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    2020年 第31卷 第9期    刊出日期:2020-09-15
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    2020, 31(9):  2848-2848. 
    摘要 ( 14 )   PDF (467KB) ( 6 )  
    增温对湿润亚热带杉木幼林和成熟林土壤无机氮的影响
    杨成邦, 张丽, 高艳丽, 吴娜, 陈仕东, 刘小飞, 杨智杰
    2020, 31(9):  2849-2856.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.001
    摘要 ( 68 )   PDF (969KB) ( 29 )  
    全球变暖可能加快或抑制森林土壤氮循环,进而影响森林生态系统生产力,而且这种影响随时间的持续而更加复杂。本研究以亚热带杉木幼林和成熟林土壤为对象,通过土壤电缆增温模拟未来气候变化情景,分析土壤无机氮含量对模拟增温的响应。结果表明: 经过持续3年的增温试验(4 ℃),亚热带地区增温显著降低了杉木幼林和成熟林土壤总无机氮和铵态氮含量。其中杉木幼林土壤的降幅更大,其0~10、10~20、20~40、40~60 cm土层土壤铵态氮含量的降幅分别为32.1%、37.1%、20.8%、19.9%。增温导致2种林分土壤可溶性有机氮减少和N2O排放加快,土壤矿化基质输入减少和气态氮损失增大是土壤中现存无机氮含量减少的原因。杉木幼林土壤矿化基质降幅和气态氮排放升高幅度均比成熟林土壤大,杉木幼林土壤对增温更为敏感。3年的增温造成杉木幼林和成熟林土壤无机氮含量下降,可能对杉木人工林生产力产生不利的影响。
    杉木林分类型对表层土壤团聚体有机碳及养分变化的影响
    黄永珍, 王晟强, 叶绍明
    2020, 31(9):  2857-2865.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.003
    摘要 ( 63 )   PDF (964KB) ( 12 )  
    探讨不同杉木林分表层土壤有机碳及养分在团聚体尺度下的微观表征,可为促进杉木人工林土壤资源可持续利用奠定理论基础,从而保障和提升土壤健康及肥力。本研究以杉木-火力楠混交林(Ⅰ)、杉木-米老排混交林(Ⅱ)和杉木纯林(Ⅲ)的土壤为对象,在0~10和10~20 cm土层采集土样,通过干筛法将土样分为>2、0.25~2和<0.25 mm粒径团聚体,测定各粒径团聚体的有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等养分的含量。结果表明: 不同林分表层土壤团聚体的有机碳和养分含量均随粒径减小而增加,不同粒径团聚体对有机碳和养分储量的贡献率在0~10 cm土层表现为: (>2 mm粒径)>(0.25~2 mm粒径)>(<0.25 mm粒径),在10~20 cm土层为(>2 mm粒径)>(<0.25 mm粒径)>(0.25~2 mm粒径)。不同林分类型表层土壤团聚体稳定性指标的平均重量直径,有机碳、全氮、碱解氮和有效磷含量及储量均为林型Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ(10~20 cm土层的有效磷除外),而速效钾含量和储量的排序为林型Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ。相较于杉木纯林,杉木与火力楠、米老排混交林的表层土壤具有更稳定的团聚体结构,而未受到人为因素干扰的杉木-火力楠混交林的表层土壤具有更多的大团聚体(>0.25 mm),土壤结构优于受到人为干扰的杉木-米老排混交林。杉木-火力楠混交林能够有效促进土壤团聚体的形成和稳定,缓解人工林土壤有机质分解及养分流失。
    间伐强度对马尾松人工林间伐初期林下植被群落物种组成和多样性的影响
    刘思泽, 尹海锋, 沈逸, 康文斯, 罗艳, 范川, 李贤伟
    2020, 31(9):  2866-2874.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.009
    摘要 ( 53 )   PDF (877KB) ( 11 )  
    以川东低山区29年生马尾松人工林为对象,研究了不同间伐强度(0、10%、20%、30%、40%、50%)处理1年后林下植被群落物种组成与多样性分异特征初期响应。结果表明: 各间伐处理均能降低草本植物芒、芒萁的优势地位,而各处理灌木的优势物种组成较复杂,中等间伐强度(20%、30%、40%)处理泛化种较其他处理明显增多。各多样性指数随间伐强度增高呈现先增后降的变化趋势,草本植物较灌木的分异性更强,且各指数与土壤含水量均呈显著正相关。间伐强度与土壤理化性质对群落分异解释量为81%,中等间伐强度林下植被群落除全磷外与其他因子表现出正相关关系。间伐初期草本植物群落较灌木群落更能积极响应干扰;40%间伐强度处理与土壤环境因子关系紧密,群落稳定性高,物种最为丰富,为本试验条件下间伐措施的最佳处理。
    亚热带地区常绿阔叶林SPAC系统水分的氢氧稳定同位素特征
    李龙, 唐常源, 曹英杰
    2020, 31(9):  2875-2884.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.017
    摘要 ( 46 )   PDF (1039KB) ( 7 )  
    森林的土壤-植物-大气连续体(SPAC)是陆地重要的水循环连续界面过程。本研究通过分析亚热带常绿阔叶林的降水、大气水汽、土壤水、叶片水的同位素组成,探讨森林SPAC系统水分的氢氧同位素组成特征以及植物蒸腾与叶片性状和环境因子的关系。结果表明: 研究区大气降水、土壤水、竹柏枝条水、竹柏叶片水和大气水汽的δD-δ18O线性回归方程分别为: δDP=7.97δ18OP+12.68(R2=0.97)、δDS=4.29δ18OS-18.62(R2=0.81)、δDB=3.31δ18OB-29.73(R2=0.49)、δDL=1.49δ18OL-10.09(R2=0.81)、δDV=3.89δ18OV-51.29(R2=0.46)。在降水→土壤水→植物水的界面水输送过程中,氢氧同位素逐渐富集,而从土壤蒸发和从植物蒸腾的水汽同位素贫化。在降水和蒸发作用的影响下,土壤水同位素随深度增加有贫化的趋势,而且整体上旱季土壤水同位素比雨季富集。观测期间,枝条水同位素比土壤水略微富集,说明水分在植物体内运输过程中存在受到蒸腾富集作用的可能性。旱季,乔木的枝条水同位素比灌木贫化,说明根系分布更深的乔木植物更倾向于利用深层土壤水。由于在叶片性状、蒸腾速率以及对环境因子的响应程度等方面存在差异,不同植物的叶片水同位素组成随叶龄增长的变化特征有所不同。雨季的环境条件更有利于叶片蒸腾,使雨季的叶片水同位素比旱季富集。叶片水同位素组成与植物叶片含水量呈正相关关系,与相对湿度呈负相关关系,综合反映了植物应对环境变化的水分调控功能。
    鄂尔多斯高原3个水土保持树种的水分利用策略
    许素寒, 朱雅娟, 吴彩霞, 李蕴
    2020, 31(9):  2885-2892.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.007
    摘要 ( 61 )   PDF (953KB) ( 12 )  
    为了解植物对环境的适应对策,通过测定鄂尔多斯高原东部丘陵区3个水土保持树种沙棘、油松和山杏的枝条木质部水和各潜在水源的δ18O值及叶片的δ13C值,应用多元线性混合模型分析各潜在水源的贡献比例,分析3个树种水分来源和水分利用效率的季节动态和种间差异。结果表明: 沙棘、油松和山杏在5月主要利用10 cm深度土壤水,分别占其总水源比例的88.5%、94.0%和91.6%。7月,沙棘主要利用10~25 cm土层土壤水和雨水,比例为44.6%和35.4%;油松主要利用雨水,比例为93.7%;山杏主要利用25~100 cm土层土壤水和雨水,比例分别为55.9%和36.8%。9月,沙棘主要利用25 cm深度和75~100 cm土层土壤水,比例为88.9%;油松主要利用10 cm和50~75 cm土层土壤水,比例为84.5%;山杏利用10~100 cm土层土壤水。5月沙棘的水分利用效率显著高于7月和9月。7月油松的水分利用效率显著高于9月。5月和7月沙棘的水分利用效率显著高于油松和山杏。3个树种在不同季节根据不同水源的可利用性,选择利用不同深度的土壤水或雨水。沙棘和油松干旱时能够提高水分利用效率适应环境变化,可能比山杏更适应当地的半干旱环境。
