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2020年 第31卷 第12期    刊出日期：2020-12-15

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2020, 31(12):  3978-3978. 

摘要 ( 109 )   PDF (469KB) ( 84 )  

中国植被生长期的时空变化

郑招文, 肖袁俊, 宋文丹, 马婷, 程勇翔, 黄敬峰

2020, 31(12):  3979-3988.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.013

摘要 ( 625 )   PDF (5813KB) ( 316 )  

基于822个气象站点1951—2017年的日均温度数据,采用世界气象组织给定的植被生长期(GSL)定义,利用Slope、Mann-Kendall和Hurst指数分析中国各省(区)不同时期的GSL变化趋势及相应时期150、200、250、300和350 d的GSL等值线移动速度。结果表明: 研究期间中国北方地区GSL变化显著。GSL增长速度表现为北方快于南方、高海拔快于低海拔。中国大部分地区未来GSL变化趋势与当前的变化趋势相同。北方绝大部分省(区)GSL增长速度在0.1~0.2 d·a^-1,西藏的增速最快,为0.44 d·a^-1。1981—2000年是中国各省(区)GSL变化最显著的时段。除新疆GSL延长是生长期终日(GSE)主导外,其他各省(区)GSL延长总体是生长期始日(GSS)占主导。在高纬度和高海拔省(区),GSL变化对年均温度的变化更敏感。年均温越高的省(区)GSL也普遍越长。1951年以来,中国150、200、250、300和350 d的GSL等值线出现了明显移动,东北地区200 d等值线的移动速度最快,其平均北移速度为6.11 km·a^-1。中国GSL等值线总体移动规律为:等值线数值越大,北移速度越慢。其中,350 d等值线在部分区段甚至出现了南移的情况。中国GSL延长将导致农作物种植边界北移,自然植被生长期延长。该变化对中国农作物的品质、产量和生态系统碳固定的影响还有待深入研究。

喀斯特次生林幼树更新空间分布格局及种间关联性

池森, 王从军, 黎庆菊, 吴志红, 柴宗政

2020, 31(12):  3989-3996.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.006

摘要 ( 321 )   PDF (1292KB) ( 146 )  

本研究以贵州省喀斯特典型区域紫云苗族布依族自治县撂荒30余年后自然恢复形成的次生林为对象,设置140 m×120 m固定样地,系统调查样地内幼树更新,并采用空间点格局分析方法分析幼树更新优势种群在不同空间尺度下的分布格局和种间关联性。结果表明: 调查样地中幼树共计1291株,包括39个树种,其中光皮桦、化香、马尾松、枫香和山杨5个树种的幼树个体数量总和达83.7%,重要值总和达77.8%,为幼树更新的优势树种。光皮桦、化香和枫香3个幼树优势种群的空间分布格局在0～60 m空间尺度上均呈现较强的聚集分布;马尾松和山杨2个幼树优势种群在小尺度上呈现聚集分布,大尺度上则随机分布。幼树优势种群空间关联性多呈现正关联,仅马尾松与枫香和山杨在小尺度呈现正关联,大尺度呈现不相关。调查样地5个幼树优势种群空间分布格局及种间关联性差别较大,可能与树种的生物学特性、生境及空间资源的利用密切相关。目前,林分多以先锋树种为主,群落结构不稳定;以马尾松和光皮桦为优势种群的松-桦混交林可能成为下一阶段演替方向,建议通过森林经营措施加快植被恢复进程。

天山南麓中段戈壁区膜果麻黄种群空间分异特征

丁杰, 张谱, 张和钰, 李志鹏, 冯益明

2020, 31(12):  3997-4003.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.003

摘要 ( 331 )   PDF (1704KB) ( 180 )  

在天山南麓中段戈壁区洪积扇顶部、中部和底部区域设置样地,以植株高度和冠幅为指标,采用地统计学方法,研究戈壁区膜果麻黄种群的空间分异特征,旨在掌握区域膜果麻黄种群空间分异规律,为戈壁区植被保护和生态修复提供科学依据。结果表明: 在洪积扇顶部,膜果麻黄种群呈斑块状分布;在洪积扇中部和底部,种群呈带状分布,中部带状宽度大于底部。从洪积扇顶部到底部,膜果麻黄植株高度和冠幅均呈先减少后增加的趋势,洪积扇顶部、中部和底部植株高度分别为40.34、21.07、36.96 cm,植株冠幅分别为1.09、0.80、1.43 m²。在洪积扇顶部、中部和底部,膜果麻黄植株高度的最佳拟合模型分别为指数模型、指数模型和线性模型,而冠幅的最佳拟合模型分别为指数模型、球状模型和线性模型。从洪积扇顶部到底部,植株高度和冠幅分形维数在1.909～1.989,表明膜果麻黄种群空间格局简单,同质度高。从洪积扇顶部到底部,膜果麻黄植株高度和冠幅各向异性出现的空间距离逐渐变短,在顶部、中部和底部,植株高度和冠幅表现出各向异性的空间距离分别为>60、42～46和23～27 m。

松栎林天然更新模拟与不确定性分析

王彬, 田相林, 廖梓延, 王志涛, 耿生莲, 曹田健

2020, 31(12):  4004-4016.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.018

摘要 ( 318 )   PDF (2009KB) ( 52 )  

森林天然更新的复杂性和不确定性是森林生态系统动态预测中的关键问题。本研究引入贝叶斯技术和全局敏感性分析,构建基于竞争、气候和地形3类因子的秦岭松栎林天然更新模型。备选模型形式以泊松(Poisson)模型、负二项(negative binomial,NB)模型、零膨胀泊松(zero-inflated Poisson,ZIP)模型和零膨胀负二项(zero-inflated negative binomial,ZINB)模型为基础。同时,根据模型参数传递的不确定性量化分析结果,阐释影响森林更新小概率事件的主导因子。结果表明: ZINB模型在油松和锐齿栎更新模拟中均优于其他模型。林分总断面积、光截留、坡位和生长季最低温是影响松栎林中油松天然更新的最关键因子;而林分总断面积、坡向与海拔的组合、年均温和最热季节降水量则是影响松栎林中锐齿栎天然更新的关键因子。油松更新模拟中,各类因子对模型输出的不确定性贡献率从小到大依次为: 竞争因子(25%)＜气候因子(29%)＜地形因子(46%);锐齿栎更新模拟中为: 气候因子(12%)＜竞争因子(24%)＜地形因子(64%)。油松天然更新数量对生长季最低温和最干季节降水量为正响应,对最干季节均温为负响应;锐齿栎天然更新数量对年均温、生长季最低温和最热季节降水量为正响应,对最干季节均温为负响应。基于贝叶斯技术的ZINB模型可以量化森林更新的影响因子,并解释参数传递的不确定性,是预测森林天然更新的有力工具。

控水条件下侧柏冠层气孔导度对土壤水的响应

颜成正, 郑文革, 贾剑波, 闫文德, 王忠诚, 贾国栋

2020, 31(12):  4017-4026.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.010

摘要 ( 418 )   PDF (2022KB) ( 65 )  

建立了不同控水条件下(无降水、一半降水、自然降水和二倍降水)的侧柏样地,于2016年8月—2017年8月监测了样地土壤含水量(SWC)、降水量、液流密度(J_s)、叶面积指数(LAI)和水汽压亏缺(VPD)等因子,分析SWC对侧柏冠层气孔导度(g_s)的影响。结果表明: 一半、自然和二倍降水样地的SWC与降水量呈正相关,SWC变化范围分别为4.9%～16.0%、7.2%～22.9%、7.4%～29.6%,无降水样地的SWC在8—10月下降50%;7月的日g_s在14:00达到峰值(166.64 mmol·m^-2·s^-1),显著高于其他月份,且出现双峰现象, 1月的日g_s在12:00达到峰值(54.1 mmol·m^-2·s^-1);3个降水条件下,侧柏g_s与SWC呈负二次相关关系,且g_s达到峰值,对应的SWC分别为8.5%、12.5%和18.5%,均趋近于年平均SWC。不同控水样地内侧柏g_s对VPD的敏感性(δ)/参比冠层气孔导度(g_sref)均≥0.6,表明不同控水条件下土壤水分状况较适合侧柏蒸腾用水的需求。当SWC在3.7%～7.5%时,δ和g_sref值迅速增大,说明气孔调节能力更好,植物气孔对VPD的响应更敏感;当SWC上升到11%时,SWC变化对g_sref和g_s对VPD响应敏感性的影响不显著。可能存在侧柏产生适应状态的SWC阈值,植物体在自身的生命活动中关闭或减小气孔开度,降低叶片水势以适应过高的VPD,保护植物不会引起过度蒸腾,从而对蒸腾的调控更加有效。

