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    2020年 第31卷 第3期    刊出日期:2020-03-15
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    2020, 31(3):  694-694. 
    摘要 ( 40 )   PDF (465KB) ( 86 )  
    中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用
    高添, 于立忠, 于丰源, 王兴昌, 杨凯, 卢德亮, 李秀芬, 闫巧玲, 孙一荣, 刘利芳, 徐爽, 甄晓杰, 倪震东, 张金鑫, 王高峰, 魏晓华, 周新华, 朱教君
    2020, 31(3):  695-705.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.040
    摘要 ( 165 )   PDF (4636KB) ( 125 )  
    森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H2O/CO2/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。
    长白山阔叶红松林生产力随林分发育的变化
    李旭华, 于大炮, 代力民, 孙建新
    2020, 31(3):  706-716.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.018
    摘要 ( 129 )   PDF (1048KB) ( 74 )  
    林龄是影响森林生态系统碳储量和碳通量的一个关键因子。量化森林生产力随林分发育的变化规律,对于优化林龄结构,促进资源利用最大化,更好地发挥森林在调节CO2吸收、储存和释放中的作用十分重要。本研究采用空间代替时间法,在露水河林区设置12块不同发育阶段的阔叶红松林样地,运用经本地参数化的Biome-BGC模型,模拟了阔叶红松林净初级生产力(NPP)随林分发育的动态变化,分析了阔叶红松林NPP在4种发育情景模式下随林分发育的变化规律。结果表明: 不同龄组阔叶红松林的生物量表现为幼龄林<中龄林<成熟林<过熟林,其平均生物量分别为(224.35±20.68)、(237.23±39.96)、(259.16±19.51)和(357.57±84.74) t·hm-2。模型模拟的不同发育阶段阔叶红松林NPP的变化范围为489.8~588 g C·m-2·a-1,模拟结果与MODIS观测结果有较好的一致性,反映了Biome-BGC模型模拟阔叶红松林碳通量的合理性和准确性。模型模拟的阔叶红松林NPP随林分发育呈先增加后下降的变化趋势,在中龄林时达到最高,过熟林时最低。4种阔叶红松林发育动态情景模式下的NPP变化特征表明,在起始状态为人工种植红松林的自然发育和发育过程中对阔叶树实施采伐控制的两种情景下,成熟林时期NPP最高;而在起始状态为天然次生白桦林的自然发育和经人为采伐动态控制的两种情景下,均表现为幼龄期NPP最高。
    保留密度对杉木人工林生长和生物量及经济效益的影响
    卢立华, 农友, 李华, 曾冀, 孙冬婧, 陈琳, 明安刚, 杨予静
    2020, 31(3):  717-724.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.002
    摘要 ( 105 )   PDF (624KB) ( 127 )  
    在广西凭祥市热带林业实验中心青山实验场的杉木中龄人工纯林(14年生)中,以不间伐为对照(密度1500株·hm-2),研究不同保留密度(500、750和1000株·hm-2)对杉木人工林胸径、树高、蓄积生长量和林分生物量及经济效益的影响。结果表明: 500株·hm-2处理杉木人工林的平均胸径、树高生长量及大径材蓄积量均最高,分别达20.55 cm、15.70 m、18.31 m3·hm-2。对照林分活立木蓄积量最高(199.63 m3·hm-2),显著高于500、750株·hm-2处理。不同处理乔木层生物量、生态系统生物量和经济效益差异显著。1000株·hm-2处理乔木层生物量(90.72 t·hm-2)、生态系统生物量(94.97 t·hm-2)和经济效益(11.84万元·hm-2)显著高于其他处理。降低林分保留密度虽然能促进杉木胸径和树高的生长,提高林分的出材径级、大径材比例、单木平均材积和生物量,但不能提高活立木蓄积量。1000株·hm-2处理是杉木中龄林最适保留密度,林分的总蓄积量、乔木层生物量、生态系统生物量和经济效益分别比对照增加2.3%、5.7%、4.7%和5.8%。
    金沙江干热河谷典型林草地植物根系对土壤优先流的影响
    邵一敏, 赵洋毅, 段旭, 王克勤, 陈婷婷, 万艳萍
    2020, 31(3):  725-734.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.013
    摘要 ( 123 )   PDF (1892KB) ( 100 )  
    为了明确土壤优先流形态特征以及植物根系对其形成的影响,以金沙江干热河谷元谋县苴那小流域典型植被类型银合欢人工林地和扭黄茅荒草地为研究对象,基于染色示踪法并结合Photoshop CS5和Image-Pro Plus 6.0图像处理技术,分析了2种植被下的土壤优先流形态特征和分布特征,并探究了植物根系对其的影响。结果表明: 林地和荒草地的土壤优先流染色面积具有明显差异,林地染色面积比总体随土壤深度的增加而减小,但部分地方表现出增大现象;荒草地染色面积比随土壤深度增加呈单调递减,林地优先流发生程度高于荒草地。根系对优先流的形成具有重要影响,根径0≤d≤5 mm和d>10 mm范围内,林地根长密度随着土层深度的增加呈单调递减趋势,5 mm<d≤10 mm根系根长密度在30~40 cm土层出现较大波动;荒草地各级根系根长密度均与土壤深度呈负相关关系。林地染色面积比与3 mm<d≤5 mm根径范围内的根长密度呈极显著相关,荒草地染色面积比与d≤3 mm范围的根长密度呈极显著相关;2种地类染色面积比均与1 mm<d≤3 mm范围的根重密度及d≤1 mm的根表面积呈极显著相关,与d>5 mm根径的根长密度、根重密度、根表面积的相关性不显著。研究区2种地类的土壤优先流染色面积总体变化趋势为随土壤深度的增加而减小,植物根系与土壤优先流的形成关系密切,其中,细根能显著促进土壤优先流的形成,粗根对优先流的形成具有局限性。
    灌木斑块格局对产流及产沙过程的影响
    赵明, 杨晓楠, 陈攀宇, 孙文义, 穆兴民, 高鹏, 赵广举
    2020, 31(3):  735-743.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.017
    摘要 ( 100 )   PDF (2258KB) ( 110 )  
    研究景观斑块盖度和连通方式影响下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化规律,对于揭示坡面土壤侵蚀过程的水动力机制和水文连通性具有重要意义。本研究采用野外人工模拟降雨试验,分析灌木样地不同覆盖度水平(0%、20%、40%、60%、90%)和不同连通方式(竖路径、横路径、S路径、随机斑块路径)下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化。结果表明: 随灌木覆盖度增加,产流量和产沙量均呈指数递减趋势;覆盖度增加到60%以上时,灌木减水减沙能力趋于稳定。随灌木覆盖度增加,流速、径流深、雷诺数、弗劳德数、径流功率和径流剪切力显著降低,曼宁糙率系数和Darcy-Weisbach阻力系数显著增大;但当灌木覆盖度增加到60%以上时,水力学参数特征值变化无显著差异。4种连通方式的产流率大小依次为竖路径>S路径>横路径>随机斑块;产沙率表现为竖路径最大,S路径次之,横路径与随机斑块无显著差异。连通性差的路径(横路径、随机斑块路径)与连通性好的路径(竖路径、S路径)相比,表现出较强的水力传输阻力和较差的水力挟沙能力。研究灌木斑块不同覆盖度和不同组合方式对坡面产流产沙量和水动力参量的作用,阐明植被减水减沙的临界盖度和合理配置方式,可为黄土高原水土流失治理和黄河流域高质量发展提供重要的理论依据。
