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2021年 第32卷 第3期    刊出日期：2021-03-15

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2021, 32(3):  770-770. 

摘要 ( 171 )   PDF (9510KB) ( 144 )  

主编观点

大尺度陆地生态系统管理的理论基础及其应用研究的思考

于贵瑞, 杨萌, 付超, 王秋凤, 陈智

2021, 32(3):  771-787.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.040

摘要 ( 576 )   PDF (3769KB) ( 281 )  

大尺度陆地生态系统管理是解决当前全球资源环境挑战、应对气候变化、治理区域生态环境、实现社会经济可持续发展的重要技术途径,是全球自然资源和生态保护理论及应用研究的热点。本文采用对过去20年间的几个国际大型生态系统管理行动计划跟踪分析方法,从生态系统管理学科发展、理论基础及应用研究的视角,对生态系统管理概念及其应用问题进行了重新思考,具体内容包括以下3个方面: 首先,回顾了生态系统管理科学概念及应用实践的发展历程,讨论了概念的内涵及其再定义,归纳了生态系统管理社会实践及其对学科发展的贡献。其次,明确了生态系统管理研究的科技使命及基本任务,梳理了生态系统管理科学的科学体系及其主要研究领域,概括了生态系统管理科学的生态学基础理论及知识体系,明确了生态系统管理行动的关键环节、管理方案的基本要素与管理途径。最后,分析了生态系统管理科学研究及学科发展的新趋势,讨论了生态系统管理科学的重点研究空间尺度和对象系统,提出了全球生态系统管理的前沿科学问题,整合生态学研究思维及宏生态系统途径,以期为中国的生态系统管理科学研究及学科发展提供参考。

研究论文

欧洲典型树种展叶始期的时空变化及其对气候变化的响应

林少植, 葛全胜, 王焕炯

2021, 32(3):  788-798.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.019

摘要 ( 399 )   PDF (5031KB) ( 94 )  

近年来,全球变暖对植物春季物候期产生了显著影响。很多研究报道了中国地区木本植物春季物候期变化的时空格局,但在同处于北半球温带地区的欧洲则相关研究较少。为了增进物候变化及其对气候变化响应规律的区域对比,本研究利用欧洲地区展叶始期(1980—2014年)数据和相应的气象数据,研究欧洲七叶树、垂枝桦、欧洲山毛榉和夏栎4种典型木本植物展叶始期的时空变化格局,并识别影响物候变化的主要气候因子。结果表明: 1980—2014年,研究区4种植物的展叶始期以3.3～7.5 d·10 a^-1的趋势显著提前。展叶始期自南向北以每纬度2.03～3.19 d的速率推迟,自西向东以每经度0.19～0.80 d的速率推迟(除欧洲山毛榉外),海拔自低到高以2.25～3.44 d·100 m^-1的速率推迟。展叶始期的提前主要与春季温度的增高和冬春季降水量的增加有关,而秋冬季温度的升高对展叶始期有一定的推迟效应。

中国国家森林公园碳储量及固碳速率的时空动态

李威, 黄玫, 张远东, 顾峰雪, 巩贺, 郭瑞, 钟秀丽, 严昌荣

2021, 32(3):  799-809.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.015

摘要 ( 989 )   PDF (2251KB) ( 281 )  

森林生态系统在调节气候变化和维持碳平衡中具有重要作用。国家森林公园是森林保护的主要载体,探明其碳储量和固碳速率的变化对于森林生态系统的固碳能力评估和可持续经营管理具有重要意义。本研究采用生态系统过程模型CEVSA2模型,模拟了1982—2017年中国881处国家森林公园的碳密度、碳储量和固碳速率的空间分布特征。结果表明: 国家森林公园平均碳密度为255.18 t C·hm^-2,高于中国森林生态系统平均碳密度。2017年,国家森林公园总碳储量为3.56 Pg C,占全国森林生态系统总碳储量的11.0%~12.2%。1982—2017年国家森林公园平均固碳速率达到0.45 t C·hm^-2·a^-1,各地区国家森林公园固碳速率都在0.30 t C·hm^-2·a^-1以上。东北和西南地区国家森林公园的总碳储量最高。东北地区国家森林公园的土壤有机碳固碳速率最高,而华东和中南地区国家森林公园的植被碳固碳速率最高。国家森林公园面积占中国森林总面积的5.8%,在森林碳汇管理中占据着重要地位。准确评估国家森林公园的森林生长状况、固碳潜力和碳吸收特征,可为我国森林公园生态系统服务功能的总体评估提供借鉴和参考。

自然与人工恢复对川西高山采伐迹地植物群落特征的影响

许倩, 石松林, 贾龙玉, 白海, 曹吉鑫, 王国严, 彭培好

2021, 32(3):  810-818.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.002

摘要 ( 346 )   PDF (840KB) ( 42 )  

以天然林为对照,选取自然恢复(40年)与人工恢复(30、40和50年)下川西高山采伐迹地,研究不同恢复途径下川西高山采伐迹地的植物群落特征。结果表明: 采伐迹地经过40年的自然恢复演替成为高山绣线菊次生灌丛,人工恢复后成为川西云杉林,与天然林群落相似性分别为极不相似(0.19)和中等不相似(0.28~0.49)。自然与人工恢复采伐迹地的灌木层物种多样性均低于天然林,而草本层高于天然林。随着恢复年限的增加,人工林胸高断面积、蓄积量、径级幅度、物种多样性指数及与天然林群落的相似性均呈现增加的趋势,而林分密度逐渐减小。人工林面临林分密度较高、结构不合理、同龄纯林和林下更新差等问题。

沙棘属植物叶片碳稳定同位素含量与气候的关系

贺玲威, 杨君珑, 李小伟

2021, 32(3):  819-824.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.007

摘要 ( 363 )   PDF (1048KB) ( 31 )  

本试验以131个沙棘属植物种群为研究对象,通过测定其叶片碳稳定同位素(δ¹³C)值,分析了碳稳定同位素特征与环境因子之间的关系。结果表明: 沙棘属植物叶片的δ¹³C值介于-24.65‰～-29.11‰,平均值为-26.97‰,属于C3植物,叶片δ¹³C值变异系数为种内大于种间,表明环境因子是影响沙棘属植物叶片δ¹³C含量变化的主导因素。沙棘属植物叶片的δ¹³C值与经纬度的变化无显著相关,与海拔呈显著负相关。通过建立回归方程: δ¹³C(‰)=0.118VAP-0.007GST-0.000028RDA-20.721(R²=0.212,P<0.0001),说明影响沙棘属叶片δ¹³C值最主要的因素是水蒸气压(VAP)、生长季温度(GST)和太阳辐射(RDA)。研究结果可为沙棘属植物对全球气候变化的响应提供理论依据。

亚热带典型森林地上和地下凋落物输入对土壤新老有机碳动态平衡的影响

洪小敏, 魏强, 李梦娇, 余坦蔚, 严强, 胡亚林

2021, 32(3):  825-835.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.008

摘要 ( 464 )   PDF (1628KB) ( 127 )  

