新时代加快新质生产力的形成和发展,不仅是我国高质量发展阶段的必然要求,更是实现社会主义现代化与生态文明建设的重要历史使命。本文从应用生态学的视角阐释了新质生产力的时代内涵,即基于生态系统服务功能的优化与可持续利用,推动人与自然和谐共生的创新型生产能力,总结了应用生态学从生物应用生态学、社会应用生态学到数字应用生态学的发展历程,探讨了其在学科技术创新和生产资料配置中的重要孵化作用。面向未来,应用生态学应以生态系统为核心,通过加强对生物认知与人类活动的结合,重点关注新质生产力的生态学理论发展、构建绿色发展与创新融合的方法体系以及打造新质生产力的生态应用场景的实践等领域,实现生态系统的绿色健康发展。通过应用生态学的学科整合推动新质生产力的发展,为促进人与自然的和谐共生提供生态支撑。

明确生态功能区的空间布局及多种生态系统服务间权衡与协同关系的演变规律,有助于因地制宜地制定针对性的管控策略,对生态系统科学管理和可持续发展至关重要。本研究分析了安徽省1990—2020年间生物多样性维护、产水量、生境质量、碳储存、粮食供给、土壤保持6种生态系统服务(ES)的时空动态变化,利用多重生态系统服务景观指数评价综合生态系统服务能力,通过自组织映射算法辨识出生态系统服务簇,并划分生态功能分区,探究全域以及不同服务簇内ES之间的权衡协同效应。结果表明: 1990—2020年间,研究区建设用地和林地呈增长态势,分别增长121.8%、1.2%,耕地、草地、水域和未利用地均呈减少状态。生境质量和碳储量呈减少趋势,其他4项ES整体呈增加趋势;粮食供给水平空间分布格局表现为南低北高,其他ES均表现为南高北低的空间分布格局。根据识别出的生态系统服务簇将研究区划分为3类功能区,其中,粮食供给区面积占比最大,生态涵养区和生态过渡区占比基本持平,且生态过渡区的面积较生态涵养区增加更快。全域尺度下,粮食供给与其他ES之间呈权衡关系,其余5种ES之间均为协同关系,由于人类活动、土地利用类型和气候变化的影响,不同服务簇内ES的权衡协同关系与全域尺度表现出不同程度的异质性。

随着城市化和工业化进程的加速,人类活动对生态系统服务的影响日益显著,科学评估这一影响已成为生态学研究的热点。明确人类活动对生态系统服务的影响,对于赣南地区的生态治理和可持续发展至关重要。本研究采用InVEST模型、双变量空间自相关和广义加性模型等方法,探讨了2000—2020年赣南地区人类活动与水源涵养、土壤保持、碳固存、生境质量等关键生态系统服务的时空格局及空间聚集特征,分析了人类活动与生态系统服务的时空响应关系。结果表明: 2000—2020年,赣南地区人类活动强度总体较低,但呈上升趋势,且高强度活动区域向县市中心城区集聚;水源涵养和土壤保持服务先升后降,碳固存和生境质量整体下降,且空间分布为南高北低;人类活动强度与生态系统服务在乡镇尺度上存在显著空间异质性,人类活动强度与水源涵养服务呈显著正相关,而与土壤保持、碳固存和生境质量呈显著负相关;人类活动强度与生态系统服务在时空上表现为非线性关系,其中,与水源涵养的关系较为复杂。研究结果可以为赣南地区自然资源科学管理与可持续发展提供借鉴。

鄱阳湖流域是我国重要的农产品生产区和全球重要的湿地保护区,其生态系统服务对我国乃至全球可持续发展有举足轻重的作用,研究鄱阳湖流域生态系统服务权衡/协同关系对区域土地利用变化的响应,对引导鄱阳湖流域国土空间管理、提升生态系统服务水平有重要指导意义。本研究运用InVEST模型对鄱阳湖流域2000、2010和2020年的碳储存服务(CSS)、粮食供给服务(GP)和水质净化服务(SWP)进行量化评估。针对该流域主要地形平原和丘陵划定两条样带,分别为样带1和样带2。基于此,采用小波相干分析方法度量几种生态系统服务间的权衡/协同关系,并运用线性回归方法识别鄱阳湖流域生态系统服务权衡/协同关系对土地利用变化的响应。结果表明: 在样带1和2中,2000、2010、2020年CSS与SWP间正相关的样本占比分别为82.3%和92.9%、79.0%和94.8%、91.2%和94.1%,呈现协同关系;CSS与GP间负相关样本占比分别为86.8%和96.8%、81.0%和96.7%、76.0%和92.5%,SWP与GP间负相关样本占比分别为80.5%和91.5%、80.9%和91.9%、100%和99.8%,均呈权衡关系。在平原地区,林地对生态系统服务权衡/协同关系的影响最大,林地CSS与GP、SWP与GP、CSS与SWP的小波相干均值分别为-0.54、-0.77、0.62;在丘陵地区,未利用地对CSS与SWP协同关系的影响最大,小波相干均值为0.84,建设用地对CSS与GP、SWP与GP的权衡关系影响最大,小波相干均值分别为-0.79、-0.72。生态系统服务权衡/协同关系对土地利用冲突的响应不显著。在平原地区,CSS与SWP的协同关系与土地利用强度呈负相关,CSS与GP、SWP与GP的权衡关系与土地利用强度呈正相关,而丘陵地区与平原地区相反。鄱阳湖流域生态系统服务保护和国土空间管控应当针对不同地类采取差异化管理。