发育阶段和海拔对岷江源区陇蜀杜鹃小枝功能性状及生物量分配的影响

何家莉, 王金牛, 周天阳, 宋怡珂, 石凝, NIYATI Naudiyal, 吴彦

2020, 31(12):  4027-4034.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.001

摘要 ( 361 )   PDF (1693KB) ( 61 )  

本研究分析了岷江源区卡卡山典型高山灌丛植物陇蜀杜鹃不同发育阶段(花芽期和开花期)及不同海拔(3600 m低海拔和3800 m高海拔)下功能小枝和叶片性状的差异,以及空间异质性对花芽期和开花期小枝功能性状相关性及其权衡作用的影响。结果表明: 低海拔同一生长期陇蜀杜鹃小枝长度显著大于高海拔,高海拔开花期小枝的花数量和花质量显著高于低海拔。同一海拔花芽期的小枝质量、叶片数量、总叶质量、总叶面积和总叶柄质量均显著大于开花期,单叶质量和单叶柄质量均显著小于开花期。与花芽期相比,开花期叶生物量占比减少了13%,而小枝质量占比显著增加。小枝的生物量权衡表明,花芽期性状倾向于小枝质量,开花期倾向于总叶质量;花芽期的叶偏好分配于单叶质量,低海拔和高海拔开花期叶片分别偏好分配到单叶柄质量和单叶质量。低海拔开花期小枝质量与总叶面积、总叶质量均为异速生长,单叶柄质量和单叶面积为异速生长。海拔和发育阶段共同影响了陇蜀杜鹃功能小枝和叶片的性状。

大兴安岭中部天然次生林种子雨动态

张凌宇, 董灵波, 陈莹, 刘兆刚

2020, 31(12):  4035-4041.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.007

摘要 ( 372 )   PDF (1330KB) ( 66 )  

本研究于2018—2019年对大兴安岭中部白桦林、针叶林和针阔混交林3种林型的种子雨落种量进行了动态监测,并对3种林型主要树种的种子雨季节动态、落叶动态、种子雨千粒重、种子雨年际变化和种子雨空间格局进行了分析。结果表明: 各林型中兴安落叶松种子雨和白桦种子雨呈现明显的单峰型分布。针阔树种(落叶松、樟子松、云杉、白桦、山杨)的落叶量呈现出明显的季节动态,各林型落叶量大多在9月中上旬达到高峰。在针阔混交林和针叶林中,处于高峰期的兴安落叶松种子雨千粒重明显大于初始期和末尾期的兴安落叶松种子雨千粒重,3种林型下白桦千粒重在季节上未表现出明显的差异。兴安落叶松和白桦的种子雨均呈现出明显的年际变化,2018年为种子散种量的丰年,2019年为歉年。两年时间内,所有种子雨的空间格局在总体上均表现为聚集分布,种子雨和幼苗幼树在空间分布格局上存在一致性。

南洞庭湖杨树清理迹地恢复初期土壤种子库特征及其与土壤因子的关系

刘静逸, 牛艳东, 郭克疾, 罗学卫, 杨蕊, 蒋丽娟

2020, 31(12):  4042-4050.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.005

摘要 ( 350 )   PDF (1044KB) ( 52 )  

本文研究了杨树清理1、2年后迹地的土壤种子库结构、多样性及其与地上植被和土壤因子的关系,并以未清理杨树洲滩为对照,探讨洞庭湖杨树清理迹地土壤种子库在植被自然恢复中的潜力。结果表明: 研究样地土壤种子库萌发出的植物种子分属23科59属65种,各样地土壤种子库密度和物种数大小为:1年迹地(11810粒·m^-2,49种)＞2年迹地(9686粒·m^-2,44种)＞对照(6735粒·m^-2,29种)。与未清理洲滩相比,清理迹地土壤种子库与地上植被多年生中生和湿生植物物种多样性和相似性系数增加,土壤含水率和养分含量升高,pH值降低。土壤含水率和有机质与水蓼等湿生植物分布的关系密切,全钾和全磷对虉草等多年生植物分布的影响较大。在杨树清理迹地自然恢复过程中,随着土壤理化性质的变化,土壤种子库的物种数目和密度显著增加,以致地上植被物种多样性升高,因此,土壤种子库成为迹地湿地植被恢复的重要繁殖体来源。

3种功能型林木幼苗叶片与细根碳氮磷化学计量特征及其异速关系

杨婷, 钟全林, 李宝银, 程栋梁, 徐朝斌, 余华, 邹宇星

2020, 31(12):  4051-4057.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.004

摘要 ( 499 )   PDF (450KB) ( 136 )  

为了比较不同功能型林木叶片与细根碳氮磷化学计量特征及其异速关系的差异,本研究以刨花楠(常绿阔叶)、福建山樱花(落叶阔叶)和福建柏(常绿针叶)的幼苗为对象,对其叶片和细根的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其计量比关系进行分析。结果表明: 3种树木幼苗的叶片与细根的C、N、P含量及其计量比存在显著差异,其中,叶片与细根的C含量及C/N、C/P均以刨花楠最高,N含量和N/P以福建山樱花最高,P含量以福建柏最高;3种幼苗叶片的C、N、P含量和C/P、N/P均高于细根。叶片的C、N、P含量及其计量比之间的异速关系与细根不同,且受功能型差异的影响;3种幼苗叶片的C/P与N/P之间存在着指数明显不同的异速关系,但其细根的N、P含量均为等速关系。3种幼苗叶片和细根的C、N、P含量及其计量比关系也存在差异;刨花楠叶片和细根的关系主要显示为叶片C含量与细根P含量的异速关系,福建山樱花则主要显示在叶片C、N含量及C/N、N/P与细根C/N、N/P间的异速或等速关系,而福建柏主要是叶片C含量与细根C、N、P含量间的异速关系,福建山樱花叶片与细根的养分分配更具协调性。3种幼苗叶片和细根对P的投资策略具有相似性。研究结果为实施林木苗期精准养分管理与高效培育技术等提供了科学依据。

城市化景观格局对本土植物多样性的多尺度影响——以北京市顺义区为例

彭羽, 王玟涛, 卢奕曈, 董吉会, 周艳秋, 尚佳欣, 李响, 米凯

2020, 31(12):  4058-4066.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.020

摘要 ( 424 )   PDF (2433KB) ( 58 )  

景观格局对植物多样性的影响已经在很多研究中得到了验证,但有关城市景观的影响仍然知之甚少。为了探究城市化景观格局对植物多样性的影响及其尺度效应,本研究在北京市顺义区调查了105个样地,计算每个样地的α和β多样性指数;并以100 m为步长,分析了100～1000 m范围内的10个尺度43个城市的景观格局指数。结果表明: 在所有尺度上,城市景观面积指数、核心类指数和边缘指数与本土植物多样性均呈负相关;形状复杂性指数在小尺度内有利于植物多样性,而面积加权复杂性指数则在较大尺度上影响明显。其他指数如城市斑块的连接性、邻近性、内聚性、破碎性和散布并列指数与本土植物多样性之间的关系轻微且不稳定。城市化强度与尺度呈负相关,与各个尺度的植物多样性呈负相关。合理将城市区域分为许多边缘简单的小斑块,能够更好地保护本土植物多样性。该研究提出了保护城市植物多样性的景观格局建议,为生态城市建设提供参考。

