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2018年 第29卷 第9期    刊出日期：2018-09-20

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摘要 ( 151 )   PDF (459KB) ( 26 )  

研究报告

长白山阔叶红松林土壤氮转化过程对长期施氮和降水变化的响应

徐婷婷, 郑俊强, 韩士杰, 张凤丽, 王秀秀

2018, 29(9):  2797-2807.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.018

摘要 ( 511 )   PDF (878KB) ( 45 )  

土壤氮循环是森林生态系统主要的生物地球化学过程之一,具有重要的环境效应.本研究以长白山阔叶红松林为对象,通过人工氮添加和透明V型板截雨模拟氮沉降(NF)、降水减少(RR)以及两者交互作用(RF),分析了土壤硝化作用、反硝化作用,以及硝化功能微生物(氨氧化古菌AOA和氨氧化细菌AOB)、反硝化功能微生物(nirK、nirS和nosZ)和固氮功能微生物(nifH)对NF、RR及RF作用的响应.结果表明: 土壤硝化作用与土壤NH₄⁺-N、反硝化作用与土壤NO₃^--N含量呈显著正相关关系;土壤硝化作用和反硝化作用未因3种处理而发生显著变化,反硝化作用表现出明显的季节性动态变化;长期RR处理抑制了长白山阔叶红松林土壤净硝化作用,NF和RF处理则促进了其净硝化作用;nifH和nosZ菌群具有较强的抗胁迫能力,其多样性不易受氮水变化影响,干旱条件下nirK群落组成更容易受氮沉降影响;AOA对干旱具有较高敏感性,AOB对NF和RF处理具有较高敏感性.3种处理可不同程度影响土壤净硝化作用,并改变AOB、AOA和nirK基因反硝化微生物多样性,进而可能影响森林土壤含氮气体释放并改变森林生态系统服务.

气候舒适度在不同海拔的时空变化特征及其影响因素

张曦月, 姜超, 孙建新, 周明飞

2018, 29(9):  2808-2818.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.009

摘要 ( 379 )   PDF (1844KB) ( 29 )  

气候舒适度是在气候变化背景下评估热量变化的方式之一.本研究基于1984—2013年间贵州省84个气象台站的逐日观测数据,采用通用热气候指数(UTCI)讨论不同海拔的气候舒适度时空变化规律及主要影响因子,定量分析了不同海拔地区各气候因子对UTCI的影响差异.结果表明: 1984—2013年间,贵州省多年平均UTCI与气温在空间分布格局上有很强的一致性,均表现为温度随海拔升高而降低,全省大部分地区年舒适天数在180～240 d之间;贵州省各站点UTCI增幅随海拔升高而增大,且UTCI变化幅度[-0.58～1.38 ℃·(10 a)^-1]高于气温变化幅度[-0.36～0.45 ℃·(10 a)^-1];在全省范围内,UTCI与各气候因子的相关关系由大至小依次为气温、风速、气压、相对湿度和云量,相关系数分别为0.899、-0.855、0.818、-0.373和-0.042;在不同海拔地区,不同因子与UTCI的相关系数变化有很大的不一致性.随海拔升高,UTCI受气温影响逐渐减弱,风速的影响程度增大.

沙地植被碳氮磷化学计量特征与物种多样性的关系

杨祥祥, 李梦琦, 何兴东, 王学增, 尤万学, 余殿, 张彩华, 陈娜

2018, 29(9):  2819-2824.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.016

摘要 ( 397 )   PDF (539KB) ( 31 )  

植被化学计量特征表征植物营养限制.它是否会影响物种多样性需要进一步探究.本研究以宁夏哈巴湖国家级自然保护区沙地油蒿群落和沙柳群落为对象,计算了植被碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,分析了植被C、N、P生态化学计量特征对沙地植物群落物种多样性的影响.结果表明: 在流动沙丘和半固定沙丘生境中的沙柳群落,物种多样性Simpson指数与植被C/N值存在显著的负相关关系,而与植被N/P值的相关性不显著;在半固定沙丘和固定沙丘生境中的油蒿群落,物种多样性Shannon指数与N/P值存在显著正相关关系,而与C/N值存在显著负相关关系.结合C、N、P生态化学计量特征与冗余分析可知,油蒿群落和沙柳群落的植被P含量对物种多样性的影响不同,导致两个群落的植被N/P值对物种多样性产生不同的影响.

大兴安岭东部主要林分类型乔木层生物量估算模型

董利虎, 李凤日

2018, 29(9):  2825-2834.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.014

摘要 ( 422 )   PDF (572KB) ( 72 )  

大尺度森林生物量的估算方法是人们目前关注的焦点,建立林分生物量模型成为一种趋势.本研究以大兴安岭东部6个主要林分类型为研究对象,构建了其总量及各分项一元、二元可加性林分生物量模型.采用似然分析法判断总量及各分项生物量异速生长模型的误差结构(可加型或相乘型),采用非线性似乎不相关回归模型方法估计模型参数.结果表明: 经似然分析法判断,大兴安岭东部6个主要林分类型总量及各分项生物量异速生长模型的误差结构都是相乘型的,对数转换的可加性生物量可以被选用.各林分类型可加性生物量模型的调整后确定系数为0.78～0.99,平均相对误差为-2.3%～6.9%,平均相对误差绝对值6.3%～43.3%.增加林分平均高可以提高绝大多数生物量模型的拟合效果和预测能力,而且总量、地上和树干生物量模型效果较好,树根、树枝、树叶和树冠生物量模型效果较差.为了使模型参数估计更有效,所建立的生物量模型应当考虑林分总生物量及各分项生物量的可加性.本研究建立的林分总量与各分项生物量模型都能对大兴安岭东部6个主要林分类型生物量进行较好的估计.

黄土丘陵沟壑区土壤养分含量的高光谱预测模型

张超, 刘咏梅, 孙亚楠, 王雷, 刘建红

2018, 29(9):  2835-2842.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.010

摘要 ( 357 )   PDF (1189KB) ( 24 )  

基于高光谱数据快速准确估算土壤养分含量,可为土壤养分监测及土壤理化参数反演提供优化方法.本研究在陕北黄土丘陵沟壑区选取典型样地,分析土壤养分含量与光谱反射率的定量关系,采用连续投影算法提取其光谱特征波长,利用偏最小二乘法、多元线性回归法、支持向量机法分别对土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量进行预测并对比分析,构建该区域土壤养分含量的最优高光谱预测模型.结果表明: 黄土丘陵沟壑区土壤养分含量与光谱反射率在可见光区(400～760 nm)和近红外区(760～1100 nm)相关性较高,相关系数最大值均位于这两个光谱区间.4种土壤养分含量的SPA-SVM模型的普适性好且反演精度高,建模过程简单高效,适用于小数据量试验.本研究结果可为采用机器学习算法构建黄土丘陵沟壑区土壤养分含量高光谱预测模型提供参考.

人工长白落叶松立木叶面积预估模型

谢龙飞, 董利虎, 李凤日

2018, 29(9):  2843-2851.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.011

摘要 ( 334 )   PDF (634KB) ( 21 )  

叶面积影响着树木干物质的生产,进而影响树木乃至整个林分的生长,而叶面积准确估计对分析树木和林分生长具有重要作用.本研究基于黑龙江省长白落叶松人工林中76株解析木数据,分别建立枝条层面和单木层面的叶面积预估模型.结果表明: 考虑样木层次随机效应的最优枝条叶面积混合效应模型包含lnBD(BD为枝条基径)、lnRDINC(RDINC为相对着枝深度)和lnCR(CR为冠长率)3个随机效应参数,具体形式为:lnBLA=β₁+(β₂+b₂)lnBD+(β₃+b₃)lnRDINC+β₄lnDBH+β₅lnHT/DBH+(β₆+b₆)lnCR,其中:β_i和b_i分别是模型的固定效应参数和随机效应参数;DBH为树木胸高处直径;HT/DBH为树高与胸径的比值.模型的修正决定系数(R_a²)为0.90,均方根误差(RMSE)为0.5477,平均偏差(ME)为-0.03,平均绝对偏差(MAE)为0.24,预测精度(P)为91%,枝条叶面积预估模型的预估效果较好.以枝条叶面积预估模型为基础,计算树冠叶面积并建立树冠叶面积预估模型,最终形式为:lnCLA=γ₀+γ₁lnDBH+γ₂CR,其中,γ_i为模型参数.似然比检验结果(P>0.05)说明该模型不用考虑样地层次的随机效应.本研究所建立的立木树冠叶面积预估模型的决定系数(R²)为0.87,RMSE为0.3847,拟合效果好,可以很好地预测人工长白落叶松立木树冠叶面积,为以后叶面积分布和光合作用的研究提供了理论基础.