生态管理分区是应对快速城市化导致生态系统服务供需失衡问题的关键,对于解决生态破坏和生态系统服务受损问题具有重要意义。以我国干旱半干旱地区的典型城市呼和浩特市为例,选取产水服务、固碳服务、土壤保持、生境质量4项典型生态系统服务,利用InVEST模型测算2000—2020年呼和浩特市生态系统服务供给,基于多源数据测算需求;利用Z-score标准化方法和耦合协调度模型,分析格网尺度下生态系统服务供需匹配类型和耦合协调度,并进一步划定生态管理分区。结果表明: 2000—2020年间,研究区产水和土壤保持供给均上升,固碳和生境质量供给均下降,其中,中心城区生态系统服务供给较低,北部山地和南部丘陵的生态系统服务供给较高;4项生态系统服务需求整体呈上升趋势,其中,中部和北部的产水需求高,中心城区的固碳和生境质量需求较高,北部山地和南部丘陵的土壤保持需求迫切;研究区生态系统服务供需不匹配,在中心城区附近存在产水、固碳和生境质量低供给-高需求区域,供需耦合协调度平均值为0.46,表现为濒临失调。将呼和浩特市划分为4个生态管理分区,生态功能保护区应以生态保育为主,生态涵养区应以生态保护和建设并重,生态一般保护区应推动经济发展,重要城市化区应注重高质量发展。

鄂尔多斯市位于黄河几字弯内,明确该区域生态系统服务时空演变特征及其权衡/协同关系,对黄河流域生态保护与高质量发展具有重要意义。本研究基于InVEST模型和遥感数据,评估2000—2020年鄂尔多斯市土壤保持、碳储量、水源涵养及植被净初级生产力(NPP)4项典型生态系统服务,分析其时空演变特征,采用相关分析探究以上4项生态系统服务之间的权衡/协同关系,进一步利用权衡-协同指数和随机森林模型揭示生态系统服务间的权衡/协同作用强度及其驱动因子。结果表明: 2000—2020年,鄂尔多斯市典型生态系统服务整体呈提升趋势,其中,土壤保持总量增加3.47×10⁸ t,碳储量增加0.28×10⁸ t,水源涵养量增加0.76×10⁷ m³,NPP年均值增加349.54 g C·m^-2;在所有土地利用类型中,草地和耕地对于区域生态系统服务提升的促进作用最大。除碳储量与土壤保持、NPP之间呈不相关关系外,其余生态系统服务间的关系均以显著协同关系为主,土壤保持、NPP、水源涵养仅在部分地区存在权衡关系;鄂尔多斯市各项生态系统服务间权衡/协同作用关系强度的主要驱动因子为降雨、气温、坡度和人口密度。总体而言,鄂尔多斯市4项典型生态系统服务均呈现良好发展趋势,基于生态系统服务关系分布的时空异质性及权衡/协同作用强度的驱动因素,未来应制定更为适宜的生态系统服务持续提升策略。

完善自然资源价值评估理论框架有利于区域自然资源管理,对发展新质生产力具有重要意义。本研究基于科斯定理、外部性理论、生态系统服务理论及评估要求,构建了适用于全民所有自然资源生态价值评估指标筛选的绿金漏斗概念框架。以江西省梅岭国家森林公园为例,探索了绿金漏斗在全民所有自然森林资源生态价值评估情景中的应用实践。结果表明: 2022年,试验区全民所有自然资源生态价值可估指标筛选为木材产品供给、水源涵养、固碳、康养游憩与景观增值;试验区全民所有自然资源生态价值50323.5万元,康养游憩占主导地位,绿金漏斗能有效选择全民所有自然资源生态价值评估指标。本研究提出了全民所有自然资源生态价值评估指标筛选的绿金漏斗概念框架,并以实例验证了绿金漏斗概念框架的有效性,可为全民所有自然资源生态价值评估提供科学依据。

景观功能空间是满足人类社会不同需求的景观单元,其内部不协调的资源投入与效益产出将制约区域高效生态保护及社会经济发展。本研究以滇中城市群为案例,构建不同景观功能空间下用地投入及效益产出的评价指标体系,分析其投入-产出的时空格局;利用耦合协调度模型探究景观功能空间内的投入-产出协调性;构建生产协调优先、生活协调优先、生态协调优先、规划导向优先4种不同投入产出优先协调情景,采用BP-ANN模型模拟不同情景下的景观功能空间结构优化方案。结果表明: 2000—2020年间,滇中城市群用地投入均在生态方面最高,效益产出以生态功能为主,随时间推移生活效益逐渐提升;滇中城市群景观功能空间综合投入-产出协调性略有提升,协调度指数由2000年的0.43增长至2020年的0.46,主要体现为生产功能空间内投入-产出的协调度优化;滇中城市群景观空间结构在4种情景下呈现出不同的调整需求,其中,生产协调优先情景应调整用地布局,生态协调优先情景应增加用地投入规模,生活协调优先情景和规划导向优先情景需要在增加用地投入的同时调整用地布局。本研究有助于启示城市群通过用地调整来实现内部功能空间的协同发展。

本研究以六盘山区香水河小流域华北落叶松林为对象,于2022年生长季(5月13日—9月30日)利用热扩散探针测定树干液流速率,并同步监测气象条件与土壤水分,探究不同干旱类型下华北落叶松林的水分利用规律。结果表明: 线性分段函数可以准确地反映树干液流速率随土壤相对有效含水率(REW)和饱和水汽压差(VPD)的变化规律,根据分段函数的阈值将该地区干旱情况划分为非干旱(REW≥0.37 m³·m^-3,VPD<0.99 kPa)、大气干旱(REW≥0.37 m³·m^-3,VPD>0.99 kPa)、土壤干旱(REW<0.37 m³·m^-3,VPD<0.99 kPa)和综合干旱(REW<0.37 m³·m^-3,VPD>0.99 kPa)4种类型。华北落叶松平均树干液流速率在大气干旱类型下最大(0.042 mL·cm^-2·min^-1),在土壤干旱类型下最小(0.022 mL·cm^-2·min^-1)。不同干旱类型下树干液流速率的主导因子不同。非干旱时,树干液流的主要影响因素为饱和水汽压差和太阳辐射;土壤干旱时,树干液流的主要影响因素为太阳辐射;而在大气干旱和综合干旱时,树干液流的主要影响因素为土壤相对有效含水率和太阳辐射。华北落叶松在面临干旱胁迫时会提前启动树干液流进行树干补水,其主要限制因子是土壤水分。