    氮添加下城市森林土壤呼吸动态变化及其影响因素
    付若仙, 余景松, 张云彬, 俞元春, 陶晓
    2020, 31(3):  744-752.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.037
    摘要 ( 131 )   PDF (1239KB) ( 186 )  
    城市森林是生态系统重要碳库,其土壤呼吸是构成陆地土壤碳循环的重要环节。为了研究全球氮沉降增加背景下城市森林土壤呼吸动态变化及影响因素,本研究选取安徽省合肥市蜀山森林公园典型城市森林为研究对象,通过添加0(CK)、50(LN)、100(HN) kg N·m-2·a-1硝酸铵试验,对其土壤呼吸速率、温湿度及理化性质进行动态观测。结果表明: 城市森林土壤呼吸具有明显的季节差异,氮添加没有改变土壤呼吸季节动态特征;土壤呼吸与土壤温度存在显著相关性,土壤温度与土壤湿度的交互作用能更好地解释土壤呼吸的变异;氮添加在一定程度上改变了土壤呼吸的温度敏感性,其指数Q10值表现为LN(2.12)>CK(2.10)>HN(2.05);不同氮添加条件下,土壤呼吸与土壤硝态氮、溶解性有机碳、pH、碳氮比存在显著相关关系;氮添加对土壤呼吸的促进作用主要表现在生长季,对非生长季土壤呼吸则表现出轻微的抑制作用。
    亚热带毛竹林土壤磷组分和微生物对施氮的响应
    曾泉鑫, 曾晓敏, 林开淼, 张秋芳, 程蕾, 周嘉聪, 林巧玉, 陈岳民, 徐建国
    2020, 31(3):  753-760.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.033
    摘要 ( 106 )   PDF (728KB) ( 118 )  
    磷(P)是植物和微生物生长的重要营养元素,亚热带地区土壤P有效性较低,且长期高氮(N)沉降可能会造成土壤P有效性进一步降低。本试验开展于戴云山毛竹林,分析了施N 3年对土壤的基本理化性质、P组分、微生物生物量和酸性磷酸单酯酶活性的影响。结果表明: 施N显著增加了土壤NO3--N含量,提高了土壤N有效性,但显著降低了易分解态有机磷占全磷的比例,且总有机碳与总有机P的比例>200。土壤微生物生物量碳、微生物生物量磷、酸性磷酸单酯酶活性、微生物生物量碳/微生物生物量磷和微生物生物量氮/微生物生物量磷随施N量的增加而增加。此外,易分解态有机磷占总磷比例与微生物生物量磷呈显著负相关关系。因此,施N加剧了土壤P有效性限制,提高了微生物对P的需求。
    玉龙雪山自然保护区寒温性针阔混交林腐殖质层和土壤表层线虫群落结构差异
    王文婷, 夏尚文, 肖海峰, 刘胜杰, 杨效东
    2020, 31(3):  761-768.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.020
    摘要 ( 132 )   PDF (844KB) ( 119 )  
    采用高通量测序的方法,对位于云南省丽江玉龙雪山自然保护区20 hm2寒温性针阔混交林中腐殖质层和土壤表层(0~10 cm)线虫群落结构的差异进行了研究。共获取测序序列5744582条,注释后获得44科线虫。腐殖质层线虫有37科,其中垫刃科(18.1%)为优势类群,营养类群以食细菌、食真菌和植食性线虫为主;土壤表层线虫有41科,单齿科(45.4%)为优势类群,捕食性线虫具有最高的相对多度。虽然在操作分类单元(OTU)水平上两个生境线虫群落的α多样性(Shannon、Simpson和Chao1指数)无显著性差异,但在科水平上,腐殖质层线虫群落的α多样性指数显著低于土壤表层;两个生境的β多样性有较大差异,其中腐殖质层Cody指数低于土壤表层,而Sorensen非相似性指数相反。非度量多维标度(NMDS)分析表明,土壤表层线虫群落内部结构差异大于腐殖质层。
    遮阴对4种紫堇属植物光合特性和叶绿素荧光参数的影响
    王亚楠, 董丽娜, 丁彦芬, 李涵, 宋鹏, 蔡慧, 徐子涵
    2020, 31(3):  769-777.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.004
    摘要 ( 124 )   PDF (1822KB) ( 155 )  
    采用盆栽试验,设置0、20%、40%、60%和80%遮阴度5种遮阴处理,研究遮阴对刻叶紫堇、伏生紫堇、紫堇和黄堇4种紫堇属植物叶绿素含量、光合特性和叶绿素荧光参数的影响,以加快其在园林方面的应用。结果表明: 随着遮阴度的提高,4种植物叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)总量不断增加,刻叶紫堇在80%遮阴处理均达到最大,而伏生紫堇、紫堇和黄堇在60%遮阴处理达到最大;叶绿素a/b、光饱和点、光补偿点和暗呼吸速率的变化趋势呈相反的趋势。4种植物中,刻叶紫堇在80%遮阴处理下,伏生紫堇、紫堇和黄堇在60%遮阴度下各叶绿素荧光参数达到最大。4种植物耐阴性大小为刻叶紫堇>伏生紫堇>紫堇>黄堇。刻叶紫堇在80%遮阴处理,以及伏生紫堇、紫堇和黄堇在60%遮阴处理下光能利用率最大,光合能力最强,最有利于植物的生长。
    荒漠草原区不同生活型植物生长对降水变化的响应
    王军锋, 张丽华, 赵锐锋, 谢忠奎
    2020, 31(3):  778-786.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.001
    摘要 ( 133 )   PDF (1914KB) ( 128 )  
    在全球气候变化背景下,降水变化对植物群落动态将产生深远的影响。以黄土高原西部荒漠草原为对象,通过野外降水控制试验,研究不同生活型植物丰富度、密度、盖度、高度和地上生物量对降水变化的响应。结果表明: 降水处理对一年生草本植物的丰富度、密度、盖度的影响在降水试验第3年(2015年)达到显著水平,以减水处理最低,植物高度对降水变化的响应更敏感,3年间,均以减水40%处理最低;植物生长和地上生物量对减水处理的负响应幅度大于对增水处理的响应。多年生草本植物的丰富度、密度和盖度在第3年以减水处理显著低于增水40%处理,但与对照无显著差异;植物高度3年间均以减水40%处理最低;丰富度、盖度、高度对减水处理的负响应幅度大于对增水处理的正响应,但地上生物量对增水40%处理的正响应较强。灌木的丰富度、密度、盖度和地上生物量对增减水20%处理的正响应最明显,可能与灌木在该处理分布相对集中有关。降水减少抑制了草本植物的生长,但对一年生草本植物的抑制作用更强,降水增加在一定程度上促进了多年生草本植物的生长和生物量积累。一年生草本植物的生长和生物量随降水年际变异波动明显,灌木受降水改变的影响相对较小,降水变化对黄土高原西部荒漠草原植物群落组成与功能将产生显著的影响。
    群落演替对呼伦贝尔草地两种优势植物繁殖分配及生态化学计量的影响
    金晓明, 于良斌, 张颖琪, 王秋红
    2020, 31(3):  787-793.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.003
    摘要 ( 125 )   PDF (605KB) ( 151 )  