凋落物是森林土壤有机碳(SOC)形成、稳定和周转的重要影响因子。目前针对亚热带不同类型森林地上和地下凋落物对新SOC累积和老SOC输出动态平衡的影响仍不清楚。本研究以中亚热带常绿阔叶天然林、马尾松人工林和杉木人工林为对象,基于C3/C4植物-土壤置换试验,利用稳定同位素¹³C示踪方法开展3年野外定位试验,分析了森林地上、地下凋落物输入对SOC周转的影响。结果表明: 森林类型、凋落物处理和时间均能显著影响SOC含量、土壤δ¹³C值、新SOC和老SOC含量,且存在显著的森林类型×凋落物处理交互效应。地上和地下凋落物输入均能显著提高SOC含量和净增量,与杉木人工林相比,天然林SOC对凋落物输入的响应更敏感。凋落物输入显著降低了土壤δ¹³C值,且天然林、马尾松人工林土壤δ¹³C显著低于杉木人工林。在马尾松人工林,地下凋落物处理的新SOC含量显著高于地上凋落物;在天然林和马尾松人工林,地下凋落物输入处理的老SOC含量显著低于地上凋落物处理。此外,地上凋落物归还量和地下根生物量与SOC含量和净增量呈显著正相关,而地下根凋落物量和C/N与新SOC含量呈显著正相关。森林地下凋落物比地上凋落物输入对SOC周转的影响更重要,且不同森林凋落物输入对SOC的影响存在差异性。本研究可为揭示亚热带典型森林土壤有机碳库的形成和可持续管理提供依据。

利用机载激光雷达技术估测东北林区典型针叶林的蓄积量

袁钰娜, 彭道黎, 王威, 曾伟生

2021, 32(3):  836-844.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.001

摘要 ( 283 )   PDF (1055KB) ( 91 )  

为了推广激光雷达技术在森林蓄积量估测计量方面的应用,本研究以东北林区云冷杉林、落叶松林、红松林和樟子松林4种典型针叶林为对象,基于机载激光雷达获取的点云数据提取特征变量,结合800块地面样地数据,采用逐步回归方法和偏最小二乘方法,建立4种针叶林的蓄积量模型。结果表明: 偏最小二乘法建立的模型精度优于逐步回归方法(ΔR²=0.05～0.15,ΔRRMSE=2.6%～4.2%);在参与建模的3类点云特征变量中,贡献最大的是点云高度变量(被选择26次),其他变量有一定的辅助作用(分别被选择12次和11次);使用偏最小二乘方法建立的林分蓄积量模型中,红松林(R²=0.79,RMSE=60.92,RRMSE=22.9%)和落叶松林(R²=0.76,RMSE=28.39,RRMSE=25.8%)的精度最高,云冷杉林(R²=0.81,RMSE=46.96,RRMSE=27.7%)次之,樟子松林(R²=0.50,RMSE=55.49,RRMSE=30.4%)的精度稍低。研究结果为东北林区4种典型针叶林蓄积量估测提供了一种有效的方法。

增温背景下克氏针茅枯黄期物候对降水响应的光合生理机制

王思琪, 周广胜, 周梦子, 吕晓敏, 周莉, 汲玉河

2021, 32(3):  845-852.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.003

摘要 ( 304 )   PDF (1243KB) ( 42 )  

基于红外线辐射增温与控水相结合的原位模拟试验资料,分析了克氏针茅(Stipa krylovii)枯黄期对水热变化响应的光合生理机制。结果表明: 增温背景下降水是枯黄期的主要影响因子,增水(减水)导致枯黄始期和枯黄盛期的发生时间均延迟(提前),枯黄期持续时间均延长,减水处理对枯黄期持续时间的延长作用更显著。增温背景下,降水变化显著影响枯黄期的生理生态特性,且在枯黄始期最为显著,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)羧化的最大速率(V_{c max})、RuBP再生能力的最大速率(J_max)均与降水量呈显著正相关。通径分析表明,克氏针茅枯黄期的光合生理机制因水热变化的不同而异。当前环境条件下,枯黄期物候变化的主要影响因子是J_max,主要限制因子是V_{c max}。未来暖干和暖湿气候下枯黄期物候变化的主要影响因子均是V_{c max};但在暖干气候下主要限制因子为J_max,而在暖湿气候下则无限制因子。这表明克氏针茅枯黄期物候的变化取决于气候环境条件变化对其光合能力的影响。

干旱胁迫下华北落叶松幼苗接种木霉的生理变化

孙悦燕, 王秀丽, 高润梅, 李进

2021, 32(3):  853-859.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.004

摘要 ( 312 )   PDF (688KB) ( 43 )  

水分匮缺显著影响林木更新,根际接种木霉可减缓林木所受干旱胁迫的影响。本研究通过人工控水试验,分析了根际接种木霉对干旱条件下(轻度、中度和重度干旱,培养基质相对含水量分别为50%～60%、35%～50%、20%～35%)华北落叶松幼苗针叶抗氧化系统和渗透物质的生理影响。结果表明: 随着干旱胁迫加剧,幼苗针叶的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性显著增强,丙二醛和脯氨酸含量持续上升,可溶性蛋白质和淀粉含量呈现下降的趋势。接种木霉后,干旱胁迫下幼苗针叶的SOD和POD活性增幅更大,丙二醛含量上升幅度减小。中度干旱条件下,接菌苗的POD活性是未接菌苗的1.8倍,丙二醛含量是未接菌苗的62.9%。接菌后,干旱胁迫下幼苗针叶的脯氨酸、可溶性蛋白质、可溶性糖和淀粉含量均高于未接菌幼苗。根际接种木霉后,受干旱胁迫的华北落叶松幼苗的抗氧化系统和渗透物质调节能力增强,幼苗对干旱胁迫的耐受性增强。在华北地区气候日趋暖干化的趋势下,可将根际接种木霉技术推广用于华北落叶松人工造林或林下抚育。

内蒙古草原巴拉格尔河流域不同水体转化特征及环境驱动因素

房丽晶, 高瑞忠, 贾德彬, 于瑞宏, 刘心宇, 刘廷玺, 王喜喜

2021, 32(3):  860-868.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.24

摘要 ( 479 )   PDF (2837KB) ( 37 )  

内蒙古高原草原流域是我国内陆重要的生态屏障,水资源演化对该区域社会经济发展和生态环境保护具有重要意义。本研究选取巴拉格尔河流域为对象,于2018—2019年丰、枯水期采集降水、河水、浅层地下水共254份水样,测定其物理化学指标、δD和δ¹⁸O,运用同位素技术、数理统计和反距离权重法分析不同水体中稳定同位素的组成关系、时空变化及其影响因子,并结合氘盈余(d-excess)及同位素混合比公式,揭示不同水体的转换关系,识别其演化的环境驱动因素。结果表明: 研究期间,大气降水、河水、浅层地下水呈现δD、δ¹⁸O丰水期高、枯水期低的特征;草原流域不同水体时空转化的主要环境驱动因素为温度、海拔和地下水埋深,地下水δD、δ¹⁸O、河水δD与海拔均呈显著负相关;浅层地下水埋深小于10 m时,δD、δ¹⁸O变化大,大于10 m时则趋于稳定;大气降水的δ¹⁸O与气温呈正相关;丰水期氘盈余值高于枯水期,分布特征存在局部高值,流域自南向北呈减小趋势;丰水期降水对上游河水的补给率超过50%,河水对地下水的补给均在50%以上,在不同河段地表水与地下水的补排关系不同。

三江源区退化高寒草甸土壤真菌群落特征

赵文, 尹亚丽, 李世雄, 王玉琴, 王彦龙

2021, 32(3):  869-877.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.038

摘要 ( 399 )   PDF (1457KB) ( 120 )  