为揭示樟子松人工林枯落物-根系-土壤碳(C)氮(N)磷(P)化学计量特征及其影响因素,以呼伦贝尔沙地27(中龄林)、38(近熟林)和47年生(成熟林)樟子松人工林为研究对象,樟子松天然林为对照,分析枯落物、根系和土壤有机碳、全氮、全磷含量及化学计量比。结果表明: 随林龄增加,樟子松人工林枯落物分解层N、P含量呈先减小后增加趋势,近熟林半分解层C∶N、C∶P显著高于中龄林和成熟林;天然林枯落物半分解层N含量显著低于人工林17.3%,分解层N∶P显著低于人工林16.2%。随林龄增加,人工林根系C含量呈增加趋势,N含量呈先减小后增加趋势;中龄林根系C∶N显著低于近熟林,中龄林和近熟林根系C∶P显著低于成熟林;人工林根系P含量显著高于天然林41.0%。人工林土壤C、P含量以及C∶N、C∶P均显著低于天然林;天然林根际土壤和非根际土壤N∶P分别为3.7和3.1,均显著低于人工林。枯落物化学计量特征变化的主要驱动因子是纤维素酶,根系和土壤则均为酸性磷酸酶。

2014年于河北省塞罕坝机械林场对20年生的华北落叶松人工林开展不同模式的经营试验,包括未经营(对照)、结构化经营和近自然经营。2023年采集不同经营模式的华北落叶松树木年轮样芯,基于年轮宽度指数,分析华北落叶松径向生长在经营模式建立前后对4次干旱事件(2001—2002年、2006—2010年、2015和2018年)的响应。结果表明:经营后(2015—2022年均值),对照、结构化经营和近自然经营模式下华北落叶松径向生长比经营前(1989—2014年均值)径向生长分别增加了2.0%、4.1%和3.1%,可见对照和近自然经营模式下径向生长的增长率低于结构化经营。与经营前相比,经营后3种经营模式下华北落叶松径向生长对干旱事件的抵抗力显著提高,恢复力和韧性显著下降。经营后,不同经营模式下华北落叶松径向生长对干旱事件的响应存在差异,对照和近自然经营模式下华北落叶松径向生长对干旱事件的恢复力、恢复比例和韧性均显著低于结构化经营,而恢复时间长于结构化经营。综上,在干旱事件频发的背景下,结构化经营模式对华北落叶松径向生长更有利,更适合华北落叶松人工林。

采用1000 MHz天线的便携式探地雷达(GPR)系统对中国黑龙江省尚志市东北林业大学帽儿山实验林场2个10 m×10 m样地内的兴安落叶松根系进行探测,比较GPR探测结果与实地挖掘数据,分析探地雷达技术对兴安落叶松不同根径大小(0.2～0.5、0.5～1.0、1.0～2.0、2.0～3.0、3.0～4.0、4.0～5.0和>5.0 cm)和不同土壤深度(0～10、10～20和20～30 cm)根系的识别率。结果表明: 1000 MHz的GPR对根径>2.0 cm的根系识别率达到49.8%,探地雷达反射波的最大时间间隔、总时间间隔、最大振幅面积和总振幅面积与根径均呈显著正相关;对于根径<2.0 cm的根系,GPR的识别率极低,仅为6%。随着土壤深度的增加,根系识别率呈先增加后减小的趋势;在10～20 cm土层中根系识别率最大,为31.4%,在0～10 cm土层中根系识别率最小,为10.2%。探地雷达能有效识别根径(>2.0 cm)较大的兴安落叶松根系,而且对10～20 cm土层中根系具有最高的识别率,而对于小直径和深层兴安落叶松根系的探测能力仍有待提高。

本研究针对黑龙江省2001—2023年森林生态系统干扰特征,融合多源遥感数据构建了森林干扰识别方法体系,对黑龙江整体森林干扰强度进行评估,并进行干扰提取和干扰类型识别。结果表明: 2001—2023年间,2003年森林干扰强度达到峰值, 主要源于大规模森林火灾。基于LandTrendr方法使用多种光谱指数融合的干扰检测结果与Global Forest Change数据空间的一致性在90%以上。将黑龙江的森林干扰分为3类,分别是火灾干扰、病虫害干扰和采伐干扰,干扰类型分类总体精度为87.8%(Kappa系数为0.81)。不同光谱指数对干扰类型具有差异性响应,归一化燃烧指数对火灾干扰敏感性最强,归一化植被指数对植被整体变化比较敏感,归一化差分湿度指数在病虫害识别中贡献显著,而全球干扰指数可对人为采伐活动进行辅助判别。综上,多光谱指数协同分析和时序特征融合可有效提升森林干扰类型的识别精度,为东北亚寒温带森林生态系统管理提供科学依据。

本文基于植被总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET),采用线性回归分析、Hurst指数预测、多元线性回归和结构方程模型方法,对毛乌素沙地植被水分利用效率(WUE)的时空动态进行分析,探究水热条件对植被水利用效率的影响。结果表明: 2001—2020年,毛乌素沙地植被GPP、ET年均值分别为264.82 g C·m^-2和259.12 mm,呈逐渐上升趋势,波动幅度较大;而植被WUE值在0.170～0.342 g C·mm^-1·m^-2,年均值为0.279 g C·mm^-1·m^-2,呈稳定降低趋势。植被WUE具有明显的空间异质性,呈北部低、南部高的变化趋势。草地、耕地和林地的WUE与温度、太阳辐射呈正相关,与降水、土壤水分呈负相关。气候因素对毛乌素沙地各区域的影响程度不同,温度为东部地区的主导因素,土壤水分为中部地区的主导因素;降水、温度、太阳辐射和土壤水分通过影响ET变化进而影响植被WUE的变化。

