生态系统光合和呼吸是构成净生态系统CO₂交换量(NEE)的重要组分。涡度相关技术可直接观测生态系统NEE,并通过建立温度回归或光响应曲线等函数将NEE统计拆分为生态系统光合和呼吸,但是存在自相关和高估白天呼吸等问题。稳定同位素红外光谱技术的进步使高时间分辨率大气CO₂及其稳定碳同位素组成(δ¹³C)的连续观测成为可能,与涡度相关技术观测的NEE数据相结合,可实现昼夜和季节尺度生态系统光合和呼吸拆分。本文系统阐述了生态系统光合与呼吸的同位素通量拆分方法的基本理论与假设,阐述了同位素通量观测技术的发展及其应用进展,综述了同位素通量拆分理论解析生态系统光合与呼吸过程的新机制认识,最后总结并展望了同位素通量拆分理论的不确定性以及开展多种拆分方法综合比较的必要性。

畜禽废弃物堆肥处理过程中产生的二氧化碳(CO₂)、氧化亚氮(N₂O)、甲烷(CH₄)和氨气(NH₃)等是重要的温室气体和大气污染物。但目前有关该过程气体排放的研究多基于室内小型模拟的反应器式堆肥,在工厂化堆肥条件下的原位气体排放监测较少。为探究工厂化堆肥产生气体对区域环境的影响,本研究对沈阳某堆肥厂畜禽废弃物堆体的气体排放进行了19 d的监测,并量化了排放氨气的自然丰度¹⁵N(δ¹⁵N)特征。结果表明: 堆置周期内,CO₂、CH₄、N₂O和NH₃的平均排放速率分别为86.8 g CO₂-C·d^-1·m^-2、9.8 g CH₄-C·d^-1·m^-2、3.7 mg N₂O-N·d^-1·m^-2和736.6 mg NH₃-N·d^-1·m^-2。温室气体日增温潜势(GWP)的贡献大小为CH₄>CO₂>NH₃(间接)>N₂O,其中CH₄贡献了65％。堆肥排放NH₃的δ¹⁵N在-21.8‰～-7.2‰,平均-11.6‰±1.2‰。本研究结果可为区域畜禽废弃物堆肥过程中温室气体排放的核算及大气氨溯源提供数据支持。

为探究陕北黄土区大气降水氢氧稳定同位素特征及其水汽来源,以陕西省定边县为研究区,于2018—2020年共收集107次降水事件样品,分析了该区降水中δ¹⁸O和δ²H组成特征,并探讨了不同季节的水汽来源。结果表明: 定边氢氧稳定同位素存在明显的季节变化,湿季(6—9月)偏贫化,干季(4—5月、10—11月)偏富集;氘盈余呈现干季高湿季低的特点。当地大气降水线方程为δ²H=7.35δ¹⁸O+4.19 (R²=0.96, P<0.01),斜率和截距均小于全球大气降水线,表明该区域降水受到一定程度的蒸发分馏影响。全年降水同位素组成表现出温度效应,而湿季和干季差异较大,仅干季存在温度效应,湿季降水同位素组成可能受温度和降水量的共同影响。HYSPLIT气团轨迹模型表明,干季水汽主要来自大西洋和极地北冰洋地区,而湿季降水主要来自印度洋和太平洋,同时受到西风带的影响。

为明确植物水溶性化合物δ¹³C(δ¹³C_wsc)的春季物候节律性变化规律,以我国暖温带地区典型树种油松和刺槐为研究对象,测定春季物候期两树种各器官的δ¹³C_wsc,探究其与环境因子的相关性。结果表明: 油松和刺槐各器官的δ¹³C_wsc差异性显著。油松的新梢最大(-25.03‰±0.01‰),非光合作用器官比光合器官高0.83‰~1.8‰,两树种的地上部分普遍低于地下部分。随着物候节律推移,两树种采取不同的碳存储策略。油松在顶芽开放时所需碳源从近端老叶中获取;展叶始期老叶积累的光合产物不能满足新稍和根系生长所需碳,90%依赖于枝干碳储备;叶充分展开后新老叶光合机能恢复,逐渐补给枝干消耗的碳。刺槐在叶芽开放和展叶始期,枝干作为主要碳源向新生叶和根系传送;叶充分展开后具备光合固碳能力的成熟叶成为主要碳源。主成分分析发现,观测期气温、≥10 ℃积温、日照时长和太阳辐射为δ¹³C_wsc的主要影响因子,可解释δ¹³C_wsc变异的86.3%。两树种与气温、相对湿度呈显著负相关,与饱和水气压差、≥10 ℃积温和日照时长呈显著正相关。影响植物δ¹³C_wsc的主要环境因子随物候进程不断变化。本研究可为准确估算区域典型树种春季器官的碳分配格局、制定科学合理的区域森林经营策略提供参考。