青藏高原高山嵩草高寒草甸不同退化阶段植物群落与土壤养分

杨军, 刘秋蓉, 王向涛

2020, 31(12):  4067-4072.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.008

摘要 ( 584 )   PDF (591KB) ( 67 )  

选取西藏自治区拉萨市当雄县4块不同退化程度的高山嵩草高寒草甸,采用空间序列代替时间演替的方法,研究不同退化阶段高寒草甸的土壤理化性质和植物群落特征以及二者之间的相关关系。结果表明: 不同退化阶段高寒草甸的土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和含水量均随土壤退化程度加剧呈降低的趋势,而pH值呈现升高的趋势。中度退化草甸的植物群落高度、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数最大。群落盖度、总生物量均为未退化草甸最大、重度退化草甸最小。随着草甸退化程度加剧,莎草科生物量及比例下降,豆科和杂类草生物量及比例增加,禾本科生物量及比例先增加后减小;草甸植物群落地上生物量与土壤有机碳、全氮、全磷含量和土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。随着草甸植被的退化,土壤退化加重,最终表现为草地生产力显著下降。

不同气候情景下木梨潜在地理分布格局变化的预测

刘超, 霍宏亮, 田路明, 董星光, 徐家玉, 齐丹, 张莹, 曹玉芬

2020, 31(12):  4073-4079.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.012

摘要 ( 343 )   PDF (1667KB) ( 66 )  

木梨的抗旱、抗寒、抗盐碱和抗梨锈病的能力较强,是我国西北地区梨的主要砧木类型之一,具有较高的生产价值。但目前其生境破坏较为严重。预测不同气候情景下木梨的地理分布可为木梨资源的合理开发利用及多样性保护提供重要的科学依据。本研究利用木梨全面且精确的分布信息和高分辨率环境数据,基于MaxEnt模型和ArcGIS空间分析,构建其当代及未来(2050和2070年)的潜在空间分布格局,评价环境因子对分布模型的重要性。结果表明: 目前木梨适宜生境面积为33.2万km²,主要位于我国青海东部、甘肃南部、宁夏南部、陕西中部、山西南部和河南西部地区,紫外线辐射量最少月份的平均紫外线量和海拔是限制其分布的主要环境因子。随着全球气候变暖,在不同CO₂浓度情景下,2050和2070年木梨的潜在适生境将逐渐减少,应加强对木梨群体的实时监测。

基于1980—2018年土地利用变化的福建省生境质量时空演变

李胜鹏, 柳建玲, 林津, 范胜龙

2020, 31(12):  4080-4090.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.019

摘要 ( 729 )   PDF (4101KB) ( 189 )  

分析土地利用变化引起生境质量的时空演变特征可以为区域生态文明建设提供科学依据。本研究以生态文明先行示范区福建省为例,以1980—2018年土地利用变化数据为基础,利用InVEST模型对福建省生境质量进行评估,通过地理探测器分析影响因素,结合土地利用变化规律分析福建省生境质量时空演化特征。结果表明: 研究期间,福建省主要土地利用变化类型是耕地转为林地和建设用地,林地转为耕地、草地和建设用地,草地转为林地,分别占总土地利用变化面积的8.4%、14.5%、7.6%、17.1%、6.4%和31.7%。1980—2018年,福建省总体生境质量处于较高级别(0.6～0.8),局部区域呈现生境退化和生境质量降低的趋势。影响福建省生境质量空间分异的第一主导因素是土地利用类型的变化,社会经济因素对沿海县市生境质量的影响显著高于对全域及内陆县市生境质量的影响。沿海地区建设用地快速侵占周边的林草地,使得生境加速退化,且这个过程具有不可逆性;内陆地区中心城区的生境退化会经历相似的过程,只是在速度和规模上可能低于沿海地区。从长远来看,可通过控制城市规模、发展城市生态绿化及构建生态安全格局,以减缓生境退化的速度。

基于Google Earth Engine的环渤海地区土地覆盖分类

于莉莉, 孙立双, 张丹华, 刘淼, 谢志伟, 平晓莹

2020, 31(12):  4091-4098.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.014

摘要 ( 555 )   PDF (1787KB) ( 89 )  

环渤海地区由于城市和经济发展,导致土地覆盖快速变化,对其进行高精度实时的变化监测是相关研究的重要基础。传统单机处理模式难以进行大尺度和长时间序列的快速监测,而整合海量数据的遥感大数据云计算平台的出现使其成为可能。本研究基于Google Earth Engine(GEE)处理平台,采用决策树(CART)方法对研究区2000—2019年土地覆盖进行解译分类,并综合分析研究区土地覆盖变化及对比不同数据源解译结果。结果表明: 基于GEE平台能够实现大区域快速土地覆盖分类,对沿海湿地和其他覆盖类型具有较高的分类精度,与实测点对比达到80%以上。相较于Landsat影像,基于Sentinel-2A影像的解译结果在精度上有较大的提高,总体分类精度从85%提高到95%,地表更多细节信息得到体现。2000年,研究区湿地、建设用地、耕地、林地和水体的面积分别为1612.5、5734.9、32074.8、11853、3504.3 km²,分别占总面积的2.9%、10.5%、58.6%、21.6%、6.4%。到2019年,湿地减少了775.1 km²,下降40.1%;建设用地增加5310.5 km²,增加了92.6%;耕地、林地和水体分别下降了1841.6、1823.5、870.3 km²,分别下降5.7%、24.8%、48.1%。说明沿海的城市化过程导致建设用地占用其他类型,是研究区土地覆盖变化的最主要驱动力。

广西岩溶区稻田土壤优先路径的空间分布

陈晓冰, 吴晗, 姜波, 韦灵, 郭义选

2020, 31(12):  4099-4108.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.016

摘要 ( 288 )   PDF (1447KB) ( 22 )  

田间土壤优先路径空间分布影响优先流的发生和运动。通过野外土壤染色示踪试验,利用形态学图像解析技术,并结合群落生态学分析方法,对广西岩溶区秸秆覆盖(CM)和非覆盖(CK)下的水稻田进行土壤优先路径空间分布研究。结果表明: 在相同的外部供水状况下,随土壤深度的增加,秸秆覆盖水稻田的土壤水平染色由整体分布向团块状聚集分布转变;非秸秆覆盖水稻田以枝状染色为主,其平均染色斑块形状系数为21.69,染色形态规则,是秸秆覆盖水稻田的1.04倍。秸秆覆盖与非覆盖水稻田的土壤优先路径均呈聚集分布,秸秆覆盖水稻田内优先路径的Morisita指数为1.28,且田间优先路径以影响半径＜1.0 mm为主(重要值0.31),非秸秆覆盖水稻田内影响半径＜1.0 mm的优先路径重要值为0.28。秸秆覆盖影响稻田土壤优先路径,有助于改善田间作物的水肥利用状况。

秸秆还田量对培肥农田黑土氮素初级转化速率的影响

霍海南, 李杰, 袁磊, 解宏图, 朱同彬, Christoph Müller, 何红波, 张旭东

2020, 31(12):  4109-4116.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.026

摘要 ( 431 )   PDF (955KB) ( 109 )  

秸秆还田是土壤培肥的重要措施之一,但培肥后土壤对氮素循环的调控功能是否具有可持续性以及与后续秸秆还田数量的关系尚不清楚。本研究对黑土旱地农田进行9年培肥处理后,设置了连续3年秸秆还田处理,秸秆还田量分别为年均秸秆产量(7500 kg·hm^-2)的100%、67%、33%和0,探讨不同秸秆还田量对培肥土壤(0～10 cm)氮素转化过程的影响。结果表明: 秸秆还田通过影响氮素初级转化速率,控制培肥土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N的产生与消耗过程。当秸秆还田量低于67%时,NH₄⁺-N生成速率显著降低,而其消耗速率显著提高,土壤保留NH₄⁺-N的能力下降,而NO₃^--N生成速率增加,土壤NO₃^--N固持能力下降,增加NO₃^--N的积累及淋溶损失风险。对于东北旱地农田,利用秸秆归还进行黑土培肥,需要不低于67%收获量的秸秆持续还田才能维持土壤对氮素的保持功能。

氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响

史登林, 王小利, 段建军, 刘安凯, 罗安焕, 李瑞东, 侯再芬

2020, 31(12):  4117-4124.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.027

摘要 ( 463 )   PDF (1071KB) ( 74 )  

化肥减施增效有助于农业的可持续发展。本研究用等氮量生物炭替代化肥氮,设置0、10%、20%、30%、40%(CK,T₁～T₄) 5个替代比例,在水稻收获后采集土壤样品进行室内分析,研究氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响。结果表明: 氮肥减量配施生物炭均可显著提高土壤有机碳(SOC)含量,且与生物炭配施量呈正比。氮肥减施20%条件下,土壤微生物生物量碳(MBC)和易氧化碳(ROC)含量均最高,分别为293.68和250.00 mg·kg^-1,土壤可溶性碳(DOC)含量最低。SOC矿化速率在培养的第3天达到最高,前期(第3~6天)迅速下降,中期(第6~18天)缓慢下降,后期(第18~30天)趋于稳定,矿化速率随时间的动态变化符合对数函数;SOC累积矿化量和累积矿化率分别为0.66～0.86 g·kg^-1和2.9%～4.0%,均以T₂处理最低。稻谷产量随氮肥减施比例的增加呈先增加后下降趋势,T₂处理最高,比CK显著增加了13.4%。本试验条件下,化学氮肥减量20%配施适量生物炭(5 t·hm^-2)可有效提高SOC、MBC、ROC含量和水稻产量,降低SOC累积矿化量和累积矿化率,增强土壤固碳能力,是贵州黄壤稻田土壤固碳培肥的较好选择。

土地流转背景下不同经营规模青田稻鱼共生系统的环境影响差异——基于碳足迹的实证研究

崔文超, 焦雯珺, 闵庆文, 孙业红, 刘某承, 吴敏芳

2020, 31(12):  4125-4133.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.017

摘要 ( 264 )   PDF (671KB) ( 55 )  

在快速工业化和城镇化的影响下,农业文化遗产的保护与管理正面临着适龄劳动力大量外流、土地抛荒、传统知识体系难以维持等诸多威胁与挑战。推动土地流转、进行适度规模经营,可在农业文化遗产的保护中产生积极作用。土地流转在给遗产地带来经济效益的同时,对当地生态环境产生的影响变化同样值得关注,但现有研究却少有涉及。本研究以全球重要农业文化遗产——浙江青田稻鱼共生系统为例,将不同经营规模的稻鱼共生系统分为小农户经营模式和规模化经营模式,运用生命周期法对两种模式的碳足迹进行核算。结果表明: 小农户经营模式和规模化经营模式的碳足迹分别为6510.80和5917.00 kg CO₂-eq·hm^-2,单位产值碳足迹分别为0.13和0.10 kg CO₂-eq·yuan^-1。与小农户经营模式相比,规模化经营模式温室气体排放更少,单位产值的环境影响更小。农户扩大经营规模后,当地温室气体排放减少了4097.20 kg CO₂-eq。农业生产过程中积累的CH₄在碳足迹中占比最大,农业生产资料中复合肥是仅次于CH₄的第二大温室气体排放来源。对于小农户经营模式,饲料中使用的玉米和小麦也对温室气体排放有重要的影响。因此,推动土地适度规模经营,有利于传统农业系统实现经济效益和环境效益的双赢,对于农业文化遗产保护具有重要作用。

肥沃耕层构建对东北黑土区旱地土壤肥力和玉米产量的影响

邹文秀, 韩晓增, 陆欣春, 陈旭, 严君, 宋宝辉, 杨宁, 林青华, 贺宇

2020, 31(12):  4134-4146.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.030

摘要 ( 558 )   PDF (1046KB) ( 76 )  

有机物料还田是提高土壤肥力、改善土壤结构和增加作物产量的重要农艺措施之一。本研究通过分析有机物料深混还田构建肥沃耕层后土壤的有机质、速效养分含量和玉米产量,明确了黑土区不同土壤类型旱地土壤肥力指标和玉米产量对肥沃耕层构建方式的响应特征,以期为实现东北黑土区旱地保护性利用和农业可持续发展提供科学依据。采用小区试验与大区示范相结合的方式,在黑龙江省、吉林省和辽宁省选取9个生态类型区作为试验点,土壤类型包括黑土(中厚黑土和薄层黑土)、草甸土、黑钙土、白浆土、棕壤、暗棕壤和褐土。每个试验点均设置了玉米秸秆深混构建肥沃耕层(CF_Ⅰ)、秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层(CF_Ⅱ)和无有机物料还田(CK)3个处理。其中,CF_Ⅰ、CF_Ⅱ处理的小区试验和大区示范的秸秆还田量分别为10000 kg·hm^-2和全量还田,CF_Ⅱ处理的有机肥施用量为30000 t·hm^-2;CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理中有机物料的还田深度均为0~35 cm。结果表明: 不同土壤类型旱地的土壤肥力差异较大,不同土层表现为亚耕层土壤肥力小于耕层土壤,其中暗棕壤和白浆土尤为突出;棕壤、褐土耕层和亚耕层的土壤肥力均偏低;黑土和草甸土的质地比较黏重和犁底层较厚。在试验时间为两年以上的5个试验点中,与CK相比,CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理耕层的土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量平均增加1.85 g·kg^-1、20.16 mg·kg^-1、1.56 mg·kg^-1和17.2 mg·kg^-1,亚耕层较耕层增加了2.09 g·kg^-1、12.06 mg·kg^-1、2.18 mg·kg^-1和3.84 mg·kg^-1。与CK相比,CF_Ⅰ处理显著增加了耕作层和亚耕层土壤有机质和速效磷含量,CF_Ⅱ处理显著增加了耕作层和亚耕层的全部土壤肥力指标,说明肥沃耕层构建是提高土壤肥力的重要途径,其中玉米秸秆配施有机肥是快速提升土壤肥力的有效方法。受不同地区水热条件和土壤类型等的影响,不同试验区的玉米产量差异较大;不同处理间差异显著,表现为CF_Ⅱ>CF_Ⅰ>CK,说明肥沃耕层构建方式在不同生态类型区均能有效提高玉米产量。采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量。不同生态类型区应根据土壤类型、有机物料来源等采取相应的肥沃耕层构建方式,建议在有机肥源充足的区域,优先采用秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层。

不同生育时期遮光对马铃薯光合特性和产量的影响

李晨阳, 李林, 祁利潘, 郭晓敏, 龚学臣, 刘毅强, 赵悦, 宋亚辉

2020, 31(12):  4147-4152.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.029

摘要 ( 356 )   PDF (442KB) ( 46 )  

为了研究不同生育时期遮光对马铃薯光合特性和产量的影响,明确马铃薯不同生育时期对弱光的耐受性,对2个马铃薯品种(‘冀张薯12号'和‘冀张薯8号')进行了4个生育时期(苗期、苗期至现蕾期、现蕾期至开花初期、开花初期至收获期)和3个遮光度(不遮光对照、20%遮光率和50%遮光率)的处理试验。结果表明: 与不遮光处理相比,20%遮光率下,2个品种马铃薯苗期SPAD值显著降低,苗期至现蕾期、现蕾期至开花初期SPAD值无显著变化,开花初期遮光15 d可使SPAD值呈一定程度增加;50%遮光率下,2个品种马铃薯SPAD值变化趋势与前者相同,除开花初期增幅加大外,其他生育时期变化幅度接近。各时期遮光对马铃薯叶片气孔导度(g_s)影响不大,除50%遮光率下‘冀张薯8号'叶片g_s在开花初期较对照显著降低43.9%外,其他处理的g_s与对照均无显著差异。遮光后叶片胞间CO₂浓度(C_i)呈增加趋势,苗期、苗期至现蕾期50%遮光可使C_i显著增加,其余各时期的C_i无显著变化。4个时期遮光处理的叶片净光合速率(P_n)均降低,2个品种马铃薯叶片P_n在50%遮光处理下的降幅均大于20%遮光处理,‘冀张薯12号'除在苗期遮光处理的叶片P_n降幅大于‘冀张薯8号'外,其余时期的降幅均小于‘冀张薯8号'。4个时期遮光使马铃薯产量均降低,且50%遮光处理降幅大于20%遮光处理。‘冀张薯12号'在苗期不耐弱光,其余时期的耐弱光能力优于‘冀张薯8号'。综合分析表明,耐弱光能力强的品种遮光处理后,叶片P_n和g_s降幅小、C_i增幅小,产量降幅也小。