本文以祁连山大通河流域青杄种群为研究对象,构建静态生命表和存活曲线,结合生存函数、谱分析、时间序列模型等方法分析青杄种群年龄结构、动态演变规律及未来发展方向。结果表明: 基于胸径(DBH)以5 cm为间隔的上限包含法,可将青杄种群划分为15个龄级(Ⅰ～ⅩⅤ),对应幼龄(0 cm<DBH≤20 cm,Ⅰ～Ⅳ)、中龄(20 cm<DBH≤40 cm,Ⅴ～Ⅷ)、成龄(40 cm<DBH≤60 cm,Ⅸ～Ⅻ)和老龄(DBH>60 cm,ⅩⅢ～ⅩⅤ)4个生长阶段。青杄种群个体数量随龄级增大呈递减趋势,幼龄个体占比达58.3%,表明种群处于幼林恢复期。在整个生命周期内,青杄种群自然状态动态量值(V_pi)和干扰状态动态量值(V_pi′)均大于0,但V_pi′远小于V_pi,显示出种群兼具增长潜力与生态脆弱性的双重特性。种群的存活曲线符合Deevey-Ⅱ型B₁亚型,表现为存活率沿理论对角线波动,各发育阶段间存活数相差较大。生存函数曲线显示,青杄种群个体数量呈前期增长、中期大幅减少、后期逐步衰退的动态模式。谱分析表明,种群动态受基波主导并叠加小周期扰动。幼、中龄阶段末期是构成数量波动的关键节点。时间序列预测模型显示,未来10个龄级周期内,Ⅲ～Ⅵ龄级个体递减,而Ⅶ～ⅩⅤ龄级持续增长。综上,祁连山大通河流域青杄种群为稳定增长型种群,只要未来不遭受强烈干扰,青杄林会向成熟林发展。

鬼针草是一种全球性的入侵植物,对中国的生态系统和农业生产构成严重威胁。为评估其在中国的潜在扩展趋势,特别是在气候变化背景下的适生性,本研究基于其自然分布数据和31个环境变量(包括气候、土壤、地形和人类活动因素),利用MaxEnt模型进行预测,并在SSP245和SSP585气候情景下模拟未来适生区的变化。结果表明: 模型预测准确性较高(受试者工作特征曲线下面积为0.89),温度和降水是鬼针草在中国潜在分布的主要影响因素,贡献率分别为82.6%和12.6%。当前适生区主要分布在中国南方和中东部,受气候变化的显著影响,未来可能向西藏东部和北部,尤其是青藏高原等生态脆弱地区扩展,加剧其入侵风险。

黄河三角洲盐沼植被空间分布异质性强,准确地掌握其历史分布信息对区域生态稳定和可持续发展具有重大意义。本研究基于多源数据构建了长时序时-空-谱多维特征集,采用递归特征消除的随机森林模型精准提取了1996—2022年黄河三角洲典型盐沼植被空间分布信息,分析1996年黄河改道以来原生/入侵盐沼植被群落的演替过程。结果表明: 相较于依赖单一的时序光谱特征,应用时-空-谱多维特征集提取的长时序盐沼植被总体精度提升了8.4%;基于光学和SAR影像的时序空间特征优化了盐地碱蓬稀疏区域和互花米草、芦苇混生区域的分类效果。黄河改道后的潮滩盐沼植被时空分布变化明显,其中,盐地碱蓬群落面积从1996年的91.67 km²退化到2022年的38.11 km²,演替趋势受互花米草入侵影响;互花米草于2008年快速扩张随后大面积分布于现行河道两侧潮滩,2020年群落面积达到最大(51.25 km²),互花米草的入侵扩张对潮滩生境格局产生了一定影响。

植被-土壤系统C∶N∶P生态化学计量特征可表征植物种间生态策略及对环境适应性的差异,与植物生长及蛋白质合成密切相关。然而,目前鲜有研究从C∶N∶P生态化学计量特征角度分析盐碱地牧草的适应性。本研究以宁夏河套平原轻度盐碱地为研究区,通过测定20个国内外紫花苜蓿品种植株C∶N∶P生态化学计量特征、产量、品质等指标,分析了苜蓿品种的生理生态适应性,探讨了植物、微生物、土壤C∶N∶P生态化学计量特征等环境因子与苜蓿(未区分品种和适应性)产量和品质的关系。结果表明: 通过聚类分析可将苜蓿品种的适应性分为3类,第Ⅰ类为强适应性,包括公农5号等4个品种;第Ⅱ类为中等适应性,包括中苜一号等7个品种;第Ⅲ类为弱适应性,包括阿尔冈金等9个品种。植物、微生物、土壤C∶N∶P生态化学计量特征对产量的独立和共同解释力均较低,而植株C∶N∶P生态化学计量特征对品质有较高的独立解释力。土壤速效磷、K⁺和NH₄⁺-N是对产量影响较大的因子,植株C∶N、C∶P和N∶P是对品质影响较大的因子。综上,研究区苜蓿产量主要受土壤养分供给能力的影响,而品质主要受其体内碳氮磷平衡关系的调控。

水分有效性是黄土高原干旱与半干旱地区植被恢复和农业生产的主要限制因素,添加土壤改良剂是提高该区域土壤水分利用效率的有效途经。凹凸棒土(ATP)是一种极具潜力的土壤改良剂,其亲水性和吸附性可有效改善土壤水分有效性。本研究选取黄土高原地区两种不同质地典型土壤(黑垆土和黄绵土),设置3个ATP添加量(0、20和40 g·kg^-1)及3种水分调控模式(水分胁迫、干旱-复水和正常水分调控模式),共18个处理,通过盆栽试验测定玉米植株光合参数和水分利用效率(WUE),探究ATP对土壤水分有效性的影响。结果表明: 在整个玉米生育期内,不同水分调控模式中水分胁迫和干旱-复水模式WUE较正常水分调控模式高;添加ATP处理WUE均高于未添加处理。不同处理玉米光合参数基于土壤相对含水量(RWC)的变化均出现阈值响应规律,净光合速率(P_n)、WUE随RWC的增加而增加,超过各处理对应临界值后减小。在ATP添加量高(40 g·kg^-1)时,黄绵土和黑垆土WUE分别在RWC为73.7%和98.3%时达到最高值。以P_n和WUE分别表征“产”和“效”水平,黄绵土ATP处理维持高产高效对应的RWC(57.9%～90.2%)低于未添加处理(63.0%～90.3%),但黑垆土ATP处理维持高产高效对应的RWC(59.7%～86.1%)高于未添加处理(51.7%～83.8%),故黄绵土添加ATP处理可在较低土壤水分条件下实现高产高效。在提升土壤水分有效性方面,黄绵土施加ATP的效果优于黑垆土。