基于GIS的南昌市公园绿地景观格局分析与优化设计

魏绪英, 蔡军火, 叶英聪, 周洋, 刘纯青

2018, 29(9):  2852-2860.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.007

摘要 ( 676 )   PDF (5270KB) ( 75 )  

以南昌市主城区的公园绿地现状图为基本信息源,借助GIS技术,建立公园绿地空间数据库;利用FRAGSTATS景观格局软件计算相应的景观指数.在对现有的南昌市公园绿地景观格局进行定量分析的基础上,提出优化策略与方案,并对优化后的景观格局进行评价. 结果表明: 现有公园绿地的斑块空间分布不均衡,且面积差异较大,尤其在人口密集区,公园绿地斑块数量偏少,有效避灾面积明显偏低;通过大幅度增加斑块数、斑块面积,提高斑块间的连通性,并适当提高景观破碎化指数,可以优化南昌市公园绿地系统的“点-线-面”格局,使空间分布更趋合理,有效增强其生物多样性保护与防灾避险功能;优化后的公园绿地的斑块多样性指数、均匀度指数均有大幅度提高,聚集度指数也明显升高,且相应降低了优势度指数,景观多样性更为丰富.

基于城市大数据的热场格局形成机制及主导因素的多尺度研究

栾夏丽, 韦胜, 韩善锐, 李小婷, 杨文宇, 刘茂松, 徐驰

2018, 29(9):  2861-2868.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.015

摘要 ( 389 )   PDF (2812KB) ( 29 )  

城市景观的组成与结构及人类活动强度是城市热场格局形成的重要影响因素,但不同要素在城市热场形成机制中的相对重要性尚不清楚.本研究以江苏省宜兴市为例,综合运用遥感解译、外业测绘和编程技术获取城市地表温度、生态基础设施(植被、水体盖度)、建筑容积和百度用户兴趣点(POI)数据,运用Pearson相关分析、回归分析和相对权重分析的方法定量研究了500、1000和2000 m尺度上生态基础设施、建筑容积和POI密度与地表温度的关联关系及相对重要性.结果表明: 生态基础设施具有显著的降温效应,建筑容积和POI密度与地表温度呈显著正相关关系.在城市热场的影响因子中,生态基础设施的相对权重在各尺度均最高(24.3%～43.8%),其次为建筑容积(20.7%～22.6%)和POI密度(13.7%～21.7%).本研究有助于定量理解城市热场形成的多种驱动因子的相对贡献,并可为制定缓解热岛效应的措施提供重要参考.

密云水库上游流域土地利用与地表径流营养物的关系

许尔琪, 张红旗

2018, 29(9):  2869-2878.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.012

摘要 ( 423 )   PDF (2707KB) ( 246 )  

定量刻画土地利用与水体营养物浓度的关系,有助于指导流域土地利用管理,以控制水体富营养化.以往研究较多关注土地利用的数量结构,对其强度、空间分布等刻画相对不足.本研究以密云水库上游流域为例,基于覆盖全流域52个子流域的水质采样,通过遥感解译和空间计算,提取土地利用强度、所处坡度、与河道及监测断面距离以及位置邻接关系等信息,构建土地利用与总氮、总磷和化学需氧量浓度的多元线性回归方程.结果表明: 土地利用与总氮、总磷和化学需氧量浓度回归方程的决定系数由未纳入任何信息的0.294、0.471和0.223分别增加到0.532、0.685和0.489,显著提高了模型的解释能力.在厘定每一空间位置土地利用对监测断面营养物浓度贡献率的基础上,比较与河道不同迁移路径距离下土地利用对营养物浓度的平均累积贡献率及面积累计百分比,确定了距离河道1 km范围内的河岸带为水体富营养化的关键控制范围.最后提出了优化农田施肥管理、加强牲畜粪便处理、建设林地过滤带和河岸缓冲带等水质污染控制和调控的措施建议.

西北干旱区气候和土地利用变化对水沙运移的影响——以小南川流域为例

王蕊, 姚治君, 刘兆飞

2018, 29(9):  2879-2889.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.020

摘要 ( 434 )   PDF (2848KB) ( 40 )  

认识区域水沙运移规律及其对气候和土地利用变化的响应能够为水土流失防治提供理论依据,是水土资源综合开发的重要前提.本研究以1963—2013年逐月实测气象、径流和泥沙资料为基础,结合20世纪80年代和2000年土地利用数据和归一化植被指数(NDVI)数据,采用Mann-Kendall趋势分析和突变检验方法,系统分析了西北干旱区典型小流域——小南川流域的气候和水沙长期变化特征,并识别了研究区土地利用及植被覆盖度变化特征.在对单要素变化充分解析的基础上,利用多元线性回归等方法,定量探讨了气候和土地利用变化对小南川流域水沙运移的影响机制,并明确了关键作用因子.结果表明: 小南川流域气温向两极化发展,降水量逐渐增加,总体气候变化趋势朝向暖湿方向,极端气候事件发生频率增加,且在20世纪90年代发生突变后,其变化速度和程度均进一步加剧.自20世纪80年代以来,随着经济社会发展,流域内耕地和城镇扩张,林地增加,自然生态环境向良性发展.在土地利用和植被覆盖度变化的主导驱动作用下,流域径流量和输沙量分别以1.7×10⁶ m³·(10 a)^-1和1.5×10⁸ kg·(10 a)^-1的平均速率呈减少趋势.定量化研究结果揭示了植被覆盖度和月平均最高气温是影响该区径流变化的最关键因子,而植被覆盖度和日最大降水量是影响输沙变化的最关键因子.在当前气候变化背景下,生态修复是防止干旱区流域水土流失的最有效途径之一.

广西喀斯特移民迁入区土地利用变化对土壤有机碳和全氮储量的影响

仝金辉, 胡业翠, 杜章留, 左玉强, 李昱颖

2018, 29(9):  2890-2896.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.019

摘要 ( 482 )   PDF (625KB) ( 25 )  

土地利用变化是影响土壤碳、氮循环的重要因素,也是研究全球气候变化的热点.本研究基于固定深度法(FD)和等效质量法(ESM),从森林开垦和退耕还林还草两个角度探讨喀斯特移民迁入区土地利用变化对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)储量的影响.结果表明: 原始森林被开垦为草地、桉树林和农田后,SOC和TN储量均显著减少;基于FD方法计算的SOC和TN储量分别损失了47.4%、41.6%,而通过ESM方法计算的SOC和TN的损失率分别为54.8%、49.7%.农田撂荒为草地及种植桉树后,SOC和TN储量显著增加;基于FD方法计算的SOC和TN储量提高了60.5%、49.7%,通过ESM方法计算的SOC和TN分别增加85.5%和70.8%.FD方法忽略了土地利用变化后土壤容重的差异,而森林开垦后会显著增加土壤容重,因此,FD方法高估了SOC和TN储量;农田恢复后土壤容重减小,FD方法则会低估SOC和TN储量的增加.建议相关研究选择ESM方法测算土地利用变化对SOC和TN储量的影响.