    冻融对温带土壤可溶性氮库、氮转化过程及细菌群落多样性的影响
    蒲家慧, 姜楠, 隽英华, 陈利军
    2020, 31(9):  2893-2902.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.033
    摘要 ( 47 )   PDF (1337KB) ( 10 )  
    土壤冻融会影响土壤氮的有效性。氮的转化与土壤微生物密不可分,而土壤冻融对温带土壤细菌群落的影响并不十分清楚。假设: 冻融影响细菌群落结构多样性及其组成,从而改变土壤可溶氮含量和氮转化过程。为了验证这一假设,本研究设计了不同冻融循环次数(分别为6次和15次循环)的培养试验,并以2 ℃恒温培养作为对照。结果表明: 随着冻融循环次数的增加,可溶性全氮、可溶性无机氮、微生物生物量氮和净氮矿化率均显著降低。冻融循环次数对细菌α多样性(包括Chao1和Shannon指数)无显著影响,恒温培养的培养周期数与细菌的α多样性呈显著正相关。冻融处理显著影响细菌群落功能和组成,但冻融循环次数对细菌群落结构的影响较小。偏冗余分析表明,冻融处理下细菌群落结构和功能多样性与土壤可溶氮含量和氮转化过程密切相关。
    生物质炭添加对喀斯特地区坡耕地黄壤水分入渗过程的影响
    毛天旭, 屠丹, 刘曼曼, 董小转, 赵庆霞
    2020, 31(9):  2903-2910.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.019
    摘要 ( 54 )   PDF (1158KB) ( 13 )  
    为探究生物质炭添加对喀斯特地区土壤水分入渗特性的影响,本研究以坡耕地黄壤为对象,采用室内土柱模拟的方法,研究不同添加量(质量分数为0、1%和2%)和不同粒径(粒径大小为<0.25、0.25~1和>1 mm)生物质炭添加下土壤水分累计入渗量、入渗速率及湿润锋进程的变化特征,并对入渗过程进行模拟。结果表明: 在定容重条件下,添加生物质炭后土壤的入渗过程明显受到抑制,添加生物质炭土壤的累计入渗量和入渗速率显著低于未添加生物质炭土壤,生物质炭添加量为1%和2%土壤的累计入渗量和入渗速率无显著差异。不同粒径生物质炭添加下,土壤累计入渗量从大到小依次表现为<0.25、0.25~1和>1 mm。与CK相比,当添加量为1%时,土壤300 min累计入渗量分别下降20.9%、35.2%和45.0%;当添加量为2%时,分别下降21.5%、37.5%和44.2%,说明大粒径生物质炭对土壤入渗的抑制作用显著强于小粒径生物质炭。土壤湿润锋进程对不同含量和不同粒径生物质炭添加的响应趋势与累计入渗量的变化趋势基本一致。Horton和Kostiakov模型能够用于模拟本研究中的土壤水分入渗过程,Horton模型拟合精度高,R2最大(0.91~0.98),均方根误差(RMSE)最小(0.14~0.21),而Kostiakov模型拟合得到的初始入渗速率更接近实测结果。研究结果可为生物质炭的合理施用提供科学依据,也可为喀斯特坡耕地土壤改良和水土保持提供有益参考。
    川西亚高山岷江冷杉外生菌根形态随海拔梯度的分化
    陈璐璐, 冯秋红, 孙建新
    2020, 31(9):  2911-2922.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.040
    摘要 ( 51 )   PDF (3206KB) ( 11 )  
    外生菌根真菌是一类有助于植物生长及应对环境变化的重要共生真菌类群。深入认识外生菌根特征有助于理解植物对环境变化的响应规律。本研究在四川省卧龙自然保护区巴郎山脉设置海拔2850、3000、3194、3413和3593 m 5个样地,利用中心象限法进行土块样品(10 cm×10 cm×10 cm)采集,通过分析各海拔每土块中岷江冷杉外生菌根形态个数、形态多样性及养分获取类型等指标,研究岷江冷杉外生菌根形态特性随海拔的变异特征及土壤环境因子的作用。结果表明: 1) 菌根形态为橘黄色或橘色、单轴羽状分支或不分支、菌套表面光滑、无或少见外延物、根尖直筒型或膨大的菌根类型是卧龙自然保护区岷江冷杉外生菌根的主要形态类型。该形态类型在研究区内的侵染率最高,为12.4%;2) 随着海拔的升高,岷江冷杉外生菌根形态多样性下降,每土块内的形态个数减少;3) 单因素方差分析结果表明,不同海拔上无外延菌丝或极少外延菌丝的紧密接触类型(CE)和短距离养分获取类型(SDE)外生菌根侵染率有显著差异,CE类型外生菌根侵染率随着海拔的升高而增加;4) 土壤环境因子对岷江冷杉外生菌根形态在海拔上的变异有一定的影响,冗余分析(RDA)表明,土壤全氮含量、全磷含量、土壤温度、土壤含水率、pH值及酸性磷酸酶活性对岷江冷杉外生菌根形态在海拔上的变异有显著影响,其中土壤全氮含量和土壤温度的影响最大,分别解释了岷江冷杉形态特征变异的5.4%和4.9%。本研究揭示了岷江冷杉外生菌根形态形成在海拔上的差异,为进一步研究亚高山针叶树种菌根策略对环境变化的响应机制提供了科学依据。
    一株高效溶磷伯克霍尔德菌的筛选鉴定及对马尾松幼苗的促生作用
    吕俊, 于存
    2020, 31(9):  2923-2934.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.031
    摘要 ( 52 )   PDF (2024KB) ( 10 )  
    采用标准稀释平板法从马尾松根际土中分离溶磷细菌,利用钼锑抗比色法测定溶磷细菌的溶磷特性;通过分析溶磷菌的溶磷能力与发酵液pH的关系,以及液相色谱-质谱 (HPLC-MS)联用对发酵液中有机酸的测定,探究其溶磷机制;通过对接种溶磷菌马尾松盆栽苗生长、生理、土壤养分和土壤酶活性的测定,明确溶磷菌对马尾松生长和生理的影响。结果表明: 由马尾松根际土壤中共筛选到溶磷细菌16株,其中菌株WJ27溶磷效果最优,液体培养5 d时的溶磷量达411.98 mg·L-1。经过表型观察、生理生化鉴定和系统发育树分析,发现菌株WJ27属于伯克霍尔德菌属;其对不同磷源的溶磷特性存在差异,溶磷能力依次为: Ca3(PO4)2(220.85 mg·L-1)>AlPO4(182.33 mg·L-1)>FePO4·2H2O(129.19 mg·L-1)>CaHPO4·2H2O (115.23 mg·L-1)。胞外有机酸测定结果表明,该菌株通过分泌柠檬酸、丙二酸等有机酸降低发酵液中pH,进而发挥溶磷作用;盆栽试验结果表明,接种菌株WJ27对马尾松幼苗生长、生理、土壤养分和土壤酶活性有积极作用。与对照相比,接种WJ27的马尾松的苗高、主根长、侧根数量、地上部(茎、枝、叶)鲜重、干重和根系鲜重、干重分别增加了14.3%、36.9%、56.1%、44.7%、60.0%、158.3%和100.0%;叶绿素b、总叶绿素、地上部可溶性蛋白和可溶性糖、根系活力和根系可溶性蛋白分别增加了145.8%、45.2%、206.3%、59.4%、80.5%和260.0%;根系超氧化物歧化酶、过氧化物酶和地上部过氧化氢酶的活性分别提高了71.2%、197.5%和36.6%;根际土壤中速效氮、速效钾、速效磷含量和土壤脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶活性分别较对照土壤显著增加18.1%、17.0%、11.9%和34.3%、45.5%、62.6%。说明接种WJ27可以改善土壤养分和土壤酶活性,进而促进马尾松幼苗的生长。
    间断加热模式下热扩散技术在侧柏树干液流测定中的适用性
    马玉洁, 张含含, 李春友, 张劲松, 马长明
    2020, 31(9):  2935-2942.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.002
    摘要 ( 41 )   PDF (1252KB) ( 8 )  