长期施肥引起表层和深层土壤水、热、养分和微生物活性的分异,进而影响秸秆碳在土壤中的分解和周转过程。本研究基于沈阳农业大学长期定位实验站,分别将不同施肥处理表层(0～20 cm)和深层(40～60 cm)土壤与¹³C标记秸秆混合进行田间试验,通过分析团聚体中有机碳含量和δ¹³C值,对比秸秆碳在表层和深层土壤团聚体中分配的差异,探讨施肥对秸秆碳在土壤团聚体中固定的影响。结果表明: 与施肥(包括单施氮肥和有机肥配施氮肥)处理相比,不施肥处理分别使表层土壤<0.053 mm和深层土壤>0.25 mm团聚体中秸秆碳含量增加了106.7%和34.2%;秸秆碳对深层土壤>0.053 mm团聚体有机碳的贡献率约为表层土壤的2.0倍;秸秆碳分配到表层土壤>0.25 mm和<0.25 mm团聚体的比例平均分别为22.6%和11.4%,分配到深层土壤的相应比例分别为29.4%和8.8%。总之,秸秆添加促进了深层土壤大团聚体碳源的更新和固存,提高了深层土壤的固碳潜力。

土壤侵蚀是地球表面物质迁移的重要形式,也是造成土壤肥力下降和生态环境退化的重要诱因之一,对土壤侵蚀速率的定量研究是进行区域土壤侵蚀治理的前提和基础。大气核试验产生的Pu同位素具有较长的半衰期,其沉降到土壤中易被土壤中的黏土矿物和有机质吸附,近年来被认为是定量研究土壤侵蚀速率的重要示踪元素,尤其是质谱技术的发展,缩短了Pu同位素的测量时间并提高了其测量灵敏度,大力推动了土壤侵蚀核素示踪技术的发展。本文在梳理已有相关研究的基础上,总结土壤中Pu同位素的分布特征及吸附与迁移行为,阐述了应用Pu同位素示踪土壤侵蚀的基本原理和应用研究进展,并对Pu同位素和¹³⁷Cs示踪技术在土壤侵蚀研究中的适用性进行比较分析,对未来研究方向提出展望,以期为科学应用Pu同位素示踪技术研究土壤侵蚀提供参考。

为探讨盐碱地稻蟹种养系统中华绒螯蟹食物源构成,2020年6—10月,在山东东营垦利区,采集稻田中华绒螯蟹及其所有可能食物来源样品,包括植物(伊乐藻、菹草、金鱼藻、浮萍、水稻茎叶、稻谷)、动物(底栖动物、浮游动物)、有机碎屑和人工饲料(配合饲料、玉米粕),并利用碳、氮稳定同位素(δ¹³C和δ¹⁵N)值进行分析,定量其在中华绒螯蟹食物组成中的贡献率。结果表明: 食物源样品δ¹³C值范围为-30.09‰～-11.24‰,δ¹⁵N值范围为0.03‰～12.78‰,不同食物源δ¹³C和δ¹⁵N值呈现明显差异。中华绒螯蟹肌肉中δ¹³C值变化范围为-24.61‰～-20.08‰,δ¹⁵N值变化范围为4.74‰～9.21‰,表明稻蟹种养系统中华绒螯蟹食物来源较丰富。养殖期间各食源贡献率为植物(46.7%～57.1%)>动物(21.5%～24.5%)>人工饲料(10.9%～21.3%)>有机碎屑(7.1%～7.9%)。可见,盐碱地稻田系统天然饵料基本能够满足中华绒螯蟹摄食需求,即使本试验投喂非动物性人工饵料,也未改变中华绒螯蟹主要食源贡献率。

叶功能性状对林火的响应是林火生态领域的研究热点之一,研究火后油松叶功能性状变化能够揭示油松为适应火环境形成的生长策略,为促进油松火后恢复提供参考。以山西省沁源县火烧迹地内油松为研究对象,选择当年生叶片分析叶功能性状在不同火烈度(未过火、轻度火烧、中度火烧)火烧迹地间的变化规律,并研究不同火烧迹地内叶经济谱的变化特征。结果表明: 除氮磷比外,叶功能性状在不同火烈度的火烧迹地间存在显著差异,其中,叶面积的差异最为明显,是最敏感的性状。随火烧迹地内火烈度的增加,叶面积、叶厚度、叶干物质含量、叶氮含量和叶磷含量升高,比叶面积、叶有机碳含量降低。部分叶功能性状间存在显著的相关关系,但其相关性在不同火烈度的火烧迹地间存在差异。叶经济谱沿着“未过火-轻度火烧-中度火烧”的火烧迹地环境总体向“快速投资-收益型”的资源权衡策略移动,低烈度火烧迹地内油松的生长恢复会加快。

分析植物个体短期水分利用效率(WUE_p)对CO₂浓度(C_a)和土壤含水量(SWC)的响应,可提高对气候变化下个体生存策略的认识。本研究以侧柏幼树为对象,在模拟气候箱中进行培养试验,设400(C₄₀₀)、600(C₆₀₀)和800 μmol·mol^-1CO₂(C₈₀₀)浓度处理和35%～45%田间持水量(FC)、50%～60%FC、60%～70%FC、70%～80%FC、95%～100%FC土壤含水量处理,共15个处理。WUE_p对C_a和SWC的响应用包裹式茎流计、称重法结合静态同化箱测定。结果表明: 个体日间(0.12～1.87 mol·h^-1)和夜间蒸腾速率(0.01～0.16 mol·h^-1)均在C₄₀₀×70%～80%FC时达到最大值,个体日间净光合速率(2.12～22.10 mmol·h^-1)在C₈₀₀×70%～80%FC时达到最大值,而个体夜间呼吸速率(0.84～4.41 mmol·h^-1)随SWC的增加而增加,随C_a的增加而减小,在C₄₀₀×95%～100%FC时达到最大值。WUE_p(5.37～24.35 mmol·mol^-1)在C₈₀₀×50%～60%FC时达到最大值,表明高C_a和干旱条件下,植物个体可通过生理可塑性调整,利用较少的水分固定更多的碳;此外,当个体间形态特征差异较小时,叶片瞬时水分利用效率可以较好地指示WUE_P的变化。

