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2021年 第32卷 第4期    刊出日期：2021-04-15

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2021, 32(4):  1137-1140. 

摘要 ( 143 )   PDF (474KB) ( 80 )  

主编观点

大尺度区域生态环境治理及国家生态安全格局构建的技术途径和战略布局

于贵瑞, 杨萌, 陈智, 张雷明

2021, 32(4):  1141-1153.  doi:10.13287/j.1001-9332.202102.040

摘要 ( 644 )   PDF (5991KB) ( 190 )  

陆地生态系统是地球生物圈系统的核心组分,是人类生活、生产及社会经济活动的场所。然而,人类文明发展和科学技术进步在不断地扩大对资源的利用规模和强度,也导致了严重威胁社会可持续发展的全球气候变化、生物多样性丧失、环境污染、资源枯竭、生态系统退化等环境问题。社会公众期望生态学研究能够为区域、大陆及全球尺度的生态系统的利用和保护、维持人类社会可持续发展提供科学理论及系统性的解决方案。本研究以服务中国生态文明建设、生态安全格局构建、区域生态环境治理,以及宏观生态系统科学发展为目标,回顾了中国的区域生态环境治理成效及经验;分析了我国生态文明建设对大尺度生态系统科学研究的科技需求与时代特征,提出了利用基于自然的宏生态系统途径的新思路提升区域生态环境治理及安全格局构建的设想。在此基础上,讨论了中国的大尺度区域安全格局构建及生态环境治理的新思路、战略布局、技术途径与科技支撑体系,为中国安全、健康和美丽的国土空间利用及生态文明建设进步提供理论参考。

研究论文

中亚热带同质园不同树种氮磷重吸收及化学计量特征

张耀艺, 倪祥银, 杨静, 谭思懿, 廖姝, 吴福忠

2021, 32(4):  1154-1162.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.003

摘要 ( 497 )   PDF (3064KB) ( 110 )  

于2019年8月研究中亚热带同质园11个树种叶片的比叶面积、氮(N)和磷(P)养分重吸收和化学计量特征,分析其养分利用策略。结果表明: 常绿阔叶树种(香叶、香樟、木荷、米槠、醉香含笑和杜英)和常绿针叶树种(杉木和马尾松)成熟叶和衰老叶的比叶面积、N和P含量普遍低于落叶阔叶树种(枫香、无患子和鹅掌楸),而成熟叶片C∶N和C∶P则表现为常绿阔叶树种和常绿针叶树种高于落叶阔叶树种。除米槠外,同质园其他树种N∶P均小于14。相对于其他树种,基于单位质量与单位面积计算的无患子N和P重吸收率均高于50%,马尾松、杉木和香樟P重吸收率也高于50%,而醉香含笑N和P重吸收率最低,仅为15%～30%。成熟叶比叶面积与N和P含量呈显著正相关,而与C∶N和C∶P呈显著负相关。在同质园中,米槠和香叶等常绿阔叶树种与马尾松等常绿针叶树种属于缓慢投资-收益型树种,其通过降低叶片比叶面积以及N、P含量,减少养分损失,从而实现较高的N、P重吸收程度与利用效率。然而,无患子等落叶阔叶树种属于快速投资-收益型树种,N和P利用效率相对较低。此外,同质园树种多受N限制,却不具有较高的N重吸收率,而唯一受P限制的米槠也不具有高P重吸收率。这些结果深入认识了中亚热带不同类型树种的N和P养分利用特点,可为区域造林实践提供科学依据。

亚热带红壤侵蚀区马尾松不同套种模式生态系统碳平衡

程分生, 尤龙辉, 叶功富, 游惠明, 聂森, 林文泉

2021, 32(4):  1163-1174.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.001

摘要 ( 291 )   PDF (990KB) ( 65 )  

以福建省长汀县红壤侵蚀区马尾松低效林套种杨梅、无患子、油茶及黄栀子的改造模式林分为研究对象,对林分各组分生物量年净生长量、含碳率及土壤异养呼吸进行定位观测,分析套种模式对低效马尾松林分生态系统碳储量格局及碳平衡的影响。结果表明: 杨梅、无患子、油茶、黄栀子和马尾松不同器官含碳率的变化范围分别为41.1%～50.1%、42.2%～50.6%、45.1%～48.9%、44.7%～49.6%和46.1%～51.9%。不同树种同一器官之间的含碳率存在显著差异。马尾松套种杨梅及马尾松套种无患子模式植被层碳储量及年净增碳储量最高,分别为67.62～68.42 t·hm^-2和9.21～9.45 t·hm^-2·a^-1,马尾松套种油茶和马尾松套种黄栀子模式较小,分别为31.96～36.24 t·hm^-2和4.09～4.16 t·hm^-2·a^-1,马尾松纯林对照最小,分别为17.01 t·hm^-2和2.00 t·hm^-2·a^-1。土壤异养呼吸年通量从高到低依次为马尾松套种杨梅模式(7.41 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种油茶模式(5.89 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种无患子模式(5.86 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种黄栀子模式(4.95 t·hm^-2·a^-1)>马尾松纯林对照(2.45 t·hm^-2·a^-1)。马尾松套种杨梅和马尾松套种无患子模式的年净生态系统碳平衡分别为2.04和3.27 t C·hm^-2·a^-1,表现为“碳汇”,马尾松套种油茶和马尾松套种黄栀子模式及马尾松纯林对照的年净生态系统碳平衡分别为-1.80、-0.80和-0.45 t C·hm^-2·a^-1,表现为“碳源”。总体上,短期内马尾松低效林套种杨梅或无患子能够提升林分的固碳增汇效益。

基于地理加权回归拓展模型的天然次生林碳储量空间分布

陈科屹, 张会儒, 张博, 何友均

2021, 32(4):  1175-1183.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.002

摘要 ( 502 )   PDF (1003KB) ( 58 )  