    为了评估热扩散式探针法中的间断加热模式在侧柏树干液流速率测定中的适用性,提高树木蒸腾耗水测定的准确性,本研究选取侧柏为对象,以整树容器称重法测定值为基准,采用热扩散树干液流测定技术,设置3种不同的加热模式: 60 min/0 min(持续加热模式)、30 min/30 min(30 min加热30 min冷却的间断加热模式)、10 min/50 min(10 min加热50 min冷却的间断加热模式),分析不同加热模式处理下温差的梯度特征。同时构建间断加热模式下Granier校正公式,并进行有效性验证分析其误差大小。结果表明: 间断加热模式计算的液流速率与整树容器称重法测定的蒸腾速率日变化规律一致,且间断加热模式能够迅速升温、降温并趋于稳定。Granier原始公式计算的液流量较小,与称重法相比,降低了61.3%;经拟合后,10 min/50 min校正液流速率公式: Fd=0.0177K0.9457(R2=0.88),30 min/30 min校正液流速率公式: Fd=0.0378K1.3146(R2=0.85)。利用新的公式重新计算的侧柏液流速率较称重法测定的蒸腾速率差异较小,且10 min/50 min校正公式计算的液流速率较蒸腾速率的误差更小,降低了5.9%,可以表达出真实的液流速率。在实际应用中,采用10 min/50 min的间断加热模式能够降低自然温差的影响,减少功耗,准确反映侧柏的真实液流速率。
    人工红松树干内部节子体积预测模型
    贾炜玮, 洪燕虎, 李凤日
    2020, 31(9):  2943-2954.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.004
    摘要 ( 44 )   PDF (1606KB) ( 11 )  
    基于黑龙江省林口林业局林场和东京城林业局林场29块标准地中49株人工红松1207个节子数据,使用图片处理软件Digimizer对节子纵剖面图片数据进行提取,将节子形状用一个二维散点图表示。根据节子二维形状散点图,把人工红松节子分为3种类型: 活节(整个节子为健全节)、未包藏死节(节子由健全节和疏松节组成)和包藏死节(节子的健全节和疏松节部分被树干包藏)。3个类型节子的健全节体积通过对健全节形状参数方程求积得到;疏松节体积利用圆柱体的体积计算得到;节子总体积等于健全节体积与疏松节体积之和。最后,基于节子变量(节子直径、节子相对高、节子总长度)和树木变量(胸径),采用样地和树木水平的线性混合模型建立了红松人工林健全节体积、疏松节体积和节子总体积的预测模型。与基础模型相比,考虑样地和树木水平的混合效应所建立的健全节体积、疏松节体积和节子总体积预测模型,其参数估计更精准,残差分布更均匀,拟合精度明显提高。检验结果表明,基础模型预估精度均在90%以上,引入样地和树木效应的混合模型的预估精度均在93%以上,说明所建模型可以很好地预测红松人工林节子体积大小。
    一种量化根系抗侵蚀指标的构建及应用:根系构架抗蚀指数
    李强, 刘国彬, 杨俊诚, 脱登峰, 张正
    2020, 31(9):  2955-2962.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.010
    摘要 ( 36 )   PDF (908KB) ( 9 )  
    在侵蚀环境下,植被地下部根系系统的相互匹配是植被群落持续发挥抗侵蚀作用的关键。本研究尝试引入Amoeba图形法,从根系形态、数量和空间3个维度建立根系构架抗蚀指数(ERIrf,%)来量化表征植被群落根系抗侵蚀功效,并分析黄土丘陵区撂荒地、柠条群落和刺槐群落植物根系的生长特征。结果表明: 本研究构建的根系构架抗蚀指数的参数包括: 根系构架作用系数(α)、根系密度(Rb,kg·m-3)、根系构架度(S)、土壤容重(ρ,g·cm-3)和水土保持作用系数(φ),表达式为: ERIrf=α×Rd×S×φρ×100%;根系构架抗蚀指数能够较好地表征植被群落土壤抗侵蚀能力,且对数函数能较好地拟合土壤抗侵蚀能力与根系构架抗蚀指数之间的关系。期望本研究结果为抗侵蚀植被群落构建与生态建设评估提供科学参考。
    基于产量效应的间作紫花苜蓿/禾本科牧草光能利用特征
    蔺芳, 刘晓静, 童长春, 吴勇
    2020, 31(9):  2963-2976.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.026
    摘要 ( 51 )   PDF (1383KB) ( 11 )  
    为探究紫花苜蓿/禾本科牧草间作下光能利用特性、光能利用诸因素的产量效应及其调控机理,通过2017—2019年3年田间试验,以紫花苜蓿、饲用小黑麦(C3植物)、饲用玉米(C4植物)3种单作模式为对照,研究了紫花苜蓿/小黑麦和紫花苜蓿/玉米两种间作模式下的产量效应、光能利用各因子对产量形成的影响、光能利用特征差异及机理。结果表明: 两种间作模式的土地当量比均大于1,表明两种间作模式的土地利用率都高于单作,均有高于单作的产量效益,且增产潜力较大的是紫花苜蓿/小黑麦间作模式。光能利用各因子对产量的贡献依次是: 叶面积指数(1.531)>净光合速率(0.882)>胞间CO2浓度(0.282)>蒸腾速率(-0.229)>冠层开度(-0.291)>光合有效辐射截获率(-0.681)>气孔导度(-0.751)。其中,叶面积指数不仅是表征光合能力的重要指标之一,更是以收获营养体为目标的牧草作物产量的重要构成因子,光合特性诸因素中净光合速率是影响产量的主要因子。与单作相比,间作下紫花苜蓿、小黑麦、玉米的净光合速率均存在差异,且表现为相同的规律。间作下净光合速率提高的主要途径为: 小黑麦和玉米通过增强CO2的羧化固定能力,提高对强光的利用能力,从而提高净光合速率,促进产量增加;而紫花苜蓿则是通过提高功能叶的叶绿素b含量,改变叶绿素构成,增强对光能的收集和传递,从而提高净光合速率,促进其在弱光下光合能力的提高和正常生长。
    退化典型草原狼毒种群结构与数量动态
    郭丽珠, 赵欢, 吕进英, 王开丽, 刘克思, 王堃, 黄顶
    2020, 31(9):  2977-2984.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.008
    摘要 ( 48 )   PDF (1492KB) ( 13 )  
    狼毒(Stellera chamaejasme)是我国退化草原上常见的一种毒害草,在一些退化严重的草原上可能形成以狼毒为优势种的群落,严重影响我国天然草原畜牧业的可持续发展。本文根据狼毒的枝条数将狼毒种群划分成10个龄级(Ⅰ~Ⅹ),研究了坝上地区退化典型草原狼毒种群的年龄结构、种群结构动态指数、种群静态生命表、存活曲线及生存分析,量化狼毒种群的生存状况。结果表明: 研究区内狼毒种群年龄结构呈增长型,狼毒幼苗充足但存活率不高;狼毒种群结构呈增长型,但种群发展过程存在波动性,特别是在第Ⅱ、Ⅷ龄级时个体数量会发生骤降,是狼毒种群自身发展的瓶颈时期;狼毒种群的存活曲线为Deevey-Ⅱ型,但生存分析表明狼毒种群具有前期锐减、后期稳定的特点,主要因为Ⅰ或Ⅱ龄级狼毒的死亡密度函数(fx)和危险率(λx)最大。Ⅰ龄级个体充足是狼毒种群在退化典型草原扩张的基础,但幼龄个体的转化率低可能是狼毒种群在草原退化早期无法快速扩张的原因之一。建议在草原退化早期狼毒数量有限时及早介入进行防除。
    氮添加对草地生态系统土壤pH、磷含量和磷酸酶活性的影响
    田沐雨, 于春甲, 汪景宽, 丁凡, 陈振华, 姜楠, 蒋晖, 陈利军
    2020, 31(9):  2985-2992.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.034
    摘要 ( 55 )   PDF (1162KB) ( 20 )  
    磷是植物必需的大量营养元素之一,也是草地生态系统功能的重要限制因子。近年来,随着全球氮沉降的迅速增加,草地生态系统土壤磷及磷酸酶活性受到不同程度的影响。本研究采用整合分析方法,分析了草地的氮添加量、氮源种类、持续时间和土层深度等对土壤pH、全磷(TP)含量、有效磷(AP)含量、碱性磷酸酶(AlP)和酸性磷酸酶(AcP)活性的影响,以及土壤pH与磷酸酶活性的相关性。结果表明: 氮添加降低了土壤pH、TP含量和AlP活性,提高了土壤AcP活性,但对土壤AP含量无显著影响。从氮添加量来看,土壤pH、AlP显著降低在氮添加>5 g·m-2·a-1条件下即可发生;高水平氮添加(>10 g·m-2·a-1)导致AcP活性显著提高;土壤TP、AP含量显著降低仅发生在氮添加量为5~10 g·m-2·a-1条件下。硝酸铵处理显著降低了土壤TP含量,提高了AcP活性;尿素处理显著降低了土壤pH和AlP活性。在所有添加量下,当试验持续时间为3~10年时,土壤TP含量、AlP活性显著降低;持续时间大于3年时,土壤pH显著降低;>10年时,AcP活性显著提高。0~10 cm土层的AP含量显著升高,TP含量和AlP活性显著降低;大于10 cm土层中AP含量显著降低。土壤pH与土壤AcP活性呈显著负相关,表明氮添加引起的土壤pH改变可能是土壤磷酸酶活性变化的重要原因。
