度4 200～4 700 m)后的次日清晨留取晨起第1次中段尿10 m L。加入40%甲醛溶液0.05 m L进行防腐,标本留取5 d后按先后顺序进行检测。
1.4 统计学处理
统计处理采用SPSS 13.0统计软件,不同海拔梯度的尿蛋白和尿酮体阳性率采用百分比表示,不同梯度的阳性率差异采用χ2检验进行显著性分析,P<0.05为差异有显著性。
2 结果
在32名受检者中,尿蛋白(PRO)阳性率最高,随海拔高度改变变化明显,阳性率分别为:叶城12.5%(微量3名,少量1名);麻扎62.5%(微量及少量各10名);红柳滩50%(微量13名,少量3名);多玛90.6%(微量13名,少量15名,中量1名);狮泉河62.5%(微量13名,少量7名)。酮体(KET)随进入高原时间的延长而增多,平原及进驻高原前2天结果均为阴性,多玛时阳性率21.9%(微量5名,少量2名);狮泉河阳性率达68.8%(10名微量,11名少量;1名中量)。胆红素(BIL)在多玛站及狮泉河出现阳性(少量),多玛最高为9.4%;狮泉河为3.1%。
尿潜血(BLO)各站点都有阳性,狮泉河阳性最高12.5%(微量和中等量各2名)。尿白细胞(WBC)于到达狮泉河后出现2例阳性。尿比重(SG)、尿糖(GLU)、尿胆原(URO)、亚硝酸盐(NIT)及pH值无明显改变。经非参数Chi-Square检验分别得知P=0.02和0.005,P<0.05,认为海拔高度与尿蛋白和尿酮体含量之间差异有显著性。具体情况见附图和附表。
注:系列1为进驻高原途中平均海拔高度;系列2为人群尿蛋白阳性率
注:1)与叶城比较,P<0.05;2)与叶城比较,P<0.01;3)与麻扎比较,P<0.05;4)与麻扎比较,P<0.01;5)与红柳滩比较,P<0.05;6)与红柳滩比较,P<0.01;7)与多玛比较,P<0.05;8)与多玛比较,P<0.01+-为微量增高,+为轻度异常,++为中度异常。尿蛋白:<0.3 g/L为微量,0.3～1.0 g/L为轻度异常,1～3 g/L为中度异常,>3 g/L为重度异常。尿酮体:<0.5 mg/dL为微量,0.5～1.5 mg/dL为轻度异常,1.5～3.0 mg/dL为中度异常
3 讨论
关于移居高原人群的尿液改变早就引起了有关学者的重视,有关高原尿液成分改变的报道并不少见。崔建华等重点对移居4 300 m年内的尿生化指标进行了定期观察[1]。高建国等观察了不同海拔高度(312～3 500 m)不同进驻时间(30 d～5年)战士尿生化指标的动态变化,结果显示高原尿液均有异常,以尿蛋白、尿潜血、尿胆红素居多[2]。本次重点检测了进驻高原途中、短期内随海拔高度变化时的尿常规的动态改变。结果显示高原低氧环境能使尿蛋白迅速增多,并与进入高原的海拔高度成明显的正相关,尿酮体与进入高原途中的时间成正相关。
有关高原尿液异常的机制尚不完全清楚,整体动物实验证实高原缺氧对肾脏有明显影响[3,4]。通过对肾脏组织学观察显示,缺氧能引起肾血管内皮细胞和肾小管上皮细胞的高度浑浊肿胀。对肾脏超微结构观察显示,缺氧能引起肾小球毛细血管内皮细胞高度肿胀,基膜间隙增宽,通透性增高,以及肾小管上皮细胞微绒毛脱落、线粒体变性,使肾小管上皮细胞的吸收和分泌功能发生障碍。体外实验也证实,缺氧可直接导致肾小球内皮细胞和肾小管上皮细胞凋亡,其机制与线粒体中凋亡相关蛋白Bcl-2和Bax表达异常有关[5]。崔建华等[6]通过对人体的观察表明,高原低压缺氧对肾脏也有不同程度损伤,可引起肾功能异常。关于尿蛋白增多的原因,多数学者认为其发生机制与缺氧导致肾小球滤过膜的通透性增加,使蛋白质漏出增加有关。袁延年等[7]对高原性蛋白尿的发病机制动物实验和尿蛋白组份的研究结果显示,尿蛋白以白蛋白、微球蛋白增高为主;动物肾脏组织学观察显示,肾脏毛细血管充血、细胞轻度肿胀,肾小球毛细血管基底膜增宽,肾小管基膜模糊。周晶苹[8]对高原尿常规检测正常的标本,再次进行微量蛋白测定,结果显示高原组尿液小分子蛋白仍高于平原对照组。由于尿蛋白增多与肾小球滤过膜电屏障有关,说明带负电荷的糖蛋白受到影响,其机制仍待进一步探讨。
高原低氧环境对人体的影响是多系统的,全方位的。高原环境不仅对肾脏有明显的影响,对肝功能的影响也早有报道,有人对肝脏形态超声观测显示,进驻特高海拔区人群普遍有轻度的肝肿大、胆红素增高等肝功能损伤现象。酮体是乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮的总称,是脂肪酸在肝内正常分解代谢的中间产物,一般血液中含量极小,主要由肾脏排泄,尿液检测为阴性[9]。进入高原后由于高寒缺氧,机体耗能增加,饮食中糖分供应不足,迫使脂肪分解供能,血酮分解增加,尿酮体随之增多。关于尿糖、尿胆元等项目无明显变化,可能因尿液不能及时送检,标本加防腐剂处理后受到不同因素的干扰,使检测阳性率降低,因此在此不作重点探讨。