为精准获取区域尺度天然次生林的碳储量及其空间分布格局,以吉林省汪清林业局浪溪林场的天然次生林为研究对象,基于165块局级固定样地,以林分因子、地形因子和土壤因子为影响因子,将普通地理加权回归模型(GWR)作为基础,从空间维度、参数异质性特征和残差空间自相关性3个方面进行改进,构建7类拓展模型,即地理海拔加权回归模型(GAWR)、半参数地理加权回归模型(SGWR)、半参数地理海拔加权回归模型(SGAWR)、地理加权回归克里格模型(GWRK)、地理海拔加权回归克里格模型(GAWRK)、半参数地理加权回归克里格模型(SGWRK)和半参数地理海拔加权回归克里格模型(SGAWRK)。运用7类拓展模型对研究区的森林碳储量及其分布情况进行模拟估测,采用决定系数(R²)、均方误差(MSE)和赤池信息准则(AIC)对各种模型的拟合效果进行评价;最后,运用最优回归模型的拟合结果绘制森林碳储量空间分布图,分析研究区森林碳储量的分布规律。结果表明: 林分因子和地形因子对天然次生林碳储量产生了较大的影响,其中林分平均胸径是影响最大的变量,两者呈显著正相关;SGWR和SGAWR模型能够进一步降低GWR模型残差的空间自相关性;地理加权回归拓展模型能进一步提升GWR模型的拟合效果。其中,SGWRK模型具有最高的R²和最低的MSE和AIC。将海拔作为空间权重未能有效提高模型的拟合效果;浪溪林场森林总碳储量为205×10⁴ t,碳密度为8.56～145.74 t·hm^-2,平均值57.98 t·hm^-2,整体上呈现西北高、东南低,边缘高、内部低的分布格局。通过改进地理加权回归基础模型对参数异质性特征和残差空间自相关性的处理,可以更好地揭示研究区森林碳储量与相关变量间的空间关系,提升模型对区域尺度森林碳储量及其空间分布的估测精度。

磷肥对不同结实能力马尾松无性系雌球花量及针叶氮磷营养的影响

郑一, 张振, 范金根, 童庆元, 陈胜龙, 许志琪, 周志春

2021, 32(4):  1184-1192.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.004

摘要 ( 280 )   PDF (1351KB) ( 53 )  

为实现马尾松无性系种子园精准施肥和丰产经营,用不同结实能力无性系作为材料,设置每株0、400、800和1600 g 4个磷肥水平(分别记为P₀、P₄、P₈和P₁₆),分别在花原基形成前和球果采摘后施肥,研究磷肥对马尾松无性系雌球花量的影响,以及花原基形成期和球花分化前期不同高度的针叶N、P含量的变化。结果表明: 与P₀处理相比,P₈和P₁₆处理显著提高马尾松无性系雌球花量,2018年增幅分别为67.4%和61.2%,2019年增幅分别为28.9%和14.1%。雌球花量与针叶N含量和N/P呈显著负相关,与P含量呈显著正相关。不同结实能力无性系针叶N、P含量对P肥的响应存在差异。花原基形成期,结实能力弱的无性系N含量高,N/P值在11.5～12.5;结实能力强的无性系P含量高,N/P值在9.5～10.5,且在此时期大多数无性系在P₈处理下P含量最高,N/P最低。球花分化前期,两种无性系N/P值分别在15.3～17.0和13.2～15.1。无性系上部针叶P含量显著高于中部和下部,而N/P显著低于中部和下部。综上,每株施800 g磷肥可提高不同结实能力无性系花原基形成期针叶P含量,降低N/P,有利于雌球花的形成,对提高无性系种子园产量具有促进作用。

江西阳际峰30种阔叶树叶片氮磷含量及再吸收效率

邵静, 陈晓萍, 李锦隆, 胡丹丹, 王满堂, 钟全林, 程栋梁

2021, 32(4):  1193-1200.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.010

摘要 ( 454 )   PDF (1385KB) ( 120 )  

养分再吸收是植物养分利用的重要策略,体现了植物对养分留存、利用和适应环境的能力。为研究亚热带不同生活型(常绿与落叶)阔叶树养分含量与养分再吸收的关系,以江西阳际峰国家级自然保护区内30种阔叶树为研究对象,测定成熟和衰老叶片氮(N)和磷(P)含量,分析常绿和落叶树种叶片N和P含量及其再吸收效率差异,揭示阔叶树种叶片养分再吸收效率对植物生活型的响应。结果表明: 落叶树种成熟叶片N和P含量显著高于常绿树种,衰老叶片P含量显著高于常绿树种,而两者衰老叶N含量差异不显著;30种阔叶林木叶片的氮再吸收效率(NRE)与磷再吸收效率(PRE)平均值分别为49.6%和50.9%,两种生活型树种间叶片的NRE与PRE无显著差异;落叶和常绿树种叶片的NRE均与衰老叶N含量呈显著负相关,PRE则与衰老叶P含量呈显著负相关,且这种关系在不同生活型之间差异不显著;总物种的PRE-NRE异速生长指数为1.18。江西阳际峰30种不同生活型阔叶树的养分再吸收效率会影响衰老叶片的养分状况,且相较于N,植物偏好从衰老叶中再吸收P。

大围山樱属植物群落结构及物种多样性

柏文富, 禹霖, 李建挥, 聂东伶, 严佳文, 吴思政, 李继承, 肖金顶

2021, 32(4):  1201-1212.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.006

摘要 ( 296 )   PDF (1171KB) ( 71 )  

研究大围山樱属植物群落结构特征和物种多样性,为野生樱属植物保护和利用提供科学依据。结果表明: 大围山樱属植物有钟花樱桃群落、尾叶樱桃群落、华中樱桃群落和雪落樱桃群落,生活型结构以高位芽植物为主,植物区系组成以泛热带植物成分为主。物种多样性为灌木层＞乔木层,尾叶樱桃群落＞华中樱桃群落＞钟花樱桃群落＞雪落樱桃群落。种群以中幼龄和壮龄树个体为主,群落处于稳定期。雪落樱桃种群地径结构呈典型的金字塔结构,属增长型种群。华中樱桃群落是以华中樱桃为优势种的单优群落,尾叶樱桃和钟花樱桃是其群落乔木层重要伴生种,这3种樱桃均缺乏更新幼龄树,有被其他针阔叶树种取代的趋势。