为了明确高寒草甸退化演替过程中土壤真菌物种组成、群落多样性及功能结构等的响应规律,本研究采用高通量基因测序技术和FUNGuild功能预测,分析了三江源区未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化高寒草甸土壤真菌群落特征及其调控因子。结果表明: 高寒草甸土壤优势真菌为子囊菌门、担子菌门和被孢霉菌门。与未退化草地土壤相比,退化草地土壤真菌物种组成发生明显改变,草地退化后扇形枝孢菌、粉褶菌、锥形湿伞、丝盖伞菌和短梗蠕孢真菌丰度减少,三线镰孢菌和Dactylonectria macrodidyma真菌丰度增加。重度退化增加了土壤真菌Chao1指数,轻度退化则显著降低了真菌Shannon指数和Simpson指数。不同草地的病理型、共生型和腐生型真菌丰度均表现出显著差异;草地退化后土壤中的共生型真菌丰度减少,病理型真菌丰度增加。高寒草甸退化导致土壤真菌格局和功能发生明显改变,地上生物量、土壤含水量、pH、总有机碳、全氮、铵态氮、有效磷和全钾含量及有效氮磷比是改变真菌群落结构的主要驱动因子。

南亚热带马尾松-红椎混交林及其纯林土壤细菌群落结构与功能

梁艳, 明安刚, 何友均, 罗应华, 谭玲, 覃林

2021, 32(3):  878-886.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.37

摘要 ( 386 )   PDF (1794KB) ( 75 )  

营建乡土阔叶树种人工纯林和针阔混交林是我国亚热带地区森林经营的发展趋势,但对人工纯林和针阔混交林土壤细菌群落结构及功能知之甚少。本研究以南亚热带乡土针叶树种马尾松、阔叶树种红椎人工纯林及二者的混交林为对象,运用细菌16S rRNA基因高通量测序技术和PICRUSt基因功能预测,分析了3种人工林不同土层(0～20、20～40和40～60 cm)土壤细菌群落的结构与功能。结果表明: 混交林和马尾松林土壤细菌群落结构相似,但与红椎林差异显著,红椎林土壤细菌群落多样性、生物通路代谢功能和氮循环功能低于马尾松林和混交林;土壤全氮、硝态氮和C/N是导致红椎林与马尾松林和混交林土壤细菌群落结构及功能差异的主要土壤理化因子。就土壤细菌群落结构与功能而言,在该地区营造红椎和马尾松针阔混交林要优于红椎纯林。

云南松林次生演替阶段土壤细菌群落的变化

徐凡迪, 李帅锋, 苏建荣

2021, 32(3):  887-894.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.039

摘要 ( 381 )   PDF (876KB) ( 246 )  

土壤细菌多样性是维持森林生态系统功能的关键因子,森林演替是影响其动态变化的重要因素。研究云南松林不同演替阶段土壤细菌群落结构及其多样性的变化规律,有助于深入理解森林生态系统恢复过程的驱动机制。本研究以云南省永仁县皆伐后形成的针叶林、针阔混交林和常绿阔叶林为对象,基于Illumina Hiseq高通量测序技术,分析森林演替过程中土壤细菌群落组成、结构、多样性及其影响因子的变化。结果表明: 土壤细菌的种群分类单元、Ace指数、Chao1指数和Shannon指数均随着演替进行呈减少趋势,演替早期阶段土壤的细菌总数、菌群丰富度及复杂程度最高。不同演替阶段细菌群落结构存在显著差异,其中,针阔混交林的差异最大,变形菌门和酸杆菌门为各演替序列共有的优势类群,放线菌门、绿弯菌门和Patescibacteria是演替早期的优势类群,且随着演替进行呈现减少趋势;变形菌门和WPS-2相对多度随演替进行呈增加趋势。土壤pH和乔木层物种丰富度是驱动次生演替过程中土壤细菌群落组成变化的关键因子。随着演替的进行,土壤细菌多样性减少,群落组成差异加大。

不同降雨年型磷肥对旱地小麦根系特征、磷素吸收利用和产量的影响

王文翔, 孙敏, 林文, 任爱霞, 薛建福, 余少波, 张蓉蓉, 高志强

2021, 32(3):  895-905.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.006

摘要 ( 296 )   PDF (1680KB) ( 51 )  

为了明确旱地小麦生育特性、养分运转对磷肥的响应机制,探索不同降雨年型旱地小麦磷肥施用技术, 于2012—2016年在山西农业大学旱地小麦试验示范基地开展大田试验,研究不同降雨年型中4个施磷量(0、75、150和225 kg·hm^-2)对旱地小麦根系生长、产量形成和磷肥利用的影响。结果表明: 与不施磷相比,施磷可以显著增加旱地小麦拔节、开花和成熟期0～80 cm根重密度和各生育时期根表面积;提高拔节-开花期、开花-成熟期土壤耗水量和总耗水量,以及花前磷素运转量和籽粒磷素积累量;穗数和产量分别增加9.2%～22.5%和11.8%～30.0%,水分利用效率提高2.1%～12.1%。在欠水年,施磷量150和225 kg·hm^-2较75 kg·hm^-2可以显著增加各生育时期的根重密度和根表面积;显著增加播种-拔节期、拔节-开花期土壤耗水量和生育期总耗水量,分别为7.3～8.7、15.6～18.1和25.5～30.2 mm;显著增加花前磷素运转量和籽粒磷素积累量,最终显著增加穗数和产量,增幅分别为9.3%～10.7%和11.9%～14.6%;施磷量为150 kg·hm^-2的磷肥利用效率显著高于其他处理,增幅为20%～82%。在平水年,施磷量150和225 kg·hm^-2较75 kg·hm^-2可以增加开花、成熟期的根重密度和根表面积,以及开花-成熟期土壤耗水量和生育期总耗水量,分别为1.2～15.0和3.8～23.1 mm;增加花后磷素积累量和籽粒磷素积累量,最终增加穗数和产量,分别为1.4%～9.6%和3.5%～10.4%,且施磷量150 kg·hm^-2与75、225 kg·hm^-2差异显著。总之,磷肥主要促进了旱地小麦欠水年生育前、中期,平水年生育后期水分和养分的吸收能力,且主要通过提高穗数增加产量。本研究区以施磷量150 kg·hm^-2效果最佳,可统筹兼顾高产和水肥高效利用。

不同施磷量对春油菜产量和土壤磷素平衡的影响

付蓉, 袁久东, 胥婷婷, 徐倩, 张洋, 张荣, 田汇, 高亚军

2021, 32(3):  906-912.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.010

摘要 ( 360 )   PDF (767KB) ( 98 )  

青海省东部春油菜主产区的土壤速效磷含量高、磷肥施用量大、磷肥利用率低。研究不同施磷量对春油菜的生长、磷素吸收和利用、土壤磷素平衡的影响,可为该地区春油菜田养分高效管理提供科学依据,对保障青藏高原农业可持续发展具有重要意义。本研究于2017和2018年在青海省互助县开展了田间试验,设置0、30、60、90、120 kg P₂O₅·hm^-2 5个磷肥施用量,测定了不同处理春油菜的产量、磷素吸收与利用、籽粒含油率等。结果表明: 2017年施磷量60 kg·hm^-2处理的油菜籽粒产量、成熟期地上部磷素累积量和产油量均显著高于不施磷处理,但施磷量超过60 kg·hm^-2后,籽粒产量和产油量不再增加;2018年施磷量对春油菜籽粒产量、成熟期地上部磷素累积量和产油量均无显著影响。两年度的磷肥表观利用率均很低,平均为6.7%。施用磷肥条件下土壤均有不同程度的磷素盈余,施磷量低于60 kg·hm^-2时盈余量较低。综合考虑春油菜产量、产油量、磷肥表观利用率和土壤磷素表观平衡,在青海省东部春油菜区,推荐施磷量为60 kg·hm^-2。