明确节水补灌下施磷量对小麦粒重和产量的影响及其生理机制,可为确定合理的磷肥用量提供依据。本试验于2022—2023和2023—2024年小麦生长季以‘济麦22’为试验材料,设置0(P₀)、45(P₁)、90(P₂)、135(P₃)和180 kg·hm^-2(P₄)5个施磷量处理,各处理均于拔节期和开花期将0~40 cm土层土壤相对含水量补灌至70%,研究小麦旗叶叶绿素荧光和衰老特性及籽粒灌浆特征。结果表明: 与P₀和P₁处理相比,P₂处理开花后旗叶最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、光化学淬灭系数(q_p)、超氧化物歧化酶(SOD)活性和可溶性蛋白含量均显著提高,非光化学淬灭系数(NPQ)和丙二醛(MDA)含量显著降低,叶绿素相对含量(SPAD)高值持续期延长;两生长季P₂处理籽粒活跃生长期(D)、实际灌浆终期(T)、可溶性糖含量和淀粉积累量均比P₀和P₁处理显著提高。2022—2023和2023—2024年生长季P₂处理的千粒重比P₀处理分别提高11.5%和11.9%,比P₁处理分别提高9.0%和9.2%;籽粒产量比P₀处理分别提高30.9%和37.9%,比P₁处理分别提高17.3%和21.1%。增加施磷量至P₃、P₄处理,NPQ和MDA不再增加,其他指标均未显著升高,磷肥农学效率降低。千粒重与F_v/F_m、Φ_PSⅡ、q_p、SOD、可溶性蛋白含量、D、T、籽粒可溶性糖含量和淀粉积累量均呈极显著正相关,与NPQ、MDA呈极显著负相关。综上,施磷量为90 kg·hm^-2在本试验节水补灌条件下能保证旗叶较强光合能力和较长籽粒灌浆时间,促进籽粒淀粉积累,进而提高粒重,获得较高产量和最优磷肥农学效率。

凋落物对土壤有机碳的形成与周转具有重要作用,但凋落物对不同退化程度黑土土壤有机碳的影响尚不清楚。本研究在东北典型黑土区模拟不同退化程度(轻度、中度和重度)的黑土,通过田间原位控制试验,以不添加凋落物为对照(CK),对比分析了银中杨凋落物添加处理(LP)和玉米秸秆添加处理(MS)在凋落物添加45(前期)、90(中期)和135 d(后期)的土壤总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)的变化特征。结果表明:1)不同退化程度黑土TOC含量总体上表现为LP>MS>CK,其中,中度退化黑土的TOC增加幅度相对较大;与添加前期相比,后期LP和MS处理的TOC含量显著增加。2)在凋落物添加前期,LP处理在轻度退化黑土中EOC和DOC含量分别较CK显著降低35.8%和7.7%,在中、重度退化黑土中POC和DOC含量显著增加,MBC在不同退化程度黑土中均显著增加;MS处理EOC含量仅在中度退化黑土中显著增加32.7%,POC、MBC仅在重度退化黑土中显著增加。在凋落物添加中期,轻度退化黑土中两个凋落物添加处理DOC含量显著降低,MBC显著增加,MS处理POC含量显著降低了36.7%;在中度退化黑土中,LP处理DOC含量显著增加了41.9%,MS处理MBC显著增加了29.2%;在重度退化黑土中,LP、CS处理MBC分别显著增加了17.3%、16.0%;LP、MS处理EOC含量仅在中度退化黑土中显著增加。在凋落物添加后期,轻度退化黑土中两个凋落物添加处理POC含量降低了13.7%～21.4%,中度退化黑土中提高了25.0%～25.3%;LP处理EOC含量仅在轻度退化黑土中显著增加;两个凋落物添加处理在中度退化黑土中DOC显著降低,MBC显著增加;在重度退化黑土中LP处理DOC含量显著增加了6.0%,MS处理MBC显著增加了28.6%。3)全氮是影响不同退化程度黑土土壤有机碳及其活性组分的关键因子。综上,不同退化程度黑土土壤有机碳及其活性组分对凋落物添加的响应存在差异,高质量凋落物(LP)更有利于土壤TOC的形成,土壤有机碳及其活性组分的转运积累受凋落物种类及土壤质量的共同调控。

土壤有机碳(SOC)含量及其组分可表征土壤质量及功能,高SOC的黑土增添外源有机肥对土壤剖面SOC及其组分的影响尚不明确。本研究于2019年在中国科学院海伦农业生态试验站开展连续5年田间定位试验,以传统耕作(CK)为对照,研究等量鸡粪(30 t·hm^-2·a^-1)通过覆盖(CM)、浅混15 cm(ST)和深混35 cm(DT)3种方式对0～50 cm土壤剖面SOC含量及其物理组分(游离态轻组碳fLFC、闭蓄态轻组碳oLFC、重组碳HFC)和化学组分(易氧化有机碳EOC、溶解性有机碳DOC、胡敏酸碳HAC、富里酸碳FAC、胡敏素碳HMC)的影响。结果表明: 在0～50 cm土壤剖面,与CK相比,CM、ST和DT处理SOC含量分别增加0～19.2%、1.7%～15.0%和2.1%～22.4%,SOC储量分别增加3.4%、5.7%和9.1%,各处理SOC含量和储量均随土层加深呈降低趋势。DT处理有机碳转化率显著高于ST和CM处理。与CK相比,CM处理在0～10 cm土层物理组分fLFC、oLFC和HFC含量分别提升39.5%、30.0%和17.6%;化学组分DOC和HAC含量分别提升100%和30.7%。ST处理在10～20 cm土层fLFC、oLFC和HFC含量较CK分别显著增加了45.5%、22.2%和10.8%,在20～30 cm土层DOC和HMC含量分别增加了95.2%和19.5%。DT处理在20～50 cm土层fLFC、oLFC和HFC含量分别增加了16.7%～29.2%、15.4%～46.2%和12.0%～20.8%,EOC、DOC、HAC和FAC含量分别增加了12.0%～18.0%、119.1%～129.4%、37.1%～43.8%和9.7%～13.3%。总体上,鸡粪深混还田(35 cm)是提升黑土土壤剖面有机碳储量及活性碳组分含量的最有效措施,且影响深度可到40 cm土层以下,可为东北黑土区耕地地力提升与固碳技术优化提供理论依据。