为科学筛选提升南亚热带人工林生产力的树种配置模式,选择南亚热带8个乡土树种,采用随机区组的试验设计,建立了树种多样性梯度(1、2、4、6个树种)人工新造林试验平台,研究树种多样性及不同功能特性树种混交对人工林早期树木生长的影响。结果表明: 在树木生长第5年,树木生长并没有随树种多样性增加而增加;速生树种马尾松和米老排纯林生长量是珍贵树种红椎和格木纯林的2.5～4.5倍;2个树种混交和4个树种混交情况下,针阔树种混交、速生树种与固氮树种混交显著提高树木生长量51.5%～132.8%,而当6个树种混交时,不同树种组配对生长量没有显著影响。不同树种配置模式下土壤氮、磷养分是影响树木早期生长的主要因素。针阔树种混交、速生和固氮树种混交能显著提高南亚热带人工林树木的早期生长。

选取沿内蒙古科尔沁沙地自然干旱梯度分布的6个樟子松人工林样点(辉南、西丰、付家、章古台、奈曼和乌兰敖都)为研究对象,测定当年生和1年生针叶和枝条中非结构性碳水化合物(NSCs)和氮(N)含量的变化,以探究干旱条件下樟子松的碳供需状态和养分贮存策略。结果表明: 随干旱加剧,樟子松针叶和枝条中的NSCs和可溶性糖含量显著降低。从最湿润样点(辉南)到最干旱样点(乌兰敖都),樟子松当年生和1年生针叶中可溶性糖含量分别由12.8%和12.5%下降到9.0%和9.5%,而当年生枝条中可溶性糖含量由15.6%下降到9.2%。随干旱加剧,樟子松针叶和枝条中淀粉含量变化不显著,当年生和1年生针叶可溶性糖和淀粉的比值降低,当年生和1年生枝条中N含量显著增加。科尔沁沙地樟子松在干旱条件下显著消耗可溶性糖存储,存在“碳饥饿”致死风险。樟子松倾向维持稳定的淀粉含量以及在枝条中积累N以应对长期的干旱胁迫。

水分利用效率(WUE)是研究陆地碳水循环耦合的有效指标,青藏高原是我国最重要的生态安全屏障,了解WUE的特征以及变化机制,对研究高原生态系统碳水循环和水资源合理利用有重要意义。本研究基于MODIS的总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,分析青藏高原WUE的时空变化特征以及气候因子对WUE的影响。结果表明: 2001—2020年,在GPP和ET的共同作用下,青藏高原WUE呈上升趋势;WUE平均值较高的区域为高原东南部、东北部,低值区为高原中部。草地、沼泽、高山植被WUE呈增长趋势,灌丛、阔叶林、针叶林呈下降趋势。WUE与年均气温呈显著正相关,敏感性随着气温的升高而增加;WUE与年降水量呈非线性关系,降水量小于700 mm时,WUE对降水敏感性随着降水增加而减小,降水量大于700 mm,降水敏感性随着降水增加而增大。青藏高原超过75%的区域WUE与降水呈负相关,与气温相比,WUE受降水影响的面积更大,未来气候暖湿化将导致WUE降低。

青藏高原是我国乃至全世界的“气候变化实验室”,在气候变化驱动下,青藏高原植被净初级生产力(NPP)发生了显著变化。本研究利用归一化植被指数、数字高程、年降水量和年气温等数据,探究2000—2020年青藏高原植被NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明: 2000—2020年,青藏高原植被NPP呈显著增加趋势,NPP增加速率为1.67 g C·m^-2·a^-1。青藏高原植被NPP空间分布表现为从东南向西北逐渐递减,该分布格局与气温、降水量的空间分布格局基本吻合。植被NPP与气温和降水量变化显著正相关。暖湿化气候变化趋势是促进植被NPP显著增加的重要动力,如果气候持续更暖更湿,青藏高原植被NPP将会持续增加。

森林可燃物载量分布格局是植被与地形等环境因子之间相互作用的结果。本研究通过野外实测赣南地区主要7种森林类型地表死可燃物载量数据,依据时滞可燃物分类标准,构建了地表可燃物载量与地形、植被等环境因子间的结构方程模型,并分析了各因子的影响路径及其直接、间接和总效应。结果表明: 7种不同森林类型中,1、10和100 h时滞可燃物载量均是针阔混交林内最高,毛竹林内最低。对1 h时滞载量影响最大的变量依次为:坡度(影响系数为0.40)＞树冠高度(0.07)＞树种(-0.03)＞郁闭度(0.01);对10 h时滞载量影响最大的变量依次为:胸径(0.15)＞树种(-0.09)＞坡向(-0.08)＞郁闭度(-0.06);对100 h时滞载量影响最大的变量依次为:坡向(0.25)＞胸径(0.19)＞郁闭度(-0.08)＞树种(0.02);对可燃物总载量影响最大的变量依次为:坡度(0.22)＞树种(-0.04)、郁闭度(-0.04)＞树冠高度(-0.01)。