多尺度流域生态脆弱性评价及其空间关联性——以甘肃白龙江流域为例

张金茜, 李红瑛, 曹二佳, 巩杰

2018, 29(9):  2897-2906.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.008

摘要 ( 524 )   PDF (1636KB) ( 48 )  

生态脆弱性研究对区域生态环境保护及可持续发展具有重要意义.甘肃白龙江流域是长江上游重要的水源涵养和水土保持区,开展流域生态脆弱性研究十分必要.本研究以流域内各乡镇为研究单元,基于生态敏感性-生态恢复力-生态压力度模型,并结合景观格局指数和流域典型生态系统类型构建生态脆弱性评价指标体系,综合运用辅助回归法、熵权法、综合指数法及空间自相关等方法,从乡镇、县区、流域3个尺度深入分析2002、2014年甘肃白龙江流域生态脆弱性的时空格局,并探讨了流域生态脆弱性的空间关联关系.结果表明: 乡镇尺度上,2002和2014年处于重度、极度脆弱的乡镇均集中分布在武都大部及宕昌西北,且12年来流域乡镇的生态脆弱性从以中度脆弱为主向轻度脆弱转变;2002—2014年,县区尺度上,仅舟曲县生态脆弱性的变化程度较平稳,武都、文县、宕昌、迭部相对剧烈,且武都、文县、迭部的生态脆弱性在一定程度上发生好转,而宕昌县在逐渐恶化;流域尺度上,2002和2014年流域生态脆弱性指数的平均值分别为0.2976和0.2904,呈小幅下降趋势,表征12年来流域的生态脆弱性有所降低;变异系数分别为0.3905和0.4358,呈增加趋势,说明流域生态脆弱性的空间格局向不均衡方向发展;2002年流域生态脆弱性指数的Moran I值为0.5460,表明2002年流域生态脆弱性在空间上呈集聚现象,高高聚集区主要分布在武都北部及中部,零散分布在宕昌西北;2014年流域生态脆弱性指数的Moran I值增加至0.5635,空间集聚更为显著,高高聚集区集中分布在武都中部及宕昌西北.

基于不透水面的粤港澳大湾区景观格局时空变化

冯珊珊, 樊风雷

2018, 29(9):  2907-2914.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.013

摘要 ( 600 )   PDF (2620KB) ( 203 )  

城市不透水面是反映城市化程度和城市环境质量的关键指标,基于不透水面研究城市景观格局演变具有重要的生态意义.利用遥感数据结合景观格局指数探讨了粤港澳大湾区2006—2016年城市不透水面时空演变状况,分析了基于不透水面的景观格局变化规律.结果表明: 2006—2016年,粤港澳大湾区不透水面扩张显著,总面积从12127.69 km²增至20188.87 km²,年增长速率高达806.12 km²·a^-1,并且在珠江东、西两岸分布形成广佛、深莞高密度聚集区.总体上,湾区内不透水面斑块数量明显增多,斑块密度和边缘密度变大,不透水面的优势度越来越突出,不透水面斑块形状趋复杂化,聚集程度降低,整体景观格局呈无序、破碎化、不规则化的趋势.湾区内各城市不透水面的景观格局演变具有明显差异,其中,澳门、香港的不透水面连通性最强,城市景观趋于稳定性、规则化、聚集性;惠州、江门市的不透水面斑块形状复杂,城市景观趋于破碎化.

干旱胁迫下覆膜和接种微生物对玉米生长与水分利用效率的影响

裘浪, 毕银丽, 张延旭, 蔡云, 余海洋

2018, 29(9):  2915-2924.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.034

摘要 ( 385 )   PDF (1183KB) ( 32 )  

针对西北干旱半干旱地区土壤贫瘠与水分缺乏的问题,利用微生物与作物形成互惠互利的共生关系,本研究设置两个水分梯度:干旱胁迫(供试土壤最大持水量的35%)和正常水分(供试土壤最大持水量的75%),两个覆膜方式:无覆膜(NM)和覆膜(FM),4个接种微生物水平:单接AM真菌(AM)、单接解磷细菌(PSB)、联合接种AM真菌与解磷细菌(AM+PSB)以及对照(CK),研究不同水分和覆膜条件下4个接种微生物对玉米生长特性、地上养分吸收与水分利用效率的影响.结果表明: 与正常水分处理相比,干旱胁迫能够显著提高接种AM真菌处理的侵染率,但正常水分处理下土壤根外菌丝密度、总球囊霉素(T-GRSP)与易提取球囊霉素(EE-GRSP)含量明显提高.干旱胁迫下,单接AM真菌处理的促生作用和菌根效应表现最好,能够提高玉米生物量、水分利用效率和土壤有机碳含量,促进土壤N、P、K的吸收与运输,从而增加玉米地上部分N、P、K吸收量;而正常水分下,联合接种AM+PSB处理表现要好于单接AM和PSB处理,且其与覆膜的互作效果最好.相关分析结果表明,玉米生物量、叶片SPAD值和地上部分N、P、K吸收量均与土壤根外菌丝密度呈显著正相关,玉米水分利用效率与其呈显著负相关.

渭北旱作麦田长期保护性耕作土壤肥力特征综合评价

王倩, 李军, 宁芳, 孙磊, 温鹏飞

2018, 29(9):  2925-2934.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.030

摘要 ( 310 )   PDF (769KB) ( 26 )  

以渭北旱作麦田10年长期定位试验4种土壤物理指标和7种化学指标组成的土壤肥力性质为评价指标,研究长期实施6种保护性耕作处理后11种土壤指标的累积效应,并运用主成分分析对不同耕作处理下土壤肥力的累积效果进行综合评分,以期为渭北旱塬土壤可持续利用和管理提供科学依据.结果表明: 与传统连续翻耕(CT/CT)比较,免耕与深松轮耕(NT/ST)、深松与翻耕轮耕(ST/CT)、翻耕与免耕轮耕(CT/NT)处理土壤容重分别降低了6.6%、5.9%、6.6%,连续免耕(NT/NT)与连续翻耕差异不明显.>0.25 mm力稳性团聚体含量以NT/NT最高,水稳性团聚体含量以NT/ST最高.与传统翻耕相比,5种耕作处理力稳性团聚体增加了1.7%～10.1%,土壤有机质增加了0.6%～11.2%,氮、磷、钾含量也均有提高.通过主成分分析将11种土壤指标分为两个主成分综合表征土壤质量,第1主成分的贡献率为75.5%,在其上有较高载荷的指标为土壤有机质、水稳性团聚体、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量,容重、孔隙度,第2主成分的贡献率为13.2%,力稳性团聚体在其上有较高载荷,两者共解释了88.6%的原变量.长期不同耕作效果逐渐累加形成的土壤肥力水平依次表现为:NT/ST>ST/CT>CT/NT>NT/NT>ST/ST>CT/CT,NT/ST处理形成了一个相对平衡和较高肥力质量的土壤状况,为渭北旱作麦田最适宜的轮耕模式.

茄子无土栽培氮磷钾浓度优化施肥方案

马晟, 陈震, 杨凤娟, 王秀峰, 魏珉, 史庆华, 李岩, 巩彪

2018, 29(9):  2935-2942.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.029

摘要 ( 332 )   PDF (973KB) ( 22 )  

本试验采用三因子二次饱和D-最优设计(310),以蛭石为栽培介质,建立了以氮、磷、钾浓度为变量因子,茄子产量和品质为目标函数的三元二次数学模型,以期得到茄子优质高产最优氮磷钾浓度范围.对模型解析结果表明: 氮、磷、钾浓度对茄子产量和品质均有显著影响.对产量和品质的影响程度均以钾浓度较大,对产量的影响程度以氮浓度次之,磷浓度较小,对品质则为磷浓度次之,氮浓度较小.氮磷、氮钾、磷钾浓度交互对茄子产量均有显著影响;氮钾浓度交互对茄子品质亦有显著影响.在低水平条件下,茄子产量和品质均随氮、磷、钾浓度增加而增加,但超过一定范围后,茄子产量和品质均随之降低.通过计算机模拟运算得出,本试验条件下茄子单株产量达3600 g的施肥方案为:氮16.0～20.0 mmol·L^-1、磷2.2～2.6 mmol·L^-1、钾9.9～12.9 mmol·L^-1;品质综合评分在90分以上的施肥方案为:氮18.0～21.1 mmol·L^-1、磷1.9～2.6 mmol·L^-1、钾10.6～13.3 mmol·L^-1.试验小区茄子产量预期达到43.2 kg(6个月生长期)、品质综合评分高达90分以上的优质高产营养液氮磷钾浓度范围为:氮18.0～20.0 mmol·L^-1、磷2.2～2.6 mmol·L^-1、钾10.6～12.6 mmol·L^-1,适宜的N∶P₂O₅∶K₂O浓度比例约为1∶0.13∶0.62.