以上研究结果表明,在进驻高原过程中,随着海拔增高尿液成分变化非常迅速,特别是尿蛋白阳性率变化,表现出随海拔梯度的增高而增高,随海拔下降而减少,差异非常明显;尿酮体随进入高原时间的延长而增多。可见监测尿液成分的变化可以及时反映机体的代谢状况和缺氧损伤程度。研究结果提示,在进驻高原途中不但应注意预防急性高原反应,还应加强对肾脏的保护,减少肾脏损伤,同时还应调整饮食结构,注意补充蛋白质等营养制品,必要时可增加就餐次数,减轻机体氧耗。
摘要：目的 了解平原人群移居不同海拔高度尿蛋白变化规律,进一步探讨高原低氧环境对肾脏的影响。方法 随机选取32名进入高原的士兵作为观测对象,在进入高原前和进入高原途中每日晨起留取中段尿10mL,连续检测4 d,到达后用BAYER尿10项分析仪和试纸进行定性和定量检测。结果 移居高原途中尿液成分有明显变化,反应最突出的是尿蛋白,进入高原当日随海拔梯度增高,尿蛋白阳性率增多,当海拔高度变化不明显时,尿蛋白的阳性率有所减少;海拔再度升高,尿蛋白再度增多;再次平缓下降时,尿蛋白又有所减少。尿酮体随进驻时间的延长而逐步增多;尿潜血、亚硝酸盐、白细胞、胆红素随进入海拔的高度和时间略有改变。结论 高原低氧环境下暴露尿蛋白出现迅速且与进入高原的梯度成正相关,尿酮体与进驻高原的时间成正比。
关键词：高原,移居人群,海拔高度,蛋白尿
参考文献
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海拔梯度 篇3
近年来, 孟好军等对祁连山青海云杉群落物种组成、α多样性垂直分布和β多样性垂直分布格局已有深入的研究。通过研究祁连山北坡青海云杉群落物种多样性在海拔梯度上的不同变化, 以期为祁连山森林资源生物多样性保护和恢复提供可借鉴理论依据。
1 研究区域概况
研究区域位于祁连山国家级自然保护区中段的东大河林区, 地理坐标101°24'~102°410'E, 38°01'~38°10'N, 海拔2400~4000m;主要土壤类型有山地灰钙土、山地栗钙土、山地黑钙土、亚高山草甸草原土等;该区属大陆性高寒半湿润气候, 年平均气温1.9℃, 无霜期140d, 年降水量385.2mm, 多集中于7~9月, 年蒸发量12583.3mm, 植物生长期135~150d, 年平均日照时数2600h, 相对湿度47%~58%, 主要植被为青海云杉 (Picea crassifolia) 林, 爬地柏 (Sabina vulgaris) 灌丛、高山柳 (Salixspp) 灌丛、金露梅 (Dasiphora fruticas) 灌丛、鬼箭锦鸡儿 (Caragna jubata) 灌丛等, 构成山地荒漠植被带、山地森林草原植被带、亚高山灌丛植被带、高山草甸植被带等垂直带谱。青海云杉是青海云杉林唯一建群种和优势种。
2 研究方法
2.1 样地设置
在海拔2300~3200m的范围内, 选择有代表性、林分特征明显、受干扰程度低的青海云杉林群落, 用GPS定位, 沿海拔梯度设置20m×20m的正方形样地12块, 每块样地按5m×5m的大小分为16个样方, 进行植被调查。记录样地海拔高度、经纬度、坡度、坡向、坡位、植被类型、土壤类型、群落起源 (见表1) 等环境因子;记录植物种类、平均高度、多度、盖度、生活型、物候和生长特性等植被因子。共记录到乔木树种1种, 灌木8种, 草本73种。
注:A.藓类-青海云杉林, B.草类-青海云杉林, C.灌木-青海云杉林。
2.2 物种丰富度测定方法
Margale指数 (D)
式中:S———样地物种总数;
N———样地内观察到的个体数。
2.3 α多样性测定方法
Shannon-Wiener多样性指数 (H')
式中:pi———样地内个体属于第i类物种的概率。
Pielou均匀度指数 (E)
式中:H'———实际观察到的物种数;
S———样地中的总物种数。
2.4 β多样性测定方法
Jaccard群落相似性指数 (Cj)
式中:j———样地A和样地B共有物种数;
a———样地A的物种数;
b———样地B的物种数。
Cody指数 (βC)
式中:g (H) ———不同干扰强度梯度H增加的物种数目;
l (H) ———不同干扰强度梯度H失去的物种数目。
3 结果与分析
3.1 物种丰富度
