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2020年 第31卷 第11期    刊出日期：2020-11-15

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2020, 31(11):  3596-3596. 

摘要 ( 127 )   PDF (462KB) ( 62 )  

不同生长阶段杉木人工林土壤C∶N∶P化学计量特征与养分动态

王振宇, 王涛, 邹秉章, 王思荣, 黄志群, 万晓华

2020, 31(11):  3597-3604.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.005

摘要 ( 583 )   PDF (1214KB) ( 329 )  

在福建省白砂国有林场选取幼龄林(5年)、中幼龄林(8年)、近熟林(21年)、成熟林(27年)和过熟林(40年)5个生长阶段的杉木人工林,测定不同土层(0～10、10～20、20～40 cm)土壤总碳(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、全钙(Ca)、全镁(Mg)含量以及C∶N∶P化学计量比,探究杉木人工林土壤碳氮磷(C∶N∶P)化学计量特征与养分随林龄的变化规律。结果表明: 随着林分发育,TC、TN未发生显著变化,土壤C∶N保持不变。随着林分发育,0～20 cm土层土壤TP含量呈增加-降低-增加的变化趋势,其中在杉木成熟林达到最低,C∶P和N∶P最大,而20～40 cm土层土壤TP在各个林龄之间无显著变化。Ca、Mg含量在所有土层均在杉木成熟林达到最低。土壤TC与C∶P、N∶P、C∶N均呈显著正相关,TP与C∶P、N∶P呈显著负相关,土壤TP含量是调控土壤C∶P和N∶P的关键因子。杉木人工林发育到成熟期受到P的限制,为保证人工林正常发育,可在杉木速生阶段施加P肥,促进养分良性循环。适当提高杉木林的轮伐期可能会有利于土壤养分的恢复与保持。

栓皮栎人工林灌木层植物多样性的空间分布及其与光环境的关系

闫东锋, 贺文, 杨喜田

2020, 31(11):  3605-3613.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.002

摘要 ( 372 )   PDF (1245KB) ( 97 )  

采用地统计学方法,对栓皮栎纯林和栓皮栎-侧柏混交林2种林分类型灌木层植物物种多样性空间异质性及其与光环境的关系进行研究。结果表明: 栓皮栎纯林灌木层植物Shannon(H)、Simpson(D_s)、Margalef(M_a)物种多样性指数均显著小于栓皮栎-侧柏混交林。栓皮栎纯林灌木层植物物种多样性指数的变程和空间自相关距离均大于栓皮栎-侧柏混交林,其空间均一性较差,空间依赖性较强。栓皮栎纯林灌木层植物H、D_s、M_a结构比为44.2%～49.7%,具有中等强度的空间自相关性;栓皮栎-侧柏混交林中H、D_s、M_a结构比为1.5%～3.3%,具有强烈的空间自相关性。栓皮栎纯林灌木层植物物种多样性指数的空间分布主要呈明显的条带状梯度变化,而栓皮栎-侧柏混交林则呈明显的斑块状梯度变化,说明栓皮栎混交林灌木层植物较栓皮栎纯林空间连续性差,空间变异更为显著。相关与逐步回归分析表明,对栓皮栎纯林和栓皮栎-侧柏混交林灌木层植物多样性影响最为显著的光环境指标分别是林下总光照和冠层开度,冠层结构所形成的光环境在维持及形成灌木层植物多样性方面起到重要作用。

宁夏珍稀濒危植物半日花种群结构和点格局分析

闫秀, 窦建德, 黄维, 黄文广, 李小伟

2020, 31(11):  3614-3620.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.006

摘要 ( 465 )   PDF (1595KB) ( 71 )  

半日花是国家二级珍稀濒危植物,其种群数量日益减少,分布区破碎化。以宁夏新记录物种半日花为研究对象,分析在沙地和砾石质两种生境下半日花种群结构、各龄级的空间分布格局及关联性。结果表明: 宁夏青铜峡地区半日花个体主要集中在龄级Ⅲ,种群年龄结构呈倒三角形,种群正在衰退。种群空间分布格局与不同龄级间空间关联性受生境条件的影响较大,并且对空间尺度表现出很强的依赖性,与沙地生境相比,砾石质生境中半日花种群更趋向于聚集分布,各个龄级之间的正相关性也更明显,这种差别与两种生境的环境条件和群落结构有关。半日花种群中幼龄个体(龄级Ⅰ和龄级Ⅱ)具有相互依赖的生态关系。

北京松山天然落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其影响因子

李润东, 范雅倩, 冯沛, 宋泽, 李鑫豪, 闫惠娟, 马莉, 查天山

2020, 31(11):  3621-3630.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.008

摘要 ( 469 )   PDF (2206KB) ( 97 )  

森林生态系统在陆地碳循环过程中发挥着重要作用,关于温带落叶阔叶林生态系统碳平衡过程影响机制的讨论尚未统一。本研究于2019年对北京松山典型落叶阔叶林生态系统的净碳交换量(NEE)及空气温度(T_a)、土壤温度(T_s)、光合有效辐射(PAR)、饱和水气压差(VPD)、土壤含水量(SWC)、降雨量(P)等环境因子进行原位连续监测,分析松山落叶阔叶林生态系统净碳交换特征及其对环境因子的响应。结果表明: 在日尺度上,NEE生长季(5—10月)各月平均日变化均呈“U”字形变化,日间为碳汇,夜间为碳源。其他月份NEE均为正值,变化平缓,表现为碳源。在季节尺度上,NEE呈单峰曲线变化规律,全年NEE为-111 g C·m^-2·a^-1,生态系统呼吸总量(R_e)为555 g C·m^-2·a^-1,总生态系统生产力(GEP)为666 g C·m^-2·a^-1。碳吸收与释放量分别在6月与11月达到最大值。PAR是影响日间净碳交换量(NEE_d)的主导因子,二者关系符合Michaelis-Menten模型,VPD是间接影响NEE_d的主导因子,最适宜日间净碳交换的VPD范围为1～1.5 kPa。土壤温度是影响夜间净碳交换量(NEE_n)的主导因子,SWC是NEE_n的限制因子,SWC过高或过低均会对NEE_n产生抑制,最适值为0.28 m³·m^-3。

外源氮添加对温带荒漠地表凋落物分解及养分释放的影响

张彩云, 赵红梅, 刘辉, 张文太, 苏延桂, 程军回, 杨卫君

2020, 31(11):  3631-3638.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.001

摘要 ( 374 )   PDF (1388KB) ( 67 )  

采用分解网袋法,在古尔班通古特沙漠南缘设置对照N₀(0 g N·m^-2·a^-1)、N₅(5 g N·m^-2·a^-1)、N₁₀(10 g N·m^-2·a^-1)和N₂₀(20 g N·m^-2·a^-1)4个施N处理,研究外源N添加对多枝柽柳、盐角草及两者混合凋落物分解过程及养分释放的影响,分析氮沉降对荒漠生态系统凋落物分解的影响。结果表明: 各物种凋落物的分解速率存在显著差异,经过345 d的分解,多枝柽柳、盐角草及混合物在不同N处理间的分解速率分别为0.64～0.70、0.84～0.99和0.71～0.81 kg·kg^-1·a^-1。凋落物分解过程中,N、P均表现为养分的直接释放,试验结束时,N₀、N₅、N₁₀和N₂₀处理单种凋落物及其混合物N分别释放60.6%～67.4%、56.7%～62.6%、57.4%～62.3%、46.8%～63.0%,P分别释放51.9%～77.9%、59.9%～74.7%、53.0%～79.9%、52.3%～76.4%。N处理对单种凋落物及其混合物的分解影响不显著,但各种凋落物的养分动态对N添加的响应不同,N处理抑制了盐角草N、P释放及混合凋落物P释放,而对多枝柽柳无影响。在温带荒漠,适量的N输入对凋落物分解速率影响不大,但可能会延缓个别物种养分向土壤系统的归还。