    新疆卡拉麦里山有蹄类野生动物自然保护区夏季蒙古野驴适宜生境与种群数量评估
    张晓晨, 邵长亮, 葛炎, 陈晨, 徐文轩, 杨维康
    2020, 31(9):  2993-3004.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.032
    摘要 ( 54 )   PDF (1744KB) ( 11 )  
    蒙古野驴(Equus hemionus hemionus)是亚洲内陆荒漠、半荒漠和荒漠草原区域的代表性物种。开展其种群数量调查和适宜生境研究可以为该物种的保护管理提供科学决策依据。本研究于2018和2019年夏季,采用样线法对新疆卡拉麦里山有蹄类自然保护区蒙古野驴的地理分布现状和种群数量进行了调查,采用Distance 7.0软件估算了蒙古野驴的种群密度和数量,并通过MaxEnt模型分析筛选环境变量,确定保护区蒙古野驴的适宜生境及其主要影响因子。结果表明: 调查中发现蒙古野驴718群、共4782头,有效分布位点363个。夏季蒙古野驴适宜生境主要位于保护区的中东部,面积为6737.5 km2,占整个保护区的45.4%,估算保护区夏季蒙古野驴的种群密度为(0.5±0.1)头·km-2,保护区内蒙古野驴种群数量为(3246±575)头。MaxEnt模型的预测准确性较高,AUC的平均值为0.890。影响蒙古野驴分布的主要环境因子依次为: 距水源点距离、植被类型、距人类活动区距离、距G216国道的距离、海拔和最干季的降水量。最后,从水源点保护、核心区调整、野生动物通道监测和交通建设4个方面,对蒙古野驴种群的保护管理提出了建议。
    全膜微垄沟穴播对春小麦土壤水热环境的影响及其光合和产量效应
    侯慧芝, 张绪成, 尹嘉德, 方彦杰, 王红丽, 马一凡, 张国平, 雷康宁
    2020, 31(9):  3005-3014.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.023
    摘要 ( 40 )   PDF (2086KB) ( 8 )  
    减弱春季寒旱生境限制是提高甘肃中东部旱地春小麦产量的关键要素之一。本研究于2016—2018年在甘肃中部半干旱旱作区开展大田试验,以‘陇春35号’为供试品种,设置全膜微垄沟穴播(PRF)、全膜覆土穴播(PMS)和露地穴播(CK)3个处理,测定春小麦不同生育期0~300 cm土层的土壤含水量、0~25 cm土壤温度、叶片生物量、叶片叶绿素(SPAD)、光合速率、蒸腾速率和作物产量,从土壤水热-冠层发育-产量角度揭示PRF处理对土壤水热环境、水分利用效率(WUE)和产量的影响。结果表明: 与CK相比,PRF和PMS处理0~25 cm土层的土壤温度在苗期分别提高2.8和2.5 ℃,灌浆-成熟期分别降低1.4和0.9 ℃;0~300 cm土壤贮水量在播前-苗期分别增加59.7和41.8 mm;0~300 cm耗水量在苗期-灌浆期分别提高46.1和39.8 mm。与PMS处理相比,PRF处理的小麦苗期温度提高0.3 ℃,灌浆-成熟期降低0.5 ℃;播前-苗期0~300 cm土壤贮水量增加18.0 mm,拔节-成熟期耗水量提高13.0 mm。基于对土壤水热条件的优化,PRF和PMS处理的叶片生物量、SPAD值、苗期-灌浆期叶片净光合速率、蒸腾速率均显著高于CK,且PRF处理均显著高于PMS处理。PRF处理比PMS处理和CK分别增产9.1%和36.5%,WUE分别提高5.9%和30.8%。因此,PRF处理能提高苗期地温,降低灌浆-成熟期地温,促进春小麦苗期-灌浆期的耗水,提高了春小麦叶片SPAD值和生物量,增强春小麦苗期-灌浆期旗叶的光合功能,从而实现增产和水分高效利用,而且这一优势在欠水年份(2016和2017年)更加明显。
    长江流域稻麦轮作条件下冬小麦适宜施氮量
    李欣欣, 石祖梁, 王久臣, 王飞, 江荣风
    2020, 31(9):  3015-3022.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.027
    摘要 ( 44 )   PDF (870KB) ( 10 )  
    为推动长江流域稻茬冬小麦氮肥的合理施用,研究了施氮量(0、120、210、300 kg·hm-2,分别表示为N0、N1、N2、N3)对土壤硝态氮含量、土壤-植株系统氮素平衡和产量的影响。结果表明: 土壤剖面的硝态氮含量随施氮量的增加而增加,至拔节期,不同施氮处理的硝态氮均显著运移至60 cm土层。拔节后追施氮肥显著提高了N1、N2处理0~40 cm土层和N3处理0~60 cm土层的硝态氮含量;而成熟期的硝态氮主要积累于0~40 cm土层。氮素平衡分析表明,氮素吸收、残留、损失因小麦不同生育阶段而异,越冬至拔节期是氮素表观损失的主要时期;小麦全生育期植株的氮素积累量、无机氮残留量和土壤氮素表观损失量均随施氮量的增加而显著增加。通过环境经济学的Coase原理和边际收益综合分析,稻茬小麦兼顾生产、生态和经济效益的适宜氮肥用量为250 kg·hm-2,基肥与拔节肥的比例为5∶5,相应获得的籽粒产量为6840 kg·hm-2
    H2S作为下游信号参与SA对低温弱光下黄瓜幼苗光合作用的调控
    潘东云, 付鑫, 张晓伟, 刘丰娇, 毕焕改, 艾希珍
    2020, 31(9):  3023-3032.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.028
    摘要 ( 35 )   PDF (2373KB) ( 12 )  
    水杨酸(SA)和硫化氢(H2S)在调控非生物胁迫下植物生长发育和生理代谢中均起着非常重要的作用,但二者作为信号分子在调控低温弱光下黄瓜光合作用中的互作关系还不清楚。本试验以黄瓜幼苗为试材,分别用SA和硫氢化钠(NaHS,H2S供体)及其清除剂或抑制剂喷撒叶面,以适宜温光下去离子水处理为对照(CK),研究低温(8 ℃/5 ℃,昼/夜)弱光(100 μmol·m-2·s-1)下SA和H2S对黄瓜幼苗光合作用的调控及互作关系。结果表明: SA可明显增强L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(LCD、DCD)活性及其mRNA表达,促进内源H2S产生;NaHS对苯丙氨酸解氨酶和异分支酸合成酶活性、mRNA表达量及内源SA含量影响不大。SA和NaHS可使低温弱光下黄瓜幼苗的光合速率、气孔导度和蒸腾速率明显提高,胞间CO2浓度显著降低;同时增强核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶、Rubisco活化酶、景天庚酮糖-1,7-二磷酸酯酶和果糖-1,6-二磷酸醛缩酶活性及其mRNA表达,促进光合碳同化;提高光下PSⅡ实际光化学效率和暗下PSⅡ最大光化学效率,从而减轻低温弱光胁迫对黄瓜幼苗的光合机构的损伤和生长量的影响。H2S清除剂次牛磺酸(HT)可使SA对低温弱光下黄瓜幼苗的光合作用和生长促进效应明显减弱,而SA抑制剂多效唑和氨基茚磷酸对H2S诱导的黄瓜幼苗光合机构对低温弱光的耐受性无显著影响,说明H2S作为SA的下游信号,参与调控低温弱光下黄瓜幼苗的光合作用。
    不同磷水平下小麦-蚕豆间作根系形态的变化及其与内源激素的关系
    王宇蕴, 李兰, 王瑞雪, 汤利, 郑毅
    2020, 31(9):  3033-3039.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.029
    摘要 ( 46 )   PDF (779KB) ( 15 )  