长期免耕秸秆覆盖对寒地草甸土土壤物理性质的影响

王秋菊, 张敬涛, 盖志佳, 蔡丽君, 刘婧琦, 赵桂范, 杜佳兴, 焦峰

2018, 29(9):  2943-2948.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.025

摘要 ( 427 )   PDF (586KB) ( 18 )  

黑龙江地处中温带地区,农田秸秆量大,不同秸秆还田技术与耕作制度结合对土壤物理性质的影响尚不明确.通过2010—2017年连续8年的田间定位试验,研究免耕条件下秸秆覆盖对草甸土土壤物理性质的影响.试验设秸秆无覆盖区(0%)、30%覆盖量(30%)、60%覆盖量(60%)、100%覆盖量(100%)4个处理.结果表明: 免耕条件下,秸秆覆盖可使土壤容重增加0.10～0.20 g·cm^-3,差异达到显著水平,并随覆盖量增加呈递增趋势;秸秆覆盖使土壤固相率比无覆盖增加2.5%～7.8%;土壤温度随秸秆覆盖量增加降幅增大,表层尤为明显,0～5 cm土层温度降幅1.87～2.90 ℃;土壤含水量随秸秆覆盖量增加呈增加趋势,与无覆盖相比差异显著,0～5 cm土层增加幅度为6.4%～10.2%;秸秆覆盖使土壤总孔隙和直径>0.05 mm通气孔隙减少,0.05～0.002 mm有效孔隙增加,覆盖量越大增加越明显,对土壤无效孔隙的影响不规律.长期秸秆覆盖增加了土壤紧实度和土壤水分,降低了土壤温度和土壤总孔隙,增加了0～5 cm土层土壤有效孔隙.

秸秆带状覆盖对半干旱雨养区冬小麦田地温和产量的影响

常磊, 韩凡香, 柴雨葳, 杨德龙, 杨长刚, 程宏波, 黄彩霞, 柴守玺

2018, 29(9):  2949-2958.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.023

摘要 ( 361 )   PDF (906KB) ( 26 )  

为了明确秸秆带状覆盖对西北半干旱雨养区冬小麦田地温和产量形成的影响,于2013—2015年连续进行2年定位试验,设不覆盖露地(CK)、全膜覆土穴播(PM)、秸秆带状覆盖(覆盖带和种植带各30 cm,播种3行,SM₁)、(覆盖带和种植带各40 cm,播种4行,SM₂)、(覆盖带和种植带各50 cm,播种5行,SM₃)5个处理.结果表明: 各处理在不同生育时期、不同土层土壤温度存在显著差异.与CK相比,SM₁、SM₂和SM₃处理全生育期0～25 cm土层土壤温度分别比CK显著降低1.0～1.3 ℃、0.7～0.9 ℃和0.7～1.1 ℃.不同时期比较,覆盖处理存在增温和降温的双重效应,秸秆覆盖在苗期-越冬期具有提高地温的作用,返青期-成熟期具有降温效应,增温效应覆膜>秸秆覆盖,而降温效应秸秆覆盖>覆膜.同时,秸秆覆盖降低了全生育期土壤有效积温和日变化幅度,全生育期有效积温较CK降低3.4～33.5 ℃·d,土壤温差较CK降低0.6～2.0 ℃;秸秆覆盖在越冬期平均温度比CK高0.2～0.3 ℃、负积温比CK高0.4～17.0 ℃·d.秸秆覆盖较CK增产11.9％～19.5％,处理间单位面积穗数的差异是引起产量差异的主要结构因素.因此,秸秆带状覆盖适宜在西北雨养区旱地冬小麦产区推广应用.

CO₂浓度增加对半干旱区春小麦生产和水分利用效率的影响

张凯, 王润元, 李巧珍, 王鹤龄, 赵鸿, 阳伏林, 赵福年, 齐月

2018, 29(9):  2959-2969.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.028

摘要 ( 393 )   PDF (1796KB) ( 25 )  

为了解CO₂浓度升高条件下春小麦生产和水分利用效率(WUE)的响应特征,在典型半干旱区定西,利用开顶式气室(OTC)试验平台开展了CO₂浓度增加模拟试验.试验设对照(390 μmol·mol^-1)、480 μmol·mol^-1和570 μmol·mol^-1 3个CO₂浓度.结果表明: CO₂浓度升高使春小麦冠层空气温度小幅上升,10 cm深处的土壤环境温度下降;CO₂浓度增加对春小麦各器官生物量和总生物量都有明显促进作用,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,地上干物质量平均增长20.6%和41.5%,总干物质量平均增长19.3%和39.6%.生物量增加主要是由茎叶干物质量增加所致,与生育中期物质生产能力明显增强有关;在两种CO₂浓度处理下,植株根冠比分别降低7.3%和11.8%,CO₂浓度增加对春小麦地上部分干物质积累的贡献大于地下部分;CO₂浓度升高主要通过影响穗粒数来影响最终产量,在480和570 μmol·mol^-1浓度下,小麦产量分别增加了8.9%和19.9%;大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用影响的长期效应不明显,随CO₂浓度升高,光合速率显著提高,蒸腾速率降低,蒸发蒸腾量减小.随CO₂浓度升高,叶片、群体和产量3个水平的WUE都增加,其中群体水平的WUE增幅最大,产量水平的WUE增幅最小.

短链聚磷酸磷肥对土壤无机磷转化及铁锰锌有效性的影响

王雪薇, 王冲, 褚贵新

2018, 29(9):  2970-2978.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.024

摘要 ( 375 )   PDF (1172KB) ( 34 )  

明确聚磷酸形态磷在土壤中的转化及其对土壤磷有效性的影响是聚磷酸类磷肥合理施用的前提.本研究通过盆栽试验比较了施用磷酸一铵和聚磷酸类磷肥对石灰性土壤和酸性红壤有效磷、无机磷转化和土壤微量元素活化的影响,同时研究了不同磷源在油菜上的施用效果.结果表明: 聚磷酸磷肥可显著提高石灰性土壤磷的有效性.与磷酸一铵(MAP)处理相比,聚磷酸处理的土壤水溶性磷和有效磷平均含量分别提高了19.0%和25.4%;对土壤无机磷连续浸提试验表明,Resin-P(树脂磷)和NaHCO₃-P(高活性磷)较MAP处理分别提高了22.8%和43.3%,NaOH-P(中活性磷)较MAP处理提高了33.8%,说明聚磷酸磷肥可显著减少石灰性土壤对磷的固定.在酸性红壤上,施用聚磷酸类磷肥对提高土壤磷的有效性及减少磷的固定效果不明显.聚磷酸磷肥可显著提高石灰性和酸性土壤Fe、Mn、Zn的有效性.与MAP处理相比,聚磷酸肥料处理下石灰性土壤有效Fe、Mn、Zn分别提高了2.1%、16.2%和20.8%,红壤的有效Fe、Mn、Zn含量分别高了6.6%、11.9%和9.2%.聚磷酸磷肥显著提高了石灰性土壤上油菜干物质、吸磷量和磷肥利用率,但在酸性红壤上聚磷酸磷肥处理肥料效应却低于MAP处理.总之,聚磷酸磷肥在提高石灰性土壤中磷的有效性、减少磷的固定、活化Fe、Mn、Zn等微量元素以及改善油菜磷素营养方面均具有显著效果,是在石灰性土壤上能有效替代正磷酸磷肥的新型磷肥.