凋落物添加条件下咸水灌溉对风沙土CO₂排放及化学性质的影响

张少磊, 张建国, 常闻谦, 吴路遥, 张阿凤

2020, 31(11):  3639-3646.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.003

摘要 ( 350 )   PDF (1775KB) ( 33 )  

沙拐枣作为塔克拉玛干沙漠公路防护林主要优势物种之一,其凋落物在该区域的碳循环过程中具有重要作用。采用室内培养试验测定了沙拐枣凋落物添加后,在25%、50%、75%、100%田间持水量的咸水(SW)和淡水(FW)灌溉条件下,风沙土CO₂排放、土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、pH和电导率(EC)的动态变化。结果表明: 咸水灌溉对土壤CO₂排放具有抑制作用,在4种土壤含水量处理下,淡水灌溉比咸水灌溉的CO₂累积排放量增加1.9%～29.1%;土壤CO₂累积排放量随土壤含水量的增加而升高;在沙拐枣凋落物添加条件下,SOC在前期迅速下降,但后期所有处理SOC均逐渐升高后趋于稳定;培养结束时,各处理DOC含量比培养前提高了41.3%～92.4%;在培养结束时各处理与培养前相比pH升高了0.20～0.35;EC随土壤含水量的增加而升高,培养结束时在4种含水量条件下,咸水灌溉下EC比培养前增加了0.11～0.79 mS·cm^-1,而淡水灌溉下EC比培养前有增有减。土壤CO₂累积排放量与SOC、DOC、pH呈显著正相关,但与土壤含水量相关性不显著。凋落物添加条件下咸水灌溉以及较低的含水量条件均能抑制风沙土CO₂的排放,EC受灌溉水质和土壤含水量的影响较大。

南亚热带人工林种植对赤红壤团聚体分布及稳定性的影响

林立文, 邓羽松, 王金悦, 杨钙仁, 蒋代华, 王玲

2020, 31(11):  3647-3656.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.009

摘要 ( 397 )   PDF (1624KB) ( 65 )  

本文选取南亚热带地区桉树、杉木、马尾松、米老排和红锥5种典型人工林为研究对象,采用Elliott湿筛法和Le Bissonnais(LB)法研究了人工林对土壤团聚体稳定性的影响。结果表明: 5种人工林土壤经湿筛法处理后,水稳性团聚体(WR_>0.25)均在62.2%以上,团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别介于1.58～3.71和0.57～2.02 mm,表现为杉木林最大,桉树林最小。各林分土壤团聚体结构破坏率(PAD)介于4.6%～31.5%之间;采用转移矩阵法评价5种人工林土壤团聚体,得出土壤团聚体稳定性指数(ASI)为杉木林>红锥林>米老排林>马尾松林>桉树林。在LB法3种处理下,快速湿润处理(FW)对土壤团聚体的破坏程度最大,说明消散作用是研究区团粒崩解的主要机制;预湿润振荡处理(WS)的破坏程度最小;慢速湿润处理(SW)介于两者之间,MWD和GMD值变化一致,均表现为WS>SW>FW,且随土层的加深,呈现逐渐降低的趋势。5种人工林土壤在LB法FW处理下团聚体GMD值与湿筛法ASI、MWD、GMD均达到显著正相关,表明湿筛法与LB法的FW处理具有很好的相关性,可用于表征南亚热带赤红壤地区土壤团聚体的稳定性。综合MWD、GMD、PAD和ASI等团聚体稳定性指标,杉木人工林比其他4种人工林更有助于土壤团聚水平的提高,其土壤结构相对较为稳定。

宁夏典型温性天然草地固碳特征

季波, 谢应忠, 何建龙, 王占军, 蒋齐

2020, 31(11):  3657-3664.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.010

摘要 ( 478 )   PDF (1211KB) ( 68 )  

本文研究了宁夏草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种温性典型天然草地生态系统碳储量及其构成特征。结果表明: 草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量分别为1178.91、481.22、292.80和209.09 g·m^-2。其中,地下根系生物量是构成草甸草原和温性草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的73.1%和56.6%;地上植被生物量是构成草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的50.3%和47.6%;枯落物生物量占比较低,分别仅为8.5%、8.0%、6.4%和16.2%。草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种天然草地生态系统碳储量分别为13.90、5.94、2.69和2.37 kg·m^-2,其中植被碳储量分别为470.26、192.23、117.17、83.36 g·m^-2,0～40 cm土层土壤有机碳储量分别为13.43、5.75、2.58和2.29 kg·m^-2,土壤有机碳储量是构成宁夏典型天然草地碳储量的主体,分别占到了生态系统碳储量的96.6%、96.8%、95.6%和96.5%。4种草地类型植被总生物量、植被碳储量、土壤有机碳储量和生态系统碳储量均表现为:草甸草原＞温性草原＞草原化荒漠＞荒漠草原。

CO₂储存通量估算方法对森林生态系统碳收支估测的影响

李颖池, 刘帆, 王传宽, 高添, 王兴昌

2020, 31(11):  3665-3673.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.004

摘要 ( 399 )   PDF (2374KB) ( 254 )  

准确测定森林生态系统中CO₂储存通量(F_s)对于以涡动协方差(EC)法估算生态系统碳收支具有重要意义,而F_s不同算法引起的森林碳收支估测误差还未被全面评估。本研究利用2018年帽儿山落叶阔叶林的开路EC系统和8层CO₂/H₂O廓线系统(AP100, Campbell Scientific Inc., USA)数据,比较了2-min平均廓线(P_{2 min})、30-min平均廓线(P_{30 min})和30-min平均EC单点法(P_s)3种不同方法估算的F_s对净生态系统交换(NEE)、生态系统呼吸(R_e)和总初级生产力(GPP)估算结果的影响。结果表明: F_s估算方法对森林碳通量的影响总体上随时间尺度增大而不断增大,表明通量数据插补和拆分会进一步放大F_s估算方法的影响。在年尺度上,P_{2 min}法和P_s法的NEE分别比P_{30 min}法的低36.3%和29.4%;P_{2 min}法的R_e比P_{30 min}法和P_s法高8.7%;而P_{2 min}法的GPP比P_{30 min}法的高5.4%,P_s法则比P_{30 min}法的低2.1%。传统的P_{30 min}法忽略了CO₂浓度的瞬时变化,P_s法缺少林冠层内部CO₂浓度变化,因此两者低估了真实R_e。近似瞬时廓线的方法(2-min平均)具有更高的时间与空间分辨率,能够更加准确地估算非平坦地形和复杂冠层结构的森林碳收支,这对解决EC法在复杂条件下森林R_e和GPP低估、净碳汇高估具有重要启示。

板栗“燕山早丰”幼苗光合与碳氮代谢对干旱胁迫的响应

赵佳冰, 杜常健, 马长明, 孙佳成, 韩振泰, 严东辉, 江泽平, 史胜青

2020, 31(11):  3674-3680.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.027

摘要 ( 356 )   PDF (1531KB) ( 35 )  

干旱是影响燕山地区板栗树生长和产量的主要因子。为了在整株水平上研究板栗幼苗对干旱胁迫的响应,本试验以盆栽“燕山早丰”板栗幼苗为研究对象,通过模拟自然干旱处理22 d,测定叶片光合特性,根、茎、叶生物量、脯氨酸、丙二醛、碳、氮等生理指标变化。结果表明: 与正常浇水相比,干旱胁迫下幼苗根、茎、叶含水量分别显著下降18.3%、29.0%和62.8%,脯氨酸(355.0%～1586.7%)和丙二醛(41.1%～81.3%)含量显著上升(茎中丙二醛除外),但叶部非光化学淬灭系数和净光合速率分别显著下降49.4%和77.4%;同时,茎和叶中非结构碳水化合物含量分别显著增加21.4%和69.5%,根中增加幅度未达显著差异水平;根和叶中硝态氮含量分别显著增加28.9%和26.8%,茎中增加幅度未达显著差异水平;根、茎、叶中铵态氮含量分别增加了16.2%、12.9%、217.6%,但仅在叶部差异显著。综上,干旱胁迫对燕山早丰板栗幼苗产生了较严重的伤害,显著抑制了其光合性能,但能够通过增强体内碳氮代谢来提高其适应干旱环境的能力。本研究结果可为当地板栗抗旱性资源选育和栽培提供参考。