    采用水培方法,研究了不同磷水平下小麦-蚕豆间作体系根系形态变化及其与内源激素的相关关系。结果表明: 与单作小麦相比,在低磷(1/2P)水平下,小麦-蚕豆间作能显著增加小麦的根长,显著减少小麦根系的平均直径,显著增加根系的表面积;在常规磷(P)水平下,间作能显著降低小麦根系的平均直径,有增加小麦根长和根表面积的趋势;与单作蚕豆相比,间作能明显促进蚕豆根系的增长,同时增加蚕豆根表面积。在1/2P水平下,间作能显著提高小麦和蚕豆根系中的生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)含量;在P水平下,间作能显著提高小麦根系中的IAA、ABA和JA含量,单、间作小麦根系中的SA含量没有显著差异,间作显著增加了蚕豆根系中ABA和SA含量,单、间作蚕豆根系中的IAA和JA含量无显著差异。单作条件下,小麦和蚕豆根系中的内源激素(IAA、ABA、SA和JA)含量与其根系形态(根长、根平均直径和根表面积)无显著相关性;间作条件下,小麦和蚕豆根系中的IAA含量与根长和根表面积之间存在明显的正相关关系。由此可见,小麦-蚕豆间作能够诱导小麦和蚕豆根系IAA的增加。这种变化可能是驱动间作系统根系形态变化的重要因子。
    基于作物生长监测诊断仪的双季稻叶片氮含量和氮积累量监测
    李艳大, 叶春, 曹中盛, 孙滨峰, 舒时富, 黄俊宝, 田永超, 何勇
    2020, 31(9):  3040-3050.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.012
    摘要 ( 39 )   PDF (2655KB) ( 9 )  
    为了验证作物生长监测诊断仪(CGMD)监测双季稻氮素营养指标的准确性和适用性,构建基于CGMD的双季稻叶片氮含量(LNC)和氮积累量(LNA)的监测模型。选用8个不同早、晚稻品种,设置4个不同施氮水平,利用CGMD采集冠层差值植被指数(DVI)、归一化植被指数(NDVI)和比值植被指数(RVI),同步利用ASD FH2高光谱仪采集冠层光谱反射率,并计算DVI、NDVI和RVI;通过比较CGMD和ASD FH2采集的冠层植被指数变化特征,验证CGMD的测量精度,构建基于CGMD的LNC和LNA监测模型,并利用独立试验数据对模型进行检验。结果表明: 早、晚稻LNC、LNA、DVI、NDVI和RVI随施氮水平的增加而增大,随生育进程的推进呈先升后降的趋势;CGMD与ASD FH2采集的DVI、NDVI和RVI间拟合的决定系数(R2)分别为0.9350、0.9436和0.9433,表明CGMD的测量精度较高,可替代ASD FH2采集冠层植被指数。基于CGMD的3个冠层植被指数相比,NDVICGMD与LNC的相关性最高,RVICGMD与LNA的相关性最高;基于NDVICGMD的指数模型可较准确地预测LNC,模型R2为0.8581~0.9318,模型检验的均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RRMSE)和相关系数(r)分别为0.1%~0.2%、4.0%~8.5%和0.9041~0.9854;基于RVICGMD的幂函数模型可较准确地预测LNA,模型R2为0.8684~0.9577,模型检验的RMSE、RRMSE和r分别为0.37~0.89 g·m-2、6.7%~20.4%和0.9191~0.9851。与化学分析方法相比,利用CGMD可便捷准确地获取早、晚稻的LNC和LNA,在双季稻丰产高效栽培和氮肥精确管理中具有应用价值。
    安徽省冬小麦施肥现状与肥料利用效率
    李敏, 卜容燕, 韩上, 程燚, 余忠, 王慧, 程文龙, 武际
    2020, 31(9):  3051-3059.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.030
    摘要 ( 59 )   PDF (1025KB) ( 9 )  
    冬小麦是安徽省重要的粮食作物。合理施肥是冬小麦获得高产的重要措施,明确当前安徽省冬小麦施肥现状和存在的问题对于指导冬小麦科学施肥具有重要意义。本研究以安徽省冬小麦为对象,于2018年对全省冬小麦主产区1591户农户进行调查,调查内容包括肥料品种、肥料用量、施肥方式、种植面积和产量水平。根据调查结果统计分析安徽省冬小麦种植过程中的施肥现状及存在问题,并以全省冬小麦平均产量和平均施肥量为基准,采用Cate-Nelson方法(十字交叉法)评估安徽省冬小麦产量与氮、磷和钾肥施用的关系,以探索安徽省冬小麦进一步增产增效的主要施肥途径。结果表明: 安徽省冬小麦平均产量为5185 kg·hm-2,氮、磷和钾肥平均施用量分别为206、80和78 kg·hm-2。其中旱茬麦氮、磷和钾肥平均施用水平比稻茬麦分别高14、16和3 kg·hm-2。总体上,安徽省冬小麦种植中化肥平均用量趋于合理化,但是在施肥方式、养分运筹和肥料品种上还存在不合理现象。Cate-Nelson方法结果表明,全省冬小麦氮、磷、钾肥施用量中,仅有23.8%、21.2%和25.7%低于全省平均水平却获得较高的产量,此时氮、磷、钾肥偏生产力最高;有26.3%、19.3%和22.5%的施用量低于全省平均水平但没有实现高产;有26.2%、29.6%和25.0%的施用量虽然获得了高产,但施用量较高,氮磷钾肥偏生产力较低。这说明安徽省冬小麦增产增效还有很大的空间。全省冬小麦基肥和追肥机械化比例分别为62.7%和10.0%。虽然氮肥普遍实现了分次施用,但氮肥作基肥的比例仍然占到全生育期氮肥总量的69.0%,应适当降低。此外,在肥料品种选择上存在偏施化肥、不重视有机肥等问题。
    不同施肥管理措施对农田土壤中植物和微生物残留组分的影响
    霍海南, 李杰, 张效琛, 朱平, 王立春, 石元亮, 何红波, 张旭东
    2020, 31(9):  3060-3066.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.021
    摘要 ( 82 )   PDF (707KB) ( 14 )  
    在农田生态系统中,施肥是维持和提高土壤有机碳(SOC)水平的重要管理措施。微生物代谢和植物组分存留共同控制着有机碳的截获过程。本研究利用肥料与肥力长期(30年)定位试验,以氨基糖和木质素分别作为微生物和植物残留组分标识物,探讨长期不同施肥处理对黑土农田中微生物和植物残体组分积累及有机碳库的影响。结果表明: 与未施肥处理相比,施用无机肥(单施氮肥或有机无机肥配施)可增加作物生物量和土壤氨基糖的积累,但对木质素和SOC含量无显著影响,说明无机肥施入刺激了微生物底物同化,加速了有机碳和木质素在耕层的周转。与无机肥相比,长期施用有机肥促进了SOC的累积(增幅38.3%),但是氨基糖在土壤有机碳中所占的比例并未发生显著变化,说明微生物残留物对SOC积累的贡献具有饱和性;而有机肥施入增加了木质素在SOC中的比例,即增加了植物残体对SOC长期积累的贡献。与单施有机肥相比,有机无机肥配施增加了微生物残留物对SOC的积累。因此,长期施肥可以调节微生物残留物和植物残留组分的不同积累过程,从而影响SOC的积累和稳定机制。
    特异性适应稻作系统的稗草种群生活史特性
    廖平强, Aatiqa Masoom, 毛海燕, 方贤杨, 霍中洋, 陈国奇
    2020, 31(9):  3067-3074.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.005
    摘要 ( 51 )   PDF (1310KB) ( 7 )  
    长期进行除草剂药效试验可能会导致田间杂草种群发生适应性进化。本研究在安徽南陵县除草剂药效试验专用稻田中采集了1个稗草种群A,并以从常规稻田采集的3个稗草种群为对照,开展同质园栽培试验。结果表明: 与3个对照种群相比,A种群稗草植株的单株种子产量显著减少,种子千粒重显著增加,幼苗生长速率显著加快,结实分蘖数显著增多,生育期显著缩短;A种群稗草成株的株高、生物量及对除草剂五氟磺草胺的敏感性均显著降低。A种群稗草幼苗3~4叶期时经五氟磺草胺推荐剂量2倍量(有效成分60 g·hm-2)处理后,其株高、生物量及成熟种子产量(平均每株1066粒)显著降低,而抽穗期、结实分蘖数、单个总状花序的种子数及种子千粒重无显著差异。因此,种子较重、生活史周期短、植株矮小、结实分蘖多及对除草剂五氟磺草胺具有抗药性,使得A种群稗草对稻作系统具有特异适应性,应防止此类种群扩散至常规稻田。
    盐胁迫下番茄砧木对嫁接苗生物量、氨基酸含量和活性氧代谢的影响
    贾邱颖, 吴晓蕾, 冀胜鑫, 褚新培, 刘慧兰, 宫彬彬, 李敬蕊, 高洪波
    2020, 31(9):  3075-3084.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.024