模拟酸雨对南亚热带典型森林土壤N₂O排放的影响

曹亚玲, 俞梦笑, 江军, 曹楠楠, 赵梦頔, 王琛, 张德强, 闫俊华

2021, 32(4):  1213-1220.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.007

摘要 ( 240 )   PDF (977KB) ( 43 )  

基于长期模拟酸雨森林样地,利用箱式法同步测定了不同酸雨强度处理下森林土壤N₂O排放通量,研究了模拟酸雨对我国南亚热带针阔叶混交林和季风常绿阔叶林两种代表性森林土壤N₂O排放的影响。结果表明: 连续5年(2014—2018年)观测周期内,两种林型土壤N₂O排放通量在各模拟酸雨处理下均表现出明显的季节变化特征,湿季排放通量高于干季,并且年际变化较大。受2017—2018年度降水减少的影响,此期间两种林型土壤N₂O排放通量普遍较低。两种林型土壤N₂O排放通量与土壤温度和土壤湿度呈显著正相关。季风常绿阔叶林对照样方土壤N₂O排放通量为12.6 μg N₂O m^-2·h^-1,与对照相比,pH 3.5和pH 3.0条件下土壤N₂O排放通量分别上升42.9%和61.1%,模拟酸雨显著增加了季风常绿阔叶林土壤N₂O排放通量;模拟酸雨同样有促进针阔叶混交林土壤N₂O排放的趋势,但各处理间差异不显著。在酸雨依旧严峻的形势下,我国南亚热带典型森林土壤N₂O排放通量将增加,且不同林型的增幅不同。

长白山阔叶红松林演替序列水分利用效率特征

田金园, 刁浩宇, 袁凤辉, 关德新, 吴家兵, 王安志

2021, 32(4):  1221-1229.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.016

摘要 ( 317 )   PDF (1098KB) ( 50 )  

水分利用效率是反映植物水分利用的客观指标,对其研究有助于了解陆地生态系统的碳水耦合机制。本研究利用稳定碳同位素技术分析了长白山阔叶红松林演替序列下3种林分(中龄杨桦林、成熟杨桦林、阔叶红松林)中优势树种的水分利用效率。结果表明: 3种林分的水分利用效率在不同演替阶段存在阔叶红松林＞中龄杨桦林＞成熟杨桦林的大小顺序,且同一树种在不同林分中水分利用效率不同,中龄杨桦林中山杨和白桦的水分利用效率高于成熟杨桦林,阔叶红松林中水曲柳的水分利用效率远高于其在中龄杨桦林,阔叶红松林中色木槭和蒙古栎的水分利用效率高于其在成熟杨桦林;优势树种的水分利用效率存在木材类型上的差异,总体呈现环孔材树种＞散孔材树种;阔叶红松林优势树种中,阔叶树种和针叶树种的水分利用效率在生长季呈现两种不同的变化趋势,水曲柳、色木槭、蒙古栎、紫椴总体呈现先减小后增加的趋势,而红松呈现先增加后减小的趋势。生长季阔叶红松林的水分利用效率与温度呈显著负相关。不同的水分利用效率是长白山阔叶红松林优势树种适应演替进程、响应气候和环境变化的策略之一。

宁夏东部荒漠草原-灌丛地转变过程土壤氮素响应

李志丽, 王红梅, 孙忠超, 马彦平, 赵亚楠, 李雪颖,

2021, 32(4):  1230-1240.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.008

摘要 ( 398 )   PDF (2483KB) ( 27 )  

选取近30年荒漠草原灌丛引入形成的典型草地-灌丛镶嵌体内部的荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为研究样地,对各样地及其微生境(植丛与空斑)相关土壤指标进行测定,以了解荒漠草地向灌丛地转变过程中土壤氮素的响应特征。结果表明: 随草地灌丛化转变,草本与灌丛生物量均增加,其中一年生草本随灌丛引入增加明显;土壤水分、全碳、全氮及微生物生物量均呈降低趋势,微生物数量在草地边缘与灌丛边缘降低,而在灌丛地增加并略高于荒漠草地;从荒漠草地转变至灌丛地,硝态氮显著升高52.3%,最高为28.45 mg N·kg^-1,铵态氮显著降低10.4%,最低为4.81 mg N·kg^-1。微生物生物量氮与土壤水分呈显著正相关,而矿化氮与土壤水分响应关系则随着植被转变呈非线性变化,即硝态氮和铵态氮与土壤水分在荒漠草地和草地边缘呈正相关,而在灌丛边缘和灌丛地呈负相关。荒漠草地向灌丛地近30年的转变过程中,土壤全氮、微生物生物量氮呈降低趋势,而矿化氮显著增加,其中硝态氮尤为明显,表现出从荒漠草地土壤氮素的硝化抑制向灌丛地硝化加速转变。

贺兰山不同海拔土壤团聚体碳氮磷含量及其化学计量特征变化

吴梦瑶, 陈林, 庞丹波, 刘波, 刘丽贞, 邱开阳, 李学斌

2021, 32(4):  1241-1249.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.029

摘要 ( 379 )   PDF (1386KB) ( 77 )  