间伐改形对陇东高原密闭富士苹果园冠层微域环境及叶片生理特性的影响

牛军强, 孙文泰, 董铁, 尹晓宁, 刘兴禄, 马明

2020, 31(11):  3681-3690.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.030

摘要 ( 326 )   PDF (2055KB) ( 23 )  

为了研究间伐改形对成龄乔化密闭红富士苹果园冠层微域环境、叶片显微结构、叶片生理特性和光合能力的影响,以16年生密闭红富士苹果园为研究对象,对果园冠层相对光照强度、温度、相对湿度、叶片叶绿素含量、显微结构、叶片光合和荧光等参数进行了测定。结果表明: 间伐改形后树体冠层相对光照强度、温度得到显著改善,分布更均衡,>30%的有效光强是对照(未间伐改形,CK)的1.57倍,温度比CK平均高1.1 ℃;间伐树体叶片叶绿素、叶片厚度、栅栏组织厚度显著提高,分别比CK提高了8.7%、5.4%、9.2%;叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度也显著提高,分别比CK提高了12.6%、17.1%和7.3%。间伐果园和密闭果园叶片光合作用均受非气孔因素限制,间伐树体叶片的PSⅡ最大荧光产量和非光化学猝灭系数比CK提高了1.5%和2.1%。间伐改形后,叶片并未发生强光抑制,叶片单位反应中心吸收的光能、捕获的用于电子传递的能量和用于还原Q_A的能量得到显著提高。叶片生理特性与所处的光照、温度环境密切相关,密闭果园间伐改形后,果园冠层光照、温度得到改善,促进了叶片生长发育,改善了叶片显微结构,提高了叶片光合效能,是适宜陇东高原苹果产区密闭红富士果园调整和优化的关键措施。

稻茬冬小麦氮肥吸收、残留和损失特性

李欣欣, 石祖梁, 王久臣, 王飞, 徐志宇, 江荣风

2020, 31(11):  3691-3699.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.021

摘要 ( 298 )   PDF (696KB) ( 36 )  

为推进稻茬小麦氮肥合理施用,采取田间¹⁵N示踪技术研究了施氮量(0、150、225、300 kg·hm^-2,分别表示为N₀、N₁₅₀、N₂₂₅、N₃₀₀)对氮肥回收、残留、损失和籽粒产量的影响。结果表明: 随施氮量增加,小麦植株不同来源氮素积累量显著增加,氮肥回收率则显著下降。基肥氮以越冬至拔节期在植株中的积累量最高,追肥氮以拔节至开花期积累量最高;成熟期各处理追肥氮在植株中的积累量均高于基肥氮,N₁₅₀处理植株中土壤氮的积累量高于肥料氮,N₂₂₅、N₃₀₀处理呈相反趋势。随施氮量增加,成熟期0～100 cm土层氮肥残留量显著增加,肥料氮在60～100 cm土层残留比例逐渐升高。小麦全生育期氮肥损失量和损失率均随施氮量增加而增加,基肥氮损失量以播种至越冬期最高,追肥氮损失量以拔节至开花期最高。综合考虑籽粒产量,N₂₂₅处理可作为稻茬小麦氮肥推荐用量,相应的籽粒产量为6735 kg·hm^-2,氮肥回收率、土壤残留率和损失率分别为42.6%、34.0%和23.3%。

微喷灌水氮一体化对冬小麦生长发育和水肥利用效率的影响

党建友, 裴雪霞, 张定一, 张晶, 程麦凤, 王姣爱, 高璐

2020, 31(11):  3700-3710.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.025

摘要 ( 282 )   PDF (600KB) ( 37 )  

在等灌水量和施氮量下,探索小麦-玉米一年两熟轮作区玉米秸秆还田后冬小麦生育期微喷灌水氮一体化模式对冬小麦生长发育和水肥利用效率的影响。2016—2018年通过2年田间大区试验,在生育期设6种微喷灌水氮一体化模式,其中,灌水设W₁(越冬水+拔节水+灌浆水,各灌600 m³·hm^-2)、W₂(越冬水+返青水+拔节水+灌浆水,各灌450 m³·hm^-2)和W₃(越冬水、拔节水各灌600 m³·hm^-2,返青水、灌浆水各灌300 m³·hm^-2)3种模式;施氮设N₁(基施氮60%+随拔节水追氮40%)和N₂(基施氮60%+随拔节水追氮30%+随灌浆水追氮10%)2种模式,以W₁下不施肥为对照(CK),共7个处理,调查群体动态、灌浆期干物质积累转移和成熟期养分积累规律。结果表明: 1)越冬水灌水量由450 m³·hm^-2增至600 m³·hm^-2,有利于越冬期植株总茎数和成穗数的增加而增产,灌返青水拔节期总茎数增加,对成穗数影响较小;拔节期施氮越多,单株茎数增加越多,但成穗数降低。2)生育期灌4水(W₂和W₃),配合拔节期和灌浆期分次水氮一体化(N₂),有利于灌浆期总干物质积累、穗粒数和千粒重增加而增产。3)灌4水处理比灌3水处理生育期耗水量和氮、磷、钾素吸收量增加,水肥利用效率提高。灌4水处理(W₂和W₃)中N₂的生育期耗水量低于N₁,氮、磷、钾素吸收量高于N₁,灌水和氮磷钾利用率显著提高,以W₃N₂效果最好。因此,W₃N₂处理,即玉米秸秆还田后播种冬小麦,微喷灌生育期灌4水,越冬水和拔节水灌水量增加到600 m³·hm^-2,配合拔节水和灌浆水追施氮肥,使冬小麦成穗数和千粒重增加而增产,且水肥利用效率最高,是山西南部冬小麦微喷灌水肥一体化高产高效最佳水氮管理模式。

干旱胁迫下活化水灌溉对大豆生长特征的影响

李娟, 樊军, 朱志梅

2020, 31(11):  3711-3718.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.028

摘要 ( 404 )   PDF (1014KB) ( 33 )  

为了解在不同干旱条件下活化水灌溉对大豆生长特征的影响,探究活化水灌溉对大豆生长的影响机制。采用室内基质栽培大豆试验,在基质最大持水量(80%含水量)的95%～100%、75%～85%、55%～65%和35%～45% 4个水分条件下,分别用自来水、磁化水、增氧水和先磁化再增氧4种水灌溉,研究活化水对大豆苗期生长特征的影响。结果表明: 经过30 d的生长后,35%～45%重度干旱条件下磁化水灌溉的总生物量、叶面积、根冠比和根长与自来水灌溉相比分别增加了67.6%、23.5%、84.6%和122.8%,磁化增氧水灌溉分别增加了70.8%、24.0%、61.9%和162.3%,对叶绿素含量无显著影响;其余处理上述指标与自来水相比略有下降。表明重度干旱条件下,磁化水灌溉可以有效促进大豆根系生长、提高根冠比,提高大豆的水分利用效率,缓解干旱胁迫带来的负面效应。

养分专家系统推荐施肥在萝卜上的应用效果

山楠, 串丽敏, 刘继培, 郑怀国, 赵同科

2020, 31(11):  3719-3728.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.022

摘要 ( 294 )   PDF (784KB) ( 30 )  