施硒对水稻土壤硒有效性的影响

张木, 唐拴虎, 钟松臻, 李苹, 付弘婷

2018, 29(9):  2979-2987.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.022

摘要 ( 508 )   PDF (1030KB) ( 2757 )  

硒在华南稻区酸性土壤中极易被固定使其有效性较低.本研究旨在通过盆栽试验,探明施用硒肥对水稻根际和非根际土壤硒有效性的影响.结果表明: 施硒能提高水稻产量,增加籽粒硒含量;水稻根际土壤中水溶态硒、交换态硒、铁锰氧化物结合态硒、有机物-硫化物结合态硒和残渣态硒含量均低于非根际土壤.各施硒处理之间,根际和非根际土壤中硒的迁移系数没有显著差异;施硒对根和叶片之间硒的迁移系数也没有显著影响,但是施硒提高了叶片和籽粒之间硒的迁移系数.施用0.5 mg·kg^-1硒增加了水稻根系有机酸的分泌,而施用1.0、5.0 mg·kg^-1硒则降低了有机酸的分泌.根系有机酸的分泌对根际土壤pH值影响不大,根际土壤pH值反而高于非根际土壤,但施硒显著降低了根际土壤pH值.随着施硒水平的提高,根际土壤黏土矿物(高岭石)的红外吸收光谱不断增强.施入土壤中的硒多转化为水稻难以吸收利用的形态,且不易向根际移动.根系分泌的有机酸也并不是通过影响土壤pH值来提高土壤硒的有效性.

抗草甘膦转基因大豆对根际土壤细菌及根瘤菌的影响

沈彬, 洪鑫, 曹越平, 韩成, 刘标, 钟文辉

2018, 29(9):  2988-2996.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.002

摘要 ( 409 )   PDF (949KB) ( 38 )  

转基因大豆是全球种植最广泛的转基因作物,抗除草剂是其最主要的转基因特性.微生物群落是土壤质量的监测指标之一,抗草甘膦转基因大豆及配施草甘膦是否影响大豆根际土壤细菌及根瘤菌群落尚不清楚.本研究基于大田试验,以非转基因亲本大豆‘中豆32’为对照(CK),分析转G10-epsps基因耐除草剂大豆SHZD32-01(GR)及配施草甘膦(GR+G)在大豆各生育时期对根际土壤细菌和根瘤菌的影响.结果表明: 与CK相比,GR、GR+G处理对苗期和成熟期根际土壤pH、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、NH₄⁺-N含量等产生影响;GR处理显著增加结荚期根际土壤细菌群落丰度及多样性,GR+G处理显著增加结荚期根际土壤细菌群落多样性,但显著降低苗期和结荚期根际土壤细菌群落丰度;GR、GR+G处理改变了部分优势细菌类群的相对丰度,但不同生育期根际土壤优势细菌类群均为变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、浮霉菌门和放线菌门;GR、GR+G处理改变了根瘤菌类群的相对丰度,但未影响慢生根瘤菌和中华根瘤菌两种主要大豆根瘤菌的相对丰度,且GR+G处理结荚期根际土壤根瘤菌相对丰度显著降低.环境因子分析显示,根际土壤放线菌和根瘤菌群落丰度主要受土壤pH影响.抗草甘膦转基因大豆或配施草甘膦显著影响结荚期根际土壤细菌和根瘤菌,但其影响随大豆的生长而消失.

苦荞耐低磷基因型筛选及评价指标的鉴定

杨春婷, 张永清, 马星星, 陈伟, 董璐, 张楚, 路之娟

2018, 29(9):  2997-3007.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.021

摘要 ( 411 )   PDF (692KB) ( 28 )  

土壤缺磷是限制我国黄土高原作物高产的主要因子之一,苦荞是黄土高原区优势杂粮作物且不同基因型苦荞对低磷胁迫的响应存在显著差异,因而筛选磷高效利用苦荞基因型成为提高苦荞产量、促进当地农业可持续发展的重要途径.以14份不同基因型苦荞为材料,采用砂培试验,对正常供磷(2 mmol·L^-1)和低磷胁迫(0.2 mmol·L^-1)下苦荞苗期的农艺性状、生理生化指标以及植株磷利用情况进行测定,通过计算苦荞苗期耐低磷特性,筛选出耐低磷苦荞品种及其评价指标,为苦荞磷高效育种及黄土高原瘠薄土壤栽培提供理论依据.结果表明:低磷胁迫下,各基因型苦荞苗期地上部受影响程度大于根系,地上部形态指标、根系平均直径、根系表面积和根系体积降低,而主根长伸长;苦荞根系活力、可溶性蛋白含量均下降,其他生理生化指标升高;植株全磷含量与磷积累量均降低,但磷利用效率升高.主成分分析将22个单项指标转化成4个相互独立的综合指标(累计贡献率达90.1%),聚类分析将14种苦荞划分成3类:耐低磷型、中间型和磷敏感型.为探讨苦荞苗期耐低磷鉴定指标,以耐低磷性综合评价值(D值)为因变量,各单项指标耐低磷系数为自变量,建立最优回归方程,进行耐低磷预测.最终筛选出根表面积、根长、株高、地上部干质量、酸性磷酸酶、磷积累量、过氧化物酶活性7项指标,可用于苦荞苗期耐低磷能力的快速鉴定.

间伐改形对陇东旱塬密闭苹果园树体冠层结构和发育后期叶片质量的影响

孙文泰, 牛军强, 董铁, 刘兴禄, 尹晓宁, 马明

2018, 29(9):  3008-3016.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.026

摘要 ( 308 )   PDF (812KB) ( 22 )  

为研究间伐改形对红富士成龄乔化密植果园树体冠层特征、生育后期叶片生理特性、养分积累分配规律、光合生产力和土壤水分时空分布动态的影响,以18年生‘红富士’苹果密闭园为试材,对苹果树单株结构参数、枝量、枝类组成、覆盖率、叶片光合速率等参数进行测定.结果表明: 密闭果园叶片光合作用受非气孔因素限制,导致PSII最大光化学效率、PSII光合潜能、光合性能指数下降了1.2%、11.5%、13.9%.间伐改形后,叶面积指数、树冠覆盖率有所降低,使得冠层直射光透过系数增加了79.0%,树形结构有所改善.苹果园总枝数降低到约1100400条·hm^-2,单株枝量增加了5.0%,短枝比例提高至73.0%.由于冠层光照条件的改善,叶面积、比叶质量、百叶重、叶绿素含量有不同程度的提高.叶片光合速率的提高促进了光合产物的积累,淀粉、蛋白质含量为密闭果园的143.5%、107.8%.叶片的发育质量与其所处的光照辐射环境有着密切联系,密闭果园经间伐、改形后,果园群体结构和冠层光照得以改善,促进了叶片生长发育,提高了叶片光合效能,降低了果园土壤水分的无效消耗,是陇东旱塬苹果产区密闭果园适宜的调整、优化方案.