油菜对3种作物种子萌发和幼苗生长的化感作用

高玉莲, 李睿光, 常静, 李妍, 李海平

2020, 31(12):  4153-4160.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.002

摘要 ( 370 )   PDF (1001KB) ( 44 )  

油菜是我国重要的绿肥作物,除增加土壤肥力外,对后茬作物也有一定的化感作用。本文研究了不同浓度油菜浸提液(0.025、0.05和0.1 g·mL^-1)对3种作物(燕麦、玉米和向日葵)种子萌发、幼苗生长及生理生化的影响。结果表明: 油菜浸提液对3种作物种子发芽率的影响不显著,但对燕麦有“低促高抑”的趋势,对向日葵有抑制的趋势。油菜浸提液高浓度处理对燕麦幼苗根和茎长、玉米幼苗茎长以及向日葵幼苗根长起抑制作用,低浓度处理对玉米幼苗根茎长起促进作用。燕麦和向日葵幼苗在浸提液浓度为0.05 g·mL^-1时蛋白质含量最大,玉米在0.025 g·mL^-1时蛋白质含量最大,显著高于对照。3个浓度下,向日葵脯氨酸含量均显著降低,玉米脯氨酸含量在浓度为0.05 g·mL^-1时显著高于对照。玉米过氧化物酶(POD)活性在浸提液浓度为0.05 g·mL^-1时最大,向日葵POD活性在浓度为0.025 g·mL^-1时最大,与对照有显著差异,其余浓度处理与对照无显著差异。油菜浸提液浓度为0.025 g·mL^-1时显著降低了燕麦超氧化物歧化酶(SOD)活性,3种作物幼苗过氧化氢酶(CAT)活性与对照均无显著差异。加入油菜浸提液后,向日葵幼苗丙二醛(MDA)含量在浓度为0.1 g·mL^-1时显著增加,玉米幼苗MDA含量在不同浓度处理下均显著低于对照。综合分析,油菜浸提液对向日葵的化感抑制作用最强,其次为玉米、燕麦。

不同生态区小麦品种的穗发芽抗性评价

王震, 李金秀, 张彬, 石利朝, 欧保红, 李金榜, 张立军

2020, 31(12):  4161-4170.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.022

摘要 ( 307 )   PDF (3034KB) ( 36 )  

本研究对来自不同生态区的137个小麦品种进行穗发芽抗性鉴定,计算相对发芽指数,并分析这些品种穗部籽粒性状、品质指标、吸胀萌发后0～72 h α-淀粉酶活性及其基因表达量与穗发芽抗性之间的关系。结果表明: 长江中下游麦区小麦的平均发芽指数最低,抗穗发芽品种最多,其次是长江上游麦区,黄淮麦区抗穗发芽品种相对较少。红粒品种小麦的相对发芽指数低于白粒品种,相对发芽指数与籽粒长度、宽度呈极显著正相关,与小穗数呈显著正相关,与穗型、穗色、穗长、小穗密度、穗粒数、千粒重无显著相关性。相对发芽指数与容重呈极显著负相关,与面团形成时间和出粉率呈显著负相关,与蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率、稳定时间、沉降值、拉伸面积、延展性、最大阻力无显著相关性。不同品种的α-淀粉酶活性随吸胀萌发时间的延长呈上升趋势,萌发24～72 h的相对发芽指数与α-淀粉酶活性呈极显著正相关,穗发芽中抗以上品种萌发48 h后α-淀粉酶活性聚类分析结果与穗发芽鉴定结果一致。萌发后各时段α-淀粉酶基因表达量与相对发芽指数呈极显著正相关。

间作对马铃薯种植土壤硝化作用和硝态氮供应的影响

赵薇, 伊文博, 王顶, 吴开贤, 赵平, 龙光强, 汤利

2020, 31(12):  4171-4179.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.023

摘要 ( 281 )   PDF (1788KB) ( 41 )  

土壤硝态氮供应对满足作物氮素需求至关重要,但间作如何影响土壤硝态氮供应及其作用机制尚不清楚。本研究基于4个氮水平(N₀, 0 kg·hm^-2; N₁, 62.5 kg·hm^-2; N₂, 125 kg·hm^-2; N₃, 187.5 kg·hm^-2)的马铃薯单作、马铃薯与玉米间作小区试验,分析土壤硝态氮含量与强度、硝化势和氨氧化功能基因丰度的差异,探讨间作影响土壤硝态氮供应和氮调控的机理。结果表明: 土壤硝态氮含量和强度随施氮量增加而升高,但同一施氮水平下间作均低于单作。施氮提高了土壤硝化势,且单作的响应高于间作。土壤中氨氧化细菌(AOB)的amoA基因丰度大于氨氧化古菌(AOA),二者在间作时均随施氮量增加呈现先增加后降低的趋势;相同施氮量下,间作的AOA和AOB基因丰度(除N₂外)均低于单作。相关分析、回归分析和主成分分析显示,马铃薯间作后,土壤AOB、AOA的amoA基因丰度下降,硝化势减弱,导致土壤硝态氮含量和强度降低。因此,间作导致土壤硝态氮供应降低与土壤氮转化的微生物过程有关,间作条件下的马铃薯种植应注意保障土壤氮素供应。

转Cry1Ah基因抗虫玉米HGK60对田间节肢动物及杂草多样性的影响

陈彦君, 关潇, 任梦云

2020, 31(12):  4180-4188.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.031

摘要 ( 275 )   PDF (1803KB) ( 24 )  

近年来,随着转基因技术快速发展,转基因作物环境释放风险成为需要重点关注的问题,而对生物多样性的影响研究是客观评价其风险的重要手段。本研究以2018年海南春、冬两季转Cry1Ah基因抗虫玉米‘HGK60'及其对照常规玉米‘郑58'为研究对象,重点探讨了其对田间节肢动物、虫害及杂草多样性的影响。 结果表明: 田间调查共记录节肢动物43753头,隶属7目19科69种,转基因抗虫玉米HGK60与对照常规玉米郑58的节肢动物群落组成、结构及各生态指标均无显著差异;与郑58玉米相比,转基因抗虫玉米HGK60对钻蛀类害虫具有明显的抗性;田间杂草隶属8科16种,转基因抗虫玉米HGK60与郑58玉米田间杂草在密度及各生态指标上差异均不显著,且二者在整个生育期的变化趋势基本一致。说明转Cry1Ah基因抗虫玉米HGK60的种植对田间节肢动物及杂草多样性无显著的影响。该结果为转基因作物的环境风险研究提供了一定的数据支持。

石灰碳铵熏蒸联合生物有机肥对香蕉枯萎病和细菌群落的影响

刘珊珊, 夏萌, 胡夏茹, 王云舟, 李春雨, 陶成圆, 沈宗专, 张楠, 李荣, 沈其荣

2020, 31(12):  4189-4196.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.032

摘要 ( 369 )   PDF (918KB) ( 32 )  