通过布置两季萝卜田间试验,研究了基于产量反应和农学效率推荐施肥方法建立的养分专家系统在萝卜上的应用效果,为方便快捷地进行萝卜科学施肥管理提供理论和技术支撑。试验设置7个处理,分别为农民习惯施肥处理(FP)、基于养分专家系统的推荐施肥处理(TE)、当地测土推荐施肥处理(TS)、TE基础上有机肥替代30%化肥氮处理(TE+OM)以及与TE处理对应的减氮处理(TE-N)、减磷处理(TE-P)和减钾处理(TE-K),比较了不同施肥管理措施对萝卜产量、养分吸收量、肥料利用率和施肥效益的影响。结果表明: 基于产量反应和农学效率的专家推荐施肥方法确定的萝卜上半年N、P₂O₅、K₂O施用量分别为200、132和215 kg·hm^-2;下半年分别为171、204和251 kg·hm^-2。专家推荐施肥调整了氮、磷、钾肥的施用量,与FP处理相比,两季萝卜经济产量分别显著提高了14.8%和18.4%,施肥效益分别提高了20115和14905元·hm^-2;与TS处理相比,两季萝卜经济产量分别显著提高了9.8%和16.8%,施肥效益分别提高了9076和9987元·hm^-2。专家系统推荐施肥提高了萝卜的农学效率和养分回收率,促进了养分的高效利用。同时,萝卜生产中合理比例的有机肥替代化肥可在一定程度上促进植株养分向根部转移。综合考虑,专家推荐施肥在萝卜上的应用具有可行性,该方法在萝卜实际生产中充分利用了土壤的基础养分供应,考虑了养分的平衡与可持续性,合理调控了氮磷钾养分供应量,促进了萝卜生产的高产高效和可持续发展。

旱地红壤反硝化功能基因丰度对长期施肥的响应

宛颂, 段春健, 樊剑波, 叶桂萍, 王全成, 贺纪正, 林永新

2020, 31(11):  3729-3736.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.024

摘要 ( 435 )   PDF (732KB) ( 64 )  

农田施肥会影响土壤微生物驱动的氮素转化和氧化亚氮(N₂O)排放。基于32年的长期肥料定位试验,研究了旱地红壤反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZ I和nosZ II)对不同长期施肥处理的响应及其关键影响因素。试验包括6个处理,分别为不施肥(CK)、单施化肥、化肥+花生秸秆、化肥+水稻秸秆、化肥+萝卜菜和化肥+猪粪。结果表明: 与单施化肥相比,化肥和有机物料配施可以有效缓解红壤酸化、提高土壤有机碳含量,其中以化肥和猪粪配施的效果最好。长期施肥对nirK基因丰度没有显著影响,但显著影响nirS基因丰度;与CK相比,长期单施化肥可显著增加nirS基因丰度,增幅达426%,但与单施化肥相比,化肥和有机物料配施降低了nirS基因丰度。旱地红壤中nosZ I基因丰度远高于nosZ II基因丰度,表明nosZ I在酸性红壤中占主导地位;长期施肥对nosZ II基因丰度没有显著影响。但长期施用化肥+猪粪显著提高了nosZ I基因丰度,增幅为138%。逐步回归分析表明,有效磷含量是影响nosZ I基因丰度的关键环境因子,而nosZ II基因丰度则主要受硝态氮含量的影响。化肥和猪粪配施处理的(nirS+nirK)/(nosZ I+nosZ II)值最低,表明化肥和猪粪配施可能会降低旱地红壤的N₂O排放能力。

外源输入碳在生物结皮土壤各碳组分中的分配特征

姚小萌, 肖波, 王国鹏, 张鑫鑫, 李胜龙

2020, 31(11):  3737-3748.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.039

摘要 ( 297 )   PDF (2103KB) ( 42 )  

研究外源新输入碳进入生物结皮后在各碳组分间的分配特征,可以为理解生物结皮参与碳地球化学循环过程提供数据支持和理论依据。本研究针对黄土高原典型苔藓生物结皮,借助¹³C脉冲标记技术,精确示踪外源新输入碳在生物结皮碳组分中的分配特征及其与无结皮裸地的差异,揭示生物结皮对碳循环的影响。结果表明: 1)由于生物结皮养分循环速率较慢,且与维管束植物相比,其主要生物成分苔藓的生物量有限,导致生物结皮各碳组分的¹³C丰度值均随时间变化表现相对平稳。2)生物结皮的各碳组分¹³C含量均明显高于无结皮裸地,其有机碳、微生物生物量碳、可溶性有机碳中¹³C含量平均分别为0.258、0.078、0.004 mg·kg^-1,分别比裸地高3.1、18.5、2.6倍,且苔藓植株¹³C含量高达1.45 mg·kg^-1。3)生物结皮改变了有机碳各组分的分配特征,其新同化的碳主要分配于活性有机碳库和结皮生物中,表现为¹³C在微生物生物量碳中的分配率(30.6%)高于可溶性有机碳(1.7%),而苔藓植株的¹³C分配率为20.3%。4)生物结皮中微生物生物量¹³C的转移量和库容量分别是裸地的15.7和19.5倍,但其周转率(每月2.94次)略低于裸地(每月3.30次),相应周转期是裸地的1.1倍。综上,生物结皮改变了土壤有机碳组分的分配特征,提升了碳周转速率,在干旱荒漠生态系统碳循环中的作用不容忽视。

全膜覆土下施有机肥对春小麦旗叶碳氮比、光合特性和产量的影响

尹嘉德, 侯慧芝, 张绪成, 王红丽, 于显枫, 方彦杰, 马一凡, 张国平, 雷康宁

2020, 31(11):  3749-3757.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.029

摘要 ( 406 )   PDF (2262KB) ( 36 )  

于2016和2017年,以春小麦品种‘陇春27'为试验材料,在甘肃省中部半干旱雨养农业区设置定位试验,分析全膜覆土平作穴播(PMS)、全膜覆土平作穴播+有机肥(PMO)、裸地平作穴播(CK)3个处理春小麦抽穗至灌浆阶段土壤水分与群体冠层温度、净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)、旗叶C/N、旗叶全氮之间的相互关系,探讨不同处理对产量及其构成要素的影响。结果表明: 施用有机肥可提高小麦生育中后期土壤含水量,PMO抽穗至灌浆阶段0～300 cm土层土壤贮水量较PMS和CK分别提高4.6%和8.5%,群体冠层温度分别降低0.1～1.3 ℃和1.4～4.9 ℃,P_n分别提高9.3%和29.7%,g_s分别提高30.9%和103.8%,T_r分别提高5.1%和55.0%,全氮含量分别提高6.6%和18.9%,C/N分别降低6.4%和22.8%。收获后,PMO较PMS和CK显著促进穗粒数和千粒重增加,籽粒产量分别提高9.1%和53.7%。抽穗至灌浆阶段旗叶P_n和g_s与C/N呈负相关性;C/N与籽粒产量呈显著负相关。因此,半干旱区全膜覆土穴播条件下施有机肥可提高春小麦抽穗至灌浆阶段土壤含水量,促进旗叶光合作用,有利于降低生理干旱胁迫强度和旗叶氮吸收同化限制,促进穗粒数和粒重增加,使产量提升。

未来气候变化下黑沙蒿在中国的潜在地理分布及变迁

鲁客, 贺一鸣, 毛伟, 杜忠毓, 王莉君, 刘国民, 封文佳, 段义忠

2020, 31(11):  3758-3766.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.017

摘要 ( 477 )   PDF (2298KB) ( 71 )  

黑沙蒿是我国荒漠草原防风固沙的先驱植物,在生态系统恢复和重建中有非常重要的作用,然而其在发挥重要生态功能之余,也给我国北方地区人类的健康带来了一定影响。本研究基于黑沙蒿当前在中国分布的89条有效数据和典型19个气候环境因子,通过MaxEnt模型,模拟了当前和未来(2050s、2070s)2种情景下(RCP 4.5、RCP 8.5)黑沙蒿在中国的潜在分布区,利用ArcGIS软件中SDM工具箱分析黑沙蒿的潜在分布范围及其变化,综合贡献率、刀切法及环境变量响应曲线评估了关键气候因子的重要性,并使用检验受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)对模型精度检验和评估。结果表明: MaxEnt模型模拟效果极好(AUC=0.980),预测显示黑沙蒿主要集中分布在毛乌素沙地及周边地区,该结果与当前实际分布范围相吻合;黑沙蒿在未来2种情景下的潜在高适生区分布面积与当前相比减少了5.2%～26.8%,气候变化对黑沙蒿的分布有一定的负面影响,其中,温度季节变化、最冷季度降水量及年平均温度的影响最大;黑沙蒿未来在中国潜在分布核心区位于毛乌素沙地,且有向东北部(吉林、黑龙江、辽宁及河北部分地区)扩散趋势。