林火是森林生态系统的重要影响因子,建立科学准确的林火预测预报模型对林火管理工作至关重要。本研究以不同气象因子为主要预测变量,基于Logistic回归和广义线性混合效应模型建立福建省林火发生预测模型,通过对比Logistic基础模型和广义线性混合效应模型的拟合度和预测精度,研究混合效应模型在林火预报中的适用性。结果表明: Logistic基础模型的受试者工作特征曲线下面积(AUC)值为0.664,验证准确率为60.4%。添加随机效应后,模型的拟合和检验精度均获得了提升。其中,考虑行政区划和海拔差异效应的两水平混合效应模型的表现最优,其AUC值和验证准确率分别比基础模型提升0.057和6.0%。用此混合效应模型对福建省各地区的林火发生概率进行预测的结果表明,福建省西北部和南部为林火中高发区域,西南部和东部为林火低发区域,与实际观测的火点分布一致。混合效应模型在数据拟合和林火发生预测方面均优于Logistic基础模型,可作为林火预测和管理的重要工具。

为确定呼伦贝尔草原高效生产和可持续利用的最佳刈割制度,于2019—2021年在呼伦贝尔草原开展刈割时间(7月31日、8月10日、8月20日、8月30日、9月9日)、留茬高度(3、9、15 cm)及两者交互作用对草原群落特征、牧草产量和品质影响的研究。结果表明: 较晚时间刈割和低留茬刈割会降低翌年群落高度和盖度;低留茬刈割降低翌年地上部分生物量,但刈割时间对其影响不显著。禾草、莎草相对生物量随刈割时间的延迟表现出先增加后减少的趋势,杂类草则与之相反,而豆科植物无明显变化。低留茬刈割在当年能够获得高的干草产量,但翌年的干草产量显著下降;8月30日,留茬3 cm刈割时干草产量达到最高值(469 g·m^-2),高于最低值361.5%。牧草品质中粗蛋白含量在8月30日刈割时亦达到峰值,高于最低值约6.5%,且在高留茬刈割下含量更高;酸、中性洗涤纤维含量随刈割时间延迟逐渐升高,9月9日刈割高于7月31日8.0%、5.9%,并且随留茬高度增加而降低。呼伦贝尔草原刈割制度设置为留茬高度9 cm左右、8月20—30日刈割为最佳,但需更长期的刈割试验观测才能得到更可靠、更客观的结论。

箱式法是广泛运用于内陆水体CO₂和CH₄通量监测的重要方法,但各研究中使用的箱体特征存在差异,箱体设计缺少统一标准,从而会影响观测结果。为明确箱体透光性、箱体内外气压差以及箱体内气体混合状态对水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响,本研究基于多通道闭路式动态箱观测系统,分别对比明箱和暗箱、箱体是否配备气压平衡阀及风扇对养殖塘水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响。结果表明: 夏季白天观测期间,与可观测CO₂实际通量的明箱相比,当CO₂呈现排放状态时,暗箱高估了90%的CO₂通量;当CO₂呈现吸收状态时,暗箱低估了50%的CO₂通量。暗箱测得的CH₄扩散通量比明箱低40%。箱体内气压是否与外界气压保持平衡对CO₂和CH₄通量影响均不显著。无风扇的箱体观测的CO₂通量代表性较差,在本研究中较有风扇的箱体高20%。无风扇的箱体难以区分不同途径排放的CH₄通量。在运用箱式法观测水-气界面CO₂、CH₄通量时,应使用透明箱体,并在其中安装风扇辅助气体混合。

探求降水量及干旱时空变化特征及规律是当前水文学研究的重要课题。基于中国619个气象站1951—2018年的降水量数据,采用距平百分率法和Morlet小波分析等方法,揭示年降水量及干旱的时空变异。结果表明: 研究期间,中国年降水量空间上呈东南至西北阶梯递减的特征,多年降水量变化剧烈程度反之;地势二、三阶梯分界线左右区域降水量呈下降趋势,且多于20世纪60—70年代发生突变,其余地区呈上升趋势,大多数突变发生于20世纪90年代;温带大陆和温带季风气候区降水量主周期小。20世纪60年代至21世纪10年代,中国干旱区面积减少,半干旱区面积增加,特别是近10年干旱和半干旱区面积减小,半湿润区面积增大。在30°—40° N之间发现一条干旱南北差异分界线,分界线以北干旱次数远多于以南;干旱的主体区域在年代际的转移方向为西北中部→华北南部→华北北部,发生次数及分布范围逐渐减小。

构建高寒区大豆低温冷害指标对系统分析高寒区大豆适应气候变化对策、防灾减灾及其他胁迫的协同适应技术具有参考意义。本研究利用1980—2020年黑龙江省大豆低温冷害灾情史料、生育期资料及研究区78个气象站逐日气温资料,采用GIS技术匹配生育期与气象数据,考虑不同生育阶段积温距平、日平均气温低于生育下限温度的持续日数,构建高寒区大豆综合性冷害指数。利用K-S分布拟合检验及置信区间下限值确定阈值方法,构建高寒区大豆关键生育阶段低温冷害等级指标。结果表明: 大豆播种-出苗期,研究区大豆轻度、中度、重度冷害低温指数下限值分别为0.061、0.115、0.237;出苗-开花期分别为0.072、0.152、0.312;开花-成熟期分别为0.133、0.245、0.412。由低温指数反演的黑龙江省大豆低温冷害时间分布与历史灾情记载吻合度很高;空间上表现出较明显的纬度特征,冷害发生频率呈自南向北逐渐增加的趋势。