煤矸石粉碎后添加改良剂形成人造土壤是其资源化消纳的一种重要方式。目前关于改良剂选择、配比及对应改良效果的研究仍显不足。本研究通过完全组合试验和主成分分析结合最小数据集的分析方法,对3种改良剂[生物炭、保水剂(高吸水性树脂)、牛粪]不同配比方案的效果进行综合评价。结果表明:1)牛粪改良煤矸石基质的效果最突出,其单独施用或与其他改良剂联合施用时,煤矸石人造土壤养分含量(全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾)及酶活性(磷酸酶、过氧化氢酶、蛋白酶、淀粉酶)均较对照显著增加。其中,有效磷、速效钾含量分别增加19.7%～290.4%和311.1%～744.4%,磷酸酶活性提升幅度在70.2%～320.8%。施用生物炭、保水剂能促进全磷、速效钾、过氧化氢酶、脱氢酶及蛋白酶的提升,但增强幅度低于牛粪处理。2)纳入最小数据集的5个指标按权重大小排序依次为:速效钾、全磷、全氮、蛋白酶、脱氢酶。3)改良剂联合施用后,土壤质量指数均值最高的组合为保水剂-牛粪,均值为0.39;改良效果最佳的配比方案为:生物炭添加量6%、保水剂添加量0.7%、牛粪添加量10%。本研究结果可为煤矸石资源再利用和矿区生态修复提供理论依据与技术指导。

人工培养促进藓结皮恢复对干旱半干旱地区土壤风蚀沙化防控具有重要意义,但藓类植物个体矮小,观测困难,科学、规范衡量人工培养藓结皮生长发育程度的指标尚缺乏。本研究通过60 d的培养试验,每5 d监测藓株密度、盖度、株高等发育指标变化动态,培养结束时测量藓生物量及藓结皮厚度,结合各指标对人工藓结皮层稳定性(表征抗蚀性)的影响,筛选藓结皮人工培养观测指标。结果表明: 培养5 d时,接种材料开始萌发新的配子体。藓株密度和盖度分别在培养前期迅速上升,35～40 d后趋于稳定。培养期间,藓类株高变化范围为1.53～1.63 mm,幅度较小。培养结束时,藓的干生物量和藓结皮厚度分别为0.0074 g·cm^-2和6.30 mm。藓株密度对培养时间变化敏感性极高,盖度次之,株高敏感性较低。培养60 d的藓结皮稳定性指数变化范围为0.12～0.69,藓株密度、盖度与稳定性指数呈显著正相关。对藓株密度、盖度、株高、生物量及藓结皮厚度等发育指标进行综合评分,藓株密度和盖度可作为人工培养条件下快速观测其生长发育状况的主要评价指标。

为提高山东省黄河流域生态安全等级和保护物种多样性,本文以山东省沿黄9市为研究区域,选取青头潜鸭、东方白鹳及丹顶鹤3种水鸟作为指示物种,采用形态学空间格局分析识别生态源地;利用最大熵模型分析水鸟适宜性与气候因子贡献度,探究水鸟高适生区与生态源地面积重叠率;依据气候因子贡献度修正阻力因子指标体系并结合电路理论提取生态廊道及生态夹点,构建山东省黄河流域生态安全格局。结果表明: 考虑水鸟对生态用地需求,识别生态源地总面积2922.22 km²,包括水域源地面积1362.61 km²、林草源地面积1559.61 km²,生态源地整体呈“东多西少、河海相接”的空间格局;青头潜鸭、东方白鹳、丹顶鹤及3种水鸟综合预测高适生区面积分别占研究区总面积的33.4%、13.0%、10.9%、14.1%,其中,水鸟综合预测高适生区与水域源地、林草源地面积重叠率分别为44.4%和6.0%;构建生态廊道390条,其中,关键保护廊道7条,连接水鸟关键栖息地与潜在栖息地;生态夹点20个,分布于沿海、中部林地及黄河干流区域。立足湿地水鸟保护视角,提出“两带三区两点”规划路径和优化策略,以期为山东省黄河流域生态保护与生物多样性协同治理提供理论支撑。

本文对氨氧化微生物在粉葛替代控制入侵植物薇甘菊过程中的作用进行了研究,分析了粉葛替代对薇甘菊再生、植物组织氮素吸收、土壤氮素转化及氨氧化微生物群落的影响。结果表明: 在粉葛替代控制1年后,土壤总氮、铵态氮和硝态氮分别显著增加了109.4%、78.1%和20.3%,净硝化速率显著提高了213.0%;氨氧化细菌AOB-amoA基因拷贝数显著增加,并与土壤总氮、硝态氮呈显著正相关。随机森林模型分析表明,完全氨氧化菌comammox clade A.2和氨氧化细菌AOB共同主导了净硝化作用,土壤净硝化速率、AOB-amoA基因拷贝数和植物组织总氮含量是粉葛相对盖度增加的主要影响因子。氨氧化微生物活性的增强提高了土壤氮素转化效率,使粉葛在氮素吸收与积累方面优于薇甘菊,有效抑制了薇甘菊的再生。