以连续种植的香蕉枯萎病高发病蕉园为试验点,通过实时定量PCR和高通量测序等方法,研究了田间条件下石灰碳铵熏蒸联合生物有机肥施用对香蕉枯萎病的防治效果,以及对土壤细菌群落结构和组成的影响。结果表明: 与不熏蒸施用有机肥(OF)相比,香蕉枯萎病发病率在施用有机肥前使用石灰碳铵进行熏蒸处理(LAOF)和施用生物有机肥前使用石灰碳铵进行熏蒸处理(LABF)中分别降低了13.3%和21.7%,病原菌的拷贝数分别降低了22.4%和33.0%。与OF处理相比,石灰碳铵熏蒸联合不同肥料施用均显著降低了细菌的丰富度和多样性,形成了明显不同的群落结构,且熏蒸对群落组成的差异产生了决定性的影响。LABF的细菌丰富度和多样性均低于其他处理,群落组成也与其他处理存在明显差异。与OF处理相比,熏蒸处理(LAOF和LABF)显著增加了土壤中水恒杆菌、布鲁式菌和漯河杆菌属的相对丰度,且在LABF中的相对丰度均高于LAOF,水恒杆菌和布鲁式菌的相对丰度差异显著。在田间条件下,施用生物有机肥之前使用石灰碳铵进行熏蒸处理能够显著降低病原菌数量,改变土壤细菌群落结构,激发土壤有益微生物,从而减少香蕉枯萎病的发生。

茉莉酸甲酯对菊花抗蚜性的影响

樊婕, 张雪莹, 孙宪芝, 许冰雁

2020, 31(12):  4197-4205.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.039

摘要 ( 368 )   PDF (3346KB) ( 33 )  

本研究以杭白菊为试验材料,分析茉莉酸甲酯对菊花抗蚜性的影响。供试幼苗叶面喷施不同浓度(0.01、0.05、0.1、0.5、1 mmol·L^-1)茉莉酸甲酯后接种菊姬长管蚜,测定外源茉莉酸甲酯对蚜虫胁迫下菊花叶片的保护酶、防御酶活性、渗透性物质、次生代谢物和茉莉酸途径关键酶基因表达的影响,探究菊花抗蚜性与茉莉酸信号途径的关系。结果表明: 0.01、0.05、0.1、0.5、1 mmol·L^-1浓度的茉莉酸甲酯均显著提高了杭白菊叶片的保护酶、防御酶活性及次生代谢物含量,降低了丙二醛和可溶性糖含量,外源茉莉酸甲酯处理诱导杭白菊CmAOS和CmCOI1的表达,并使内源茉莉酸含量显著增加,杭白菊的抗蚜性增强。

湖北梁子湖流域社会生态系统可持续发展的“安全公正空间”

苏彦瑜, 李燕, 董旭辉

2020, 31(12):  4206-4214.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.011

摘要 ( 375 )   PDF (1666KB) ( 128 )  

近年来日益增强的人类活动正逐步威胁着地球生态系统的健康发展,给区域可持续发展及环境保护带来了巨大的挑战。如何在社会经济发展的同时维持安全的生态环境？这是可持续发展研究的一个重要问题。本研究借鉴“安全公正空间”理论框架,以长江中下游地区梁子湖流域为例,综合湖泊沉积记录、环境监测数据和社会经济数据,分析该区域内关键生态-环境过程的现状及居民社会福祉指标达成度(达成度指社会基础指标当前值相对于目标值的完成情况),构建了梁子湖流域社会生态系统可持续发展的“安全公正空间”。结果表明: 梁子湖流域内淡水利用、耕地资源、空气质量、水土保持和化学污染等指标超越了环境上限,处于“危险”状态,未来的环境管理中需重点调控;在社会福祉方面,清洁用水与卫生设施、产业创新维度的达成度相对较低;人均GDP与水土保持和空气质量呈显著负相关,体现了社会经济发展对水、土、气的负面效应。本研究借助多源环境数据,特别是湖泊沉积的长序列数据,有效再现了历史环境变化过程,揭示了流域社会生态系统管理中面临的环境及居民福祉短板,为区域可持续发展提供了重要的参考信息。

辽河油田土壤石油污染及其微生物群落特征

赵明阳, 王卅, 李凤梅, 郭书海, 高鹏

2020, 31(12):  4215-4224.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.040

摘要 ( 353 )   PDF (1045KB) ( 33 )  

本研究采取辽河油田曙光采油厂、欢喜岭采油厂和锦州采油厂井场周边土壤,并以未污染稻田土壤作为对照,分析了各采样点的土壤理化性质、石油烃浓度组成及土壤微生物群落结构。结果表明: 1) 3个采油厂井场周边土壤均受到严重的石油烃污染,但其石油烃浓度及组成存在一定的差异,曙光和欢喜岭采油厂土壤石油烃平均浓度是锦州采油厂的2倍以上;曙光采油厂土壤中胶质沥青质含量最高,而欢喜岭和锦州采油厂土壤中烷烃含量最高,比例均在40%以上。2)与稻田土壤相比,锦州采油厂土壤微生物操作分类单元(OTU)、Chao1指数和Shannon指数升高,而其在曙光和欢喜岭采油厂土壤中降低;各采油厂土壤样品中存在相同的优势菌门及菌属,但丰度存在较大差异。锦州采油厂土壤中分枝杆菌属、假单胞菌属的丰度高,曙光采油厂土壤中鞘氨醇单胞菌属、类诺卡氏菌属、马赛菌属的丰度高,而欢喜岭采油厂土壤中溶杆菌属、硫杆菌属、假节杆菌属的丰度高。3)相关分析表明,鞘氨醇单胞菌属、类诺卡氏菌属、硫杆菌属、马赛菌属、假节杆菌属与总石油烃、总有机碳和胶质沥青质含量呈显著正相关,分枝杆菌属、溶杆菌属、假单胞菌属与总氮和总磷呈显著正相关。本研究系统分析了不同采油厂土壤中石油烃、土壤理化性质和微生物群落特征,揭示了辽河油田污染土壤中特定的优势菌属和群落结构,为辽河油田石油烃污染土壤修复功能微生物筛选及修复过程菌群构建提供理论依据,也为其他油田高效降解菌筛选提供了方法借鉴。

渭河陕西段沉积物重金属空间分布及来源解析

李玄添, 张风宝, 杨明义

2020, 31(12):  4225-4234.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.035

摘要 ( 460 )   PDF (2206KB) ( 48 )  

为了了解渭河陕西段河道沉积物重金属空间分布特征,本研究对渭河陕西段干流及其支流17个采样点沉积物中的10种重金属元素(Cd、Sb、As、Co、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn、Mn)含量进行测定及来源辨析。结果表明: 重金属元素Cd、Sb、As、Co、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn、Mn的平均含量分别为0.10、1.24、11.73、11.95、24.90、24.91、29.31、54.18、72.74、626.85 mg·kg^-1, 除Cd的变异系数大于1以外,其他元素的变异系数均低于0.5。其中,Cd、Pb、Cr含量于灞河入渭处达到峰值,Co和Mn在黑河入渭处达到峰值,Cu和Zn在清姜河入渭处达到峰值, Sb、As和Ni分别于沙王渡、咸阳铁桥和林家村处达到峰值。相关性分析、主成分分析和聚类分析表明,Cd、Co、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn、Mn主要来源于以工业源和生活源为主的污染源;Sb、As主要来源于农业和地球化学污染源。

吲哚乙酸对铝胁迫下栝楼生理响应及DNA损伤的缓解作用

李文静, 毛纪隆, 吴玉环, 唐可, 潘芳芳, 方芳, 蔡妙珍, 刘鹏

2020, 31(12):  4235-4242.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.009

摘要 ( 283 )   PDF (3199KB) ( 23 )  