公园绿地在促进城市居民公共健康、实现城市可持续发展方面具有广泛效益,其空间配置的公平性对维护环境正义具有重要意义。然而,当前公园绿地空间配置公平性的研究仍侧重其数量的地域均等,对其质量、可达性空间配置的公平性关注不足。本研究基于环境正义视角,以南京市主城区为例,从公园可达性、公园面积、公园质量3个特征(共6个参数),综合运用互联网地图服务可达性分析、主客观综合质量评价、空间自相关及非参数检验等多种分析方法,分析了公园绿地空间配置的公平性格局。结果表明:研究区公园绿地的空间分布格局呈现明显的核心-边缘特征,在可达性、面积、质量3个特征上均存在一定程度的不公平性,呈现出较为显著的环境不正义格局;3个特征6个参数空间配置的不公平性存在显著差异,可达性得分值、可达的公园面积的不公平性最突出,到达公园绿地的最小时间、到达最近公园的质量的差异次之,到达高质量公园的数量与最小时间差异较小;高收入居住社区能够访问的公园的可达性得分值、总面积、公园质量平均值分别是低收入社区的3.7、2.7和1.6倍,表明收入高的居住社区享有更好可达性、更大面积、更高质量的公园绿地。其中,中等收入社区享有绿地优势最突出,大多数低收入居住社区尚难以在步行30 min内到达高质量公园。研究结果可为城市公园绿地的优化配置与合理规划提供决策依据与规划参考。

探讨景观生态风险与生态系统服务价值之间的关系,对于构建生态安全格局和促进人类福祉具有重要意义。以福建省为研究区域,利用1980、2000和2020年3期土地利用遥感监测数据,基于5 km×5 km评价网格重采样,定量评估景观生态风险和生态系统服务价值,分析二者的时空变化特征,采用双变量空间自相关分析方法和空间回归模型分析二者的空间关系。结果表明: 1980—2020年,福建省景观生态风险等级由中等风险转入较低风险,风险状况转好,各等级总体呈现东高西低的分布格局;生态系统服务价值总体下降,各单项生态系统功能结构相对稳定,各等级由高到低以高值区为核心向外依次扩散分布。景观生态风险与生态系统服务价值存在显著的空间负相关性,景观生态风险对生态系统服务总价值具有负效应,对供给功能价值的影响最大。

舟曲县地处青藏高原向秦巴山地的过渡区,是长江上游生态屏障的重要组成部分。本研究利用Google Earth Engine云处理平台对1998—2019年Landsat地表反射率图像进行像元间优化重构,计算区域湿度、绿度、干度、热度分量4个指标,利用主成分分析法将分量指标耦合,构建遥感生态指数(RSEI),分析舟曲县生态环境质量的时空变化。结果表明: 4个分量指标对耦合构成的RSEI特征值贡献率均在70%以上,且载荷分布均匀,表明RSEI集成了分量指标绝大部分特征。1998—2019年,舟曲县RSEI在0.55～0.63,呈现增加趋势,增长率为0.04·(10 a)^-1,良好等级的面积增幅明显,增加425.56 km²。海拔≤2200 m区域以中等及中等偏低生态环境质量等级为主,良好生态环境质量等级的面积增加16.5%;海拔2200～3300 m区域生态环境质量以良好等级为主,2019年增至71.3%,中等及以下生态环境质量等级的面积逐年下降;海拔≥3300 m区域以中等生态环境质量等级为主。研究期间,中等及以下生态环境质量等级呈“U”型变化趋势。舟曲县的生态环境质量趋势向好,但也有波动,需继续加强生态环境的保护和治理,以保障生态环境质量的持续改善。

为研究背街小巷行道树的孢粉致敏风险,以成都市青羊区410条背街小巷为例,在记录背街小巷行道树特征的基础上,计算其孢粉致敏风险指数(I_UGZA)并叠加区域人口密度图,获得青羊区背街小巷的孢粉致敏风险地图。结果表明: 410条背街小巷共有行道树32461棵,属27科、41属、52种。树种分布严重不均,过度使用小叶榕(占比31.8%)、银杏(12.9%)和香樟(8.5%)。背街小巷的I_UGZA均值为2.61,致敏风险较高,春季为首要风险季。其中,175条背街小巷的致敏程度低(I_UGZA为0～1),174条致敏程度相对较低(I_UGZA为1～5),6条致敏风险极高(I_UGZA为15～20)。相关性分析显示,背街小巷平均树高和树冠与街道面积比是影响其I_UGZA的关键因素。叠加人口密度图后显示,青羊区行道树孢粉致敏风险较高的街区主要是少城街道、草市街道、西御河街道、府南街道和苏坡街道片区。