利用APSIM模型分析不同播期和耕作方式对旱地小麦籽粒干物质积累的影响

聂志刚, 李广, 王钧, 董莉霞, 雒翠萍, 米荣娟

2021, 32(3):  913-920.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.022

摘要 ( 377 )   PDF (1056KB) ( 211 )  

黄土丘陵区旱地小麦籽粒干物质积累的准确模拟可为调控小麦生产提供重要的技术支持。本研究利用甘肃省定西市安定区1971—2017年的气象资料和甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2017年的大田试验数据,基于APSIM模型对旱地小麦籽粒干物质积累与分配进行模拟,并在模型验证的基础上,定量分析了播期和耕作方式对小麦籽粒干物质积累的影响。结果表明: 3个播期(早播、正常播、晚播)和4种耕作方式(传统耕作、传统耕作+覆盖、免耕、免耕+覆盖)下,籽粒干物质模拟值与实测值间的均方根误差(RMSE)为57.5～143.1 kg·hm^-2,归一化均方根误差(NRMSE)为1.4%～9.9%,模型模拟精度较高。不同播期下,耕作方式对籽粒干物质积累的促进效果排序均表现为: 免耕+覆盖>传统耕作+覆盖>免耕>传统耕作,免耕+覆盖最有利于小麦籽粒干物质积累,而免耕与传统耕作差异不显著。不同耕作方式下,小麦干物质积累过程均表现为早播好于正常播和晚播,晚播对干物质积累的影响较大,积累过程最不理想。

长期不同施肥措施对双季稻田土壤活性有机碳组分和水解酶活性的影响

石丽红, 李超, 唐海明, 程凯凯, 李微艳, 文丽, 肖小平

2021, 32(3):  921-930.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.023

摘要 ( 395 )   PDF (1441KB) ( 108 )  

施肥是改善土壤质量、提高土壤肥力和影响土壤微生物多样性的关键措施。为了探明南方双季稻区长期不同施肥处理下稻田土壤活性有机碳组分和水解酶活性的变化特征,本研究以34年大田定位试验为平台,设置化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)3个处理,并以无肥处理为对照(CK),分析了长期不同施肥处理下双季稻田土壤有机碳含量、活性有机碳组分、有机碳水解酶活性及其相关性。结果表明: MF、RF和OM处理增加了稻田土壤有机碳含量,分别比CK增加4.5%、22.4%和53.5%。与MF和CK处理相比,RF和OM处理均有利于增加土壤各活性有机碳组分[累积碳矿化(Cmin)、高锰酸钾可氧化碳(KMnO₄-C)、颗粒有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)和微生物生物量碳(MBC)]和各活性有机碳组分占总有机碳的比例。OM处理土壤Cmin、KMnO₄-C、POC、DOC、LFOC和MBC含量分别比CK增加3.5、3.1、3.7、1.9、1.2和1.9倍;RF和OM处理土壤各活性有机碳组分占总有机碳的比例均显著高于CK。各施肥处理土壤水解酶活性(α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、木糖苷酶、纤维二糖水解酶和N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶)的大小顺序均为: OM>RF>MF>CK,其中OM处理的各土壤水解酶活性分别比CK增加111.8%、14.1%、127.3%、285.6%和91.4%。RF和OM处理有利于增加土壤过氧化物酶活性,MF处理有利于增加土壤多酚氧化酶活性。土壤水解酶与土壤有机碳含量及其活性有机碳组分均呈显著正相关。综上,有机肥和秸秆还田与化肥配合施用是提高南方双季稻田土壤活性有机碳组分和水解酶活性的有效措施。

矮壮素配合氮肥全基施对华北夏玉米氮素利用的调控效应

马正波, 董学瑞, 房孟颖, 王琦, 闫鹏, 王庆燕, 卢霖, 董志强

2021, 32(3):  931-941.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.021

摘要 ( 262 )   PDF (1431KB) ( 27 )  

为了解矮壮素(CCC)配合氮肥基施对夏玉米氮代谢及氮素利用率的调控效应,本研究以‘京农科728’(简称JNK728)和‘中单909’(简称ZD909)为材料,于2018和2019年在中国农业科学院新乡试验基地开展大田试验。试验设置常规氮肥处理(CN)和常规氮肥配合CCC处理(CN-CCC),包含0、62.5、125、187.0 kg·hm^-2 4个施氮水平。结果表明: 与常规氮肥处理相比,矮壮素配合氮肥全基施处理在施氮量为62.5和125 kg·hm^-2时,JNK728和ZD909产量在2018和2019年试验中平均分别增加了7.7%和5.0%。CCC处理提高了玉米生育期内功能叶硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和可溶性蛋白含量,促进了玉米氮素代谢。CCC配合低中施氮量(62.5和125 kg·hm^-2)条件下,JNK728和ZD909植株的含氮量平均分别增加17.6%和30.3%,籽粒含氮量分别增加10.3%和17.4%,氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥表观利用率和氮肥利用率分别较常规氮肥处理平均提高10.0%、15.7%、23.3%、24.8%和5.7%、15.0%、49.9%、71.7%。CCC配合适量氮肥全基施可以增强玉米氮素代谢,提高玉米氮素利用率和产量。在本研究中,CCC配合125 kg·hm^-2施氮量处理的夏玉米增产效果最佳。

长期不施磷对稻田温室气体排放的影响

何竹, 许琛, 周贝贝, 薛利红, 汪玉, 沈明星, 杨林章

2021, 32(3):  942-950.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.028

摘要 ( 293 )   PDF (985KB) ( 63 )  

稻田磷肥的“旱重水轻”施肥策略是有效提高磷素利用率、减少磷素流失的有效技术途径,但稻季不施磷对温室气体排放的影响尚不明确。本研究监测了苏州和宜兴两块长期定位试验田中正常施磷与不施磷处理水稻生育期内CH₄和N₂O的排放通量。结果表明: 与正常施磷处理相比,长期不施磷处理均显著促进了稻田CH₄和N₂O排放,其中,苏州试验田CH₄和N₂O排放量分别增加57%和25%,宜兴试验田CH₄和N₂O排放量分别增加221%和70%。长期不施磷使土壤的速效磷、有机酸和可溶性有机碳含量下降,与CH₄排放密切相关,特别是土壤速效磷含量与CH₄排放量呈显著负相关,相关系数r=-0.987。两处试验田不施磷处理的全球增温潜势均大于施磷处理。因此,稻田长期缺磷会对土壤有机酸、可溶性有机碳和速效磷含量产生影响,进而增加稻田CH₄和N₂O的排放。

外源乙烯利施用时期对花生源库形成的调控效应

高芳, 李岳容, 张琼, 刘兆新, 赵继浩, 杨东清, 李向东

2021, 32(3):  951-958.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.029

摘要 ( 619 )   PDF (1568KB) ( 16 )  