选择闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地为研究对象,基于野外氮添加模拟试验,对比研究了不同氮添加水平下(对照N₀,0 g N·m^-2·a^-1;低氮N_L,12.5 g N·m^-2·a^-1;中氮N_M,25.0 g N·m^-2·a^-1;高氮N_H,75.0 g N·m^-2·a^-1)湿地土壤无机硫形态的赋存特征。结果表明: 各氮处理湿地土壤中的水溶性硫(H₂O-S)和盐酸溶解性硫(HCl-soluble-S)含量与对照相比均呈增加趋势,其值在N_L、N_M、N_H处理下分别增加了36.0%、11.6%、7.5%和66.0%、29.4%、71.8%;而吸附性硫(Adsorbed-S)和盐酸挥发性硫(HCl-volatile-S)含量均呈降低趋势,降幅分别为45.8%、37.0%、4.0%和6.1%、1.7%、3.3%。氮添加整体提高了湿地土壤的总无机硫(TIS)含量和储量,且相较于N₀处理,N_L、N_M、N_H处理下的TIS含量分别增加了29.1%、8.2%、25.6%,储量分别增加了23.1%、13.7%、25.6%。不同氮处理下的TIS储量增幅主要取决于H₂O-S和HCl-soluble-S的贡献。氮添加下湿地土壤不同形态无机硫含量变化主要取决于氮养分(尤其是NH₄⁺-N/NO₃^--N)和pH的变化,并可能与植物-土壤系统之间的硫养分联系密切相关。氮添加下湿地土壤中的TIS含量及储量均明显升高,说明可供给植物吸收利用的有效硫养分整体增加,且该增加趋势在高氮处理(N_H)下尤为明显。

圆叶节节菜是一种可挺水和沉水生长的水生植物,利用挺水态转变为沉水态的特性,可快速构建沉水植物群落,具有较强的水生态修复潜力。本试验以黄壤(T₁)、稻田土(T₂)、河沙(T₃)、河道底泥(T₄)及营养土-河沙(T₅,体积比1∶1)为基质,进行扦插繁殖,研究圆叶节节菜的株高、分枝数、生物量、根系形态及叶绿素荧光特性等对不同基质的响应特征,筛选挺水态圆叶节节菜最适培育基质。结果表明: T₅组插穗于15 d全部死亡,不适于植株生长繁殖。T₂组株高(27.06±3.08 cm)和鲜重(1870±304 mg)分别较T₁、T₃、T₄组提高25.5%、47.1%、100.9%和111.3%、124.8%、251.3%,总根长、根表面积、根体积及根系活力分别提高41.7%～164.7%、38.8%～164.7%、31.6%～177.8%和16.2%～113.3%,分枝数、光合色素含量、实际光化学效率和最大光化学效率均显著高于其他组。T₃、T₄组植株株型矮小,叶片出现不同程度的失绿和萎蔫。圆叶节节菜根系生长发育与基质中的速效磷和速效钾呈显著正相关。采用主成分分析对各基质的综合评价排序为T₂>T₁>T₃>T₄,表明稻田土更适宜于作为圆叶节节菜扦插繁育的基质。

泥炭地是重要的陆地碳库,其生态功能受养分来源与水文条件的深刻影响。当前针对不同类型泥炭地的土壤酶活性特征及其驱动机制的对比研究仍较缺乏。本研究比较了养分来源和水分状况不同的2种泥炭地(雨养型泥炭地和矿养型泥炭地)的土壤酶活性、酶化学计量特征及土壤理化性质的差异,分析驱动不同类型泥炭地土壤酶活性及其化学计量特征的主要因素。结果表明: 雨养型泥炭地的含水量(SWC)、总碳(TC)、总氮、C/P、N/P比矿养型泥炭地高715.0%、42.8%、38.9%、84.2%、83.2%,而pH值、总磷、微生物生物量氮(MBN)比矿养型泥炭地低25.9%、25.0%、68.5%;雨养型泥炭地的酸性磷酸酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、过氧化物酶活性均显著高于矿养型泥炭地1.2倍以上,而酚氧化酶活性比矿养型泥炭地低50%;SWC、pH、TC、C/P、N/P、MBN、矿物结合态有机碳是影响土壤酶活性及其化学计量比的显著因子。两种类型泥炭地均表现出磷限制,且雨养型泥炭地受磷限制程度更大。本研究为了解不同营养类型泥炭地养分资源限制提供了基础数据,为维持泥炭地长期稳定发展提供科学依据。

随着工业化进程的加速和农业活动的频繁,作物重金属污染已成为当前农业生产中一个不容忽视的问题。本研究基于54篇文献的791组数据,利用自动机器学习模型对作物籽粒重金属浓度进行预测。研究选取有机肥施用量、有机肥重金属浓度、土壤重金属浓度、有机质、酸碱度、阳离子交换量、黏粒含量、砂粒含量、粉粒含量和作物类型10种影响因素作为输入变量,选取铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)和汞(Hg)在作物籽粒中的浓度作为输出变量,评估深度学习(DL)、分布式随机森林(DRF)、极度随机树(XRT)、堆栈集合(SE)、梯度提升机(GBM)和广义线性模型(GLM)6种模型的模拟预测效果,并分析影响作物籽粒重金属累积的关键因素。结果表明: 不同重金属的最佳预测模型存在差异。DL模型对Cr、Pb、As和Hg的预测效果最优,而GBM模型对Cd的预测精度最高。特征重要性和SHAP分析显示,有机肥施用量与作物类型是影响作物籽粒重金属累积的关键因素,有机肥施用量、土壤重金属浓度、有机肥重金属浓度、砂粒含量与作物籽粒重金属浓度呈正相关,阳离子交换量、酸碱度、有机质、黏粒含量与作物籽粒重金属浓度呈负相关。综上,DL和GBM模型在预测作物籽粒重金属浓度中具有优势,生产中需严格控制有机肥施用带来的重金属输入风险。