    为了探究草地群落演替过程中不同优势种的生理生态适应性,本研究采用空间代替时间序列的方法,分析呼伦贝尔草地米氏冰草群落—米氏冰草+冰草群落—冰草群落演替系列的土壤养分、两优势种的生物量及C、N和P含量。结果表明: 随着米氏冰草群落—米氏冰草+冰草群落—冰草群落的演替,土壤全碳、全氮、速效氮及速效磷含量均显著升高;米氏冰草和冰草叶、茎和根的N、P含量及N/P均显著升高,而各构件的C/N降低;米氏冰草叶的C含量及冰草叶、茎和根的C含量均显著升高。米氏冰草叶C/P及冰草根和叶C/P均显著升高,而米氏冰草根和茎C/P及冰草茎C/P均显著下降。在米氏冰草+冰草共优势种群落中,米氏冰草通过降低茎和根C含量,增加叶C的积累,提高其种间竞争力, 而冰草通过降低根冠比和生殖比来适应环境变化。米氏冰草在不同群落中均受N限制(N/P<14);而冰草在单优势种群落中受P限制(N/P>16),在共优势种群落中受N和P限制(14<N/P<16)。在单优势种群落和共优势种群落中,米氏冰草叶N化学计量内稳性指数分别为5.92和2.94,具有较高的氮内稳性,冰草叶P化学计量内稳性指数分别为4.12和3.37,具有较高的磷内稳性。
    基于生态系统服务的中亚水土热资源匹配度时空变化特征
    闫雪, 孟德坤, 陈迪桃, 李倩, 杨涛, 李兰海
    2020, 31(3):  794-806.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.012
    摘要 ( 100 )   PDF (3782KB) ( 120 )  
    水土热资源匹配程度与生态系统的稳定及其可持续性密切相关。本研究通过引入与人类福祉相关的生态系统服务的概念,利用基于遥感数据的植被净初级生产力(NPP)指标法构建了中亚地区水土热资源匹配度指数,采用趋势分析和Hurst指数方法,分析了中亚水土热资源匹配度的时空变化特征,并探讨其与气候因子及水分利用效率的相关性。结果表明: 中亚地区水土热资源匹配度总体偏低(9.3),且在不同生物群区具有明显的空间差异性,总体表现为高山森林区>高山草甸区>典型草原区>荒漠草原区>湖区>荒漠区。2000—2015年间,中亚地区各生物群区的水土热资源匹配度与区域总体水土热资源匹配度均表现为波动下降,但变幅小、持续性较差。气温和降水在空间分布上的巨大差异性及错位性是中亚水土热资源匹配度总体偏低的主要原因,降水对中亚水土热资源匹配度的影响强于气温,中亚水土热资源匹配度与水分利用效率之间也有较强的相关性。
    敦煌阳关湿地芦苇叶片养分重吸收模式及其对土壤水分的响应
    刘冬, 张剑, 包雅兰, 赵海燕, 齐璇璇, 谢欢杰, 张静白
    2020, 31(3):  807-813.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.031
    摘要 ( 108 )   PDF (541KB) ( 136 )  
    植物叶片的养分重吸收是养分贫瘠生境中植物重要的养分保存机制。研究叶片养分重吸收对土壤水分的响应,有助于了解植物对环境的适应策略。以敦煌阳关湿地优势植物芦苇为对象,研究不同水分条件[高: 33.5%±1.9%、中: 26.4%±1.3%、低: 11.3%±1.5%]下芦苇叶片氮磷重吸收模式及其对土壤水分的响应。结果表明: 1)随着土壤水分下降,土壤N浓度显著降低,芦苇成熟叶片及衰老叶片N浓度显著升高,成熟叶片和衰老叶片P浓度及土壤P浓度均无显著变化。2)高水分条件叶片N重吸收效率为 76.1%,显著高于中(65.5%)、低(62.5%)水分条件;不同水分条件叶片P重吸收效率无显著差异。3)成熟叶片和衰老叶片N浓度与叶片N重吸收效率呈极显著负相关;成熟叶片P浓度与叶片P重吸收效率无显著相关性,而衰老叶片P浓度与叶片P重吸收效率呈极显著负相关。说明土壤水分缺乏不利于叶片N重吸收。
    草甸草原土壤碳/氮矿化潜力及土壤微生物水分敏感性对极端干旱的响应
    李磊, 王岩, 胡姝娅, 李阳, 申颜, 庾强, 黄建辉, 王常慧
    2020, 31(3):  814-820.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.005
    摘要 ( 128 )   PDF (1053KB) ( 196 )  
    土壤碳、氮矿化是生态系统养分循环的关键过程,受到水分供给的强烈影响。本研究对极端干旱处理(连续3年生长季减少66%降水)的内蒙古草甸草原野外取土,采用超低温冻干后再调节土壤水分至3%、8%、13%、18%、25%和35% 6个水平进行室内培养,研究极端干旱处理后土壤碳/氮矿化潜力以及土壤微生物对水分变化的敏感性。结果表明: 与对照(自然降雨)相比,极端干旱处理后,6个培养水平的平均土壤氮矿化潜力显著提高14.2%,但未显著影响土壤碳矿化潜力。极端干旱显著提高土壤微生物生物量氮和土壤可溶性有机碳26.8%和26.9%。无论是对照还是极端干旱处理,土壤氮矿化潜力、碳矿化潜力和微生物生物量碳和氮均随着土壤含水量增加而增加,而可溶性有机碳从较低水分的培养水平(3%和8%)到较高水分的培养水平(>13%)显著降低,表明底物的扩散起到重要作用。极端干旱处理显著提高了碳矿化初始脉冲强度,表明极端干旱提高了土壤微生物对水分的敏感性。极端干旱显著降低了土壤碳矿化潜力/氮矿化潜力的比值,表明长期干旱可能会降低土壤碳、氮循环过程的耦合作用。极端干旱对土壤碳矿化和氮矿化过程的影响存在差异,激发了土壤微生物对水分的敏感性,弱化了碳、氮循环过程的耦合关系,并进一步影响中国北方草甸草原生态系统的生物地球化学循环过程及草地生产力。
    关中平原田间土壤含水量的空间变异性
    张诗祁, 牛文全, 李国春
    2020, 31(3):  821-828.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.024
    摘要 ( 102 )   PDF (1619KB) ( 152 )  
    为了明确田块尺度土壤含水量的空间变异特征,制定合理准确的土壤采样方法,支持田间精准灌溉,分7个日期对陕西省杨凌区曹新庄试验区土壤样品进行采集,利用经典统计学和地统计学方法,分析了0~60 cm不同土层土壤含水量的空间变异特点。结果表明: 田块尺度土壤含水量空间分布呈弱变异或中等偏弱变异;土壤含水量在11.7%~20.1%时,其值越低,空间变异性越强。采样间距显著影响土壤含水量空间变异性的计算精度,采样间距设置为东西方向间距27 m和南北方向间距9 m时的土壤含水量变异系数比采样间距设置为东西方向间距9 m和南北方向间距18 m大3.3%。随着采样密度的增大,土壤含水量分布的等值线变化增大;表征田块尺度土壤含水量空间变异性最少的网格数量为21个点。采样间距为东西方向间距18 m和南北方向间距9 m时,田块尺度土壤含水量具有较高的空间相关性,田块中间位置的土壤含水量比四周高3%~5%。本研究可为关中平原田间测定土壤含水量确定合理的采样方法,并为实现农业精准灌溉提供参考。
    土壤水分对黄土区苹果园土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水势梯度的影响
    党宏忠, 却晓娥, 冯金超, 王檬檬, 陈帅
    2020, 31(3):  829-836.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.023
    摘要 ( 106 )   PDF (1217KB) ( 104 )  
    开展土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水势变化的联动分析对于揭示植物水分状况对环境变化的响应机制有重要意义。在黄土高原苹果园对果树生长季大气水势(Ψair)、木质部水势(Ψstem)、土壤水势(Ψsoil)进行连续监测与分析。结果表明: 苹果树在生长季的日平均Ψstem为-0.57 MPa,在-0.24~-2.0 MPa间变化。苹果树SPAC连续体中水势梯度(ΨsoilΨstemΨair)平均为1∶9.8∶1155,其中植-土界面的水势梯度(ΨstemΨsoil)与土壤体积含水率(VWC)间呈极显著的线性正相关关系,ΨstemΨsoil间呈良好的线性关系,且相关性强于ΨstemΨair间的相关性。当Ψsoil<-0.08 MPa(VWC=17%,约为田间持水量的0.56倍)时,ΨstemΨsoil变化响应的敏感性明显降低,气-植界面的水势梯度(ΨairΨstem)与Ψsoil间由无明显关系转变为紧密的线性相关关系(R2=0.93)。ΨairΨstem的驱动存在阈值效应,在Ψair降到-69 MPa前,Ψstem日变化幅度随Ψair增加而增加,之后呈下降趋势。土壤含水率降低引起苹果树水势、SPAC各界面上的水势梯度明显下降,且在土壤含水率降至约17%时存在阈值效应。研究结果为理解树木水分状况对土壤、大气干旱的响应机制提供了重要依据。