为了解决源库关系不协调而限制花生产量提高的问题,在大田栽培条件下,以‘山花9号’花生为试验材料,设置花后10、20、30 d 3个喷施时期,以不喷施处理为对照,探讨不同时期喷施乙烯利对花生源库形成的调控效应。结果表明: 花后10和20 d喷施乙烯利可显著减少花生的开花数量、果针数、幼果数,提高秕果数和饱果数,而花后30 d喷施处理对开花数量、果针数和幼果数无抑制作用。喷施乙烯利可以增加花生单株叶面积,开花后10 d喷施处理的单株叶面积增幅最大,随着喷施时期的推迟增幅减小。花后10和20 d喷施乙烯利显著提高了花生叶片的光合速率,但花后30 d喷施处理只能在短期内提高光合速率,对生育后期的叶片光合速率无显著影响。从源库综合性状来看,花后20 d喷施乙烯利的源库关系最协调,有利于促进同化物向荚果的运输,提高有效果比例和荚果充实度,从而提高产量。因此,喷施乙烯利是解决花生“花多不实、果多不饱”源库失衡现象的有效措施,生产中使用乙烯利控花应选择在开花后20 d喷施。

基于高光谱和数字图像特征指数的受渍冬小麦SPAD估算

高小梅, 李燕丽, 卢碧林, 熊勤学, 吴启侠, 李继福

2021, 32(3):  959-966.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.009

摘要 ( 350 )   PDF (1767KB) ( 52 )  

为了探索基于高光谱和数字图像技术的受渍冬小麦SPAD最优监测方法,本研究基于排灌可控的微区试验,通过分析常用的15个高光谱特征指数和14个数字图像特征指数与受渍冬小麦叶绿素相对含量(SPAD)的相关关系,构建了基于最优监测特征指数的BP神经网络模型,对受渍冬小麦的SPAD进行估算。结果表明: 与正常小麦相比,短期渍水(≤7 d)对冬小麦的SPAD值和高光谱反射率影响不明显,当渍水时间大于12 d时,SPAD值随着渍水时间的增加急剧降低,在生长后期接近于0;基于数字图像特征指数(绿红差值植被指数、超红指数、红光标准化值和超绿指数)的冬小麦SPAD估算结果,与基于相对应的高光谱波段的估算结果基本一致,估算模型实测值与预测值的R²最高达到0.86,均方根误差(RMSE)为3.98;与基于数字图像特征指数相比,基于类胡萝卜素反射指数、黄边幅值、归一化植被指数和结构不敏感指数4个高光谱特征指数的冬小麦SPAD估算模型的实测值与预测值的R²最高达到0.97,RMSE低至1.95。可见,基于高光谱和数字图像技术均可以进行受渍冬小麦SPAD估算,且基于高光谱特征指数的BP神经网络模型的估算结果较好。

涌泉根灌下水氮耦合对陕北山地苹果光合特性、产量和水氮利用的影响

李中杰, 费良军, 郝琨, 刘腾, 张全菊, 陈南束, 刘利华, 钟韵

2021, 32(3):  967-975.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.027

摘要 ( 273 )   PDF (1267KB) ( 57 )  

以陕北山地7年生‘寒富’苹果树为试验材料,设置3个灌水水平[高水(W₁,85%～100%θ_f,θ_f为田间持水量)、中水(W₂,70%～85%θ_f)、低水(W₃,55%～70%θ_f)]和3个施氮水平[高氮(N₁,600 kg·hm^-2)、中氮(N₂,400 kg·hm^-2)、低氮(N₃,200 kg·hm^-2)],研究涌泉根灌条件下水氮耦合对山地苹果树光合特性、产量和水氮利用的影响。结果表明: 相同灌水条件下,随着施氮量的减少,苹果树叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)和瞬时水分利用效率(WUE_i)降低,但胞间CO₂浓度(C_i)增加;相同施氮条件下,随着灌水量的减少,叶片P_n、T_r、g_s和WUE_i降低,而C_i增加。W₁N₁处理的P_n、T_r日均值最大,但与W₁N₁处理相比,W₂N₂处理的WUE_i最大。苹果产量、灌溉水利用效率(IWUE)和氮肥偏生产力(NPFP)受灌水和施氮量的显著影响,W₂N₂处理的产量最高(26761 kg·hm^-2),减小灌水量和增大施氮量使IWUE显著提高,而增大灌水量和降低施氮量使NPFP显著增加。回归分析表明,产量和IWUE同时获得最优解时,灌水量和施氮量组合最接近W₂N₂处理。因此,W₂N₂处理为涌泉根灌条件下陕北山地苹果最佳的水氮组合模式。

渭北旱塬苹果园土壤紧实化现状及成因

魏彬萌, 李忠徽, 王益权

2021, 32(3):  976-982.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.025

摘要 ( 332 )   PDF (835KB) ( 101 )  

本研究通过分析渭北旱塬苹果园土壤的紧实化现状及其诱导因素,找出影响当地苹果园健康发展的土壤退化隐性因素,为果园科学管理提供理论依据。分别选取种植年限＜10年(4～6年)、10～20年(14～16年)和＞20年(24～26年)的苹果园各4个,分析0～60 cm土层土壤容重和紧实度随土层深度的变化规律,探明果园土壤内部紧实化发生的部位和退化程度,同时,通过分析土壤团聚体数量及其稳定性、土壤黏粒和有机质含量,揭示引起渭北果园土壤内部紧实化的原因。结果表明: 渭北果园0～60 cm土层土壤容重和紧实度均随植果年限和土层深度的增加而显著增大。以20 cm土层为界,渭北各园龄段苹果园土壤具有明显的“上松下实”变异特征,20 cm以上土层上述各指标基本满足苹果树的正常生长需求,20 cm以下土层土壤则已超出了苹果树健康生长的阈值。造成渭北苹果园亚表层以下土壤紧实化的原因主要是土壤团聚作用差、有机质含量低,加之植果期间人为扰动少,土壤中分散的黏粒会向下层移动。此外,随着植果年限的增加,土壤紧实化过程更加明显。

中国资源再生利用的生态效率演变特征与空间分异格局

唐燕, 孟繁玥

2021, 32(3):  983-992.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.014

摘要 ( 296 )   PDF (3588KB) ( 47 )  

解析资源生态效率演变特征和分异格局,可为我国实现资源再生利用区域均衡发展和提高生态利用效率水平提供参考。本研究以26个省(市、区)的资源再生利用面板为对象,采用超效率DEA模型测算了2004—2017年其产业生态效率水平,并基于地理区划,分析该产业生态效率演变特征和空间分异格局。结果表明: 2004—2017年,研究区的资源再生利用产业生态效率逐年提高,约有年均1.5%的增长势能,整体表现为由内陆逐渐向沿海递增的演变态势。该产业生态效率全局空间相关性显著,且省(市、区)之间存在明显的空间集聚特征;随着年份推移,区域差异性减弱,高水平省(市、区)辐射带动力较强。研究期间,我国资源再生利用的生态效率空间分异趋于缓和,主要因为华北、东北、华东、华南、华中和西北地区的空间分异减弱,而西南地区的分异不断增强,从而弱化了整体降低趋势。

成渝城市群城镇化与生态环境耦合协调及交互影响

杨亮洁, 张小鸿, 潘竟虎, 杨永春

2021, 32(3):  993-1004.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.012

摘要 ( 316 )   PDF (1781KB) ( 55 )  