青海云杉群落中植物种数是群落在生境条件控制下的结果, 它反映了群落最基本的特征信息, 也是计算多样性指数的基础因素。根据计算结果 (见表2) , 青海云杉群落物种数最大值31种, 出现在海拔2949m的3号样地;最小值13种, 出现在3122m的10号样地, 平均种数21.33种。海拔2302m物种数为20种, 随海拔的升高物种数逐渐增加, 在海拔2949m物种数增加至31种, 随后沿着海拔升高物种数量呈先下降后升高再下降的趋势。Margale指数的最高值出现在海拔2949m样地, 为7.337;最低值出现在3122m样地, 为2.493, 两个峰值相差4.844, 其变化趋势较大。通过绘制散点图, 选择趋势线中R2值最大的多项式趋势线, 反映出沿海拔梯度的升高, 样地间的物种数和Margale指数呈先下降后升高的趋势 (如图1所示) , 但该趋线与海拔变化的相关系数R2较低, 相关不显著。
3.2 α多样性
α多样性的测度采用表示群落多样性的Shannon-Wiener多样性指数和表示群落均匀度的Pielou均匀度指数。祁连山青海云杉群落α多样性沿海拔梯度的变化也表现出一定的趋势, 最高值都出现在海拔2949m (3号样地) , 最低值都出现在海拔3082m (8号样地) 。同样绘制散点图 (如图2所示) , 选择R2值最大的多项式趋势线, ShannonWiener多样性和Pielou均匀度都与海拔变化有正相关性。
3.3 β多样性
β多样性可以定义为沿环境梯度的变化物种替代速率, 还包括不同群落间物种组成的差异。Jaccard群落相似性指数是二元属性的相似性指数, 其值越大, 则群落间共有种越多, 物种更替速率越低[10], 由图3可以看出, 随海拔升高, Jaccard指数呈由低到高不断上升再逐渐下降的趋势, 说明在海拔3082~3111m相邻样地之间的物种相似性最大, 为0.700, 在海拔2302~2836m相邻样地之间相似性最小, 为0.093。Cody指数是二元属性的相异性指数, 其值越小, 则群落的相似性越大, 由图3可见, 随着海拔的升高, Cody指数呈由高-低-高的变化趋势, 说明在3082~3111m相邻样地之间群落的相似性最大, 为3.0, 在海拔2302~2836 m相邻样地之间群落的相似性最小, 为19.5。绘制Jaccard指数与Cody指数多项式趋势线, 该趋势线与海拔变化的相关系数R2较高, 呈显著正相关。
4 讨论与结论
在群落物种多样性的研究中, 物种多样性随海拔梯度变化一直是生态学家感兴趣的论题。本研究调查样地的青海云杉群落类型有藓类-青海云杉林、草类-青海云杉林和灌木-青海云杉林。在不同海拔的12个样地中, 物种数 (S) 和Margale指数 (D) 的最大值出现在海拔2949m, 最小值出现在海拔3122m。其中:草类-青海云杉林 (2、7号样地) , S和D最大值出现在海拔3012m;藓类-青海云杉林 (1、3、4、5、6、8、9、10号样地) , 随着海拔的升高, S和D先增加且在海拔2949m时达到最大、随后显逐渐下降趋势, 在海拔3122m时降低到最小;灌木-青海云杉林 (11、12号样地) , S和D最大值出现在海拔3186 m。据调查取样记录记载, 海拔3122m (10号样地) 受自然干扰程度较大, 有冰雹、滑坡、崩塌和水土流失的迹象, 是造成S和D较低的主要原因。
祁连山青海云杉群落物种α多样性ShannonWiener指数 (H') 和Pielou均匀度指数 (E) 的最大值出现在海拔2949m (3号样地) , 最小值出现在海拔3082m (8号样地) , 而3、8号样地都是藓类-青海云杉林。由于青海云杉群落物种α多样性随海拔升高呈低-高-低-高的变化趋势, 青海云杉群落物种α多样性指数由大到小依次为:灌木-青海云杉林>草类-青海云杉林>藓类-青海云杉林。这与孟好军等研究的祁连山青海云杉群落物种组成及α多样性垂直分布得到的结果相近。
祁连山青海云杉群落物种β多样性, Jaccard指数 (Cj) 在海拔3082~3111m的相邻群落相似性较大, 这说明海拔3082~3111m群落的共有种多, 生境差异较小;在海拔2836m以下的相邻群落间相似性较小, 原因在于物种丰富度的影响。群落相异性Cody指数 (βC) 与群落相似性Jaccard指数 (Cj) 现象类似。这与刘建泉研究的祁连山北坡青海云杉群落β多样性垂直分布格局得到的结果相近, 即在中海拔地区最低, 而在低海拔和高海拔地区较高, 说明中海拔地区具有相对均一的生境, 而低海拔和高海拔之间生境差异性较大。