    桂南茶园土壤团聚体有机碳和养分对植茶年限的响应
    王晟强, 杜磊, 叶绍明
    2020, 31(3):  837-844.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.008
    摘要 ( 117 )   PDF (490KB) ( 96 )  
    研究茶园土壤团聚体有机碳和养分对植茶年限的响应机制,可为茶园提升土壤肥力、保障土壤健康及促进土壤资源可持续利用奠定理论基础。本研究以植茶年限8、17、25和43年的桂南南山白毛茶园土壤为对象,采集0~20 cm土层原状土样,通过干筛法获得各粒径(>2、2~1、1~0.25和<0.25 mm)团聚体,并测定其中有机碳和养分含量。结果表明: 不同植茶年限土壤团聚体组成以>2 mm粒径团聚体为主,其含量显著高于其他粒径团聚体,平均值为63.8%;其次是<0.25 mm粒径团聚体;而2~1和1~0.25 mm粒径团聚体含量较低,平均值分别为9.9%和7.8%。土壤团聚体稳定性指标平均重量直径(MWD)表现为植茶17年>8年>25年>43年。各植茶年限土壤团聚体有机碳、全氮含量随着粒径的增大而升高,其中>2和2~1 mm粒径团聚体较高,平均值在>2 mm粒径中分别为18.76和0.84 g·kg-1、在2~1 mm粒径中分别为18.65和0.80 g·kg-1;不同植茶年限土壤团聚体碱解氮、有效磷和速效钾含量在<0.25 mm粒径团聚体中最高,平均值分别为50.43、23.06和68.04 mg·kg-1。长期植茶有助于土壤有机碳、全氮、碱解氮和有效磷的积累,但其储量的积累速率却逐年降低,不利于土壤速效钾的保持,其储量的流失速率在植茶中期(17~25年)最高。在区域茶园管理中,应重视植茶17年以后土壤团聚体稳定性降低、速效钾流失加剧等问题,以保障茶园土壤质量及促进土壤资源可持续利用。
    中国北方苹果主产地苹果物候期对气候变暖的响应
    刘璐, 郭梁, 王景红, 栾青, 傅玮东, 李曼华
    2020, 31(3):  845-852.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.026
    摘要 ( 169 )   PDF (1486KB) ( 200 )  
    为揭示我国北方苹果物候期时空变化特征及其对气候变暖的响应时段和强度,选取福山、万荣和阿克苏分别代表我国渤海湾、黄土高原和新疆苹果产区,利用1996—2018年各地红富士苹果芽开放期、展叶始期、始花期、可采成熟期、叶变色末期和落叶末期物候数据,分析不同物候期及生长阶段长度的变化趋势,并利用偏最小二乘回归法,从日尺度层面,分析气温变化对各物候期的影响。结果表明: 近23年来,福山、万荣和阿克苏芽开放期、展叶始期和始花期均呈现提前趋势,平均提前速率分别为0.36、0.33和0.23 d·a-1,落叶末期则呈推迟趋势(0.68 d·a-1),可采成熟期和叶变色末期在各产区的变化趋势不一致;果实生长发育期和果树全生育期分别以1.20和0.82 d·a-1的速率延长。苹果春季物候期与1月初至相应物候期发生前平均气温呈显著负相关关系,期间温度每升高1 ℃,芽开放期、展叶始期和始花期将分别提前3.70、3.47和3.48 d;秋季物候期与各物候期前21~72 d的平均气温呈正相关,但与影响时段平均气温的相关性低于春季物候期;总体上,春季物候期受气温影响的程度大于秋季物候期,且果实生长发育期和果树全生育期的延长主要由春季物候期提前所致。各主产地间苹果物候期对气候变暖的响应存在一定差异,其中气温对阿克苏苹果生长发育的影响最大,其次是万荣,对福山的影响并不明显。该研究结果可为指导各地苹果产业应对气候变化提供理论依据。
    未来气候变化情景下河南省粮食安全气候承载力评估
    姬兴杰, 徐延红, 左璇, 方文松, 卢燕宇
    2020, 31(3):  853-862.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.011
    摘要 ( 135 )   PDF (3179KB) ( 141 )  
    为探究未来气候变化对河南省粮食生产的影响,基于夏玉米和冬小麦两种主粮作物的生产潜力和气候资源承载力,结合1961—2017年河南省111个气象站的观测数据以及区域气候模式输出的2041—2080年RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的气象资料,采用农业生态区域法(AEZ模型)计算了河南省气候生产潜力及其变化特征,并根据不同生活水平下的粮食需求指标,分析了河南省的气候承载力和剩余空间。结果表明: 1961—2017年,河南省夏玉米气候生产潜力平均为18408.87 kg·hm-2,表现为中东部高、西部低;与基准时段(1981—2010年)相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别下降13.0%和8.0%,高值中心由豫东地区向豫西南地区转移。1961—2017年,冬小麦气候生产潜力平均值为10889.79 kg·hm-2,呈中部高、北部低;与基准时段相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少18.6%、21.7%。当前,在温饱水平和小康水平粮食需求条件下,最大气候资源承载力分别平均养活人口2.52亿和1.83亿。2070s(2071—2080年)最大气候资源承载力平均养活人口有所减少,与基准时段相比,RCP4.5情景下小康水平和温饱水平分别下降9.7%和18.4%,RCP8.5情景下小康水平和温饱水平分别下降7.7%和16.6%。当前气候条件下,河南省气候资源相对剩余率在-93.0%~356.9%,与基准时段相比,未来气候资源相对剩余率减少近40%。
    不同土地利用类型下土壤有机碳含量的高光谱反演
    国佳欣, 朱青, 赵小敏, 郭熙, 韩逸, 徐喆
    2020, 31(3):  863-871.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.014
    摘要 ( 149 )   PDF (1544KB) ( 94 )  
    不同土地利用类型下土壤光谱信息存在差异,了解不同土地利用类型下合适的建模方法可以高效准确地进行土壤有机碳含量反演。本研究以江西省奉新县中北部林地、耕地和园地3种土地利用类型共248个土壤样本为对象,首先对土壤原始光谱反射率曲线使用Savitzky-Golay(SG)滤波去噪并进行10 nm重采样减少数据冗余,之后采用偏最小二乘回归(PLSR)、基于网格搜索法的支持向量机回归(GRID-SVR)和基于粒子群算法的支持向量机回归(PSO-SVR)3种方法分别构建土壤有机碳含量的反演模型。结果表明: 构建单一土地利用类型反演模型时,PLSR方法在林地、耕地和园地的相对分析误差(RPD)分别为1.536、1.315和1.493,采用GRID-SVR方法时,其RPD分别提升0.150、0.183和0.502。采用PSO-SVR方法时精度最高,相较GRID-SVR方法,其林地、耕地和园地的RPD分别提高20.8%、10.0%和2.7%,林地和园地的RPD分别为2.036和2.049,可以极好地预测土壤有机碳含量,耕地的RPD为1.647,可以对土壤有机碳含量进行粗略估测。PSO-SVR方法对不同土地利用类型土壤有机碳反演效果最优,林地和园地土壤有机碳含量的反演精度相近且高于耕地。研究区不同土地利用类型对土壤有机碳含量的反演结果存在一定的影响,今后可以考虑在反演土壤有机碳时分不同土地利用类型进行建模。