盐胁迫对Bt棉棉蕾杀虫蛋白表达的影响

王永慧, 陈建平, 高进, 张祥, 陈源, 陈德华

2018, 29(9):  3017-3023.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.027

摘要 ( 346 )   PDF (560KB) ( 26 )  

为探讨土壤盐分对转Bt基因抗虫棉棉蕾抗虫性的影响程度,采用盆栽试验,以2个Bt棉品种‘新棉33B’(盐敏感)和‘中07’(耐盐)为试验材料,设置5个土壤盐分水平(0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%), 研究盐分对蕾期Bt棉棉蕾中杀虫蛋白含量、Bt基因相对表达量及氮代谢相关酶和物质代谢的影响.结果表明: 棉蕾中Bt杀虫蛋白含量随土壤盐分的升高而降低,与对照相比(0%),2个不同类型棉花品种在土壤盐分0.30%及以上时,棉蕾中杀虫蛋白含量显著下降,且随土壤盐分水平的升高,Bt 杀虫蛋白含量下降幅度增大.土壤盐分胁迫提高了棉蕾中Bt基因的相对表达量.在相同土壤盐分水平下,盐敏感品种棉蕾中Bt杀虫蛋白含量受土壤盐分影响较大.杀虫蛋白表达量下降幅度大的品种,其可溶性蛋白含量、谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)和谷氨酸草酰乙酸转氨酶(GOT)活性下降幅度较大,游离氨基酸含量、蛋白酶和肽酶活性上升幅度也较高.说明土壤盐分胁迫下,Bt棉棉蕾蛋白质合成能力下降,分解能力增强,可能是导致杀虫蛋白表达量下降的主要原因.

基于系统保护规划的黄河流域湿地优先保护格局

郭云, 梁晨, 李晓文

2018, 29(9):  3024-3032.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.040

摘要 ( 496 )   PDF (1263KB) ( 84 )  

黄河流域湿地为我国生物多样性维持提供了重要生境.本研究基于黄河流域气候分区、地貌单元及湿地遥感数据,构建黄河流域生态地理综合湿地分类系统.在系统保护规划理论框架下,将湿地气候-地貌分类单元作为生态系统层次保护对象,结合黄河流域鸟类分布范围作为物种层次的保护对象,设定30%湿地优化目标,将公路、铁路、城镇、农村居民点、水坝等作为度量因子创建黄河流域保护代价图层,并利用系统保护规划工具——Marxan软件构建黄河流域湿地保护优化格局,识别湿地保护空缺.结果表明: 黄河流域大部分沼泽湿地集中在黄河上游区域,目前源区保护区覆盖面积大,在内蒙古、甘肃及四川部分区域一些稀有湿地类型游离在保护体系外;黄河中游湿地类型以河道和河滩湿地类型为主,保护覆盖率极低,保护空缺严重,经优化保护网络体系后,保护成效可分别得到29.1%、37.6%的提升.黄河下游湿地主要集中在黄河三角洲区域,目前保护体系完整,保护空缺面积极小.总体上,黄河流域中游河流湿地的保护空缺比例最高,亟需重视.本研究基于湿地保护格局优化结果分区分析黄河流域湿地保护模式,为黄河流域湿地的保护规划管理提供了科学性建议,从宏观层面上为黄河流域水生态保护奠定了基石.

陕西省异色瓢虫种群遗传结构及其多样性

李菁, 张小飞, 徐玲玲, 刘津, 白明皓, 王振营

2018, 29(9):  3033-3042.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.031

摘要 ( 370 )   PDF (815KB) ( 41 )  

异色瓢虫是一种重要的天敌昆虫,广泛应用于农业生物防治中.本研究以线粒体COII基因作为分子标记,对陕西省分布的异色瓢虫不同地理种群的遗传结构及遗传多样性进行分析,并探讨不同种群间的遗传分化程度及基因交流水平.结果表明: 在21个种群529头异色瓢虫供试样本的COII序列中,共检测到15种单倍型(Hap1～Hap15),其中Hap1和Hap2所占比例最高,分别占总群体的34.4%和37.6%.总群体单倍型多样性指数为0.732,各种群内单倍型多样性范围在0.652～0.786.种群间总基因流为10.13,总群体遗传分化指数为0.024,说明种群间整体遗传分化程度较低.陕西异色瓢虫种群在进化上呈现中性模型,群体大小保持相对稳定,种群间的遗传分化主要来自种群内部.基于Nei遗传距离构建的种群系统发育树,陕南区域种群与陕北和关中区域种群分化明显.种群间遗传分化与地理距离之间存在一定的相关性,并且区域种群的遗传结构与遗传多样性也表现出一定的地理分布模式,推测秦岭的阻隔及南北气候的差异,使陕北、关中与陕南种群间的基因交流存在阻力,导致南北种群间遗传结构和遗传多样性存在差异.

福建省新型城镇化与生态环境的耦合分析

刘春雨, 刘英英, 丁饶干

2018, 29(9):  3043-3050.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.017

摘要 ( 456 )   PDF (828KB) ( 25 )  

识别和揭示城镇化与生态环境之间的耦合关系及其形成机理,进而针对性地提出调控对策,有助于城市管理相关部门制定决策.本研究针对福建省所处立地环境构建新型城镇化与生态环境系统指标体系,利用变异系数确定指标权重,通过耦合度模型和耦合协调度模型探讨福建省新型城镇化与生态环境系统的耦合过程,并实现空间可视化.结果表明: 2000—2015年,福建省地级市的新型城镇化与生态环境系统耦合度变化相对平稳,其值在0.77～0.99,且各城市间差异不显著,只有2000年莆田和2015年漳州的耦合度处于磨合阶段;福建省新型城镇化与生态环境系统耦合协调度在0.50上下波动,从东向西演变时间短,空间分异显著;福建省两系统耦合协调类型以调和发展型为主,还存在中度失调衰退型、中度协调发展型和高度协调发展型,两系统耦合协调类型间还存在转化现象,到2015年只有厦门发展为高度协调发展型城市;城市发展以城镇化滞后为主,到2010年(厦门)和2015年(厦门和福州)才出现生态环境滞后现象.

基于城镇排污视角的水功能区纳污能力模型及其应用

覃琳, 宋孝玉, 晁智龙, 冯湘华, 夏露

2018, 29(9):  3051-3057.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.003

摘要 ( 318 )   PDF (1127KB) ( 36 )  

水功能区纳污能力是区域水功能区限制纳污和责任考核管理的重要依据.为了适应目前以县为主体的水功能区水环境管理方式,本研究从水功能区城镇污染物允许排放量的视角研究水功能区纳污能力,建立水功能区城镇排污模型,并应用于泾河入渭段主要城镇礼泉县和泾阳县.结果表明: 礼泉县和泾阳县月允许排污量与河道流量密切相关,丰水期允许排污量高于枯水期.泾河礼泉段当年11月至来年3月水体COD浓度劣于该水功能区水质目标,应削减该时间段礼泉县排污口排污量.排污口排污流量的取值会影响河道水功能区纳污能力的计算结果,城镇排污模型利用相对稳定的排污口排污浓度计算排污口允许排污流量,得到的水功能区纳污能力更为合理.研究结果可为严格的水资源管理提供科学依据.

氟西汀与三氯生复合暴露对麦穗鱼的毒性效应

闫亮, 穆磊, 陈红星, 郭忠宝, 罗永巨, 谢凌天

2018, 29(9):  3058-3066.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.038

摘要 ( 435 )   PDF (1117KB) ( 25 )  

为探讨药品和个人护理产品(PPCPs)复合污染对水生生态系统的影响,本试验以东北地区土著鱼类麦穗鱼为试验材料,研究了氟西汀(FLX)与三氯生(TCS)复合暴露对其不同器官的毒性效应.经急性(4 h)与慢性(42 d)复合暴露试验后分别检测麦穗鱼Ⅰ相和Ⅱ相解毒酶、神经系统、消化系统及抗氧化系统等受到的影响.结果表明: 在FLX/TCS复合暴露条件下,麦穗鱼脑部乙酰胆碱酯酶活性受到短暂抑制,肝中细胞色素P450活性持续受到抑制,肠中α-葡萄糖苷酶活性在急性暴露后受到诱导但是长期暴露后被抑制,同时长期复合暴露导致肝中脂质过氧化水平升高.氟西汀和三氯生对麦穗鱼的复合暴露可对麦穗鱼多个器官产生急性毒性应激效应,而随着暴露时间的延长,麦穗鱼可产生一定的适应性,但这种适应作用的机制有待进一步研究.