探究干旱半干旱区山地森林生态系统不同海拔土壤养分在团聚体中的分布规律,可为理解脆弱山地生态系统养分循环提供理论依据。本研究以贺兰山不同海拔(1380～2438 m)土壤为对象,分析0～20 cm土层团聚体分布及其稳定性、不同粒级团聚体有机碳、全氮、全磷储量及其化学计量特征。结果表明: 随海拔升高贺兰山主要土壤团聚体由微团聚体(0.25～0.053 mm)转变为大团聚体(>0.25 mm),平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)在高海拔样地(2139～2248 m)显著高于低海拔样地(1380～1650 m)。各粒级团聚体有机碳、全氮含量和储量随海拔升高呈增大趋势;全磷含量随海拔升高呈波动趋势,且在各粒级团聚体分布均匀。大团聚体和微团聚体对土壤养分具有更高的贡献率,各粒级团聚体比例是影响土壤养分的关键因素,大团聚体和微团聚体是土壤养分的主要载体。各粒级团聚体C∶N在不同海拔变化不显著,C∶P和N∶P在中高海拔显著高于低海拔。贺兰山中高海拔的表层土壤具有更高的养分储量,较高含量的大团聚体和微团聚体有助于有机碳和养分的固持,低海拔土壤氮素限制高,在森林培育过程中可通过适当添加氮肥以改善低海拔土壤全氮状况。

水分对武夷山草甸土壤有机碳激发效应的影响

李佳玉, 吕茂奎, 李晓杰, 姜永孟, 谢锦升

2021, 32(4):  1250-1258.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.022

摘要 ( 275 )   PDF (1288KB) ( 75 )  

水分是影响土壤有机碳激发效应的重要因子,但水分如何影响山地草甸土有机碳激发效应尚不清楚。本试验以武夷山高海拔(2130 m)山地草甸土为研究对象,通过室内添加¹³C标记的葡萄糖结合控制土壤水分(30%FWC和60%FWC,FWC为田间持水量),进行为期126 d的室内培养试验,定期测定CO₂浓度和¹³C-CO₂丰度值,研究不同水分条件下土壤有机碳矿化特征和激发效应的差异及其影响因素。结果表明: 山地草甸土碳矿化随着水分增加而增加。不同土壤水分山地草甸土激发效应随培养时间延长呈现逐渐降低的趋势,低含水量土壤激发效应显著大于高含水量土壤,培养结束时低含水量土壤累积激发碳量比高含水量土壤高61.4%。与低含水量土壤相比,高含水量土壤由葡萄糖矿化产生的CO₂量较多,且低含水量土壤的累积激发碳量与葡萄糖矿化量的比值显著大于高含水量土壤,说明高含水量土壤微生物更多地矿化外源添加的葡萄糖,且激发效率较低,最终高含水量土壤激发效应小于低含水量土壤。相关分析表明,土壤激发效应与土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量碳与氮比值(MBC/MBN)和NH₄⁺-N变化量呈显著正相关,说明低含水量条件会通过改变山地草甸土壤微生物数量和组成,进而提高土壤微生物对氮的“挖掘”,最终增加激发效应。因此,全球气候变化背景下若山地草甸土壤水分降低可能会增加通过激发效应引起的碳损失。

宁夏天然草地植被碳储量特征及构成

季波, 何建龙, 王占军, 蒋齐

2021, 32(4):  1259-1268.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.005

摘要 ( 400 )   PDF (2238KB) ( 73 )  

以宁夏广泛分布的温性草甸草原、温性草原、温性草原化荒漠和温性荒漠草原为研究对象,采用实地调查采样的方法,研究了宁夏天然草地植被总碳储量。结果表明: 宁夏天然草地地上植被、地下根系及主要灌木平均含碳率为0.40,枯落物平均含碳率为0.39。草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原的植被总碳储量分别为470.26、192.23、117.17和83.36 g·m^-2,其中,地上植被碳储量分别为87.35、68.50、59.32和40.05 g·m^-2,地下根系碳储量分别为344.29、108.83、50.65和30.29 g·m^-2,枯落物碳储量分别为38.62、14.91、7.19和13.03 g·m^-2,且均表现为草甸草原＞温性草原＞草原化荒漠＞荒漠草原。地下根系碳储量是构成草甸草原和温性草原植被总碳储量的主体,地上植被碳储量是构成草原化荒漠和荒漠草原植被总碳储量的主体,且地下根系碳储量均随土层深度加深而递减。宁夏天然草地植被总碳储量空间分布呈现草甸草原和温性草原分布的南部区域碳储量明显高于荒漠草原和草原化荒漠分布的中北部区域。

滇西并流河谷区土壤酶活性化学计量学特征与环境因子的关系

孙毅, 和润莲, 何光熊, 张梦寅, 方海东, 史亮涛, 闫帮国

2021, 32(4):  1269-1278.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.009

摘要 ( 345 )   PDF (1753KB) ( 35 )  

横断山河谷区具有极高的景观异质性,气候与植被类型多样化程度较高。为探讨土壤C、N、P、S四种生物元素在滇西怒江、澜沧江、金沙江及元江并流河谷区的区域循环特征,在各河谷的森林、草地、农田中分别取浅层(0～10 cm)土样,测定了土壤中C、N、P、S的循环酶,即β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)、硫酸脂酶(SU)活性,分析了土壤酶活性及其化学计量学特征与环境因素之间的关系。结果表明: 不同流域和不同土地类型下AP、NAG活性均有显著差异;4种酶活性之间均呈显著正相关,BG、NAG、SU活性由东南向西北随采样点的海拔升高而逐渐升高;在各流域土壤中,酶活性的生态化学计量比均为AP∶SU > BG∶SU > NAG∶SU > BG∶NAG > BG∶AP > NAG∶AP;与各流域内的林地和草地相比,农田土壤BG∶NAG较高,而NAG∶AP较低(元江流域除外);农田土壤中AP∶SU、BG∶SU、NAG∶SU在元江流域小于草地和林地,在澜沧江流域和金沙江流域则大于林地而小于草地。土壤酶活性及其化学计量学特征受到土壤理化性质、气候及区位的综合影响,其中土壤理化性质的影响最大。农业活动对C∶N∶P相关酶化学计量学特征具有显著影响,降低了土壤中N分解酶与其他酶活性的计量比,表现为增加了BG∶NAG,降低了NAG∶AP,农业活动对其他酶化学计量学特征的影响较小。