    双季稻不同生育期净同化速率对大气CO2浓度和温度升高的响应
    马娉, 李如楠, 王斌, 李玉娥, 万运帆, 秦晓波, 刘硕, 高清竹
    2020, 31(3):  872-882.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.029
    摘要 ( 120 )   PDF (646KB) ( 88 )  
    大气CO2浓度和温度升高对水稻干物质积累的影响因不同栽培区域和不同稻作类型而异。目前,我国双季稻轮作系统干物质生产力对温度、CO2浓度升高和二者交互作用的响应特征尚不明确。本研究以早稻‘两优287’和晚稻‘湘丰优9号’为供试材料,在湖北省荆州市利用开顶式气室(OTC)进行连续3年的大田原位模拟试验,设置大田(UC)、对照(CK,OTC控制大气温度和CO2浓度)、增温2 ℃(ET)、CO2浓度增加60 μmol·mol-1(EC)、增温2 ℃+CO2浓度增加60 μmol·mol-1(ETEC)5个处理,研究温度和CO2浓度升高对早稻和晚稻地上部生物量、叶面积和净同化速率的影响。结果表明: CO2浓度和/或温度升高对早稻和晚稻移栽-拔节阶段净同化速率影响不显著,提高了拔节-齐穗阶段净同化速率,但降低了齐穗-成熟阶段净同化速率(除早稻对高CO2浓度表现为正响应外)。CO2浓度和/或温度升高促进了各生育期叶面积的增长,以ETEC处理叶面积指数最高(除成熟期外)。在齐穗期,温度和CO2浓度升高协同促进了地上部干物质积累,ETEC处理早稻和晚稻地上部生物量比CK高10.3%~39.8%和23.6%~34.4%;在早稻成熟期,增温在一定程度上抵消了增加CO2浓度对地上部干物质积累的促进作用,ETEC比EC地上部生物量降低3.2%~14.1%;而晚稻成熟期,增温和增加CO2浓度表现为正向的交互作用,可进一步提高地上部生物量。回归分析表明,温度和CO2浓度升高在双季稻营养生长阶段对植株净同化能力以正向作用为主,在生殖生长阶段增温表现为负向作用。由于生长特性、生育期跨度和温度资源配置的差异,CO2浓度和温度升高可能提高我国双季稻轮作系统干物质生产力。
    玉米种植制度对红壤磷素形态及其有效性的影响
    苟小梅, 王昌全, 李冰, 蔡艳, 叶想, 杨釜, 周琨翔, 周雪宇
    2020, 31(3):  883-889.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.025
    摘要 ( 118 )   PDF (702KB) ( 390 )  
    以攀西地区抛荒地、玉米连作、西葫芦-玉米轮作、豌豆-玉米轮作下红壤耕层(0~20 cm)和亚耕层(20~40 cm)土壤为研究对象,探讨玉米种植制度对红壤磷素形态及其有效性的影响。结果表明: 耕层土壤全磷、有效磷含量和磷素活化系数均高于亚耕层,以豌豆-玉米轮作土壤最高。4种种植制度下红壤磷素均以有机磷为主,在耕层中占全磷的57.8%~81.1%,在亚耕层中占74.3%~85.5%。除豌豆-玉米轮作外,其余3种种植制度下土壤磷组分均以氢氧化钠提取态磷(NaOH-P)为主;而有效性较高的水溶性磷(H2O-P)和碳酸氢钠提取态磷(NaHCO3-P)含量较低,在耕层中仅占全磷的0.3%~2.1%、在亚耕层中仅占1.7%~10.0%;两层土壤的盐酸提取态磷(HCl-P)含量均以豌豆-玉米轮作最高,与其他3种种植制度差异显著。相关分析表明,两层土壤的有效磷、碳酸氢钠提取态有机磷(NaHCO3-Po)、氢氧化钠提取态有机磷(NaOH-Po)、盐酸提取态无机磷(HCl-Pi)含量与土壤pH、阳离子交换量、铁氧化物、铝氧化物和土壤质地呈显著相关关系。说明攀西地区豌豆-玉米轮作是提高红壤磷素有效性的最优种植制度。
    免耕覆盖及有机肥施用对土壤真菌群落组成及多样性的影响
    王小玲, 马琨, 伏云珍, 汪志琴, 安嫄嫄
    2020, 31(3):  890-898.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.039
    摘要 ( 112 )   PDF (1411KB) ( 178 )  
    为揭示土壤真菌群落对免耕、覆盖及有机肥施用的响应机制,在宁夏南部山区冬小麦农田连续3年采用免耕覆盖+施有机肥(NF)、免耕覆盖+不施有机肥(NC)、传统耕作不覆盖+施有机肥(TF)和传统耕作不覆盖+不施有机肥(TC)4个处理,依托Illumina MiSeq 高通量测序平台,研究了土壤真菌群落组成、多样性及其与土壤环境因子间的关系。结果表明: 4个处理共获得3490个可操作分类单元(OTUs),其中含有一些未知真菌。在已知的真菌群落中,子囊菌门和担子菌门为优势菌门,其相对丰度占总丰度的82.1%~94.2%,且TF处理下子囊菌门座囊菌纲的相对丰度最高,NF处理下担子菌门银耳菌纲的相对丰度最高。4个处理真菌群落多样性指数(Shannon和Simpson指数)依次为NC>TC>NF>TF。多元分析结果表明,微生物生物量碳是影响担子菌门和接合菌门相对丰度的主要因素,而土壤全磷、速效钾和速效磷含量高低是驱动子囊菌门真菌相对丰度变化的关键因素。在宁夏南部山区推广以免耕覆盖并施用有机肥的保护性耕作措施有利于提高土壤真菌群落多样性。
    水氮互作下直播稻群体质量与氮素利用特征的关系
    武云霞, 郭长春, 孙永健, 刘芳艳, 张桥, 向开宏, 孙园园, 马均
    2020, 31(3):  899-908.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.022
    摘要 ( 109 )   PDF (762KB) ( 85 )  
    探讨水氮耦合下直播稻群体质量和氮素利用特征可为直播水稻丰产高效生产提供理论基础和实践依据。以杂交稻‘F优498’为试验材料,设置淹水灌溉(W1)、干湿交替灌溉(W2)、旱种(W3)3种灌水方式和基肥∶蘖肥∶穗肥分别为5∶3∶2(N1)、3∶3∶4(N2)、3∶1∶6(N3)3种氮肥运筹模式,以不施氮处理(N0)为对照,研究水氮互作对直播稻群体质量和氮素利用特征的影响,并探讨水氮互作下直播稻群体质量构建与氮素利用特征和产量的关系。结果表明:灌溉方式和氮肥运筹对直播稻各生育时期干物质积累、稻谷收获指数、抽穗及抽穗20 d高效叶(上3叶)干重、结实期群体透光率、氮素积累总量、氮肥表观利用率、氮肥偏生产力、氮肥生理利用率和产量均存在显著的互作效应。综合直播稻群体质量、产量和氮肥利用特征,各灌溉方式下,氮肥后移比例均以占总量的20%~40%(N1~N2)为宜,氮肥后移比例达到总量的60%(N3)和W3处理均会显著降低直播稻群体质量、产量、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力。相关分析表明,水氮互作下直播稻产量和氮素利用特征与最终有效分蘖数、结实期干物质积累、其余叶(除上三叶以外叶片)干重减少量、总叶片干重减少量,以及群体中部和基部受光率均呈显著或极显著正相关。干湿交替灌溉(W2)可以提高直播稻茎蘖成穗率、各时期干物质积累、稻谷收获指数、氮肥吸收总量、氮肥农学利用率和最终产量,配合N2的氮肥运筹模式可优化调控直播稻群体质量,实现高产与氮肥高效利用的协调统一,为本试验最优组合。
    水氮耦合对旱地胡麻产量形成与花后氮素积累转运的影响
    崔政军, 刘栋, 吴兵, 剡斌, 马俊, 赵邦庆, 高玉红, 牛俊义
    2020, 31(3):  909-918.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.028
    摘要 ( 113 )   PDF (829KB) ( 79 )  