基于景观分析的西安市生态网络构建与优化

梁艳艳, 赵银娣

2020, 31(11):  3767-3776.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.019

摘要 ( 543 )   PDF (1979KB) ( 123 )  

生态网络能够连接破碎的生境斑块、增加景观之间的连接性,对应对城市化引发的景观和生态问题具有重要作用。本研究以西安市为例,运用景观格局指数和形态学空间分析等方法在景观格局现状分析的基础上构建了生态网络,并利用重力模型评估了网络结构,最后提出优化策略。结果表明: 西安市景观丰富度较高,但景观状况南北区域差异明显;生态源地主要分布在南部和东部,北部和中部综合阻力值高、连接度较低;生态廊道分布不均,基于水文分析得到的辐射道可以对生态廊道起到补充作用;通过新增生态源地、补设踏脚石及修复断裂点对生态网络进行优化,可改善生态源地分布不均、部分区域生态廊道过长及道路网阻隔等问题,提出的优化策略可为西安市城市规划提供参考。

2000—2018年深圳市植被覆盖动态变化与预测

吴炳伦, 孙华, 石军南, 张雨田, 石灵杰

2020, 31(11):  3777-3785.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.012

摘要 ( 744 )   PDF (3150KB) ( 171 )  

采用Landsat系列多时相影像数据,以像元二分法估算植被覆盖度,运用线性回归分析、重心迁移等方法来探究深圳市2000—2018年植被覆盖的时空变化特征,并结合CA-Markov模型对深圳市未来土地覆盖情况进行预测。结果表明: 2000—2018年,深圳市植被覆盖呈明显的地域分异特征,在区域上表现为东部大于西部、南部大于北部,此分异特征与区域地形效应具有良好的一致性。植被覆盖度重心的空间迁移特征为西北-东南-西北,迁移速率为551.2 m·a^-1,此进程与深圳市城市化进程密切相关。2000—2018年间,深圳市植被覆盖度总体呈改善趋势,改善速率为0.005·a^-1,其中,植被覆盖度显著改善和退化的面积比例分别为30.8%和12.8%。采用CA-Markov方法分理论、自然两种情景对深圳市2024年土地覆盖/利用类型进行预测,两种预测方法所得土地覆盖/利用类型的面积所占比例之间没有显著差异,其差异阈值在0~1.2%。与2018年之前相比,2024年深圳市乔木林、耕地等转化为建设用地的比例将明显减少,但供需矛盾仍然紧张。

基于RANS的城市广场空气质量评价及健康场所指引

闫利, 胡纹, 尹名强

2020, 31(11):  3786-3794.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.016

摘要 ( 278 )   PDF (5322KB) ( 182 )  

空气中污染物及病菌的浓度直接影响人类健康。在污染源不变的情况下,有效通风决定了空气质量的优劣。因此,建立有效通风的定量判定指标,并利用此指标对特定区域空气质量进行实时评价,引导居民选择健康的室外活动场所成为迫切需要解决的问题。本研究采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法建立了基于计算流体力学(CFD)技术的城市空气污染模拟系统,研究了风速、污染物浓度和污染物扩散效率之间的关系。在此基础上,借助实时气象数据,对城市广场空间不同时段进行了风场模拟及空气质量评价。结果表明: 行人高度(1.5 m)空气中污染物有效扩散的临界风速值为1.0 m·s^-1,此指标可作为某一具体区域空气质量评价标准。参照此判定指标,链接实时天气系统,通过模拟得到的行人高度风速分布,可实时、可视化地显示该场所空气质量优劣分布,实现公平、效率、合理地利用城市空间资源,为人们选择健康的室外活动场地提供指引,为公众疾病预防和健康促进提供技术和手段。

干旱地区遥感生态指数的改进——以乌兰布和沙漠为例

王杰, 马佳丽, 解斐斐, 徐锡杰

2020, 31(11):  3795-3804.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.011

摘要 ( 462 )   PDF (1585KB) ( 130 )  

干旱区以荒漠为主要背景,生态环境脆弱,极易受到自然和人为因素的影响。为了定量评价干旱区生态环境质量,基于遥感生态指数(RSEI),针对干旱区对其进行改进,构建了干旱遥感生态指数(ARSEI),该指数耦合了绿度、湿度、盐度、热度以及土地退化度信息。利用ARSEI和RSEI对乌兰布和沙漠2000—2019年生态环境质量进行动态监测和评价,分析两者的差别及在干旱区的适用性。同时分析乌兰布和沙漠生态环境质量时空变化特征及原因。结果表明: ARSEI比RSEI对干旱区生态环境质量具有更好的适用性,ARSEI增强了土地利用类型变化在生态环境质量评价中的作用。2000—2019年,乌兰布和沙漠生态环境质量整体上为差。等级为优、良、中的部分主要分布在沙漠北部,等级为差的部分主要集中在戈壁和沙地处,较差主要在低覆盖度植被区。2000—2019年,乌兰布和沙漠生态环境质量总体变好,沙漠北部城镇或农场生态环境质量变化复杂,变差和变好交替分布。生态农业和沙产业对生态环境质量有明显的改善作用,这是乌兰布和沙漠生态环境质量变化的主要原因。

场次暴雨条件下降雨和植被变化对洪水影响的定量评估——以彭冲涧小流域为例

盛菲, 曾建玲, 刘士余, 王艳艳, 周昌明, 张婷, 赵黎雯

2020, 31(11):  3805-3813.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.020

摘要 ( 226 )   PDF (2348KB) ( 23 )  

降雨和植被是影响流域洪水的两个关键性因素,定量研究二者对洪水影响的贡献率,对流域的植被建设及水资源管理具有重要的科学意义。本研究以南方红壤区的彭冲涧小流域为对象,基于1983—2014年的地理信息数据和水文气象数据,利用Mann-Kendall检验法、累积距平法、HEC-HMS模型等分析该流域的暴雨和洪水特征,并定量评估降雨和植被变化对洪水影响的贡献率。结果表明: 1983—2014年间,彭冲涧小流域的暴雨量和洪水总量分别呈非显著上升和下降趋势。HEC-HMS模型对场次暴雨洪水的模拟效果较好,评价结果均在误差范围内。无论是对洪水总量,还是对洪峰流量,不同场次暴雨洪水的降雨和植被变化贡献率均存在差异。降雨和植被变化对洪水总量的平均贡献率分别为66.5%和33.5%,对洪峰流量的平均贡献率分别为58.9%和41.1%。本研究成果可为小流域洪水评价、植被建设和水土流失综合治理提供科学依据。

陕甘宁地区降水同位素云下二次蒸发效应

肖涵余, 张明军, 王圣杰, 车存伟, 杜勤勤, 张宇, 韩婷婷, 苏鹏燕

2020, 31(11):  3814-3822.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.013

摘要 ( 508 )   PDF (2290KB) ( 35 )  