我国亚热带地区是全球氮沉降的热点区域。氮沉降会影响氨氧化微生物的丰度和群落结构,进而改变土壤微生物驱动的养分循环。目前对新近发现的完全氨氧化菌认识不足,极大地制约了对森林土壤氨氧化微生物响应氮沉降的整体认识。本研究以福建省三明市辛口镇格氏栲自然保护区长期模拟氮沉降处理土壤为研究对象,利用实时定量PCR方法,研究氨氧化微生物(包括氨氧化细菌AOB、氨氧化古菌AOA和完全氨氧化菌comammox Nitrospira),尤其是完全氨氧化菌的amoA基因丰度。模拟氮沉降处理包括:不添加N(CK)、低氮(添加40 kg N·hm^-2·a^-1,LN)和高氮(添加80 kg N·hm^-2·a^-1,HN)。结果表明: 8年的氮添加降低了土壤pH值和有机碳含量,提高了土壤硝态氮含量。供试土壤的AOB丰度低于检测限,无法获得目的片段。高氮处理显著提高了AOA丰度,但对完全氨氧化菌clade A和clade B丰度无显著影响。两种氮添加处理均降低了完全氨氧化菌/AOA值,表明氮添加降低了完全氨氧化菌在亚热带森林土壤氨氧化微生物类群中的相对竞争力。针对完全氨氧化菌clade A和clade B的扩增都存在非特异性产物,表明针对森林土壤的高特异性和覆盖度设计引物的必要性。Clade A和clade B丰度与总氮和铵态氮含量呈显著正相关,clade B丰度还与有机碳含量呈显著正相关。总之,模拟氮沉降提高了AOA在亚热带米槠天然林土壤硝化过程中的相对重要性,这些发现可为该地区应对全球变化和氮沉降的风险评估提供理论依据。

构树是我国重要速生经济树种,具有适应性强、生物量大和重金属富集能力强等优点,而污泥中含有大量养分和重金属,在污泥中种植构树有望同时实现污泥生态修复和构树资源生产。本研究通过盆栽试验,分析在对照(赤红壤)、50%污泥(污泥、赤红壤混合基质,重量比各50%)和100%污泥基质中构树生长及不同部位(根、茎、叶)养分和重金属吸收累积特征,并通过主成分分析和隶属度函数对吸收累积能力进行综合评价。结果表明: 构树在50%和100%污泥中均可正常生长且株高、生物量显著高于对照,在100%污泥中长势最好,质量指数(1.02)分别是对照和50%污泥处理的4.3和2.4倍。50%和100%污泥处理构树各部位N含量和茎P含量显著高于对照,100%污泥处理构树茎、叶K含量显著低于对照。构树对Cu、Zn、Pb、Cd、Ni的吸收部位以根为主,根系重金属含量与污泥比例呈正相关,叶Pb、Cd含量符合《饲料卫生标准》(GB 13078—2017)。构树对Cd的吸收累积效果好于其他重金属元素。与对照相比,50%和100%污泥处理构树根部Zn、Pb、Cd滞留率显著提高(57.8%~85.8%),100%污泥处理构树根部Cu、Ni滞留率显著提高(67.5%和74.8%)。污泥处理全株养分和重金属累积量均显著大于对照,其中100%污泥处理显著大于50%污泥处理。与50%污泥处理相比,100%污泥处理构树各部位及全株养分和重金属累积量大幅提高。不同处理下构树污泥适应性和元素吸收累积的综合评价得分为100%污泥(0.848)>50%污泥(0.344)>对照(0.080)。构树对污泥具有良好的适应性,在纯污泥中能够正常生长并具有较强的吸收累积养分和重金属能力,可在修复污泥的同时进行构树资源生产。

污染场地土壤生态风险评估能够为准确制定土壤环境质量标准、污染土壤修复目标、土壤修复后效果评估及安全利用提供科学依据,是保障土壤健康和安全的重要手段。“证据-权重法”由于具有系统性、整体性和科学性的特点在风险评估中应用广泛。然而,当前“证据-权重法”大多依赖专家打分法进行权重设置,并且在实际操作中难以获得定量化的、信息全面的完整证据链,风险评估结果缺乏客观性和可比性。针对以上问题,本研究耦合美国EPA的四步法与层级法构建了“证据-权重法”污染场地土壤生态风险评估框架,统一了每个层级的评估方法与程序。采用多标准决策分析对权重进行定量化,通过预先设置证据链之间的层级来保证其相对独立性,基于基质试验和野外调查保证场地的针对性。最后,以靖江某电镀场地为案例进行实证研究,结果表明: 所构建的方法具有较强的可操作性,评估结果具有较高的客观性、科学性和准确性。

为了明确不同温度对取食玉米籽粒桃蛀螟生长发育、存活和生殖的影响,本研究依据年龄-龄期两性生命表理论计算了在21、24、27和30 ℃下取食玉米籽粒的桃蛀螟种群的生命表参数,并基于这些参数预测了未来80 d的种群动态。结果表明: 在21、24、27和30 ℃下桃蛀螟均能完成1个世代,随着温度升高,各阶段的发育历期缩短,且温度间差异显著。24 ℃下的平均单雌产卵量最高(116.7粒),成虫前期存活率最高(84.7%),雌虫占比最高(0.46),均显著高于其他温度。24、27、30 ℃下种群的内禀增长率分别为0.1059、0.1101、0.1045 d^-1,周限增长率分别为1.1117、1.1164、1.1102 d^-1,处理间差异不显著,但均显著高于21 ℃处理。21、24、27和30 ℃下的净增殖率(R₀)分别为17.3、53.7、36.9、19.8个后代个体,其中24 ℃时的R₀最高且显著高于其他温度处理。表明桃蛀螟种群在24～27 ℃下的存活率高、繁殖力大、雌性占比较高,是其生长发育、生存和繁殖的适合温度。