    摘要 ( 52 )   PDF (2015KB) ( 16 )  
    为探讨砧木对提高番茄嫁接苗耐盐性的作用机理,以耐盐性较敏感的‘中杂9号’(S)为接穗,耐盐性较强的‘OZ-006’(R)为砧木,采用劈接法形成嫁接苗(RS)以及接穗自嫁接苗(SS)、砧木自嫁接苗(RR)3个试验材料,在175 mmol·L-1 NaCl处理下测定植株生长、Na+积累、氨基酸含量和活性氧代谢的变化。结果表明: NaCl胁迫导致番茄幼苗的盐害指数和Na+含量均显著提高,幼苗生长速率和叶绿素含量显著降低,但不同嫁接苗的类型差异显著,在盐害表型上表现为SS>RS>RR的规律。NaCl胁迫诱导嫁接苗的叶片和根系总氨基酸含量显著提高,其中RR、RS叶片有9种、根系有8种氨基酸含量显著高于对照,以脯氨酸含量变化最为显著,而SS叶片中仅有2种、根系中仅有4种氨基酸含量显著高于对照;幼苗间的氨基酸含量呈现RR>RS>SS的规律,RR、RS叶片的氨基酸含量分别比SS叶片上升了32.8%、16.6%,根系分别比SS上升了53.1%和32.5%。NaCl胁迫造成活性氧代谢的变化,幼苗叶片和根系的抗氧化酶活性、超氧阴离子产生速率、丙二醛含量均显著提高,以RR叶片和根系中抗氧化酶活性的增幅最大,其次为RS;SS和抗氧化酶活性的增幅最小,品种间活性氧水平表现为SS>RS>RR。综上,砧木通过抑制Na+向上运输、提高氨基酸水平和抗氧化酶活性缓解了盐胁迫对嫁接苗的伤害,但不同砧穗组合的耐盐性差异较大,以RR的耐盐性最强,其次为RS,SS最弱。因此,番茄嫁接苗的耐盐性主要受砧木耐盐性的影响,其次为接穗,同时,其与番茄体内的氨基酸和活性氧代谢调控密切相关。
    棉隆熏蒸处理对平邑甜茶幼苗生长和生物学特性及土壤环境的影响
    姜伟涛, 陈冉, 王海燕, 徐少卓, 陈学森, 沈向, 尹承苗, 毛志泉
    2020, 31(9):  3085-3092.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.022
    摘要 ( 40 )   PDF (677KB) ( 10 )  
    本试验以苹果砧木平邑甜茶幼苗为试材,通过温室与露地盆栽两种方式,研究不同浓度(0、0.1、0.2、0.4 g·kg-1)棉隆熏蒸对连作土壤微生物环境和平邑甜茶幼苗生长的影响。结果表明:不同浓度的棉隆熏蒸均能促进连作土壤中平邑甜茶幼苗的生长,其中以0.2 g·kg-1处理的效果最显著。0.2 g·kg-1棉隆熏蒸下,平邑甜茶幼苗在温室和露地条件下的株高、地径、地上部干质量、地下部干质量分别比连作对照提高了192.9%和91.8%、72.8%和60.1%、196.8%和195.0%、138.5%和130.7%;幼苗根系相关指标(根长、根面积、根体积、根系呼吸速率)也明显优于其他处理;幼苗根系的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性分别比连作对照提高了114.6%和118.5%、123.5%和107.6%、164.6%和175.6%;幼苗根系的丙二醛含量也显著低于其他处理。随着棉隆施用浓度的增加,土壤细菌含量、真菌含量、尖孢镰孢菌基因拷贝数、土壤酶活性均显著降低,连作土壤真菌群落结构也发生了不同程度的改变。综上,0.2 g·kg-1棉隆熏蒸可以提高连作平邑甜茶幼苗生物量,改善土壤环境,有效缓解平邑甜茶的连作障碍。在苹果老果园重茬建园时,可以优先考虑0.2 g·kg-1的棉隆熏蒸处理。
    速效氮肥配施双氰胺对减控小白菜镉积累的作用
    攸越, 吴蔡楠, 钟苇杰, 侯之琳, 刘越, 都韶婷, 金崇伟
    2020, 31(9):  3093-3100.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.035
    摘要 ( 48 )   PDF (1002KB) ( 10 )  
    本文以小白菜为试材,研究了镉(Cd)污染土壤中配施双氰胺(DCD)对不同速效氮肥(硫酸铵,简称全铵;硝酸钠,简称全硝;11硫酸铵和硝酸钠,简称硝铵;尿素)下小白菜生长及Cd含量的影响。结果表明: 与对照相比,Cd污染土壤中配施DCD使全铵、硝铵和尿素处理下的小白菜可食部分鲜重分别增加583.3%、41.5%和206.8%,耐受系数(TI)和光合作用速率均大幅度提高;全硝处理则无明显变化。配施DCD使各氮肥处理下小白菜叶片的丙二醛、过氧化氢含量和超氧自由基产生速率均不同程度地下降,且以全铵和尿素处理的下降幅度最大。与对照相比,全铵、硝铵和尿素处理的小白菜叶片的Cd含量分别减少58.3%、34.0%和44.5%;叶柄的Cd含量分别减少61.8%、29.4%和55.6%。全硝处理下小白菜叶片和叶柄的Cd含量与对照相比无明显差异。配施DCD不同程度降低了各处理根际土壤的酸化可能是造成上述结果的主要原因。在缓冲能力较弱的Cd污染土壤中,施用全铵、硝铵和尿素氮肥时配施DCD可以缓解Cd污染土壤对小白菜生长的胁迫,并有效减少Cd在植物体内的积累。
    生物炭和EM菌对黄河三角洲盐碱地田菁生长和光合特性的影响
    崔倩, 夏江宝, 刘京涛, 杨红军, 彭玲
    2020, 31(9):  3101-3110.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.006
    摘要 ( 57 )   PDF (2128KB) ( 10 )  
    为揭示生物炭和EM菌对黄河三角洲田菁生长和光合作用的影响,通过盆栽试验,进行不同EM菌处理(不添加EM菌,EM-;添加EM菌,EM+)和不同水平生物炭处理(0,B0;0.5%,B1;1.5%,B2;3%,B3;生物炭质量/土壤质量),测定田菁生长指标、光合光响应曲线和叶绿素荧光参数的变化。结果表明: 在生物炭和EM菌及其交互处理中,EM+B3处理效果最好,其中田菁株高、基径和总生物量比EM-B0分别显著增加69.5%、90.0%和141.1%。生物炭和EM菌显著改善田菁的光合作用,EM+B3处理田菁的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度比EM-B0分别提高93.8%、35.1%、43.4%、34.8%。生物炭和EM菌有效改善叶绿素荧光参数,EM+B3处理的潜在光化学效率、实际光化学效率、表观光合电子传递效率和非光化学淬灭系数比EM-B0分别显著提高25.8%、31.5%、37.2%和56.8%。田菁的生长指标、光合参数和叶绿素荧光参数在EM+处理下随着生物炭量的增加而增大,而在EM-处理下B3出现抑制现象。添加EM菌和3%生物炭(EM+B3)有助于提高田菁光合能力和叶绿素荧光特性,拓宽叶片的光照生态幅,增强保水抗旱性能,促进田菁的生长。
    巨大芽孢杆菌对伴矿景天修复镉污染农田土壤的强化作用
    邓月强, 曹雪莹, 谭长银, 孙丽娟, 彭曦, 柏佳, 黄硕霈
    2020, 31(9):  3111-3118.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.036
    摘要 ( 48 )   PDF (962KB) ( 7 )  
    伴矿景天(Sedum plumbizincicola)是一种Cd/Zn超积累植物,常用于Cd污染土壤的植物修复。巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)是一种溶磷型细菌,既可以促进植物生长,也可以提高土壤重金属生物有效性,对重金属污染土壤植物修复具有强化作用。本研究采用盆栽试验方法,分析了巨大芽孢杆菌不同接种量(10~60 mL)对伴矿景天修复Cd污染农田土壤效率的影响。结果表明: 在Cd污染农田土壤中接种巨大芽孢杆菌可以提高土壤中Cd的活性,土壤有效态Cd含量较对照(CK)增加15.0%~45.0%。与CK相比,巨大芽孢杆菌提高了伴矿景天地上和地下部的生物量,增幅分别为8.7%~66.7%和13.6%~81.8%,并显著增加了伴矿景天地上部的Cd含量,增幅在29.2%~60.4%。在种植伴矿景天并接种巨大芽孢杆菌条件下,土壤Cd去除率在26.7%~42.9%。这说明接种巨大芽孢杆菌可以促进伴矿景天的生长,增加其Cd含量,从而提高Cd污染农田土壤的修复效率。
    宁夏西吉县养牛场粪污和周边土壤重金属及细菌群落特征
    张俊华, 尚天浩, 刘吉利, 孙媛, 贾萍萍