大气降水过程中,雨滴由云层底部降落至地面经过不饱和空气时发生的蒸发现象,即为云下二次蒸发,这会使得降水同位素组成发生改变。利用氢氧稳定同位素方法研究云下二次蒸发效应的时空变化及其成因,对探讨区域水循环过程具有重要意义。本研究基于陕甘宁地区2018年3月—2019年2月187个气象站逐小时气象数据,采用改进后的Stewart模型,分析了该区域蒸发剩余比(f)与降水过量氘变化量(Δd)的时空变化,并探讨了f以及气象要素与Δd的关系。结果表明: 从小时尺度来看,该区域各省f与Δd最小值均出现在白天,最大值出现在夜晚,即白天云下二次蒸发效应更明显。从月尺度来看,各省f、Δd月变化趋势较为一致,最小值多出现在夏半年,最大值多出现在冬半年,即夏半年云下二次蒸发效应更显著。研究区f、Δd值在季节尺度上的空间变化一致:春季,东、西部地区较大,中部较小;夏季,西北部地区偏小,其他地区偏大;秋季,由南向北减小;冬季,中部、南部较小,西部及东北部较大,研究区不同季节云下二次蒸发效应的空间差异显著。陕甘宁三省(区)f与Δd的线性关系的斜率均小于1‰·%^-1,这可能与该地区干旱半干旱气候具有较大关系。当气温较高,相对湿度、水汽压、降水量和雨滴直径较小时,Δd值较小,云下二次蒸发效应较明显。

川西高原山地美味牛肝菌气候生态适宜性及潜在分布

张利平, 薛燕, 郭翔, 王明田

2020, 31(11):  3823-3832.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.015

摘要 ( 319 )   PDF (3002KB) ( 29 )  

利用数字高程模型(DEM)数据、土地覆盖栅格数据、四川省52个站点和4个其他省市站点的气象观测数据,基于美味牛肝菌的生物学特性,结合前人研究成果,系统分析了川西高原山地美味牛肝菌的气候生态适宜性。选取气温、降水、植被等影响因子作为区划指标,应用集优法,通过GIS分析本区美味牛肝菌资源的潜在分布。结果表明: 美味牛肝菌潜在分布区的北界在32° N附近,海拔上限约为3000 m,下限约为800 m,总面积约286.3万hm²,约占研究区整个行政区域面积的9.7%;29° N以南的攀西地区是美味牛肝菌的主要潜在分布区,核心分布区在攀西地区中南部,攀西分布区面积约占全部潜在分布区的90%,其中,适宜区面积约占20%,次适宜面积约占80%。适宜区主要分布于攀西地区雅砻江以东的安宁河流域、海拔1000~2600 m的山区;次适宜区主要是适宜区分别向上、向下延伸到海拔3000和800 m左右的林区;海拔3000 m以上的高原高山区和海拔800 m以下的干热河谷区为不适宜区。

莫莫格国家级自然保护区地表水文连通性定量评估

陈月庆, 武黎黎, 章光新, 谭志强, 乔斯佳

2020, 31(11):  3833-3841.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.041

摘要 ( 383 )   PDF (2179KB) ( 46 )  

水文连通性的定量评估是当前研究的热点和难点。本研究以欧盟联合研究中心发布的全球30 m分辨率逐月地表水遥感数据集为数据源,利用地统计学连通性、最大连通距离和季节性连通水体面积3个指标,定量评估了平水年的不同月份(2016年5—10月)、不同水文年(丰水年1998年、平水年2016年、枯水年2002年)的9月、不同方向(西-东、北-南)上莫莫格国家级自然保护区地表水文连通性。结果表明: 1)研究区平水年西-东方向的地统计学连通性优于北-南方向,8月和7月的地统计学连通性优于其他各月;各水文年西-东方向的地统计学连通性优劣次序为丰水年>枯水年>平水年,北-南方向的地统计学连通性优劣次序为丰水年>平水年>枯水年;平水年西-东方向6、7、9和10月的最大连通距离均集中在25.26 km,北-南方向最大连通距离则更为集中,所有月份均为10 km;平水年和枯水年的最大连通距离较为接近,但均远小于丰水年的相应值;2)研究区平水年月亮湖水库与嫩江之间、鹅头泡与其邻近湖泊之间频繁地发生季节性连通,其余绝大多数湖泊则始终保持孤立;不同水文年研究区的水文连通格局具有明显差异:丰水年形成了两个巨型连通体,平水年部分湖泊之间发生周期性连通,枯水年所有湖泊之间保持孤立;3)农田退水的承泄区鹅头泡连通体的地表水面积在春、夏、秋3个补水季节均发生了明显扩增。本研究从不同角度量化了多水源补给的莫莫格国家级自然保护区地表水文连通性,研究结果可为湿地保护修复和流域水资源综合管控提供科学依据。

氮掺杂碳纳米颗粒对稻田根际土壤细菌群落的影响

胡伟, 向建华, 向言词, 陈燕

2020, 31(11):  3842-3850.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.033

摘要 ( 325 )   PDF (1986KB) ( 38 )  

氮掺杂碳纳米颗粒(N-CNPs)具有较高的农田氮肥增效潜力,但其对稻田根际土壤细菌群落结构和功能的影响尚不明确。本研究以连续3年施用低(1.2%,N-CNPs1)、中(6.7%,N-CNPs2)和高(9.3%,N-CNPs3)氮掺杂碳纳米颗粒的稻田根际土壤为研究对象,采用高通量测序技术和PICRUSt 功能预测方法研究其细菌群落组成和代谢功能变化。结果表明: 连续3年配施N-CNPs能提升稻田根际土壤细菌群落多样性,改变细菌群落功能;不同氮掺杂量水平间存在差异,其中以中氮掺杂量(N-CNPs2)碳纳米颗粒处理变化幅度最大。细菌群落分析结果指出,配施N-CNPs提升了根际土壤中变形菌门、酸杆菌门和疣微菌门的相对丰度,降低了浮霉菌门、绿弯菌门、硝化螺旋菌门和芽单胞菌门的相对丰度。PICRUSt 功能预测结果表明,在二级预测功能分类中,配施N-CNPs处理的氨基酸代谢、碳水化合物代谢和脂类代谢功能得到增强,而其他代谢功能则受到减弱。KEGG 直系同源基因簇丰度热图结果显示,N-CNPs2处理能提升根际土壤碳、氮代谢相关的细菌群落的相对丰度。

杉木采伐迹地营造阔叶树种对土壤微生物生态化学计量特征的影响

王涛, 万晓华, 程蕾, 杨军钱, 张冰冰, 邹秉章, 王思荣, 余再鹏, 黄志群

2020, 31(11):  3851-3858.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.034

摘要 ( 428 )   PDF (1150KB) ( 89 )  

研究土壤微生物生物量及其生态化学计量特征对造林树种转换的响应,对深入了解森林生态系统土壤养分循环和有效性具有重要意义。本研究以1993年春在二代杉木采伐迹地上营造的26年生米老排和杉木人工林为对象,采用氯仿熏蒸法测定了0～40 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)的变化。结果表明: 与杉木人工林相比,米老排人工林0～10 cm土层MBC和0～20 cm土层MBN和MBP均显著提高, 0～20 cm土层MBC/MBP和10～20 cm土层MBN/MBP显著降低。两种人工林所有土层MBC/MBN均无差异。相关分析显示,土壤含水率、总有机碳、总氮、全磷、有效磷与MBC、MBN和MBP呈显著正相关,而与MBC/MBP和MBN/MBP呈显著负相关。逐步线性回归分析表明,MBN和MBP主要受土壤总氮和有效磷的影响,而MBC/MBP和MBN/MBP主要受有机碳和有效磷的驱动。研究表明,造林树种从杉木转换成米老排能够增加表层土壤微生物生物量,加速氮磷养分周转,增加土壤氮磷养分供应能力。米老排人工林土壤MBP的增加可能在一定程度上缓解了树木生长的磷限制。

成都市温江区不同栽植年限园林植物土壤动物群落特征

黄玉梅, 李向, 张丹桔, 邓楚璇, 罗春兰, 罗紫薇, 沈金亮, 解文峰

2020, 31(11):  3859-3868.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.031

摘要 ( 424 )   PDF (1895KB) ( 48 )  