很多外来入侵植物都具有克隆生长习性,探究克隆整合特性与外来克隆植物入侵性间的关系对阐明其生态适应性及入侵机制具有重要的意义。本研究以入侵植物空心莲子草及其本地同属种莲子草为研究对象,比较在生防昆虫莲草直胸跳甲的取食下,克隆整合对两种植物先端分株、基端分株及整个克隆片段生长和生物量分配的影响。结果表明: 在莲草直胸跳甲取食下,有克隆整合的空心莲子草先端分株的叶片数、茎长、分株数及整个克隆片段的地径均显著高于无克隆整合植株,其基端分株及整个克隆片段的地下生物量和总生物量相较于无克隆整合植株分别降低了78.2%、60.9%和48.7%、37.2%;有克隆整合的莲子草先端分株的地径及整个克隆片段的叶片数与无克隆整合植株相比显著增加,其基端分株数显著降低了21.7%,而其先端分株、基端分株及整个克隆片段的生物量均无显著差异。耗益分析表明,在莲草直胸跳甲取食下,空心莲子草先端分株的分株数与生物量及莲子草先端分株的分株数均能通过克隆整合显著受益,而两种植物基端的分株数、生物量的耗益则不受克隆整合处理的影响。这些结果表明,克隆整合虽能在一定程度缓解莲草直胸跳甲对于两种植物先端分株的取食压力,且空心莲子草的克隆整合作用要强于莲子草,但在整个克隆片段水平上,两种植物并不能通过克隆整合显著获益。

为解决我国大部分耕地土壤中可溶性磷含量不足、植物生长困难的问题,本研究对一株溶磷微生物(PB)进行了筛选鉴定及溶磷性能优化。结果表明: 菌株PB属于伯克霍尔德菌。该菌具有固氮和分泌吲哚-3-乙酸(IAA)等植物促生能力,对大肠杆菌也表现出一定的抑制效果;在pH 8.0～10.0范围内,菌株PB仍然能够保持较高的活性和溶磷能力,具有良好的耐碱性;溶磷性能优化结果表明,在30 ℃、pH 7.0、180 r·min^-1条件下,以葡萄糖为碳源、硫酸铵为氮源、磷酸三钙为磷源和添加50 μmol·L^-1赖氨酸时,菌株PB的溶磷能力达到最优,溶磷量为569.33 mg·L^-1,是优化前的1.9倍。该菌代谢过程中主要分泌柠檬酸、丙二酸和葡萄糖醛酸,添加赖氨酸后其分泌的有机酸种类不变,含量明显增加。盆栽试验表明,施用 PB菌肥能够显著促进大蒜幼苗的生长,而添加赖氨酸后促进效果更明显。与对照相比,PB加赖氨酸处理苗高增长18.6%,苗直径增长16.7%,地上部分鲜重和干重分别增长15.7%和22.1%,地下部分鲜重和干重分别增长22.0%和28.7%。土壤磷含量检测结果表明,PB和PB加赖氨酸处理土壤速效磷含量分别为对照的2.1和2.3倍,表明施用PB菌肥能够提高土壤中可溶性磷含量,而添加赖氨酸可以进一步强化PB菌肥的溶磷性能。

为研究对二甲苯对皱纹盘鲍肝胰腺的毒性作用,设置4个浓度(0.5、1.0、1.5和2.0 mg·L^-1)和对照组,开展为期21 d的对二甲苯对皱纹盘鲍的亚慢性毒性试验,采用彗星试验技术进行皱纹盘鲍肝胰腺细胞DNA损伤分析,采用CASP分析软件对拖尾率、彗星尾长、彗尾DNA相对含量、Olive矩等损伤指标进行统计。结果表明: 与对照组相比,各染毒组皱纹盘鲍肝胰腺细胞DNA均受到损伤,且损伤程度存在显著性差异。随着染毒浓度的增加,肝胰腺细胞DNA受损程度加重,高浓度甚至可以引发细胞凋亡,呈现一定的剂量-损伤效应。中浓度对二甲苯短时间暴露即可对皱纹盘鲍肝胰腺细胞造成DNA损伤,随着暴露时间延长,细胞DNA受损程度加重,呈现一定的时间-损伤效应。但长时间暴露细胞DNA各损伤指标有所减小,这可能与细胞自身的DNA修复机制和生物体解毒系统的代谢机制有关。研究表明,对二甲苯可对皱纹盘鲍肝胰腺细胞产生氧化损伤,导致DNA断裂,高浓度的对二甲苯长时间暴露可导致其细胞凋亡。