黑果枸杞功能性状对氮磷添加的响应及其可塑性

李金霞, 孙小妹, 刘娜, 李良, 陈年来

2021, 32(4):  1279-1288.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.025

摘要 ( 332 )   PDF (2622KB) ( 40 )  

分析养分添加对荒漠植物功能性状的影响,对揭示其响应和适应环境变化的规律至关重要。本研究以黑果枸杞为材料,设置3个氮磷(NP)添加量(低、中、高)和N/P(5∶1、15∶1、45∶1),量化分析了整株、根、茎、叶和果实性状对NP添加的响应。结果表明: 黑果枸杞功能性状差异化响应了NP添加量和比例,随NP添加量的增加,生物量和比叶面积增加,根冠比、叶干物质含量、根组织密度和比根长降低;随N/P的提高,地下生物量、比根长和净光合速率增大。17个功能性状指标的变异系数为7.3%～69.1%,生物量、根冠比和比根长为响应氮磷的敏感性状(可塑性指数PI>0.5),变异性较大(49.4%～69.1%);而叶长宽比、叶厚、叶组织密度、叶茎干物质含量为惰性性状(PI<0.20)。主成分分析(PCA)结果显示,黑果枸杞在多元特征空间的位置随NP添加量横向迁移,趋向于地上、地下生物量更大、根冠比更小的策略;同时叶组织密度与叶厚、比叶面积呈负相关;叶干物质含量与叶厚、比叶面积呈负相关,与叶组织密度呈正相关;生物量与比叶面积呈正相关,与比根长呈负相关。逐步回归分析进一步表明,比根长、比叶面积和叶片净光合速率是影响黑果枸杞生物量的主要功能性状。黑果枸杞通过资源利用策略的转变、根系碳分配的改变以及性状的权衡协变与非一致性响应适应土壤养分环境的波动。

盐胁迫下解钾菌对枸杞幼苗的促生效应

朱娟娟, 马海军, 张琇, 李敏, 徐小云, 覃洪云

2021, 32(4):  1289-1297.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.021

摘要 ( 353 )   PDF (1699KB) ( 39 )  

以‘宁杞1号’枸杞为研究对象,采用单因素随机区组试验设计,研究不添加NaCl和菌剂(CK)、100 mmol·L^-1 NaCl胁迫(NaCl)、100 mmol·L^-1 NaCl胁迫下添加解钾菌KSBGY01单菌液(NaCl-M1)、KSBGY02单菌液(NaCl-M2)及其混合菌液(NaCl-M3)对枸杞幼苗叶片叶绿素、多酚、超氧阴离子(O₂^-·)、过氧化氢(H₂O₂)和可溶性糖含量、抗氧化物酶和蔗糖代谢酶活性的影响,以探索解钾菌对盐胁迫下枸杞生理生化特性的影响。结果表明: 盐胁迫下解钾菌能够提高枸杞叶片类黄酮(FLAV)、荧光激发比花青素相对指数(FERARI)、花青素(ANTH-RB)和氮素平衡指数(NBI-G),降低O₂^-·和H₂O₂含量,增加可溶性糖含量及过氧化氢酶(CAT)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)和转化酶(INV)活性。不同处理间比较,NaCl-M2处理中枸杞叶片ANTH-RB值、NBI-G值、可溶性糖含量及CAT、SPS、SS和INV活性最高;NaCl-M3处理中枸杞叶片叶绿素含量、FLAV和FERARI值最高;NaCl-M1处理中枸杞叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性最高;不添加解钾菌的NaCl处理中枸杞叶片谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性最高;CK处理中枸杞叶片过氧化物酶(POD)活性最高。对枸杞幼苗14项生理生化指标进行灰色系统关联度分析表明,盐胁迫条件下添加解钾菌处理的枸杞生理生化指标加权关联度均高于CK和NaCl处理,其中NaCl-M2处理的加权关联度最高。因此,添加KSBGY02单菌液更有利于缓解盐胁迫对枸杞幼苗的影响。

行距和播种量对冬小麦冠层光合有效辐射垂直分布、生物量和籽粒产量的影响

熊淑萍, 曹文博, 张志勇, 张捷, 高明, 樊泽华, 沈帅杰, 王小纯, 马新明

2021, 32(4):  1298-1306.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.026

摘要 ( 277 )   PDF (1383KB) ( 81 )  

为明确行距和播种量对冬小麦冠层光合有效辐射(PAR)垂直分布、生物量和籽粒产量的影响,在不增加水肥等投入的基础上,设置等行距(R₁,20 cm+20 cm)、宽窄行(R₂,12 cm+12 cm+12 cm+24 cm)两种行距方式和低(D₁,120 kg·hm^-2)、中(D₂,157.5 kg·hm^-2)、高(D₃,195 kg·hm^-2)3个播种量水平,分析不同处理组合下冬小麦主要生育时期冠层PAR的截获率及利用率、群体光合能力、生物量和产量差异。结果表明: 冬小麦冠层总PAR截获率、上层PAR截获率均表现为R₁行距显著大于R₂,而中层和下层PAR截获率则表现为R₂大于R₁,且在中层差异显著;从小麦开花至成熟期,相同播种量下R₂行距光合势(LAD)、群体光合速率(CAP)、PAR转化率和利用率都显著高于R₁,并以R₂D₂处理最大;冬小麦的群体生物量(BA)和不同层次叶片生物量(BL)均表现为随播种量增加而增加,但单株生物量(BP)则相反。在同一播种量下,BA、BL和BP均在开花期之后表现为R₂行距高于R₁,其中,BA、BP在成熟期行距间差异显著,中层和下层BL在D₂、D₃播种量下行距间差异显著;不同处理组合间冬小麦的穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量分别以R₂D₃、R₂D₁、R₂D₁、R₂D₂最大,其中,R₂行距下千粒重、穗粒数和籽粒产量显著大于R₁。综上,改变行距可以改善小麦冠层中下层PAR的截获量,增强冬小麦单株和群体光合能力、光合有效辐射的利用及转化效率,提高生物量和籽粒产量。在冬小麦高产栽培中,应重视通过优化田间结构,塑造麦田理想的群体光合结构,以充分利用单位土地面积上光照资源,挖掘作物自身的光合生产潜力,达到高产高效的目的。在本试验条件下,以R₂D₂配置群体光合能力、光合有效辐射利用率和产量最佳。