    为明确旱地胡麻在有限灌水条件下的最佳水氮耦合管理模式,采用完全随机裂区试验设计,以灌水(I0: 0 m3·hm-2; I1200: 1200 m3·hm-2; I1800: 1800 m3·hm-2)为主区,施氮量(N0: 0 kg·hm-2; N600: 60 kg·hm-2; N120: 120 kg·hm-2)为副区,测定胡麻不同生育阶段氮素积累量、花后氮素转运特征、产量和氮肥利用率。结果表明: 不同水氮处理对旱地胡麻不同生育时期各器官氮素吸收、积累及产量的耦合效应不同。不灌水条件下,施氮有利于胡麻花期和成熟期茎秆对氮素的吸收,不同灌水水平下N120均抑制了茎秆对氮的吸收;I1200水平下,花期叶片氮含量随施氮量的增加先升高后下降,N60较N0和N120高11.0%和28.9%;I1800水平下,施氮提高了成熟期胡麻叶片中氮含量,N60和N120较N0高39.7%和26.9%。水氮对胡麻阶段氮素积累量影响的耦合效应主要表现在现蕾期以后,同一灌水水平下,N60促进了胡麻现蕾期以后各阶段氮素积累量,而N120具有抑制作用。施氮分别提高了I1200和I1800水平下叶片和茎秆氮素转运率和贡献率。灌水1800 m3·hm-2、施氮60 kg·hm-2显著增加了胡麻单株有效蒴果数和籽粒产量(6.6%~22.8%),是试验区比较适宜的水氮耦合管理模式。
    播种方式和施磷对冬小麦群体结构、光合特性和产量的影响
    刘冲, 贾永红, 张金汕, 孙鹏, 罗四维, 王欢, 李鹏, 石书兵
    2020, 31(3):  919-928.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.009
    摘要 ( 165 )   PDF (2189KB) ( 128 )  
    为研究播种方式和施磷对新疆冬小麦群体结构、光合特性和产量的影响,以‘新冬22号’为材料,采用双因素裂区试验设计,设播种方式为主区,分条播(D)和匀播(U),设施磷量(P2O5)为副区,分0、60、120、180 kg·hm-2(分别用P0、P60、P120、P180表示)4种水平。结果表明: 匀播群体分蘖成穗率较条播群体高15.9%;光合有效辐射(PAR)截获率、消光系数、叶面积指数、叶片SPAD值和光合参数均以匀播下P120最优,是兼顾群体结构、光合特性和产量的最佳组合。
    有机肥对设施番茄周年栽培土壤环境和产量的影响
    刘中良, 高俊杰, 谷端银, 闫伟强
    2020, 31(3):  929-934.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.021
    摘要 ( 112 )   PDF (530KB) ( 104 )  
    日光温室早春茬-秋冬茬连作栽培番茄是我国北方设施蔬菜周年栽培的主要种植模式之一。以该种植模式下农户习惯施肥量为对照(CK,100%化肥),设15%(T1)、30%(T2)、45%(T3)、60%(T4)、75%(T5)、100%有机肥替代化肥(T6)处理,探讨有机肥替代部分化肥对土壤环境和番茄产量的影响。结果表明: 土壤细菌数量随有机肥用量的增加总体呈现上升趋势;放线菌数量以T1处理最多,为12.12×106 cfu·g-1。有机肥替代部分化肥可提高土壤脲酶活性,降低过氧化氢酶活性,提高土壤有机质、速效磷和速效钾含量,说明有机肥对改善设施土壤理化性质、促进养分积累具有显著效果。其中,T1处理蔗糖酶活性和速效磷含量最高,分别为1.36 mg·-1、305.4 mg·kg-1,T2处理的速效钾含量最高,为582.6 mg·kg-1。T2处理>0.25 mm水稳性团聚体含量最大,为94.2%。各有机肥处理可改善番茄果实品质,提高产量,其中,T1处理番茄红素含量最高,达5.69,糖酸比以T1和T2处理最好,分别为8.19、8.70;产量以T1处理最高,T2处理次之,较CK分别增产16.6%、5.8%。综上,农户习惯施肥量中15%~30%的化肥用有机肥替代为该种植模式下较佳的施肥措施。
    秸秆还田下氮肥运筹对水稻各生育期土壤微生物群落结构的影响
    王青霞, 李美霖, 陈喜靖, 苏瑶, 喻曼, 沈阿林
    2020, 31(3):  935-944.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.027
    摘要 ( 127 )   PDF (1370KB) ( 260 )  
    运用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)和Biolog方法,研究了秸秆不还田不施肥(CK)、秸秆还田+尿素1(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=0∶6∶2∶2,T1)、秸秆还田+尿素2(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3∶3∶2∶2,T2)、秸秆还田+沼液+尿素(N分配:麦收后∶水稻移栽前∶分蘖期∶孕穗期=3(沼液)∶3(2沼液+1尿素)∶2(尿素)∶2(尿素),T3) 4种氮肥运筹方式对水稻各生育期(分蘖期、孕穗期、成熟期)土壤微生物群落结构的影响。结果表明: 1)T3处理显著提高了各生育期土壤中的有效氮含量,其中成熟期有效氮含量显著高于分蘖期和孕穗期;T1~T3处理的有效磷和速效钾含量在各生育期均高于CK,且分蘖期的含量高于孕穗期和成熟期;稻田各生育期与各处理的交互作用对土壤有效氮、有效磷、速效钾含量均有显著影响;2)T3能提高稻田土壤中微生物碳源代谢强度,碳水化合物、氨基酸、聚合物、羧酸是稻田土壤微生物利用的主要碳源,稻田各生育期与各处理的交互作用对微生物利用碳水化合物和羧酸的能力有显著影响;3)T2、T3能显著提高土壤微生物生物量;T2处理真菌/细菌比较高,以真菌为主导,更有利于稻田土壤生态系统的稳定。表明秸秆还田同步施用氮肥(尿素或沼液)能提高土壤微生物活性,改善土壤环境。
    基于叶片干物质的滴灌玉米临界氮稀释曲线构建
    付江鹏, 贾彪, 杨文伟, 魏雪, 马成, 刘根红, 王锐, 孙权
    2020, 31(3):  945-952.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.030
    摘要 ( 136 )   PDF (1071KB) ( 79 )  
    建立宁夏引黄灌区滴灌玉米临界氮浓度稀释曲线,采用临界氮浓度模型对滴灌玉米氮营养状况进行分析,探讨基于此模型推导的氮营养指数用于诊断氮营养的可行性,为实现滴灌玉米氮肥精准管理和生态环境保护提供理论参考。试验以‘天赐19’玉米为材料,设置6个氮素水平(0、90、180、270、360和450 kg·hm-2),在2年田间定位试验的基础上构建基于叶片干物质(LDM)的滴灌玉米临界氮浓度(Nc)稀释曲线和氮营养指数模型。结果表明: 1)滴灌玉米叶片干物质和氮浓度之间呈负幂函数关系,其模型表达式分为2部分: 当LDM<1.15 t·hm-2时,Nc=3.2%;当LDM≥1.15 t·hm-2时,Nc=3.29LDM-0.29;2)拟合模型的评价指标均方根误差(RMSE)和标准化均方根误差(n-RMSE)分别为0.203、8.0%,年度间具有较好的稳定性;3)不同氮素处理下,氮营养指数(NNI)在0.47~1.44。不同生长阶段NNI与产量呈显著正相关,与氮肥农学利用效率呈显著负相关,故NNI可进一步解释滴灌玉米在限氮和非限氮条件下的产量变化。本研究基于叶片干物质构建的临界氮浓度稀释曲线可在滴灌玉米拔节期至吐丝期提供准确的氮素营养状况估测。
    叶面喷施硒肥对3个葡萄品种果实产量、品质和硒含量的影响
    印宁, 穆兰, 梁银丽, 郝旺林, 尹鸿飞, 朱帅蒙, 安小娟
    2020, 31(3):  953-958.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.007
    摘要 ( 147 )   PDF (478KB) ( 115 )  