以成都-重庆(简称成渝)城市群为研究对象,从经济、社会、生态和城乡协调4个子系统构建城镇化综合评价指标体系,将生态环境承载力和生态弹性结合构建生态环境综合评价指标体系,应用耦合协调度模型测度2005—2018年成渝城市群各地级市城镇化与生态环境的耦合协调度,借助GIS空间分析法、象限分析法和Tapio模型,分析成渝城市群各地级市城镇化与生态环境交互作用的类型、演化路径及其解耦路径。结果表明: 研究期间,成渝城市群的城镇化质量呈现波动上升趋势,以成都、重庆为高值区呈“双核”向四周辐射;生态环境质量缓慢提升,呈四周高、中部低,开口向北的“U”型空间格局。城镇化系统和生态环境系统耦合协调水平较高,总体呈上升的趋势,协调类型由以濒临失调和勉强协调为主逐渐向以中度协调为主演变,呈现中部低、东西高的空间格局。城镇化与生态环境交互作用的演化路径呈现稳定型和变化型2个大类。稳定型包括5个亚类20个城市,成都、德阳、绵阳等城市始终是良好协调型;变化型包括9个亚类16个城市,重庆主城区、铜梁等多数城市的协调度提升,呈“上升式”发展;合川、自贡等少数城市呈“下沉式”发展。生态环境增长率和城镇化增长率均为正,城镇化与生态环境的解耦路径以弱脱钩和扩张连接为主。

贵州省自然保护地时空演变特征及影响因素

樊涵, 杨朝辉, 王丞, 毕兴, 张明明

2021, 32(3):  1005-1014.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.016

摘要 ( 420 )   PDF (3656KB) ( 86 )  

建立自然保护地是推进生态文明建设和支撑经济社会发展的生态安全底线,是实现可持续发展和维护国土生态安全的重要举措。为了揭示自然保护地的宏观空间过程及其影响因素,本研究以贵州省为例,采用最邻近点指数、核密度分析、标准差椭圆等方法,对2002—2017年全省自然保护地的时空分布特征进行分析,并结合地理探测器分析其影响因素。结果表明: 研究期间,贵州省自然保护地的数量、面积、类别呈现出多元化的快速发展状态,形成了以自然保护区、森林公园、风景名胜区为主体,以湿地公园、地质公园、自然遗产地为补充的自然保护地体系。自然保护地空间凝聚的态势不断加强,空间分布的范围不断扩大,空间移动的速度不断下降,形成了以东北-西南方向为主导且逐渐稳定的空间格局。自然保护地凝聚过程受地形和植被分布的影响较大;自然保护地趋向于在河流、山脉周围的地势平缓处和植被集中连片处聚集。自然保护地空间分异受多种影响因素的共同作用,不同影响因素对自然保护地空间分异的解释力存在一定的差异。其中,归一化植被指数、森林面积和公路里程是影响自然保护地数量、面积空间分异的共同主要因素;不同影响因素交互后的解释力明显加强,表现为非线性增强或双因子增强。

生物结皮分布格局对坡面流水动力特征的影响

吉静怡, 赵允格, 杨凯, 张万涛, 高丽倩, 明姣, 王闪闪

2021, 32(3):  1015-1022.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.017

摘要 ( 461 )   PDF (750KB) ( 86 )  

生物结皮的分布格局是影响坡面产流产沙的因素之一,但其格局对侵蚀动力的影响机理尚不明确,妨碍了进一步解析生物结皮影响坡面产流产沙的机制。本研究通过室内模拟降雨试验,采用景观生态学方法,对带状、棋盘和随机3种分布格局下生物结皮坡面景观指数和水力学参数的变化规律与裸土坡面进行对比研究。结果表明: 生物结皮显著影响坡面侵蚀动力,其分布格局是影响坡面侵蚀动力的因素之一。与裸土相比,生物结皮显著降低了坡面流速(54.6%)和弗劳德数(67.0%),显著增加了径流深(86.2%)和阻力系数(10.68倍),但对雷诺数和径流功率的影响较小;除径流深外,3种格局的生物结皮坡面的各水力学参数均存在显著差异,其中,随机格局对坡面侵蚀动力的影响最大。基于因子分析和聚类分析,筛选出斑块占景观面积比例、斑块密度、景观形状指数、斑块连结度和分离度5个指标作为描述生物结皮斑块分布特征的指标。其中,生物结皮斑块间的斑块连结度和分离度是影响坡面侵蚀动力的主要格局因子。随着生物结皮斑块间斑块连结度减小、分离度增大,坡面流速增加,阻力减小,坡面侵蚀加剧。

基于实测高光谱与Sentinel-2B数据的银北土壤Na⁺含量估测

尚天浩, 陈睿华, 张俊华, 孙媛, 贾萍萍

2021, 32(3):  1023-1032.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.018

摘要 ( 321 )   PDF (821KB) ( 36 )  

为了探讨不同传感器对土壤Na⁺含量的估测能力,本研究以宁夏银北地区典型样点土壤实测光谱和Sentinel-2B影像光谱为对象,运用逐步回归(SR)和主成分回归分析(PCA)方法对光谱数据进行敏感参量筛选,然后采用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)和反向传播神经网络模型(BPNN)分别建立实测光谱和影像数据的土壤Na⁺含量估算模型。结果表明: 除Band9外,实测重采样数据与影像数据呈极显著相关。基于SR筛选方式建立的模型估算精度普遍高于PCA(SVM模型除外),PCA-SVM模型为影像最佳Na⁺含量估算模型,预测精度为0.792;SR-BPNN模型为实测最佳Na⁺含量估算模型,预测精度达到0.908。经重采样实测光谱模型校正后的SR-PLSR影像光谱土壤Na⁺含量估算模型精度从0.481提高到0.798,有效提高了较大尺度下的土壤Na⁺含量估算精度。本研究实现了遥感监测土壤Na⁺含量由点向面的空间转换,为Sentinel-2B影像监测盐渍化土壤Na⁺含量提供了科学参考。

基于GEE和BRT的1984—2019年长三角生态绿色一体化发展示范区植被覆盖度变化

刘垚燚, 曾鹏, 张然, 孙凤云, 车越

2021, 32(3):  1033-1044.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.011

摘要 ( 615 )   PDF (6841KB) ( 397 )  

长三角生态绿色一体化发展示范区是国家重大战略的区域,生态环境保护是该区域发展的优先本底。探究植被覆盖度(FVC)时空变化有利于更准确地认识生态环境质量状况,对区域绿色可持续发展具有重要意义。本研究基于Google Earth Engine(GEE)云平台,分析了一体化示范区1984—2019年植被覆盖的时空变化特征和变化趋势,并基于增强回归树(BRT)量化不同生态因子对FVC的影响。结果表明: 1984—2019年间,研究区域植被覆盖整体呈先减少后增加的趋势。研究区域植被覆盖空间分布具有阶段性和区域性的特征。植被覆盖以退化为主, 相较于1984年,2019年覆被退化和改善的区域面积占比分别为49.8%和12.8%。其中,覆被退化主要发生于吴江北部、嘉善南部和青浦东北部。人类活动完全削弱了自然因素对FVC的影响。基于研究结果,提出GEE平台是实现植被覆盖常态化监测的有效工具。

基于生态系统服务簇的福州市生态系统服务格局

宋家鹏, 陈松林

2021, 32(3):  1045-1053.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.013

摘要 ( 372 )   PDF (2321KB) ( 213 )  