休闲期深翻和探墒沟播对旱地小麦水氮资源利用的影响

赵杰, 林文, 孙敏, 任爱霞, 仝锦, 李浩, 王鑫炜, 高志强

2021, 32(4):  1307-1316.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.019

摘要 ( 300 )   PDF (535KB) ( 36 )  

为明确旱地麦田休闲期深翻和探墒沟播对农田水氮资源利用的影响,于2016—2018年在山西省闻喜县开展田间试验。试验采用二因素裂区设计,主区为休闲期深翻和免耕,副区为探墒沟播和常规条播。结果表明:与免耕处理相比,休闲期深翻处理显著提高了土壤蓄水效率(增幅38.3%～42.2%)、土壤耗水量(增幅9.2%～13.2%)和植株各生育时期氮素积累量,从而使产量显著提高7.1%～12.0%、周年水分利用效率提高5.5%～14.0%、氮肥吸收效率提高4.4%～10.3%、氮肥偏生产力提高7.1%～12.0%。与常规条播处理相比,探墒沟播处理显著提高了生育期总耗水量(增幅2.0%～4.8%)和植株各生育时期氮素积累量,从而使产量显著提高6.8%～12.4%、生育期水分利用效率提高4.5%～7.2%、氮肥吸收效率提高4.4%～10.3%、氮肥偏生产力提高6.9%～12.4%。总之,旱地小麦休闲期深翻配套探墒沟播有利于蓄存和利用自然降水,提高植株氮素积累量,进而实现小麦高产。

小麦与蚕豆间作体系根系形态与磷吸收的定量解析

柏文恋, 张梦瑶, 刘振洋, 郑毅, 汤利, 肖靖秀

2021, 32(4):  1317-1326.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.027

摘要 ( 348 )   PDF (1171KB) ( 29 )  

豆科与禾本科作物间作能够改变作物根系生长,但不同施磷水平下间作-根系形态-磷吸收之间的关系尚未明确。本研究通过田间定位试验和根箱模拟试验,研究不同种植模式(小麦单作、蚕豆单作和小麦-蚕豆间作)和不同磷水平下小麦和蚕豆的产量、生物量、磷吸收及根系形态特征,分析探讨不同施磷条件下小麦-蚕豆间作对根系形态和磷吸收的影响。结果表明: 根箱试验中,与单作相比,间作小麦的根干重、根冠比分别增加21.2%、61.5%,地上部干重降低14.6%,根系磷含量和总吸磷量分别提高23.8%和12.1%;间作蚕豆的地上部干重、根干重、根冠比、总根长和根体积分别增加16.5%、47.3%、24.0%、3.5%和8.4%,间作蚕豆地上部磷含量、根系磷含量和总吸磷量分别提高14.7%、26.2%和21.5%。田间试验中,与单作相比,分蘖期间作小麦地上部磷吸收量降低8.7%,而在拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别提高40.6%、19.7%、7.8%和12.4%;但种间互作导致开花期、结荚期和成熟期间作蚕豆的地上部磷吸收量分别降低9.8%、9.0%和5.2%。偏最小二乘法(PLS)回归分析表明,小麦的根表面积和根体积、蚕豆的根表面积对作物磷吸收的贡献最大,在低磷胁迫条件下,间作同时提高了小麦和蚕豆的根体积和根表面积,促进了磷的吸收。总之,在缺磷或低磷条件下,种间互作扩大了小麦和蚕豆根土接触面积,促进了苗期磷的吸收,为后期间作优势的形成奠定了基础。

半干旱区立式深旋耕和有机无机肥配施对饲用玉米水分利用效率和产量的影响

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

2021, 32(4):  1327-1336.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.028

摘要 ( 236 )   PDF (1382KB) ( 28 )  

合理的耕作和施肥管理措施是提高黄土高原半干旱区饲用玉米产量和水分利用效率的关键。本研究于2017—2019年在甘肃省农业科学院定西试验站开展大田试验,设置了传统旋耕+有机无机肥配施(TOF)、深旋耕+有机无机肥配施(DOF)和立式深旋耕+有机无机肥配施(VROF)3个处理,并以传统旋耕+单施无机肥(TF)为对照,测定了饲用玉米干物质量、土壤含水量、产量,计算了土壤耗水量、水分利用效率和经济效益等指标,探究不同处理对饲用玉米产量、水分利用效率和经济效益的影响。结果表明: 与其他处理相比,VROF花期0～300 cm土层土壤贮水量降低了16.9～79.9 mm,干旱年份花前耗水量增加了9.7～22.4 mm、花后耗水量增加了11.0～19.8 mm,总土壤耗水量提高了8.6%～12.4%;立式深旋耕+有机无机肥配施能够促进饲用玉米生育期耗水,使得成熟期干物质量增加3.9%～13.4%,株高、穗长、穗粒数、百粒重和双穗率也明显增加,秃顶长显著降低,籽粒产量增加4.3%～51.5%、生物产量增加4.3%～25.7%,籽粒和生物量水分利用效率分别提高2.7%～36.9%和3.6%～13.5%,单位总产值增加5.1%～32.9%、纯收益提高6.9%～80.5%。可知,立式深旋耕结合有机无机肥配施能够调控饲用玉米生育期耗水,使饲用玉米干物质积累、株高、百粒重等农艺和经济性状指标明显增加,显著提升产量和水分利用效率,并提高总产值和纯收益,是适宜于西北黄土高原半干旱区饲用玉米种植的抗旱增产增效技术。