    以‘红芭拉蒂’、 ‘夏黑’、 ‘户太8号’3个葡萄品种为材料,研究叶面喷施有机硒肥对温室葡萄品质和硒含量的影响。结果表明: 在果实幼果期和膨大期,叶面喷施12 mg·L-1氨基酸螯合态富硒叶面肥不仅能使葡萄果实产量和硒含量显著提高,还能显著提高各品种葡萄果实综合品质(可溶性糖、有机酸、可溶性蛋白质、可溶性固形物、Vc和原花青素等),但白藜芦醇未显著提高。各品种中,2017和2018年夏黑的硒含量较对照分别增加36.7%和37.1%,其增幅高于红芭拉蒂和户太8号;施硒组红芭拉蒂以高糖低酸的口感及高保健成分在品质综合比较中表现较优;2018年施硒的户太8号硒含量为53.26 μg·kg-1,显著高于其他品种,硒富集能力较强。因此,夏黑硒含量增幅较大;红芭拉蒂在营养价值和品质上表现较优;户太8号适合富硒葡萄生产。
    磷脂酶Dα1与H2S参与冬凌草甲素对拟南芥的化感作用
    赵启安, 刘博, 张玥, 刘琴, 张莉环, 刘瑞芳, 杨宁
    2020, 31(3):  959-968.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.035
    摘要 ( 113 )   PDF (1881KB) ( 85 )  
    以拟南芥哥伦比亚野生型(WT)、磷脂酶Dα1(PLDα1)缺失型突变体pldα1、D-/L-半胱氨酸脱巯基酶(D-/L-CDes)缺失型突变体d-cdesl-cdes幼苗为试验材料,60 μmol·L-1冬凌草甲素为处理浓度,研究了拟南芥响应二萜类化合物冬凌草甲素的化感作用中磷脂酶Dα1(PLDα1)与气体信号分子硫化氢(H2S)的信号关系。结果表明: 冬凌草甲素显著提高了野生型拟南芥幼苗H2S含量、PLD和D-/L-CDes酶的活性及其基因表达;冬凌草甲素处理下,pldα1突变体幼苗的D-CDes和L-CDes活性明显低于WT,外源添加磷脂酸(PA)后D-CDes和L-CDes活性显著提高,并高于WT;冬凌草甲素显著抑制4种株系根的生长,其中d-cdesl-cdes对冬凌草甲素更加敏感,外施NaHS可以促进冬凌草甲素处理下4种株系根的生长及内源H2S产生,外施PA只对冬凌草甲素处理下的WT、pldα1l-cdes株系根的生长及内源H2S产生有促进作用,而对d-cdes株系没有明显作用。说明PLDα1和H2S在拟南芥响应冬凌草甲素过程中发挥作用,且PLDα1/PA位于D-CDes上游,参与调控拟南芥幼苗H2S的产生及根生长的信号过程。
    盐胁迫下根瘤共生豌豆植株对外源钙的生理响应
    马绍英, 马蕾, 徐勃, 杨宁, 张旭辉, 柴强, 李胜
    2020, 31(3):  969-977.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.010
    摘要 ( 117 )   PDF (2456KB) ( 122 )  
    为明确外源钙对根瘤共生豌豆植株耐盐性的影响机制,本试验采用盆栽方式研究了NaCl (170 mmol·L-1)胁迫下,外源施加CaCl2(0、5、15 mmol·L-1)对接种根瘤菌(菌株15657、15735、Ca66)的两种耐盐性不同品种豌豆(定豌8号、陇豌6号)植株生理指标的影响。结果表明: 接种根瘤菌、施加CaCl2或接种根瘤菌后施加CaCl2均提高了豌豆植株的生物量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)含量,降低了丙二醛(MDA)含量;接种根瘤菌后施加15 mmol·L-1 CaCl2显著提高了豌豆植株的生物量、POD活性和Pro含量。接种与豌豆植株匹配性较好的15735菌株并施加CaCl2对豌豆在盐胁迫下各指标的影响相对较小,接种匹配性差的菌株(156567、Ca66)并施加CaCl2影响较大。经隶属函数综合分析表明,接种根瘤菌后施加CaCl2的豌豆植株表现出较强的耐盐性,接种15735菌后施加15 mmol·L-1 CaCl2的定豌8号隶属函数值为0.814,耐盐性最强。本研究表明,相比接种根瘤菌和施加CaCl2处理,接种根瘤菌后施加CaCl2可更有效地提高盐胁迫下豌豆植株的抗氧化酶活性,增强渗透调节能力,降低膜脂过氧化伤害,从而提高豌豆植株的耐盐性。
    中国西南地区不同类型生态系统服务的关系
    林子雁, 肖燚, 饶恩明, 史雪威, 张平
    2020, 31(3):  978-986.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.015
    摘要 ( 156 )   PDF (3842KB) ( 113 )  
    明晰不同类型生态系统服务之间关系是优化生态保护策略和实现可持续生态管理的基础。在明确中国西南地区各类生态系统服务功能和空间格局的基础上,运用统计分析原理、ArcGIS技术和GeoDa软件分析了水源涵养、土壤保持、固碳、生物多样性保护、水质净化5项调节服务,以及水稻生产、小麦生产、玉米生产、蔬菜生产、水果生产5项供给服务之间的权衡和协同关系,并通过叠置分析识别生态系统服务共赢区域,探讨生态系统类型对共赢格局的影响。结果表明: 西南地区各类调节服务之间、各类供给服务之间主要呈协同关系,而调节服务与供给服务之间既有协同关系也有权衡关系;西南地区生态系统服务总共赢格局的高共赢区域主要分布在邛崃山、哀牢山和大瑶山以及怒江、澜沧江流域等地区;森林和农田面积比例对各类共赢趋势均有显著影响。
    基于地理加权回归模型的武汉城市圈生态用地时空演变及影响因素
    刘彦文, 刘成武, 何宗宜, 周霞, 韩冰华, 郝汉舟
    2020, 31(3):  987-998.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.016
    摘要 ( 133 )   PDF (1770KB) ( 150 )  
    生态用地对城市圈可持续发展至关重要。本研究以武汉城市圈32个研究单元生态用地为对象,采用土地利用转移矩阵、探索性回归分析和地理加权回归模型(GWR),首先利用遥感影像解译成果对2000—2005、2005—2010和2010—2015年各个单元生态用地的时空演变进行统计,然后利用公司企业、生活服务等点位及数量大数据完善传统影响因素指标体系,并进行探索性回归分析,精选最优回归模型,最后基于GWR模型对不同时期影响因素及空间分异规律进行分析。结果表明: 2000—2015年,城市圈内生态用地非生态转化呈现先升后降的倒“U”形变化规律,空间上呈现由点到面的扩张趋势;城市圈内共有8.4%的土地利用类型发生了转化,其中,耕地、林地、草地、水体和未利用地向非生态用地转型量占41.9%;空间格局由武汉中心城区逐渐向市级次中心、县级城镇周边扩展。探索性回归分析3期的通过模型数为326个,对所有模型进行GWR和普通最小二乘法(OLS)回归比较分析,3期最优模型的调整R2分别为0.83、0.91和0.76,前者较后者提高了0.02、0.03和0.02,AICc值分别减小2.88、3.42和0.83。GWR模型结果表明,武汉城市圈内生态用地转化影响因素的空间分异明显,影响模式在空间上以不同方向的逐渐过渡为主,兼有“V”形分布等其他模式。空间因素影响效果显著,空间数据潜在信息增强了城市圈内生态用地演化的解释力度。
    深圳市不同功能区土壤表层重金属污染及其综合生态风险评价
    常文静, 李枝坚, 周妍姿, 曾辉
    2020, 31(3):  999-1007.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.036
    摘要 ( 127 )   PDF (1914KB) ( 121 )  
    在综合考虑深圳市城市功能区分异特征的基础上,进行全市表层土壤系统采样,全面监测土壤表层8种重金属元素污染状况,分析不同重金属元素含量的统计学特征,探讨不同城市功能区对土壤表层重金属污染的影响,采用内梅罗指数和潜在生态危害指数评估不同重金属元素和不同城市功能区的生态风险水平,分别进行基于两种方法的全市重金属污染生态风险分区。结果表明: 1)深圳市土壤表层的Mn、Ni、Cr和Pb 4种元素受人为活动的影响程度较低,Cd、Zn、Cu和As 4类元素受人为活动影响较大。地表环境约束因素背景下的高强度城市化和工业化过程,是各种重金属污染区域分异和功能区分异的决定性因素。2)深圳市土壤重金属污染风险较高的重金属元素为Cd、Zn、Cu和Pb,特别是Pb污染问题尤为突出,必须加强管控工作。深圳市总体土壤表层重金属污染风险水平高于国内相关城市,需要引起足够重视。3)内梅罗指数法和潜在生态危害指数法的侧重点不同,在单一重金属元素风险判断、不同城市功能区生态风险的总体评价,以及市域土壤重金属污染生态风险分级评价方面结果差异较大,组合使用效果更好。