长江口无脊椎动物群聚特征及其与环境因子的关系

任庆强, 线薇微, 张岩, 刘春龙, 李文龙

2018, 29(9):  3067-3077.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.036

摘要 ( 450 )   PDF (1273KB) ( 29 )  

长江口及其邻近海域是连接河流和海洋的重要枢纽,但对该海域生物多样性和相关生态过程,尤其是无脊椎动物群落的了解仍然较少.本研究根据2014年2月、5月、8月和11月4个航次长江口及其邻近海域渔业资源综合调查数据,探讨该海域无脊椎动物群落时空分布特征及其群聚结构变化与环境因子的关系.结果表明: 2014年长江口及其邻近海域4个航次渔业资源调查共采集无脊椎动物35种,隶属于3门10目20科,以甲壳动物(19种)和软体动物(13种)的物种数最为丰富,资源优势种包括葛氏长臂虾、脊腹褐虾、细点圆趾蟹、中国毛虾、三疣梭子蟹和双斑蟳.2014年长江口无脊椎动物丰度和生物量分别为4518.96 kN·km^-2和173.09 kg·km^-2,春季最高,秋季最低.春季和冬季无脊椎动物多样性最高,夏季最低.长江口无脊椎动物各季节群聚结构存在显著差异,冬季、夏季和秋季以南部和北部的差异为主,春季则以近岸和远岸的差异为主.温度和溶解氧驱动无脊椎动物群落季节的时间变异,初级生产水平和营养要素驱动群落季节内的空间变异.

2016年夏季长江口邻近海域浮游动物群落结构

蒋巧丽, 许永久, 俞存根, 张浩良, 肖祎, 唐逸铮, 张亚洲

2018, 29(9):  3078-3084.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.004

摘要 ( 335 )   PDF (2425KB) ( 49 )  

根据2016年8月长江口邻近海域27个站位的浮游动物样品数据,对长江口邻近海域的浮游动物群落结构和多样性进行分析,研究了浮游动物群落结构与环境因子的关系.结果表明: 该海区共鉴定出浮游动物93种,隶属于6门12大类群,另有浮游幼体及鱼卵仔鱼15种.其中,桡足类为绝对优势类群,共鉴定出48种,占44.4%;水母类为第二优势类群,共鉴定出12种,占11.1%.该海域出现的主要贡献类群为桡足类、海樽类、毛颚类、枝角类和水母类,平均丰度依次为273.9、115.0、67.1、63.6和61.1 ind·m^-3,其中绝对优势类群为桡足类,贡献率占20.3%.根据环境因子聚类结果,将该海区分为冲淡水影响区和外海水团影响区.单因子相似性分析检验发现,两个区域群落结构差异显著(平均差异性为4.0 %).SIMPER分析发现,对差异性的贡献比例依次是桡足类20.3%、海樽类18.0%、枝角类14.1%、毛颚类13.4%和水母类11.8%.

闽江口主要渔获鱼类的生态位宽度与重叠

何雄波, 李军, 沈忱, 石焱, 冯晨, 郭峻宏, 招春旭, 颜云榕, 康斌

2018, 29(9):  3085-3092.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.037

摘要 ( 360 )   PDF (576KB) ( 35 )  

根据2015年闽江口4个季度月(1、5、8、11月)的渔业资源底拖网调查资料,通过相对重要性指数确定主要渔获鱼类,对主要渔获鱼类的生态位宽度、生态位重叠进行分析.结果表明: 4个航次总共渔获鱼类137种,隶属16目37科,以鲈形目、鲱形目、鲽形目和鲀形目等为主.主要渔获鱼类有15种,其中优势种6种,分别为六指马鲅、龙头鱼、白姑鱼、鹿斑仰口鲾、短舌鳎和凤鲚,其余9种为重要种.时空生态位宽度值达到1以上的种类有7种,从大到小依次为短舌鳎、棘头梅童鱼、鹿斑仰口鲾、六丝钝尾虾虎鱼、赤鼻棱鳀、凤鲚、龙头鱼.主要渔获鱼类的生态位变动在闽江口受季节变化的影响比较明显.闽江口主要渔获鱼类种对的时空生态位重叠达有意义水平的种对占比较高,达81.9%,其中重叠显著的有6个种对,说明闽江口主要渔获鱼类间在时空二维上的分布普遍相似,在资源利用上存在竞争关系.时空生态位重叠值最大的种对为日本绯鲤-沙带鱼,重叠值最小的种对为日本绯鲤-棘头梅童鱼,时空生态位重叠受季节变化的影响比较明显.

传统测序与高通量测序在稚鱼食性分析中的比较

林先智, 胡思敏, 刘胜, 黄晖

2018, 29(9):  3093-3101.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.005

摘要 ( 373 )   PDF (2401KB) ( 48 )  

对鱼类早期生长阶段的摄食研究有助于了解其饵料来源及其在食物网中的功能地位,而全面准确地获取其食物种类信息是关键,高通量测序技术的发展给动物食性研究带来了前所未有的机遇和挑战.本研究以大亚湾人工码头海域金钱鱼稚鱼为对象,以18S rDNA为靶标,分别使用传统Sanger测序和Illumina Solexa高通量测序对其食物组成进行分析,比较两种方法在稚鱼摄食研究中的适用性.结果表明: 金钱鱼稚鱼为杂食性,食物多样性高,纤毛虫和苔藓动物是最优势的食物类群.使用传统测序方法共获得67条有效食物序列,分属于8个类群,涵盖23个生物种类;使用高通量测序方法共获得17000多条有效食物序列,分属于9个类群,涵盖35个生物种类.两种方法检测到的食物类群基本相同,但高通量测序方法在反映食物多样性和覆盖范围上更具优势,且灵敏度更高,检测出传统测序方法未发现的甲藻和褐藻种类,说明高通量测序技术可以较全面而准确地覆盖稚鱼的食物谱.高通量测序获取的大量数据,可在一定程度上提供半定量信息,克服传统测序在定量研究方面的不足.高通量测序技术在稚鱼摄食研究上优势更明显,食谱覆盖更广,检测灵敏度更高,显著提升了数据与结果的可信度,可为海洋生物摄食生态学研究提供强有力的支撑.

不同倍性虹鳟幼鱼对急性温度胁迫的抗氧化响应

史鲲鹏, 董双林, 周演根, 高勤峰, 孙大江

2018, 29(9):  3102-3110.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.001

摘要 ( 320 )   PDF (985KB) ( 52 )  

虹鳟属于冷水性鱼类,其生存的最适温度为12~18 ℃,温度胁迫是虹鳟在夏秋季养殖过程中经常遇到的问题.枫叶鲑和硬头鳟均为品质优良的虹鳟选育种.为探讨急性温度胁迫对两种倍性虹鳟抗氧化响应的影响,本研究选取二倍体枫叶鲑和三倍体硬头鳟幼鱼,分别在13、17、21和25 ℃下进行热应激试验.在达到目标温度后的0、1、6和12 h取样,之后将受试鱼恢复至13 ℃的适宜温度下培养,并在恢复培养的1、12、24和48 h后取样,测定受试鱼肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)的活性,以及脂质过氧化物(LPO)、丙二醛(MDA)和热激蛋白70(HSP70)含量.结果表明: 枫叶鲑和硬头鳟的3种抗氧化酶活性在17 ℃组没有出现显著升高;21 ℃组枫叶鲑和硬头鳟的SOD活性在热应激期间出现显著升高,但枫叶鲑的SOD活性在恢复过程中恢复到正常水平;25 ℃组枫叶鲑和硬头鳟的SOD、CAT和GPx的活性均显著提高;但在恢复试验进行24 h后,CAT和GPx的活性恢复到正常水平.枫叶鲑在17、21和25 ℃组HSP70的产生量显著高于13 ℃组,而硬头鳟仅在21和25 ℃组HSP70的产生量显著高于13 ℃组.通过整合生物标志物响应指标值对多种抗氧化参数进行分析,发现枫叶鲑在17和21 ℃组急性温度胁迫下的抗氧化响应显著高于硬头鳟,但在25 ℃组硬头鳟的抗氧化响应高于枫叶鲑.这表明不同倍性虹鳟幼鱼在不同温度急性胁迫下的抗氧化响应有所差异.