    2020, 31(9):  3119-3130.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.038
    摘要 ( 50 )   PDF (1365KB) ( 9 )  
    为了解宁夏肉牛养殖场粪污和周边土壤中重金属及细菌群落状况,在宁夏最大的肉牛养殖区西吉县采集了不同养殖期(哺乳期、犊牛期、育成期、育肥前期和育肥后期)的牛粪、施用牛粪蔬菜地及养殖场周边不同距离土壤样品,以远离养殖场的荒地土壤为对照,测定了7种重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As)含量和细菌群落组成及多样性。结果表明: 1)牛粪中Cu、Zn、Cd、Pb和Hg含量较全国平均值低33.8%~95.8%,而As含量比全国平均值高94.7%。随着养殖期的推移,牛粪中各重金属含量变化趋势不完全相同,育肥前期Cu、Cd、Hg和Cr含量高于其他4个时期,育肥前期和育肥后期牛粪重金属综合污染指数较大。2)施用牛粪的土壤Cu、Zn和Hg含量显著高于对照土壤,Zn含量与养殖场周边土壤差异显著,其他元素无显著差异,所有土壤重金属污染指数均在安全范围内。3)随着养殖期的推移,牛粪细菌多样性指数无特定变化趋势。施用牛粪的土壤序列、分类单元、Chao1指数显著高于养殖场周边土壤。4)牛粪中厚壁菌门的相对丰度最大,其次为拟杆菌门和变形菌门;育成期厚壁菌门的丰度显著低于其他养殖期,其他各菌门的丰度在不同养殖期间无显著差异。养殖场的存在对其周边土壤细菌群落的影响不明显,但施用牛粪后土壤Gp6、芽单胞菌属溶杆菌属和Subdivision3_genera_incertae_sedis的数量显著高于对照和养殖场周边土壤。5)牛粪中有机质、pH、电导率、全氮、全钾、Cd、As含量对细菌多样性和各组分丰度的影响较显著;养殖场周边土壤pH、全磷和Hg含量对细菌多样性和各组分丰度的影响较显著。整体来讲,牛粪和土壤的理化性质对细菌群落的影响比重金属更显著。研究结果可为当地肉牛养殖饲料和兽药种类的选择、用量及有机肥的科学利用提供参考。
    甘肃省生境质量变化的图谱特征
    黄鑫, 程文仕, 李晓丹, 杨昌裕, 邢秀为
    2020, 31(9):  3131-3140.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.015
    摘要 ( 51 )   PDF (1802KB) ( 12 )  
    生境质量是影响地区生态系统服务价值和保护地球生态系统中生物多样性的重要因素。以地处三大自然区交汇带的甘肃省为研究对象,在定量估算地区2000—2018年生境质量水平基础上,基于图谱变化分析理论和InVEST模型,探索地区生境质量时空分异格局及其图谱转移状态和变化强度。结果表明: 2000—2018年,甘肃省生境质量总体维持中等水平并略有提升,在空间上自北向南呈逐级递增的阶梯式变化特征,在数量上则高低并存;从图谱转移视角分析,甘肃省生境质量格局较为稳定,未发生状态转移的图谱单元占主导,而在发生了生境质量状态转移的图谱单元中,“较高较低”、“较高高”、“较高低”这6类状态间的互换转移最显著,空间分布也较为集聚; “北剧南和”是甘肃省生境质量变化强度的主要格局,自北向南依次为“强变区”、“复合区”、“温缓区”和“平和区”4类变化强度区。
    降雨条件下两种土壤类型工程堆积体坡面水沙关系与侵蚀动力特征
    聂慧莹, 王文龙, 郭明明, 康宏亮, 李建明, 白芸
    2020, 31(9):  3141-3153.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.013
    摘要 ( 51 )   PDF (4172KB) ( 10 )  
    随着生产建设活动的日益频繁,其产生的工程堆积体逐渐成为人为水土流失的主要来源。本研究选取风沙土和红土堆积体,通过室内模拟降雨试验,研究了不同雨强(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min-1)和砾石含量(0、10%、20%、30%)条件下,两种土质工程堆积体坡面侵蚀过程中水沙关系和侵蚀水动力特征的变化。结果表明: 风沙土堆积体产沙率随时间呈波动式增大趋势;红土堆积体在1.0 mm·min-1雨强时先增大后逐渐稳定,其他雨强则迅速下降后呈波动变化的趋势,且雨强越大、砾石含量越小,波动越剧烈。风沙土堆积体在0和10%砾石含量时存在坡面细沟侵蚀,细沟侵蚀阶段的产沙率是片蚀阶段的6.74~57.40倍;红土堆积体坡面侵蚀过程可划分为松散颗粒侵蚀阶段和土石侵蚀阶段,松散颗粒侵蚀阶段产沙率是土石侵蚀阶段的1.05~3.49倍。两类堆积体产沙率均随雨强增大而增大,1.0和1.5 mm·min-1雨强时产沙率随砾石含量增大而波动变化,雨强>1.5 mm·min-1时则随砾石含量增大而减小,相同条件下,风沙土堆积体产沙率是红土的1.45~4.14倍。风沙土堆积体侵蚀过程中水沙关系由水大沙少向水大沙多转变,而红土堆积体则呈相反变化: 水大沙多时期,风沙土堆积体产沙增速是红土堆积体的1.94~37.60倍;水大沙少时期,红土堆积体产沙减速是风沙土的1.40~21.30倍。总体上,径流功率在描述两类堆积体侵蚀动力过程方面优于径流剪切力,临界径流功率均随砾石含量增大而增大,其中,风沙土堆积体在细沟侵蚀阶段的临界径流功率(0.02~0.04 W·m-2)是片蚀阶段的2倍,且两阶段临界径流功率均低于红土堆积体。本研究结果可为工程堆积体侵蚀预测模型的建立提供科学参考。
    治沟造地背景下延安市农业生态经济系统耦合发展分析
    王晶, 胡一, 白清俊
    2020, 31(9):  3154-3162.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.020
    摘要 ( 41 )   PDF (626KB) ( 11 )  
    治沟造地是继退耕还林工程后延安市实施的又一项重大生态环境治理工程。研究治沟造地工程背景下延安市农业生态经济系统耦合关系的发展变化,对科学评价治沟造地工程生态经济效益和黄土高原地区农业生态经济协调与可持续发展具有重要意义。本研究通过构建农业生态经济系统耦合协调度模型和耦合度模型,定量分析了2010—2018年延安市农业生态与农业经济系统的综合评价指数变化、耦合协调状态及耦合度演变趋势。结果表明: 2010—2018年间,延安市农业生态系统综合评价指数和农业经济系统综合评价指数均呈现S型增长曲线,两者变化趋势较为一致;农业生态经济系统耦合协调度指数由0.51增长至0.72,耦合协调状态由初级协调水平发展为良好协调水平,说明该区域农业生态与经济关系不断改善,系统耦合关系向相互协调的方向发展;研究期间,延安市农业生态经济系统耦合演变过程较为复杂,系统耦合趋势经历了“衰退耦合、协调耦合、修复耦合、协调耦合”阶段,2018年耦合关系处于经济快速增长的协调发展阶段。治沟造地工程促进了农业生态经济系统的耦合协调发展,但其生态经济效益具有一定的滞后性。
    基于Google Earth Engine平台的1984—2018年太湖水域变化特征
    刘垚燚, 田恬, 曾鹏, 张新雨, 车越
    2020, 31(9):  3163-3172.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.011
    摘要 ( 110 )   PDF (2708KB) ( 14 )  
    湖泊是重要的淡水资源,准确了解湖泊水体动态变化有利于水资源可持续利用和社会经济发展。本研究基于Google Earth Engine(GEE)平台,以Joint Research Centre(JRC)全球地表水数据集和Landsat遥感影像为数据源,分析了1984—2018年大型湖泊——太湖水体的动态变化,并利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)研究了太湖面积变化趋势。结果表明: 1984—2018年,太湖湖泊面积呈增加趋势,共增加45.31 km2,湖泊面积呈夏季低、春冬季高的特点,东太湖是太湖面积发生变化的主要区域。与1984年相比,2018年太湖88.9%的水体未发生任何变化,0.3%的水体永久性消失。湖泊面积变化受自然和人为因素的共同影响,农业灌溉、渔业养殖、围湖垦殖、水利工程设施和土地利用类型转移等导致湖泊面积减少;年降水量增加和环境保护政策的实施是湖泊面积增加的主要原因。本研究结果可为实施水资源可持续管理提供参考,亦验证了基于GEE平台开展水体长期变化监测的可行性。