    象山港熊本牡蛎幼体分布、附着及生长的空间格局
    姜伟, 王桃妮, 陈帅, 孙兆跃, 范瑞良, 李楠楠, 李雪英, 全为民
    2020, 31(3):  1008-1014.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.038
    摘要 ( 186 )   PDF (929KB) ( 88 )  
    牡蛎幼体迁移与附着影响着牡蛎的空间分布、资源补充、种群维持及生态服务功能。本研究通过野外调查,监测了1个完整潮汐周期(9个潮时采样)内象山港2个试验点(采苗场和产卵场)表层、底层水体中熊本牡蛎幼体的时空动态,并开展野外附着试验,检验了熊本牡蛎在2个试验点和3个潮区(上层T、中层M和底层B)附着及生长的空间格局。结果表明: 在1个完整潮汐周期内,2个试验点表层水体中牡蛎幼体丰度均有显著的时间变化,采苗场表层水体中熊本牡蛎幼体丰度最大值(20.8±5.6 ind·L-1)出现于高平潮时,显著高于其他8个潮时;而产卵场相反,高平潮时牡蛎幼体丰度最低(0.1±0.1 ind·L-1);2个试验点底层水体中牡蛎幼体丰度在不同潮时之间均无显著差异。采苗场附着牡蛎总丰度、成活率和壳高在不同潮区间差异显著,牡蛎总丰度大小顺序为B>T=M,成活率和壳高的大小顺序为T>M>B,活体牡蛎丰度在潮区之间无显著差异。产卵场附着牡蛎总丰度、成活率、活体牡蛎丰度和壳高在不同潮区之间均无显著差异。表明高平潮时是熊本牡蛎附着的主要时段,产卵场和采苗场具有相似的牡蛎稚贝附着密度。
    近百年来南极磷虾分布冷热点的时空变动
    刘慧, 朱国平
    2020, 31(3):  1015-1022.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.019
    摘要 ( 158 )   PDF (983KB) ( 101 )  
    为了分析南极磷虾分布时空格局的长期变动,利用1926—2016年南极磷虾密度数据,通过Getis-Ord Gi*统计法和不规则三角网方法对该资源时空分布进行了热点分析,并比较了10年际热(冷)点的磷虾丰度、磷虾丰度占比以及热(冷)点区的面积,分析了热(冷)点区的时空变化。结果表明: 1926—1935年、1936—1945年均各存在1个核心热点区、次热点区和边缘热点区;1976—1985年各存在1个核心热点区、次热点区和边缘热(冷)点区;1986—1995年各存在2个核心热点区、次热点区、边缘热点区和1个次冷点区、边缘冷点区;1996—2005年各存在2个核心热点区、次热(冷)点区和边缘热(冷)点区;2006—2016年各存在2个次热点区、边缘热点区和1个次冷点区、边缘冷点区。这些热(冷)点多出现在南桑威奇群岛、南极半岛和普里兹湾西侧等周边海域。各年代热(冷)点的空间分布存在较大的差异,研究期间(1926—2016年)热点区内磷虾丰度、磷虾丰度占比以及面积总体上呈降低趋势,而冷点区内磷虾丰度、磷虾丰度占比呈现上升趋势,冷点区面积呈现下降趋势。通过构建不规则三角网测度热(冷)点范围大小,并采用95%置信度的热点分析是进行南极磷虾资源时空格局变动研究的可行方法。
    黄海近岸海域短吻红舌鳎夏季产卵场的空间分布及其年际变化
    万荣, 张同征, 李增光, 任一平, 宋鹏波
    2020, 31(3):  1023-1032.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.034
    摘要 ( 145 )   PDF (3260KB) ( 212 )  
    根据2014年夏季、2016年夏季与2017年夏季3个航次的黄海近岸海域产卵场调查数据,采用服从Tweedie分布的广义加性模型(GAM),对黄海近岸海域短吻红舌鳎产卵场的空间分布及其年际变化进行了研究。结果表明: 短吻红舌鳎的产卵场主要分布在海州湾(34°00′—35°18′ N,119°30′—121°30′ E)、苏北浅滩(32°18′—34°00′ N,120°18′—122°00′ E)海域范围内,而山东半岛南部海域(34°42′—36°48′ N,119°30′—122°00′ E)鱼卵数量较少。短吻红舌鳎产卵场的空间分布与经纬度、水深及海水表层温度均显著相关,与海水表层盐度、表层叶绿素a相关性不显著;其最适水深、海水表层温度、海水表层盐度、表层叶绿素a浓度范围分别为15~26 m、29~32 ℃、22~25和0.10~3 mg·m-3。短吻红舌鳎产卵场的空间分布及其影响因子存在一定的年际变化,总体上其产卵场分布较为稳定,但表层温度较高的年份可能存在北移的趋势。
    综合评述
    稻作系统有机肥替代部分化肥的土壤氮循环特征及增产机制
    陈香碧, 胡亚军, 秦红灵, 章晓芳, 苏以荣, 李辉信
    2020, 31(3):  1033-1042.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.006
    摘要 ( 127 )   PDF (581KB) ( 124 )  
    采用有机肥替代部分化肥是实现化肥使用零增长和作物稳产增产的重要途径。基于近年来的研究进展,探讨了稻作系统有机肥替代部分化肥对水稻产量、氮素利用效率、土壤氮库组分和微生物固氮、氨化、硝化和反硝化等氮循环关键过程的影响。同时,就单施化肥与有机肥替代部分化肥的氮素循环特征进行了比较。有机肥替代部分化肥通过改变稻田土壤氮素循环多个环节(增强氨化过程、协调硝化和反硝化过程、降低氨挥发和减少氮素损失等),改善土壤氮素供给状态(提高小分子有机氮供给、协调无机氮组分与比例、提高土壤微生物量氮和总氮固持),进而促进水稻氮素吸收并协调植株氮素分配过程,最终实现水稻稳产增产。
    河岸无脊椎动物多样性维持机制研究进展
    王可洪, 袁兴中, 张冠雄, 武帅楷, 刘双爽, 张梦婕
    2020, 31(3):  1043-1054.  doi:10.13287/j.1001-9332.202003.032
    摘要 ( 183 )   PDF (622KB) ( 198 )  
    河岸是河流与陆地之间重要的生态界面,生物多样性丰富,但受到人为活动的严重威胁。无脊椎动物在河岸生物多样性中占有重要地位,发挥着非常重要的生态功能,也是水生生态系统和陆地生态系统之间物质和能量联系的重要纽带。尽管已有很多学者对河岸无脊椎动物群落进行了研究,但缺乏对河岸无脊椎动物多样性维持机制的总结。本文结合洪水和干旱、营养物质、微生境多样性、河岸植被、微气候梯度、食物资源以及河流空间梯度等影响因素,初步讨论和归纳了河岸无脊椎动物多样性的维持机制。周期性洪水和干旱引发了无脊椎动物的繁殖和迁移等行为,增加了河岸无脊椎动物群落周转率,为无脊椎动物创造了理想的条件。充足的营养物质使河岸具有较高的初级生产力,支撑了较高的无脊椎动物多样性。较高的微生境多样性为无脊椎动物提供了多样的生态位空间,孕育了特殊的河岸无脊椎动物种类。复杂的河岸植物群落不但是河岸无脊椎动物的食物来源之一,也为河岸无脊椎动物提供了多样的生态位空间和重要的避难场所。微气候环境的空间分异提供了复杂多样的生境条件,为水生无脊椎动物和陆生无脊椎动物种类在河岸共存创造了条件。跨越界面的资源补给增加了河岸无脊椎动物的食物可利用率,为河岸无脊椎动物提供了特殊的食物来源。这些因素在空间上呈现出明显的纵向梯度和侧向梯度,从更大尺度上为河岸无脊椎动物的多样化提供了条件。因此,探讨河岸无脊椎动物多样性的维持机制对于河岸生物多样性保护以及河流生态系统综合管理具有重要的指导意义。