近年来,我国近海多种重要渔业资源处于不同程度的衰退状态,而短蛸具有生命周期短、生长迅速的特点,在我国近海经济渔获产量中占重要地位。然而,有关短蛸的栖息分布特征及其与环境因子的关系尚缺乏研究,不利于更好地保护和利用其资源。本研究根据2011年和2013—2017年春季海州湾的渔业资源和环境因子调查数据,采用随机森林模型、人工神经网络模型和广义提升回归模型3种机器学习方法分析了短蛸的栖息分布特征及其与环境因子的关系。结果表明: 随机森林模型的拟合效果和预测能力在3种模型中优势较大,选择该模型进行分析表明,底层水温、水深和底层盐度对短蛸的栖息分布有较大影响。短蛸的相对资源密度随底层水温、水深和底层盐度的增加均呈先上升后下降趋势。根据FVCOM模型模拟的环境数据,应用随机森林模型预测了短蛸在海州湾海域的栖息分布,发现短蛸主要分布在34.5°—35.8° N、119.7°—121° E之间的海域。

动植物协同演化过程中,植物为抵御捕食者的侵害,保证自身的生存和繁衍,会演化出不同方式的防御机制。本研究调查了星鸦对藏东南地区华山松弯曲球果上不同部位种子取食的差异性,并检测了华山松球果凹凸面种子的形态特征(长度、宽度、厚度、种壳厚度)和成分(粗水分、70 ℃干物质、粗脂肪、灰分、蛋白质、粗纤维)含量。结果表明: 华山松球果凹凸两面种子的部分形态特征和种子成分具有显著差异,其中,凸面种子种壳厚度(1.11±0.12 mm)比凹面种子(1.07±0.15 mm)厚,但种仁重占比凸面(24.0%)比凹面(25.4%)小。而凸面种子空壳率(11.2%)和种子成分中粗脂肪含量(47.0%)显著低于凹面种子(分别是15.8%和50.5%)。华山松弯曲球果对食种子动物取食造成错误性暗示,尽可能保护优质种子不被取食,因此球果弯曲是华山松对食种子动物的防御特征。

灌木年轮资料的生态学价值逐渐受到人们关注,灌木年轮数据逐步被用于揭示灌丛植被年际生长对气候响应的敏感性研究中,目前用于灌木年轮学研究的主要灌木种已近70种。灌木年轮材料拓宽了传统以乔木树种为主的树轮研究网络,丰富了树木年轮学的研究范围和研究对象,在揭示灌丛生态系统结构、功能、服务的时间变化特征上具有重要生态学价值。本文收集整理了1996—2021年间的灌木年轮学研究成果,综述灌木年轮学在生理学、气候学、生态学、水文学领域的研究进展。阐述了不同环境胁迫条件下灌木生长和木质部解剖特征;揭示了不同气候条件下灌木物种径向生长的主要限制性因素,以及基于灌木年轮材料记录的区域气候波动历史;评估了灌木物种径向生长和种群动态的气候和非气候因素驱动的灌丛生态系统变化特征;论述了灌木年轮资料在重建区域水文要素变化历史方面的研究。在全球气候变暖不断加剧的背景下,我国灌木年轮学研究应着重关注干旱半干旱区不同水分条件下灌木物种径向生长对干旱胁迫的响应规律,以及在气候变化背景下灌木物种空间分布及其气候响应敏感性的转型特征方面研究。

全球变化深刻影响着陆地生态系统生物多样性及生态功能。丛枝菌根(AM)真菌可与绝大多数陆生植物根系形成互惠共生体,在协助宿主养分吸收、促进植物生长、维持植物多样性等方面发挥着重要作用。本文主要分析了大气CO₂浓度升高(eCO₂)和增温对森林和草地生态系统AM真菌群落组成及其功能的影响。eCO₂主要通过影响宿主植物、土壤碳(C)输入等方式间接影响AM真菌,可增加AM真菌的多度和活性,影响AM真菌的多样性与群落组成。增温可直接或间接地(通过宿主植物和土壤途径)影响AM真菌,显著改变森林土壤AM真菌的群落组成,但对草地土壤AM真菌群落组成的影响尚无定论。我们提出了当前研究中存在的主要问题及未来应重点关注的内容。本文旨在明晰AM真菌对eCO₂和增温的响应和适应,增进对AM真菌介导的土壤生态功能的认识,为利用AM真菌缓解全球变化、增强土壤功能的韧性和全球变化的生态系统适应性提供依据。

动物饲料中常混有抗生素和重金属,导致外排的动物粪便中携带有抗生素和重金属,引发细菌产生耐药性和重金属抗性,继而产生抗生素抗性基因和重金属抗性基因。抗生素和重金属抗性基因污染已成为威胁人类身体健康及破坏生态环境的重大问题。本文从细菌进化的角度,明确了细菌的抗生素和重金属长期进化试验对抗性机制研究的重要性;抗生素抗性基因与重金属抗性基因间存在复杂的协同选择抗性,两者间相互影响,共同决定着细菌环境行为;抗性基因的水平转移增加了细菌在环境中的可变性,可移动遗传元件在抗性基因水平转移中发挥着重要作用。在抗性基因污染控制方面,高级氧化技术具有很好的抗性基因去除效果,尤其是UV/TiO₂氧化技术,能使抗生素抗性基因丰度减少4.7～5.8 log,减少率大于99.99%。其他的控制策略,如抗生素替代品博落回提取物以及噬菌体与抗生素结合使用,对于抗性基因的控制也具有重要意义。