为探究IAA(吲哚乙酸)对铝胁迫下栝楼生理响应及DNA损伤的缓解,本研究以河北安国栝楼(耐铝品种)和浙江浦阳栝楼(铝敏感品种)为材料进行水培试验,研究300、800 μmol·L^-1(分别用Al₃₀₀和Al₈₀₀表示)铝环境下不同浓度IAA(0、10、25、50、75 μmol·L^-1,分别以I₀、I₁₀、I₂₅、I₅₀和I₇₅表示)对2个栝楼品种的抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)、光合特性、根系活力、叶绿素含量和DNA损伤的影响。结果表明: 与对照相比,铝胁迫条件下,安国和浦阳品种栝楼的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性、光合作用能力、根系活力等生理指标受到不同程度的抑制,MDA含量明显升高,DNA损伤加重。铝胁迫条件下,与无IAA喷施相比,10～50 μmol·L^-1IAA作用下安国和浦阳栝楼的SOD、CAT和POD酶活性最大增幅分别为15.0%、31.2%、72.3%和13.8%、26.9%、26.4%,叶绿素含量显著增加49.9%和17.9%,MDA积累量减少39.2%和22.4%,荧光参数得到明显改善。25 μmol·L^-1IAA使安国和浦阳栝楼根系活力显著增加159.1%和90.9%,50 μmol·L^-1IAA可有效减缓2个品种栝楼根系DNA拖尾现象,尾部 DNA 百分含量与尾部距离的乘积(OTM)值最大降幅可达27.6%。10～50 μmol·L^-1 IAA能有效提升铝胁迫下栝楼的生理活性,减缓DNA损伤程度,且安国品种的耐铝胁迫能力大于浦阳品种。

植被修复对重度盐碱地土壤酶活性和酶反应热力学特征的影响

罗慧, 冯程程, 岳中辉, 赵境怡, 唐卓磊

2020, 31(12):  4243-4250.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.025

摘要 ( 290 )   PDF (778KB) ( 36 )  

由于环境变化和人为干扰,松嫩平原盐碱化土地面积不断增加,盐碱化程度也在不断加剧。本试验以松嫩平原西部盐碱化土壤为对象,研究了自然植被、羊草、燕麦和苜蓿修复对重度盐碱化土壤2种氧化还原酶(过氧化氢酶、多酚氧化酶)和3种水解酶(碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶)活性和酶反应热力学特征的影响。结果表明: 随着温度的升高,5种土壤酶活性、活化自由能(ΔG)都逐渐升高,在40 ℃(或45 ℃)时达到最高,而土壤酶的活化焓(ΔH)和活化熵(ΔS)无显著变化;温度每增加10 ℃时的温度系数(Q₁₀)变化较小,范围为1.05～1.36。与裸地相比,过氧化氢酶活性在自然植被和羊草修复地升高,而在燕麦和苜蓿修复地降低,ΔG和酶活性的变化规律则相反,而ΔH、ΔS在羊草、燕麦修复地升高,在自然植被和苜蓿修复地降低;多酚氧化酶活性在各修复地都降低或不变,ΔH、ΔS在自然植被和羊草修复地降低,而在燕麦和苜蓿修复地不变,ΔG在各修复样地都表现为在40 ℃时升高,在其他温度下均降低或不变。在各修复地,3种水解酶活性均升高,酶的ΔG降低或不变,而ΔH和ΔS则差异较大。土壤酶活性及其热力学特征对温度变化和植被修复的响应存在较大差异。研究结果可为重度盐碱化土壤的修复提供理论依据。

贵阳市不同形态住区的日照环境

姚霞, 吝涛, 叶红, 睢晋玲, 胡凯群, 周昊, 周长威

2020, 31(12):  4251-4257.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.015

摘要 ( 432 )   PDF (3027KB) ( 26 )  

本研究选取贵阳市高层高密度、高层低密度、中层高密度、中层低密度、低层高密度和低层低密度6种不同形态的住区为对象,通过构建日照合规率和建筑日照时数比,对比分析6种不同形态住区的日照环境特征及其影响因素。结果表明: 贵阳市6种不同形态住区的日照合规率平均值分别为36.9%、61.9%、20.6%、69.6%、26.5%、45.0%,低密度形态住区的日照合规率比同类型高密度形态住区平均高2.25倍,低密度形态住区的日照环境较好。不同类型低密度形态住区的日照环境不同,高层低密度和中层低密度形态的日照时数集中在5～6 h,建筑日照时数比分别为0.24和0.32;低层低密度形态的日照时数以6～7 h为主,建筑日照时数比为0.28。相对于其他形态住区,低层低密度住区的日照环境最好。容积率与住区0～1 h日照时数的建筑日照时数比呈显著正相关。

闽江河口芦苇与短叶茳芏空间扩展对湿地系统磷赋存特征的影响

张鹏飞, 孙志高, 陈冰冰, 胡星云, 李晓, 何涛, 毛立, 张雯婷

2020, 31(12):  4258-4266.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.036

摘要 ( 358 )   PDF (949KB) ( 26 )  

本研究选择闽江河口鳝鱼滩芦苇和短叶茳芏空间扩展前的芦苇湿地、短叶茳芏湿地,以及二者空间扩展形成的交错带湿地为对象,探讨了两种植物空间扩展过程中植物-土壤系统的全磷(TP)赋存特征及其主要影响因素。结果表明: 在空间扩展影响下,湿地植物和土壤的TP含量均发生了明显变化。其中,交错带湿地土壤的TP含量比芦苇湿地和短叶茳芏湿地土壤分别增加了20.0%和7.1%。这与芦苇和短叶茳芏空间扩展过程中土壤的颗粒组成以及植物的生物量、根冠比变化有关。除叶外,交错带芦苇不同器官的TP含量整体均低于短叶茳芏的相应器官。这与二者在交错带生境中对P养分吸收利用与转运方式的差异有关。另外,空间扩展导致的竞争作用使二者的P分配比也发生较大变化,与纯群落相比,交错带芦苇提高了根、叶的P分配比,而交错带短叶茳芏提高了根的P分配比。芦苇和短叶茳芏为了应对空间扩展过程中的竞争可能采取了不同的P养分利用策略,前者通过加强根部P养分吸收和提高叶片光合作用的方式来占据竞争优势,而后者通过提高根系生物量以增强对P养分吸收利用的方式来抗衡来自芦苇的竞争。

我国热带金枪鱼围网人工集鱼装置特征及随附鱼群行为

王禹程, 周成, 许柳雄, 万荣, 王学昉, 谢程兰, 唐浩

2020, 31(12):  4267-4276.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.037

摘要 ( 532 )   PDF (838KB) ( 50 )  

金枪鱼围网渔船使用人工集鱼装置(FADs)可以增加对金枪鱼随附鱼群的捕捞能力,而大规模投放FADs引起的生态问题在数十年间引起了国际社会的广泛关注。因此,开发高效集鱼能力并降低生态影响的FADs是金枪鱼围网渔业面临的挑战。由于缺乏大量试验研究,目前对FADs和捕捞物种之间相互关系的理解极其有限。本研究通过对从事金枪鱼围网捕捞生产的船长进行问卷调查,从渔民经验的角度总结了FADs的投放现状、结构设计、捕捞和生态特性,以及随附鱼群的行为特征等,并基于一致性指数(IoC)对调查内容的认知差异进行量化。结果表明: 我国金枪鱼围网船单船每年平均投放的FADs数量为(102±37),丢失数量为(72±15)。FADs的集鱼效果优于天然流木,水下悬挂结构是吸引金枪鱼的主要原因,且悬挂吸引物(如漂带)有助于诱集金枪鱼集群。FADs投放后金枪鱼的首次出现时间平均约32 d,此后的1个月内集群量趋于稳定;海龟或鲨鱼被FADs网状结构缠绕的情况偶有发生。被调查者对“生物附着对集群效果的影响”和“优化FADs隐蔽性的意愿”两个问题的反馈具有较高的一致性(IoC均为0.73),对“筏体结构类型对集群效果影响”的反馈答案分歧较大(IoC=0.34)。当前FADs的设计存在低隐蔽性和导致非目标鱼种高脆弱性的弊端。研究结果可为开发生态效应和捕捞效益兼具的生态友好型FADs提供科学依据。