    基于GTWR模型的浙江省海岸带三维生态足迹动态变化及其影响因素
    田鹏, 李加林, 王丽佳, 刘瑞清, 史小丽
    2020, 31(9):  3173-3186.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.016
    摘要 ( 58 )   PDF (6144KB) ( 11 )  
    厘清海岸带自然资本存量消耗和自然资本流量占用情况及其影响因素,能有效缓解海岸带社会经济发展与自然资源、生态环境之间的矛盾,促进区域协调可持续发展。本研究基于二维和三维生态足迹评价模型,分析浙江省海岸带2006—2016年生态足迹时空变化特征,基于足迹深度和足迹广度探究了区域自然资本存量和资本流量占用情况,并利用时空地理加权模型分析其影响因素的时空异质性。结果表明: 研究期间,浙江省海岸带生态危机加深,人均生态赤字平均值为3.5 hm2·cap-1,人均生态赤字上升了15.5%,其中,能源消耗账户对人均生态足迹的贡献率大于生物资源账户;各县区人均生态足迹呈增长趋势,且空间分异显著。浙江省海岸带以消耗自然资本存量为主,且对自然资本流量更新起到较大的抑制作用;2016年,自然资本存量的消耗量是资本流量占有量的14.87倍。城市规模和经济发展水平、人民收入水平对浙江省海岸带各县区生态足迹以正向促进作用为主,渔业生产对生态足迹为负向影响,并有向正向影响作用转换的趋势,3个影响因子的影响机制时空分异性显著。
    三门湾大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系
    梁静香, 周永东, 王忠明, 张亚洲, 金海卫, 徐开达
    2020, 31(9):  3187-3193.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.037
    摘要 ( 57 )   PDF (785KB) ( 10 )  
    为了解三门湾大型底栖动物群落的现状和动态变化,分别于2015年11月、2016年2月、5月和8月在三门湾海域用阿氏拖网对大型底栖动物进行调查。结果表明: 经鉴定,大型底栖动物有119种,主要类群为鱼类、甲壳类和软体动物,占种类总数的79%。大型底栖动物全年优势种为细螯虾、长额超刺糠虾和六丝钝尾虾虎鱼,不同季节优势种的变化明显,种类差异性较大。大型底栖动物的年平均生物量和平均栖息密度分别为0.025 g·m-2和0.07 ind·m-2。三门湾大型底栖动物各季节的Shannon多样性指数为2.21~3.18,Margalef物种丰富度指数为3.25~3.78,Pielou均匀度指数为0.53~0.79。ABC曲线分析显示,在春季和冬季,群落受到中等程度干扰;而在夏季和秋季,群落受到轻微扰动。典范对应分析结果显示,水深、温度、盐度和pH值是影响大型底栖动物群落的最主要环境因子。
    露天矿排土场平台-边坡系统侵蚀形态及径流产沙特征
    速欢, 王文龙, 康宏亮, 白芸, 郭明明, 陈卓鑫
    2020, 31(9):  3194-3206.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.018
    摘要 ( 38 )   PDF (2770KB) ( 131 )  
    露天矿排土场平台径流汇集量大且急促,常导致边坡发生强烈沟蚀。排土场平台-边坡系统集中来水条件下的侵蚀过程研究仍十分薄弱。本研究以平台-边坡系统为对象,采用野外放水冲刷试验方法,研究不同放水流量(48、60、72、84 L·min-1)下系统径流、产沙及侵蚀形态演变规律。结果表明: 48 L·min-1流量时,平台-边坡系统以细沟侵蚀为主,60~84 L·min-1流量下系统发育形成切沟。平台、边坡流速随放水历时呈突变-波动-稳定变化趋势,平台流速小于边坡径流流速,减幅为8.3%~67.1%,边坡流速为边坡上/下部最大,较中部增加18.5%~44.6%。平台和边坡产沙率随放水历时呈现突变-波动-稳定3个阶段,边坡产沙率高达平台的17.4倍;平台上细沟侵蚀产沙量占比高达86.6%~95.1%,60~84 L·min-1流量下边坡切沟侵蚀产沙量占比高达69.2%~86.6%。平台侵蚀沟宽深比大于边坡,边坡宽深比为边坡上部最小,边坡中/下部最大,是边坡上部的1.36~1.93倍,侵蚀沟沿平台至坡脚总体上呈“宽浅-窄深-宽浅”式发展;48 L·min-1流量下侵蚀主要集中在平台与边坡中部,侵蚀体积占比分别为29.9%、26.8%;60~84 L·min-1流量时,侵蚀集中在边坡上部,占总侵蚀体积的36.1%~44.7%。结果可为陕北露天矿排土场平台-边坡系统沟蚀防治及侵蚀产沙模型的建立和修正提供参考。
    综合评述
    转基因植物与近缘种之间基因流的研究进展
    王欣玉, 刘勇波
    2020, 31(9):  3207-3215.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.025
    摘要 ( 56 )   PDF (625KB) ( 15 )  
    随着转基因植物的大面积种植,转基因植物的生态风险受到广泛关注,其中主要的风险是转基因植物与近缘物种之间的基因流及其影响。本文综述了目前商业化种植的转基因作物油菜、棉花、玉米和大豆,以及未商业化种植的水稻、小麦的基因流研究进展;分析了不同转基因作物与其近缘种之间发生基因流的频率和最远发生距离;介绍了降低基因流发生的方法。基因流频率受物种亲缘关系、花期重叠时间、风速风向等因素的影响,最远发生距离受气候条件、传粉媒介、地理条件等因素的影响。转基因作物与其近缘种之间的基因流频率与距花粉源的距离呈负相关关系(y=-0.59x-0.46,R2=0.25,P<0.01),亲缘关系近的基因流频率高。为了降低转基因植物与其近缘物种之间的基因流风险,建议采取“分区管理”的策略,并加强基因流发生之后的生态风险评价研究。
    丛枝菌根对植物根际逆境的生态学意义
    李娇娇, 曾明
    2020, 31(9):  3216-3226.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.039
    摘要 ( 70 )   PDF (664KB) ( 25 )  
    近年来,我国在菌根分子生物学、菌根营养学、菌根分类学和菌根生态学等方面取得了令人瞩目的研究成果,其中对丛枝菌根真菌(AMF)的研究居多。AMF能与大部分陆地植物根系形成共生关系,促进植物生长发育,提高植物抗逆性,在保持生态平衡、保护生态环境等方面发挥重要作用。本文主要从非生物胁迫(干旱胁迫、重金属污染、盐碱胁迫)和生物胁迫(致病菌和线虫侵染)方面介绍了AMF在植物根际逆境中发挥的生态功能及作用机制,提出了该研究领域尚存的不足之处和研究前景,为AMF后续研究提供参考。
    我国林火发生预测模型研究进展
    高超, 林红蕾, 胡海清, 宋红
    2020, 31(9):  3227-3240.  doi:10.13287/j.1001-9332.202009.014
    摘要 ( 65 )   PDF (641KB) ( 18 )  
    通过文献回顾,总结了国内林火发生预测模型的研究现状,并从林火发生驱动因子、林火发生概率预测模型、林火发生频次预测模型和模型检验方法等方面进行归纳分析。得出以下结论: 1)气象、地形、植被、可燃物、人类活动等因素是影响林火发生及模型预测精度的主要驱动因子;2)林火发生概率模型中,地理加权逻辑斯蒂回归模型考虑了变量之间的空间相关性,Gompit回归模型适宜非对称结构的林火数据,随机森林模型不需要多重共线性检验,在避免过度拟合的同时提高了预测精度,是林火发生概率预测模型的优选方法之一;3)林火发生频次模型中,负二项回归模型更适合对过度离散数据进行模拟,零膨胀模型和栅栏模型可以处理林火数据中包含大量零值的问题;4)ROC检验、AIC检验、似然比检验和Wald检验方法是林火概率和频次模型的常用检验方法。林火发生预测模型研究仍是我国当前林火管理工作的重点,预测模型的选择需要依据不同地区林火数据特点。此外,构建林火预测模型时需要考虑更多的影响因素,以提高模型预测精度;未来,需要进一步探索其他数学模型在林火发生预测中的应用,不断提高林火发生预测模型的准确度。