陕北谷子品种更替过程中产量及农艺性状的演变

张宁宁, 严加坤, 王小林, 张岁岐

2021, 32(4):  1337-1344.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.039

摘要 ( 357 )   PDF (1481KB) ( 60 )  

选择不同年代(1960s—1970s、1980s—1990s、2000s—2010s)在陕北种植的6个谷子品种为试验材料,于2018—2019年在陕西榆林进行田间试验,研究分析了不同年代品种谷子产量及其农艺性状的演变特征。结果表明: 随年代更替,谷子品种产量呈现明显增加趋势,2000s—2010s选育的品种平均产量分别为0.46(2018)和0.66 kg·m^-2(2019),较2000s前的品种显著增产,增产幅度22%～53%;株高、穗重、叶重和杆重与产量趋势类似;而千粒重和穗长表现相对稳定,随品种更替并未呈现明显变化;旗叶宽度虽然变幅不大,但随品种更替呈明显增大趋势。相关性分析表明,穗重、杆重、叶重和株高与产量之间呈极显著相关。主成分分析显示,2000s—2010s谷子品种具有更大的优势。陕北谷子品种更替过程中主要通过株高和穗重的改良来增加单位面积产量,未来谷子高产育种应注重株高、穗重、杆重和叶重性状改良,尤其应探索适合机械收割的最优株高。

太阳辐射减弱对水稻光合生理特性和中微量元素积累的影响

方笑堃, 陈志炜, 程兆康, 姜海波, 邱丹, 罗小三

2021, 32(4):  1345-1351.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.030

摘要 ( 289 )   PDF (1017KB) ( 53 )  

近年来雾霾等大气环境污染问题突出,气溶胶导致到达地表的太阳辐射强度降低,对农作物生长造成了较大影响。为了探讨太阳辐射强度降低对粮食作物生理特性和矿质元素营养的影响,本研究以‘南粳5055’水稻品种为供试材料,采用田间随机区组设计,通过不同程度遮光处理模拟弱光环境(CK,不遮光对照;Y₁、Y₂遮光率分别为19%、45%),研究了在水稻关键生育期(拔节期、抽穗期、灌浆期)内叶绿素含量(SPAD)、叶面积指数(LAI)、叶片净光合速率、产量和籽粒中、微量金属元素(Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu)含量的响应特征。结果表明: 全生育期内遮光处理抑制了水稻光合作用产物的合成,降低了叶面积指数;但在生育前期对叶绿素含量无显著影响,在生育后期则显著增加。两种遮光处理下水稻的千粒重较CK分别降低了14.4%和18.4%,结实率降低了4.3%和12.9%,从而导致水稻产量下降,且随着遮光程度增加,水稻减产率加大,产量分别下降了58.5%和66.4%。遮光处理籽粒糙米和颖壳中金属元素含量升高,尤其微量元素含量显著上升。可见,遮光对水稻生长产生了不利影响,最终使其减产,并使Cu、Mn等重金属元素含量增加,这可能造成污染风险进而对人体健康造成威胁,因此,太阳辐射减弱对作物产量和品质的影响需要综合评价。

脲酶/硝化抑制剂在黑土和褐土中对尿素氮转化的调控效果

李学红, 李东坡, 武志杰, 崔磊, 肖富容, 李永华, 郑野, 张金明

2021, 32(4):  1352-1360.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.023

摘要 ( 435 )   PDF (1337KB) ( 31 )  

本试验研究脲酶/硝化抑制剂不同组合在黑土和褐土中对尿素水解和硝化作用的调控效果,旨在筛选出适合东北黑土、褐土的高效抑制剂组合。采用室内恒温、恒湿培养试验,以不施氮肥(CK)和施用普通尿素肥料(U)为对照,研究分别添加脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)及其与硝化抑制剂双氰胺(DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、2-氯-6(三氯甲基)-吡啶(CP)、2-氨基-4-氯-6-甲基嘧啶(AM)、3-甲基吡唑(MP)组合制成的6种高效稳定性尿素在黑土和褐土中的尿素水解和氨氧化特征。在培养125 d内分别取土壤样品15次,通过测定2种土壤中尿素态氮、铵态氮和硝态氮含量,及氨氧化作用强度,计算硝化抑制率,确定最适合2种土壤的抑制剂或组合。结果表明: 尿素在黑土和褐土中水解时间约7 d,添加NBPT以及其与不同硝化抑制剂组合均能将尿素水解时间延长21 d以上。与U处理相比,添加抑制剂可显著增加土壤NH₄⁺-N含量,降低NO₃^--N生成量,维持土壤中高NH₄⁺-N含量的时间更久。黑土中,添加硝化抑制剂的处理均能显著抑制土壤硝化作用,有效硝化抑制时间超过125 d;DMPP、CP与NBPT配施使黑土NH₄⁺-N含量提高1.6～1.8倍,培养125 d时其硝化抑制率分别为47.9%和24.1%。褐土中,U处理培养80 d左右基本完成硝化过程,而添加硝化抑制剂使硝化过程延长至少30 d;DCD、DMPP与NBPT配施使土壤NH₄⁺-N含量提高2.1～3.4倍,培养125 d时其硝化抑制率分别为25.3%和23.2%。因此,尿素与NBPT+DMPP和NBPT+DCD制成的高效稳定性尿素分别在黑土和褐土中施用效果最好,其次分别是NBPT+CP和NBPT+DMPP。

青藏高原植被生长季NDVI时空变化与影响因素

杨达, 易桂花, 张廷斌, 李景吉, 秦岩宾, 文博, 刘志宇

2021, 32(4):  1361-1372.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.014

摘要 ( 1254 )   PDF (4676KB) ( 409 )  