对成都市温江区不同栽植年限园林植物土壤动物群落特征进行调查分析,4次取样共捕获土壤动物10258只,隶属26目78科。不同园林植物土壤动物类群数存在显著差异,基本以红花檵木、银杏样地最高,结缕草样地最低,各栽植年限土壤动物类群数均低于周边农田和撂荒地;桂花样地土壤动物类群数、个体数受季节变化影响较小,其余样地土壤动物个体数具有明显的季节动态,而类群数随季节变化不显著;土壤动物多样性指数受园林植物种类及栽植年限影响,银杏样地土壤动物密度-类群指数(DG)及Margalef丰富度指数(D)和结缕草样地土壤动物Shannon多样性指数(H)及D指数均随栽植年限增加而显著降低,桂花样地土壤动物DG指数、D指数则随栽植年限增加显著升高,红花檵木样地土壤动物多样性各指数随栽植年限增加未表现规律性变化,其中土壤动物DG、D、H指数各栽植年限基本以桂花样地最低;聚类及典型关联分析(CCA)表明,园林植物种类对样地生境的影响大于栽植年限,土壤动物对不同生境因子响应不同,其中速效P、土壤pH对土壤动物影响较大。土壤动物群落特征受园林植物种类、栽植年限及栽培管理方式的影响,而过度人为干扰、单一植物连栽会对土壤动物产生不利影响,并可能导致土壤地力衰退。

防治苦瓜枯萎病的拮抗放线菌分离筛选及鉴定

李晓芳, 田叶韩, 彭海莹, 何邦令, 高克祥

2020, 31(11):  3869-3879.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.036

摘要 ( 361 )   PDF (2241KB) ( 31 )  

以苦瓜枯萎病菌为靶标菌,通过对峙培养试验和发酵滤液抑菌试验对分离自苦瓜根际土壤的放线菌进行筛选。候选菌株0250具有广谱抗真菌活性,根据培养特征、生理生化特性以及与同源性相近的菌株进行平均核苷酸一致性分析,被鉴定为Streptomyces rhizosphaericus,并评估了该菌株在温室和田间对苦瓜的促生长和防治枯萎病效果。结果表明: 链霉菌菌株0250对苦瓜枯萎病菌的平板抑制率为69.2%,对17种植物病原真菌的平板抑制率达64.3%~85.6%;该菌株的菌悬液处理能促进盆栽和田间苦瓜植株根、茎生长发育,提升产量,对苦瓜枯萎病的防病效果分别为66.9%和61.5%。预先用菌株0250菌悬液处理土壤再接种病原菌,对土壤尖镰孢菌数量抑制率达62.1%,显著提高了苦瓜幼苗苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶和β-1,3-葡聚糖酶活性以及根系活力。总之,菌株0250是一株对苦瓜枯萎病具有巨大生防潜力的放线菌资源。

永定河流域大型底栖动物群落分布格局及其影响因子

张宇航, 张敏, 彭文启, 张海萍, 渠晓东, 罗遵兰

2020, 31(11):  3880-3888.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.038

摘要 ( 496 )   PDF (2020KB) ( 82 )  

人类干扰造成了全球河流生态系统的普遍退化。流域尺度的水生生物分布特征及其影响因素研究对于河流生态系统的保护与恢复具有重要意义。本研究以永定河流域大型底栖动物群落为研究对象,分别于2017年春季(3月)、夏季(7月)、秋季(11月)开展全流域尺度的大型底栖动物调查。研究表明: 永定河流域以摇蚊科为主,优势类群包括直突摇蚊属、摇蚊属、雕翅摇蚊属以及多足摇蚊属。聚类分析表明,大型底栖动物群落结构存在显著的空间差异性,按照群落相似性可分为2组: 组1主要包含桑干河和东洋河水系,以直突摇蚊为主要优势种;组2主要包含洋河、妫水河以及永定河干流部分河段,以雕翅摇蚊为主要优势种。单因素方差分析表明,组2生物量、Shannon指数、Margalef指数、Pielou均匀度指数以及物种丰富度均显著高于组1,指示了该区域内更好的生态状况。大型底栖动物的季节差异显著,夏季的密度、生物量和各多样性指数均显著低于春季和秋季。典范对应分析显示,影响永定河大型底栖动物空间分布的环境因子主要包括水温、铵氮、pH、溶解氧和总磷。从水文因子的角度,流量和流速与主要生物参数存在显著相关性。组2中流速和流量与大型底栖动物密度和EPT%存在显著的正相关关系,表明急流生境有利于EPT(蜉蝣目、襀翅目、毛翅目)敏感类群的生存;但流量和流速与多样性指数呈负相关关系,表明过高流量和流速的生境条件不利于大型底栖动物多样性的维持。总之,水环境因子、水文因子都显示出了对大型底栖动物群落结构和多样性特征的影响,表明永定河流域生态系统受到多类型人为活动的影响。减少水质污染、适度恢复部分河段的流量是永定河流域生态系统修复的重要环节。

基于改进的SURF指数甄选海州湾鱼类群落的关键捕食者

徐从军, 张崇良, 徐宾铎, 任一平, 薛莹

2020, 31(11):  3889-3894.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.040

摘要 ( 265 )   PDF (864KB) ( 20 )  

关键捕食者在生态系统中对饵料生物的数量波动、丰富度和空间分布等都起到重要的调控作用。本研究基于在海州湾进行的5个航次的渔业资源底拖网调查资料及胃含物分析数据,通过对传统SURF指数进行改进,甄选海州湾鱼类群落中的关键捕食者。结果表明: 星康吉鳗、长蛇鲻、大泷六线鱼、小眼绿鳍鱼和小黄鱼为海州湾鱼类群落中的关键捕食者,这5种鱼类不但具有较高的连接数,还是多种生物的主要捕食者,在物种连接中具有较强的聚集效应,它们的数量波动会对生态系统能量流动和食物网结构产生较大的影响。通过本方法对关键捕食者进行甄选,不仅考虑了物种间的摄食比例,还将捕捞量及物种的资源量作为重要影响因素,与传统方法相比,具有较大的改进,为关键捕食者的甄选提供了一种新的方法。本研究还发现,物种之间的强相互作用在维护食物网的结构与功能中起着重要作用,加强对关键捕食者的保护,有利于维持生物群落的稳定性和物种多样性,在实施基于生态系统的管理时,要优先保护这些关键物种。星康吉鳗和小黄鱼作为重要的经济鱼种,承受的捕捞压力较高,尤其需要加强保护和管理。

综合评述

植物木质部栓塞测定技术的研究进展

王婷, 郭雯, 潘志立, 陈芳, 杨石建

2020, 31(11):  3895-3905.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.007

摘要 ( 455 )   PDF (608KB) ( 118 )  

气候变化引发干旱频度和强度的变化影响植物的生长发育和生态适应。干旱胁迫会引起木质部栓塞并造成水力失效,而如何准确量化木质部抗栓塞的能力对研究植物对干旱的响应过程尤为重要。通常可通过脆弱性曲线量化木质部抗栓塞的能力。目前已经研发出构建木质部栓塞脆弱性曲线的多种方法,但不同方法往往产生不一致的结果。深入理解这些方法的设计原理并在实际应用时比较各方法的异同,对合理解释相关文献数据及准确选择干旱预测模型等尤为重要。本文阐述了自然干燥法、离心法、注气法、声学测定法、同步加速器与X射线显微断层扫描法、光学可视化法及抽气法7种测定木质部栓塞脆弱性的方法,并总结了近年来各测定方法在具体研究中的运用情况及存在的争议。最后,对未来研究测定木质部栓塞脆弱性与实际运用相关方法的选择等提出了展望。

增温对土壤N₂O和CH₄排放的影响与微生物机制研究进展

韩雪, 陈宝明

2020, 31(11):  3906-3914.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.026

摘要 ( 363 )   PDF (655KB) ( 135 )  