浅水湖泊表层沉积物记录的枝角类群落空间分布特征

朱庆生, 孔令阳, 陈丽, 王晓, 王教元, 康文刚, 李蕊, 梁红, 陈光杰

2018, 29(9):  3111-3119.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.032

摘要 ( 416 )   PDF (804KB) ( 54 )  

浅水湖泊污染负荷能力较低,对环境变化敏感,过度开发会导致生态功能明显退化甚至发生稳态转变.本研究通过提取云南18个浅水湖泊的表层沉积物枝角类信息,识别枝角类群落的空间分布特征并甄别其群落构建的环境驱动因子.结果表明:表层沉积物枝角类群落的地理分布存在显著的空间差异,滇西北的枝角类群落以底栖物种占绝对优势,而随着营养水平的增加,滇东南湖泊枝角类优势物种由底栖型向浮游型转变.统计分析表明,海拔和水体总磷水平是驱动群落分布空间差异的关键环境因子,分别独立解释了枝角类群落变化的22.0%和7.7%,反映了海拔梯度及其指示的气候环境过程是控制枝角类群落空间分布的重要因子.同时枝角类群落随营养水平的变化出现差异性的结构特征,可能指示了流域开发、污染物输入、水生植被变化等人类活动扰动的综合影响.同时,海拔和总磷水平表现出显著的相互作用并解释了枝角类群落变化的26.3%,指示了云南地区的人类活动强度随着海拔梯度呈现显著的空间差异,并通过营养盐输入等过程调控了枝角类群落的结构特征.

基于硅藻功能群特征揭示海西海近现代生态环境变化

王教元, 陈光杰, 康文刚, 胡葵, 陈小林, 吴飞红, 朱庆生, 冯钟

2018, 29(9):  3120-3130.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.006

摘要 ( 372 )   PDF (1378KB) ( 52 )  

依据硅藻的形态、生理与生态特点而定义的功能群分类,可以更好地描述对湖泊环境胁迫的响应特征.本研究识别了海西海表层沉积物硅藻群的空间分布模式,并通过多指标分析探讨其与环境因子的关系.结果表明: 主成分分析和冗余分析,水深和沉积物总氮含量是硅藻功能群空间分布异质性的主要驱动因子;水深8 m左右可能是海西海硅藻出现功能群分异的阈值,与热力分层深度等湖泊水文特征相对应.上述表层沉积物硅藻功能群空间分布结果为沉积物化石记录的解释提供了依据.沉积物钻孔分析显示,近百年来海西海硅藻功能群呈现明显的阶段性波动,与年均气温、沉积物总氮含量、中值粒径等指标变化相对应.气候变暖、富营养化和水位上升是驱动海西海硅藻功能群长期变化的主要环境因子,协同促进了功能群D、P、MP占优势.硅藻功能群多样性变化的长期特征表明气候变暖和营养盐富集促进了硅藻功能群多样性的增加,而海西海1957年筑坝和1990年水库扩容两次典型水文调控显著增加了湖泊水深,导致硅藻功能群多样性降低.

黄河口邻近水域贝类生态容量

林群, 王俊, 李忠义, 单秀娟, 左明, 刘艳芬

2018, 29(9):  3131-3138.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.039

摘要 ( 337 )   PDF (700KB) ( 66 )  

黄河口邻近水域是著名的贝类生产区,四角蛤蜊、菲律宾蛤仔、文蛤等是该海域重要的增养殖品种.目前,贝类底播养殖最高年产量达30万t,实现产值15.4亿元.然而,贝类过度增殖,将引起海域环境的变化,继而导致贝类死亡率的增加,影响生态系统的健康.因此,基于生态系统的贝类生态容量评估至关重要.本研究利用Ecopath with Ecosim软件构建了黄河口邻近水域生态系统营养通道模型,在此基础上分析了该生态系统功能群间的相互影响、生态系统的总体状态,并评估了贝类的生态容量.结果表明: 系统的总初级生产量/总呼吸(TPP/TR)为3.45、总初级生产量/总生物量(TPP/B)为38.91,同时具有较低的循环指数(FCI=0.028)、较高的剩余生产量961.24 t·km^-2·a^-1和较低的系统连接指数(CI=0.38),说明该系统目前处于发育的不稳定期.贝类生物量的增加对虾虎鱼、虾类和蟹类有正影响, 对中上层鱼类、底层鱼类、海蜇、浮游动物等功能群有负影响.当前贝类的生物量是5.5 t·km^-2,有一定的增殖潜力.模型估算得出的贝类生态容量是18.22 t·km^-2,该研究结果可为黄河口邻近水域渔业资源的可持续发展提供管理依据.

综合评述

三氯生的环境残留、降解代谢及其潜在生态风险

张立娜, 宫晓双, 安婧, 魏树和

2018, 29(9):  3139-3146.  doi:10.13287/j.1001-9332.201809.033

摘要 ( 589 )   PDF (549KB) ( 49 )  

三氯生因具有良好的广谱抗菌性能而被广泛应用于各类洗护日化用品中.随着这些日用品被人类不断消耗,三氯生也会通过多种途径进入环境并引发一系列环境问题.环境中残留的三氯生及其代谢产物具有持久性、生物累积性和生态毒性,进而给生态系统带来一定的潜在风险,甚至会对人类健康产生不良影响.基于此,本文总结和分析了三氯生在环境介质中的残留特征及其可能发生的降解代谢过程和产物,并系统地介绍了三氯生及其代谢产物的生物有效性及其对生物体繁殖、遗传和基因等方面的毒性效应,综合分析了三氯生对生态系统和人类健康可能存在的风险,并对有关三氯生后续的研究工作提出了建议和展望.

海洋颗粒物/沉积物中的氨基酸及其对有机质降解的指示作用

周卜, 袁华茂, 宋金明, 李学刚, 李宁, 段丽琴, 任成喆

2018, 29(9):  3147-3158.  doi:10.13287/j.1001–9332.201809.035

摘要 ( 487 )   PDF (752KB) ( 46 )  

氨基酸是海洋有机质尤其是有机氮的重要组分,其地球化学行为活跃,在海洋有机质生物地球化学循环过程中起着重要作用.氨基酸的含量、组成和分布等信息可有效指示有机质的降解状态.本研究系统总结了海洋颗粒物/沉积物中氨基酸的分布特征及影响因素,以及氨基酸对有机质降解程度的指示作用.海洋颗粒物/沉积物氨基酸的主要成分为甘氨酸 (Gly)、谷氨酸(Glu)、丙氨酸(Ala)和天冬氨酸(Asp),其含量从近岸到大洋逐渐降低,并随深度增加呈下降趋势.氨基酸的碳、氮归一化产率(%AA-C/TOC,%AA-N/TN)以及基于氨基酸组成的降解因子(DI)越低,表明有机质的降解程度越高.基于非蛋白质氨基酸以及D型氨基酸含量与组成的活性因子(RI)和D型氨基酸与L型氨基酸比值(D/L)等指标可以根据细菌对氨基酸的转化作用来指示有机质的降解程度,其中RI值越接近于0,D/L值越高,蛋白质与非蛋白质氨基酸的比值Asp/β-Ala和Glu/γ-Aba(氨基丁酸)越小,均表明有机质受到微生物的降解和转化程度越高.颗粒物/沉积物中氨基酸的迁移转化过程主要受到溶解氧、营养盐水平、有机质来源、沉积环境以及微生物转化等因素的影响.今后应加强颗粒物和沉积物之间的协同效应以及微生物对氨基酸的影响与具体调控机理研究.