基于胃含物和稳定同位素研究海州湾长蛇鲻的摄食习性

高元新, 隋昊志, 任晓明, 徐宾铎, 张崇良, 任一平, 薛莹

2020, 31(12):  4277-4283.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.038

摘要 ( 290 )   PDF (966KB) ( 43 )  

长蛇鲻(Saurida elongate)为温水性近海底栖鱼类,是目前海州湾的优势鱼种之一,在海州湾食物网中占据重要地位。本研究基于海州湾底拖网调查采集的样品,结合胃含物分析和碳、氮稳定同位素技术,分析了长蛇鲻的摄食习性。结果表明: 海州湾长蛇鲻摄食的主要饵料生物为戴氏赤虾、枪乌贼、长丝虾虎鱼、鳀、六丝钝尾虾虎鱼、细条天竺鲷、尖海龙和绯鱼衔。其δ¹³C值范围在-19.39‰～-16.23‰之间,平均值为(-18.01±0.85)‰,与体长无显著相关性;δ¹⁵N值范围在9.56‰～13.36‰之间,平均值为(11.77±0.86)‰,与体长呈显著正相关。长蛇鲻不同体长组的饵料生物贡献度差异较大,随着体长增加,其捕食能力增强、摄食器官逐渐完善、摄食饵料生物的比例发生变化,可能是导致其摄食习性随体长变化的主要原因。本研究有助于深入了解海州湾长蛇鲻的摄食生态,为海州湾食物网营养动力学研究提供了基础资料。

西藏朗错秋季裸鲤属营养生态位及种间食物关系

李雷, 金星, 马波, 吴松, 汤施展

2020, 31(12):  4284-4290.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.034

摘要 ( 392 )   PDF (650KB) ( 38 )  

西藏朗错海拔4300 m,是典型的高原湖泊之一。湖内具有兰格湖裸鲤和拉孜裸鲤共存的现象。本研究采用碳、氮稳定同位素技术分析了2018年秋季兰格湖裸鲤和拉孜裸鲤的食物组成和营养生态位,探讨了两种裸鲤的种间食物关系,包括饵料相似性和重叠系数。结果表明: 兰格湖裸鲤主要摄食蜉蝣类幼虫、摇蚊类幼虫、着生藻类、钩虾类和浮游生物;拉孜裸鲤主要摄食蜉蝣类幼虫、着生藻类、摇蚊类幼虫、钩虾类和水生维管束植物。两种裸鲤的营养生态位存在重叠,兰格湖裸鲤的δ¹³C值变幅(CR=1.60)、δ¹⁵N值变幅(NR=1.89)和凸多边形,总面积(TA=1.80)均小于拉孜裸鲤,差值分别为0.09、0.57和1.29。两种裸鲤的饵料相似性系数(94.2％)和重叠系数(91.5%)均较高,表明秋季西藏朗错两种裸鲤可能存在激烈的种间食物竞争关系。

综合评述

特定化合物同位素分析技术在树木非结构性碳水化合物研究中的应用

刁浩宇, 王安志, 袁凤辉, 关德新, 孙雨, 吴家兵

2020, 31(12):  4291-4300.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.024

摘要 ( 460 )   PDF (865KB) ( 78 )  

特定化合物同位素分析(CSIA)可以实现对复杂基质中特定化合物稳定碳同位素组成(δ¹³C)的精确测定。应用此方法测定树木非结构性碳水化合物(NSC)中特定成分(如糖类、有机酸和糖醇)的δ¹³C,不仅能够追踪新同化的光合产物在树木中的运移及与外界的碳交换,还能够更敏感地指示树木生理状况对环境变化的响应。本文首先系统介绍了CSIA从样品采集、处理到δ¹³C测定的方法,然后综述了树木NSC中各成分之间及各成分在不同器官之间的δ¹³C差异,阐述了树木NSC的δ¹³C时间动态变化特征及内在机制,最后分析了NSC作为主要呼吸底物,其δ¹³C与树木呼吸释放CO₂的δ¹³C(δ¹³C_R)之间的联系,并针对CSIA分析技术在后光合分馏、树木逆境生理和年轮δ¹³C形成机制等研究的应用前景提出了展望。

蚂蚁扰动对土壤有机碳循环过程的影响研究进展

张雪慧, 张仲胜, 武海涛

2020, 31(12):  4301-4311.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.033

摘要 ( 359 )   PDF (1574KB) ( 159 )  

蚂蚁作为生态系统的消费者和分解者,其对土壤有机碳库的影响一直是学术界研究的热点。目前研究主要从蚂蚁对土壤宏量元素储量、理化性质、微生物群落活动等方面探究蚂蚁对土壤有机碳库的影响。本文综述了蚂蚁扰动对土壤有机碳循环过程特征的影响。蚂蚁筑巢改变了蚁穴土壤的微生境、微气候与土壤理化性质,并通过重构土壤微生物群落结构特征、调控地表植被演替过程与格局等方式,直接或间接的影响蚁巢中土壤有机碳来源、碳库分配过程、有机碳库稳定性、有机质微观分子特征等,在微域、局地乃至景观尺度上影响土壤有机碳的循环过程。未来研究应着重从量化蚂蚁扰动及其导致的环境因子波动对土壤碳通量变化的贡献、建立定量模型联系并统一蚂蚁影响下土壤碳循环过程、厘清蚂蚁影响土壤有机碳库稳定性的机制等方面开展深入研究,揭示蚂蚁作为“生态工程师”在调控土壤碳循环过程中的作用机制。

生物炭对农田土壤氨挥发的影响机制研究进展

许云翔, 何莉莉, 陈金媛, 刘玉学, 吕豪豪, 汪玉瑛, 杨生茂

2020, 31(12):  4312-4320.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.021

摘要 ( 597 )   PDF (965KB) ( 125 )  

降低土壤氨挥发量是农田生态系统中减少土壤氮素损失、提高氮肥利用率的关键途径之一。生物炭具有独特的理化性质,施入土壤后可改变土壤理化性状,影响土壤氮素循环,并对农田土壤中氨挥发产生重要的影响。本文首先介绍了稻田和旱田两种土地利用方式下农田氨挥发过程及其影响因素(气候条件、土壤环境、施肥管理等);其次,重点综述了生物炭对农田生态系统氨挥发影响的研究进展,并从物理吸附机制、气液平衡机制、生物化学过程调节机制等方面探讨了生物炭介入下农田土壤氨挥发的响应机制,认为土壤氨挥发减排的响应主要是基于生物炭表面含氧官能团对土壤NH₄⁺和NH₃的吸附作用及促进土壤硝化作用;而生物炭增加土壤氨挥发排放主要与生物炭提高土壤pH值和透气性、增强土壤有机氮矿化微生物活性有关。最后,对生物炭减少土壤氨挥发、提高氮肥利用率的研究方向进行了展望。

渍害胁迫下小麦生长的响应机理及调控措施研究进展

高敬文, 苏瑶, 沈阿林

2020, 31(12):  4321-4330.  doi:10.13287/j.1001-9332.202012.028

摘要 ( 416 )   PDF (639KB) ( 103 )  

全球气候变化导致近年来渍害频发,而旱地作物小麦对渍害敏感。受气候、土壤、轮作制度等因素的影响,我国长江中下游小麦主产区的渍害灾情严重。渍害引起的土壤溶氧量降低可以导致小麦根系生长受到抑制,进而限制植株生长,最终降低小麦产量和品质。本文基于国内外相关研究,从根系呼吸代谢、水分传导、矿质养分吸收、光合作用、氧化还原代谢等方面概述了渍害胁迫抑制小麦生长的生理机理;讨论了小麦通过无氧呼吸维持能量供应和改变根系形态维持氧气供应等渍害适应机制;总结了肥料调控、生长调节剂调控和胁迫记忆等栽培措施在小麦抗渍上的应用及其机理,并对未来小麦抗渍研究进行了展望,以期为小麦的耐渍栽培和稳产高产管理提供理论支撑。