基于InVEST模型、游憩机会谱、因子分析、冷热点分析、SOFM神经网络和地形起伏度等方法,评估福州市6项生态系统服务,分析不同生态系统服务之间的权衡与协同,并阐明区域的主导服务类型和不同地形起伏度下服务簇的空间格局。结果表明: 福州市各项生态系统服务的空间异质性显著,产水、碳固持、生境质量和游憩机会供给总体较高,农产品供给和水土保持相对较弱且高低值差异明显;产水服务与文化服务存在协同关系,调节服务、支持服务与农产品供给服务之间存在权衡关系,权衡与协同高低值呈明显的空间聚集;生态系统服务簇分为郊区游憩簇、水源涵养簇、农产品供给簇、城镇生活簇和森林生态保育簇,不同地形起伏度下的服务簇组成各不相同,具有明显的空间异质性。

基于图论的两栖类生物栖息地网络规划——以黑斑侧褶蛙为例

张利, 何玲, 闫丰, 陈亚恒

2021, 32(3):  1054-1060.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.020

摘要 ( 319 )   PDF (2229KB) ( 83 )  

生物多样性保护和生物栖息地网络建设是目前我国国土空间规划的重要内容,提升生物栖息地网络的景观功能连接度对生物多样性保护具有重要作用。目前,已有研究对生物栖息地网络规划进行了探索,但在实际规划层面仍缺乏可操作性强的技术方法支撑。本研究采用图论方法,聚焦国土空间规划中生物多样性保护和生态网络建设涉及的进行生物栖息地斑块重要性评价,以确定斑块优先保护次序;寻找最优新增斑块位置,以改善生物栖息地网络景观功能连接度;依据景观功能连接度的降低程度,判断建设项目的影响或评价规划新增建设项目的潜在影响3方面内容,在雄安新区两栖类生物黑斑侧褶蛙(Pelophylax nigromaculata)栖息地网络规划中进行应用研究。结果表明: 图论方法可以有效解决上述3方面的问题;本研究识别的5个最优新增黑斑侧褶蛙栖息地位置使栖息地网络整体景观功能连接度提升19%;通过评价G45高速公路对两栖类生物栖息地网络功能连接度的影响,找出了4个穿越通道设置以减弱G45高速公路的影响。

基于生境适宜性指数模型的俚岛海黍子生境层级分布

刘玮, 辛美丽, 周健, 詹冬梅, 丁刚, 吴海一

2021, 32(3):  1061-1068.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.034

摘要 ( 427 )   PDF (1156KB) ( 168 )  

为了深入了解海黍子生境,利用模型对山东俚岛海黍子生境进行适宜性分析,分别选取温度、盐度、水深、浊度、底质、无机氮浓度、磷酸盐浓度和距海藻床距离8种环境因子,通过层次分析法赋值因子权重,结合空间分析方法建立了海黍子HSI模型。利用该模型对山东俚岛近岸海域2018年春、秋两季的环境因子调查结果进行了海黍子生境分析。结果表明: 研究区域内的海黍子海藻床区域主要由极佳生境和适宜生境组成,春季和秋季的分布面积分别占14.2%和18.6%。海黍子生境层级分布随季节而变化,且不同季节的生境层级具有一定的空间重合性。温度和磷酸盐浓度的适宜性变化具有明显的季节性差异,是导致俚岛海黍子HSI季节变化的主要原因。海黍子HSI模型不仅可用于检测海黍子海藻床区域的生境层级分布,还能发现海黍子潜在的适宜生境区域。这为今后开展海黍子资源保护和人工增殖工作提供了科学参考。

浙江披山海域主要鱼类时空生态位

刘坤, 俞存根, 许永久, 江新琴, 郑基, 于南京, 张佩怡, 蒋巧丽, 牛威震, 王慧君

2021, 32(3):  1069-1079.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.033

摘要 ( 259 )   PDF (698KB) ( 149 )  

依据2015年11月(秋)、2016年2月(冬)、5月(春)、8月(夏)4个航次的渔业资源底拖网调查数据,运用相对重要性指数(IRI)、Shannon指数和Pianka指数对浙江披山海域主要鱼类的时空生态位宽度和重叠进行分析,并结合冗余分析和种间竞争系数研究了主要鱼类间的竞争共存关系及生态位分化。结果表明: 研究期间共采集鉴定鱼类61种,隶属13目29科48属,其中主要鱼类(IRI>100)有19种。绿鳍鱼与丽叶鲹的时间生态位重叠值最高,二者对时间资源利用的同步性最强;孔虾虎鱼与断线舌鳎的空间生态位重叠值和时空生态位重叠值均最高,二者在空间资源序列上的同域性最强,同时,物种对时空二维资源的利用趋于一致。披山海域时空二维生态位显著重叠(Q_ik>0.6)的种对仅占总种对数的5.8%,表明物种时空分布的差异较大,时空生态位重叠受季节变化的影响比较明显,种间竞争系数计测结果与生态位重叠基本一致。冗余分析揭示了主要鱼类与温度、盐度、溶解氧等环境因子之间的关系,进一步解释了物种间的生态位分化。

基于稳定同位素研究海州湾短吻红舌鳎的摄食生态

陈皖, 任晓明, 徐宾铎, 张崇良, 任一平, 薛莹

2021, 32(3):  1080-1086.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.036

摘要 ( 290 )   PDF (791KB) ( 99 )  

根据2018年春季和秋季在海州湾海域进行底拖网调查采集的样品,基于碳氮稳定同位素分析,对海州湾短吻红舌鳎的摄食生态进行研究。结果表明: 海州湾短吻红舌鳎的δ¹³C值平均值为(-17.79±1.00)‰,其范围在-20.75‰～-15.91‰;δ¹⁵N值平均值为(9.37±1.33)‰,其范围在5.98‰～12.02‰。Pearson相关分析表明,海州湾短吻红舌鳎δ¹³C值与体长呈显著负相关,δ¹⁵N值与体长呈显著正相关。根据δ¹⁵N值计算得出海州湾短吻红舌鳎的平均营养级为(3.43±0.97),且营养级与体长呈显著正相关。海州湾短吻红舌鳎摄食的饵料生物有鱼类、蟹类、虾类、软体动物、多毛类、浮游生物和颗粒有机物等,其中虾类的营养贡献率最高。秋季鱼类、蟹类、虾类对短吻红舌鳎的营养贡献率较春季有所增高。本研究将有助于揭示短吻红舌鳎在海州湾生态系统物质循环和能量流动中的地位和作用,为其资源保护和合理利用提供科学依据。

东太平洋赤道海域茎柔鱼的营养生态位和肠道微生物组成

高小迪, 贡艺, 陈新军, 李云凯

2021, 32(3):  1087-1095.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.035

摘要 ( 379 )   PDF (966KB) ( 185 )  

掌握海洋生物的营养生态位特征及其应对环境变化的响应机制,对于评估渔业和气候变化对海洋生态系统功能的影响至关重要。茎柔鱼(Dosidicus gigas)是东太平洋重要的渔业经济物种,在生态系统中具有承上启下的重要生态作用。在气候变化的大背景下,掌握茎柔鱼应对气候变化的响应过程将有利于合理把控其资源状况。本研究采用稳定同位素和高通量技术手段,分别从宏观和微观角度量化比较分析了正常时期和厄尔尼诺时期赤道海域的茎柔鱼营养生态位、肠道长度及肠道微生物组成。结果表明: 不同气候时期茎柔鱼的δ¹³C值存在显著差异,说明食物来源具有差异性;其肠道微生物主要由放线菌门、拟杆菌门、蓝细菌门、厚壁菌门、变形菌门和软壁菌门组成,不同时期微生物群落组成无显著差异,但多样性和相对丰度差异显著。在厄尔尼诺时期,茎柔鱼个体具有较小的营养生态位、较长的肠道、更高的肠道微生物群落多样性及丰富度;肠道微生物的差异主要体现在厚壁菌门、拟杆菌门、螺旋体门、WPS-2和Kiritimatiellaeota,样本距离更为集中。这表明由厄尔尼诺事件导致的栖息地环境及食物变化可能限制茎柔鱼的活动,改变其肠道微生物的结构和功能,有利于其适应环境及食性的变化。