全球变暖已引起人们的广泛关注,大气温室效应气体浓度增加是导致全球变暖的主要因素之一,土壤是温室效应气体的主要来源。反过来,全球变暖对土壤温室气体的排放具有反馈作用。温度升高不仅会影响植物、动物、微生物的生长及其相互作用,还会影响土壤的物质(尤其是氮、碳)循环过程,从而影响土壤温室效应气体的排放。本文主要总结了增温对土壤主要温室气体N₂O和CH₄排放的影响及其微生物机制。总体来看,增温能够促进这两种温室气体的排放,其排放主要与温度对氨氧化细菌(AOB)、反硝化功能基因、甲烷产生菌和甲烷氧化菌的丰度和组成的影响有关。土壤温室气体排放也受到植物的物种特性、养分吸收和群落组成,以及土壤营养元素含量、含水量、pH值等理化性质的影响。未来应更深入地从微生物角度探讨全球变暖对土壤温室气体排放的反馈作用机制,加强不同增温模式对土壤温室气体排放的影响研究,并关注增温与其他环境因子相互作用对土壤温室气体排放的影响等,以期为全球变暖对土壤温室气体排放反馈作用的预测提供理论依据。

盐渍化对农田氮素转化过程的影响机制和增效调控途径

李红强, 姚荣江, 杨劲松, 王相平, 郑复乐, 陈强, 谢文萍, 张新

2020, 31(11):  3915-3924.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.023

摘要 ( 388 )   PDF (767KB) ( 91 )  

本文在回顾我国盐渍化农田氮肥利用现状的基础上,总结了盐渍化对农田土壤氮素转化关键过程的影响规律,剖析了其对参与氮素转化的微生物的作用机制,归纳了盐渍化农田氮素养分增效调控的主要途径。盐渍化对农田土壤氮素矿化、硝化和反硝化过程存在阈值效应,不同范围内影响差别较大。盐分以及次生障碍对相关微生物也具有不同的影响,且同样存在阈值效应。目前盐渍化农田氮素增效调控的途径主要包括土壤改良剂改良、生物质材料改良、种植耐盐植物、优化氮素形态配比和生物抑制剂改良,最后提出盐渍化农田氮素循环过程研究目前存在的不足以及未来的研究方向。本文对盐渍化农田氮素减损增效、化肥养分高效利用与农业面源污染阻控具有重要指导意义。

城市绿地供需的差异与联系研究进展

陈樟昊, 黄甘霖

2020, 31(11):  3925-3934.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.018

摘要 ( 410 )   PDF (1618KB) ( 56 )  

作为连接城市绿地与居民需求的重要概念,绿地供需是城市绿地研究和规划决策的重要内容。识别城市绿地供给与需求的区别和关联,有助于城市绿地合理配置、人类福祉提升和城市的可持续发展。本文梳理2016—2020年城市绿地供需研究的主要议题和研究模式,探讨不同议题的差异与联系,并对未来城市绿地供需关系研究提出建议。综述发现,多数研究从供给或需求一方面开展研究,较少将城市供给与需求研究结合一起分析。供给方面主要关注绿地时空分布特征与生态系统服务供给,需求方面侧重于研究居民对绿地的主观偏好与行为。绿地供给、需求的研究对象、研究尺度与研究指标存在较大差异,是二者难以建立联系的主要因素。今后的研究应注重绿地供需匹配的情况。基于主观偏好/客观指标的绿地供需整合研究,是城市绿地供需关系研究的重要方向。

基于局地气候优化的城市蓝绿空间规划途径研究进展

成雅田, 吴昌广

2020, 31(11):  3935-3945.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.014

摘要 ( 595 )   PDF (1760KB) ( 82 )  

在高密度、高强度的城市建设模式下,我国大中城市内部均面临着热岛效应加剧、通风能力下降、灰霾天气频发等局地气候环境问题。城市蓝绿空间作为调控城市风热环境、改善大气环境质量的关键要素,已成为城市空间规划设计领域应对局地气候问题的重要研究对象。本文通过对国内外城市蓝绿空间局地气候效应研究文献资料的回顾,从城市蓝绿空间规划布局、网络构建两个层面,梳理了冷岛景观特征优化、冷岛空间镶嵌布局、通风廊道网络连通、通风廊道界面管控的规划学途径研究进展,并总结了相关研究的主要成果及存在的主要问题,提出从智能仿真平台、评估指标体系、规划设计指南、实施保障机制4方面建立城市蓝绿空间规划应对局地气候问题的研究框架,以期为城市气候适应性规划理论创新提供有益启示。

污染场地土壤生态风险评估研究进展

王美娥, 丁寿康, 郭观林, 李勖之, 姜瑢, 张媛, 谢天

2020, 31(11):  3946-3958.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.035

摘要 ( 523 )   PDF (1017KB) ( 129 )  

随着我国快速城市化以及产业结构的调整,遗留下了大量的污染场地,发展和实施污染场地土壤生态风险评估是进行大规模污染场地修复行动的必要条件。本文围绕污染场地土壤生态风险评估的科学原理、框架构建及技术方法等方面的关键问题: 1)评估框架的场地实际针对性;2)概念模型的不确定性;3)土壤复合污染毒性机制;4)评估终点筛选;5)评估方法和框架构建等展开讨论,指出土壤复合污染的制毒机制,即污染物生物有效性和联合效应是污染场地土壤生态风险评估的关键科学问题。耦合美国环保局四步法和欧盟层级法的“证据-权重法”评估框架适用于野外复杂环境条件下的土壤污染生态风险评估。建议今后重点开展以下5个方面的工作: 1)污染场地土壤生态风险评估技术框架与风险管控技术框架之间的联合;2)概念模型研究;3)基于过程的场地土壤污染物反应运移模型研究;4)场地土壤复合污染生态毒理学机制研究;5)生态系统高水平生态风险评估终点研究。旨在为形成我国本土污染场地土壤生态风险评估技术指南提供理论基础和构架。

哺乳动物肠道微生物与碳水化合物的互作及其影响

邹垚, 韩崇选

2020, 31(11):  3959-3968.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.037

摘要 ( 521 )   PDF (573KB) ( 49 )  

肠道微生物具有调节宿主营养、免疫以及能量代谢等生理功能。饮食是影响哺乳动物的肠道微生物的一个重要因素。碳水化合物是哺乳动物食物能量的主要来源,因此研究肠道微生物与碳水化合物的代谢之间的关系及其影响具有重要意义。基于近年相关研究,本文从碳水化合物对肠道微生物组成的影响、肠道微生物对碳水化合物的代谢机制以及碳水化合物发酵产物短链脂肪酸对宿主的影响3个方面进行了综述。研究表明,肠道微生物可用于发酵的碳水化合物类型主要是抗性淀粉和非淀粉多糖;不同类型的碳水化合物会导致肠道菌群发生适应性变化;复杂多糖发酵产生的短链脂肪酸在调节宿主能量平衡和免疫应答方面发挥了重要作用。总结近年来相关研究,可加深对肠道菌群对宿主碳水化合物代谢贡献的理解,为哺乳动物机体健康状况的营养调控策略提供参考。

海洋酸化对微藻关键生理过程的调控机制及环境因素的影响

薛银浩, 刘卓苗, 王昊, 赵建

2020, 31(11):  3969-3978.  doi:10.13287/j.1001-9332.202011.032

摘要 ( 347 )   PDF (1291KB) ( 115 )  

人类活动排放大量的CO₂通过海气界面进入海洋,打破原有海水碳酸盐平衡进而造成海洋酸化(OA)。OA会影响海水和海洋污染物的理化性质,进而对生活在海洋表层的浮游藻类生理过程产生显著调控作用。海洋微藻作为海洋中主要的初级生产者,其生理功能与过程的正常进行对于海洋生态系统具有重要作用。本文综述了OA对海洋微藻光合固碳、钙化过程、固氮作用3个关键生理过程的调控作用和具体机制,总结了OA条件下,环境因素(如太阳辐射、温度、营养元素)对微藻生理过程和生长的影响,以及OA通过改变典型海洋污染物(如有机污染物、重金属、微塑料)的环境行为而对微藻生理过程的调控作用。最后,结合研究现状,对未来需要开展的研究方向进行展望。本文为进一步了解OA对海洋生态系统的潜在影响提供了重要信息。