石川河是黄河第一大支流渭河的一级支流,流域位于陕西关中平原北部地区,生态环境具有脆弱性和复杂性。于2022年2月(冬季)和5月(春季)以及2023年8月(夏季)和11月(秋季)对石川河流域4条河流进行系统的水生态调查。石川河流域共鉴定底栖动物148种,物种数呈现春季(85)>秋季(71)>冬季(56)>夏季(47),平均密度(ind·m^-2)为秋季(91.2)>冬季(88.9)>春季(53.9)>夏季(41.9),平均生物量(g·m^-2)为秋季(2.8)>冬季(0.8)>春季(0.5)>夏季(0.4)。通过对研究区域4个季节底栖动物26个参数进行分布范围检验、判别能力分析和相关性分析,构建石川河流域底栖动物完整性指数(B-IBI),进而对20个样点(5个参照点和15个受损点)进行B-IBI健康评价,石川河流域的生物完整性呈现显著的时空差异。从时间上来看,石川河流域处于亚健康或健康状态的样点数为秋季(13)>夏季(11)、冬季(11)>春季(9),其中秋季的健康状况最好。从空间上来看,处于亚健康或健康状态样点数为山区段(29)>平原段(15),山区段的健康状况较好。石川河流域底栖动物的密度、生物量和生物完整性均呈现山区段高于平原段的规律。影响四季底栖动物群落结构的环境因子为水深、流速、总磷、铵态氮、电导率、水温、溶解氧、硅、硝态氮、总氮和总溶解性固体。研究结果可对石川河流域底栖动物生态管理与修复工作提供支撑。

带鱼具有繁殖能力强、生长迅速等特点,是青岛重要的近海渔业捕捞对象,但有关青岛带鱼资源分布特征及其影响因素尚缺乏研究,不利于其资源的保护与利用。本研究根据2018—2022年夏秋季在青岛近岸海域进行的渔业资源底拖网调查数据,结合底层海水温度、底层海水盐度、水深、经度和纬度等环境和空间因子数据,分析了该海域带鱼资源的时空分布特征,应用随机森林模型分析带鱼资源分布与相关因子的关系。结果表明: 青岛近岸海域带鱼资源密度存在一定的年际变化,研究期间带鱼资源密度呈现下降-上升-下降的趋势。成鱼和幼鱼资源密度最高值(31.33和48.09 kg·km^-2)均出现在2021年,最低值(7.96和8.69 kg·km^-2)均出现在2022年,幼鱼平均资源密度占比总体呈现上升的趋势。青岛近岸海域带鱼资源分布存在一定的区域差异,集中分布在调查海域的西南部和东北部。幼鱼在调查海域东北部的湾区内每年均有分布但胶州湾内历年均无幼鱼分布。成鱼主要分布在调查海域的西南部和东北部湾区的外围海域。底层水温和底层盐度是影响幼鱼分布的主要影响因子,经度、水深和纬度是影响成鱼分布的主要影响因子。幼鱼的适宜水温范围为23~25.5 ℃,成鱼的适宜水温为23 ℃;幼鱼的最适盐度为30.5,成鱼的最适盐度为31.5;幼鱼和成鱼均分布在30 m以浅海域。

S-烯虫酯作为保幼激素类似物,通过干扰昆虫体内保幼激素的正常代谢水平,可调控昆虫的发育、变态以及生殖等过程,已作为生物化学杀虫剂在害虫综合治理中推广应用。为明确S-烯虫酯对蚜虫生长发育和繁殖的影响,本研究以豌豆蚜为研究对象,在室内采用离体叶片植物介导法,观察不同浓度(0、50、100、500、1000 mg·L^-1)S-烯虫酯处理对豌豆蚜存活率、发育历期、成蚜体型、寿命、繁殖力以及生殖系统的影响。结果表明: S-烯虫酯处理对豌豆蚜若蚜存活率和发育历期无显著影响,而对成蚜体型大小、寿命以及繁殖具有显著影响。随着S-烯虫酯处理浓度的升高,豌豆蚜成蚜中不育蚜比例显著升高,且成蚜体型逐渐减小、体重逐渐减轻、成蚜寿命和产蚜历期逐渐缩短;平均每雌产蚜量和日均每雌产蚜量逐渐减少。在1000 mg·L^-1S-烯虫酯处理浓度下,豌豆蚜成蚜体重(2.41 mg)较对照减轻1.30 mg,体长(3.74 mm)、体宽(1.34 mm)、后足胫节长度(2.68 mm)及表面积(3.95 mm²)较对照分别减少12.4%、15.7%、11.3%、26.1%,不育成蚜数量占比达50.9%,成蚜寿命(14.3 d)和产蚜历期(12.2 d)最短,平均每雌产蚜量(83.5 ind)和日均每雌产蚜量(6.8 ind·d^-1)最低。S-烯虫酯处理下豌豆蚜成蚜卵巢内新发育胚胎数目明显减少,具有眼点的成熟胚胎数目逐渐递增,且成熟胚胎的触角和足等附肢愈发明显,但即将产出的第1胚胎体型明显减小。研究表明,S-烯虫酯可导致豌豆蚜寿命缩短、繁殖力下降,并显著抑制豌豆蚜卵巢管中新生胚胎的产生和胚胎体型大小。本研究为利用保幼激素类似物调控蚜虫种群增长提供理论基础。

质外体由细胞间隙、细胞壁和木质部中的导管组成,承载着营养运输、水分运输和纤维素合成的重要功能,并在逆境下发挥防御作用。矿质营养元素调控了植物的生理生化过程,对植物正常发育起到至关重要的作用。植物根系质外体通过特定的物理结构和化学成分促进植物高效吸收、转运生境中的矿质营养元素,甚至是植物难以吸收利用的矿质元素。本文通过对质外体结构特征、植物-微生物对质外体调控的影响和逆境胁迫条件下质外体对矿质元素的吸收运输机制进行综述,阐明了质外体结构对植物吸收利用矿质营养元素的调节机制,根质外体通过细胞壁的吸附作用、胞间pH值的变化、离子交换、以及相关基因的调控等方式,对植物吸收转运矿质元素进行高效调控。本文从形态学角度明晰了植物在逆境胁迫条件中启动自我保护的机理。