硅素对水稻幼苗镉积累及抗胁迫应答的调节效应

潘伯桂, 莫汉乾, 王维, 蔡昆争, 田纪辉, 蔡一霞

2021, 32(3):  1096-1104.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.005

摘要 ( 417 )   PDF (1700KB) ( 70 )  

施硅(Si)可以显著缓解镉(Cd)胁迫对水稻生长发育的毒害效应。本研究通过水培分根试验,研究了Si对水稻幼苗Cd积累及胁迫应答的调节效应。结果表明: Cd胁迫下水稻幼苗的生物量显著降低,加Si可以显著缓解Cd对水稻幼苗生长的抑制效应。水稻幼苗对Cd的吸收、转运和积累明显受到Si的影响,单侧根系Cd胁迫下加Si(Si-Cd+Si,Si-Cd)使根系对Cd的滞留系数达83.3%～83.6%,限制了Cd从根向地上部转移。单侧根系Cd胁迫下非胁迫侧加Si(Si-Cd)处理的植株对Cd的吸收和累积明显增加,尤其是根中Cd的积累量较单侧根系Cd胁迫下无Si(CK-Cd)处理增加了48.2%;而单侧根系Cd胁迫下双侧加Si(Si-Cd+Si)处理则显著降低了根和地上部对Cd的吸收,较CK-Cd处理分别降低了36.7%和54.9%。双侧Cd胁迫下单侧加Si(Cd-Cd+Si)则使根和地上部对Cd的吸收量显著减少,较双侧根Cd胁迫(Cd-Cd)处理分别降低了57.8%和46.5%。Cd胁迫下水稻幼苗根中含较高浓度的Si,加Si则使Cd胁迫下根和地上部积累更多的Si。加Si也影响了水稻幼苗对其他金属元素如钙(Ca)、镁(Mg)、锰(Mn)的吸收,Cd-Cd+Si处理显著增加了根系和地上部的Ca、Mg浓度,但Mn浓度的变化则因Cd胁迫程度而表现不同。加Si对Cd胁迫下根系超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性有一定的影响,尤其是Si-Cd处理的胁迫侧POD和非胁迫侧SOD活性显著上升,有利于清除Cd胁迫产生的氧自由基。总之,Si对Cd胁迫下水稻幼苗生长、Cd和Si等的吸收及根系的抗氧化反应有一定的调节效应,植株体内较高的Si浓度有利于增强植株对Cd的耐受性。

Cu₂O纳米颗粒对小麦根系形态及遗传毒性的影响

马占强, 许雁翀, 凡贞洁, 侯典云, 徐秋月

2021, 32(3):  1105-1111.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.031

摘要 ( 323 )   PDF (1210KB) ( 76 )  

为了阐明Cu₂O纳米颗粒(NPs)暴露对植物根系的毒性效应,本研究以小麦品种‘周麦18’为材料,采用水培试验方法,研究了10、50、100和200 mg·L^-1浓度的Cu₂O-NPs对小麦幼苗生长、根系活性、形态结构及细胞遗传学毒性的影响。结果表明: 不同浓度的Cu₂O-NPs降低了小麦幼苗的根芽长度、鲜重、根活性和根冠比,增加了初生根的数量;随着Cu₂O-NPs浓度的升高,幼苗根伸长区缩短、根系变硬变脆、根径增加、根冠变大;100 mg·L^-1浓度的Cu₂O-NPs处理下,小麦根尖有丝分裂指数显著降低,根尖细胞形状不规则化、质壁分离、细胞出现空泡化、细胞核核膜模糊、核内染色体异常。在水培条件下,Cu₂O-NPs对小麦幼苗具有一定的遗传学毒性效应,从而影响小麦幼苗的生长发育和根系形态结构。

综合评述

亏缺灌溉对棉花生长和水分利用效率的影响研究进展

杨北方, 杨国正, 冯璐, 韩迎春, 雷亚平, 范正义, 王占彪, 李亚兵

2021, 32(3):  1112-1118.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.026

摘要 ( 488 )   PDF (475KB) ( 104 )  

棉花是世界上最主要的农作物之一。随着全球水资源的日益紧张,灌溉用水将成为限制棉花生产的主要因素。亏缺灌溉是一种低于作物正常腾发量的灌溉方式,可以在保证棉花产量和品质的前提下提高水分利用效率,是一种有效的节水灌溉方式。本文综述了亏缺灌溉对棉花生长和水分利用效率的影响。亏缺灌溉可以通过促进棉花由营养生长向生殖生长转化,降低棉花株高、叶面积、总生物量,从而提高收获指数、茎粗和水分利用效率。最后,综合现有的研究,结合棉花生产实际,提出亏缺灌溉应用推广建议,以期为旱区棉花可持续发展提供理论指导。

生物声音监测研究在生物多样性领域的应用

边琦, 王成, 郝泽周

2021, 32(3):  1119-1128.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.032

摘要 ( 485 )   PDF (1110KB) ( 348 )  

声音是生物之间交流的重要手段,对生物声音的监测与分析是描述和评估生物多样性的新兴方法。这种方法不侵入和破坏自然环境,通过声音记录生态信息,并有效反映生物多样性的相关特征,是一种重要的生态工具。从声音角度探讨生物多样性的变化拓宽了多学科交叉的新思路,因此近年来被越来越多地应用于生态学研究中。本文阐述了利用声音监测评估生物多样性的主要理论基础和研究方法,从发声动物的生物多样性、声景的时空多样性两个方面介绍了相关领域的研究进展,列举了声音监测在评估土地利用变化、气候变化和城市化对生物多样性影响的应用实例。最后,对未来研究方向进行了展望,希望能进一步挖掘声音调查的发展潜力,为生物多样性的监测评估提供有效的借鉴和参考。

水生态系统中宇宙发展现状

王佳文, 何萍, 徐杰, 丁森

2021, 32(3):  1129-1140.  doi:10.13287/j.1001-9332.202103.030

摘要 ( 1421 )   PDF (939KB) ( 228 )  

水生态系统中宇宙指人工构建的河流、湖泊、湿地、海洋等水生态系统近自然模拟装置,可以控制一定的物理、化学要素和生境条件,开展生物群落响应研究。中宇宙实验可以弥补传统实验室小型装置模拟要素过于简单,而野外现实系统复杂不可控制和难以开展对比实验的局限。本文列举了当前国际上多个科研机构长期运行的水生态系统中宇宙,将其归纳为流水型中宇宙、围隔装置、陆基模拟池、移动式水槽4类,各类中宇宙一般包括物理-生物模拟系统、自动调控系统、监测分析系统、中央控制系统。近年来,我国水生态系统的研究逐渐从单一环境要素向生态系统整体转变,对中宇宙模拟实验的需求愈加迫切。建议我国水生态系统中宇宙建设应提高结构复杂性,并与野外现场监测相结合,共同支撑更大尺度系统的整体模拟。