青藏高原是中国乃至亚洲的生态屏障,研究其植被对气候变化的响应对区域生态保护具有重要的现实意义。基于MOD09A1数据反演的生长季归一化植被指数(NDVI),分析2001—2018年青藏高原植被生长季NDVI时空特征和变化趋势,结合气象站点数据阐释NDVI与气候因子的关系。结果表明: 研究期间,青藏高原植被生长季NDVI呈缓慢上升趋势,不同气候区生长季NDVI年际变化差异明显,NDVI值波动幅度表现为高原湿润气候区>半湿润气候区>半干旱气候区>干旱气候区。青藏高原湿润气候区、半湿润气候区、干旱气候区、半干旱气候区NDVI显著升高和降低面积占比分别为1.4%和1.9%、4.9%和1.5%、16.4%和0.8%、7.0%和2.0%,干旱和半干旱气候区NDVI升高面积占比明显大于湿润和半湿润气候区。气温是影响湿润气候区和半湿润气候区NDVI变化的主导因子,而在干旱气候区,降水对NDVI的影响明显强于其他气候因子。气温对整个青藏高原植被生长季NDVI的驱动作用强于降水和相对湿度。

政策认知对农户低碳农业技术采纳决策的影响

尚光引, 杨欣

2021, 32(4):  1373-1382.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.024

摘要 ( 419 )   PDF (705KB) ( 71 )  

农业碳排放已经成为我国温室气体排放的第二大来源,不仅给农业减排工作带来巨大压力,还严重影响我国粮食安全和农业可持续发展。当前我国低碳农业技术并没有得到大面积推广,这与农户对低碳农业政策的认知密切相关。因此,如何促进农户采纳以绿色、可持续为目标的低碳农业技术,成为实现农业碳减排的关键。本研究基于江汉平原704户农户的调研数据,运用熵值法和Heckman样本选择模型,从农户政策了解程度、政策参与程度、政策满意程度3个维度出发,构建了基于全过程视角的农户低碳政策认知变量,实证分析农户全过程政策认知对其低碳农业技术采纳行为的影响。结果表明: 农户低碳政策认知整体水平有待提高,农户的政策认知整体水平仅为1.89;农户对单项低风险、高效益的低碳农业生产技术采纳率较高,但对多项的低碳农业技术采纳程度偏低,平均采纳程度仅为1.62;农户政策认知对其低碳农业技术采纳与否、采纳程度均有显著性的正向影响。据此提出加大低碳农业技术政策宣传力度、完善低碳农业技术培训、提高专项补贴标准等政策建议。

喀斯特石漠化地区不同土地利用类型土壤氮磷有效性及其环境影响因子

赵楚, 盛茂银, 白义鑫, 刘树西

2021, 32(4):  1383-1392.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.018

摘要 ( 336 )   PDF (1735KB) ( 77 )  

以西南典型喀斯特石漠化地区——贵州省花江峡谷地区4种不同土地利用类型(乔木林地、灌木林地、草地和撂荒地)土壤为对象,采用相关性分析和冗余分析方法探讨0～30 cm不同土层土壤有效氮、有效磷的分布规律以及土壤因子(土壤物理指标、有机碳组分、电化学属性、金属氧化物和酶活性)对有效氮和有效磷的影响。结果表明: 4种土地利用类型土壤全氮、全磷、有效氮和有效磷含量随土层深度的增加而显著降低,乔木林地和灌木林地各土层有效氮、有效磷含量显著高于草地和撂荒地;土壤有效氮、有效磷含量与有机碳组分、酶活性、表面电化学属性和非晶质氧化物指标呈显著正相关,而与土壤粉粒、游离金属氧化物指标呈显著负相关;冗余分析表明,影响4种土地利用类型土壤有效氮和有效磷的环境因素基本一致,其中土壤颗粒有机碳、总有机碳、土壤比表面积是影响土壤有效氮、有效磷变化的关键因子。土壤颗粒有机碳对土壤有效氮、磷含量变化的解释率较高,这可能是由于有机质对氮、磷的封存减小了土壤养分流失量。此外,乔木林地和灌木林地除了有较高的酶活性和电化学属性外,二者土壤有效氮和有效磷含量高于草地和撂荒地的另一原因可能是较高的土壤有机碳量对游离氧化铁、铝的形成产生抑制作用,铁、铝氧化物对氮和磷元素的吸附和固定量减少所致。

水文气候影响下黄河三角洲土壤盐分时空动态

张子璇, 宋雨桐, 张惠中, 李新举, 牛蓓蓓

2021, 32(4):  1393-1405.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.012

摘要 ( 496 )   PDF (5771KB) ( 79 )  

近年来,黄河三角洲在水文气候和人类活动影响下的土壤盐渍化问题日益突出。本研究以东营市河口区、垦利区、东营区和利津县为研究区,选取1985—2018年间20期Landsat系列影像,利用数值回归校正法进行影像光谱一致性转换,在此基础上运用偏最小二乘回归法构建土壤盐分定量反演模型;根据最佳盐分预测模型反演的研究区土壤盐分含量数据,分析土壤盐分(SC)时空变化特征,并探讨水文气候因素的影响。结果表明: 选用10个敏感光谱指数构建的土壤盐分反演模型的预测精度较高,其建模决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)为0.769、1.125,验证R²、RMSE和相对分析误差(RPD)分别为0.752、1.203、2.08。利用2016年土壤盐分数据进行反演精度检验,实测值与反演值的R²为0.7279。该模型对1985—2018年20期影像进行土壤盐分反演的结果异常值在10%以内。研究期间,区域平均盐分含量总体呈先上升后下降的趋势,最低的年份为1985年(3.14 g·kg^-1),最高的年份为1995年(5.86 g·kg^-1)。空间变化上,研究区重度盐渍土和盐土面积减少,轻、中度盐渍土面积显著增加(66.6%),盐渍土总面积呈扩大趋势。水文气候条件对土壤盐分的影响具有一定滞后性。气温对土壤盐分积累有促进作用,前半年和前1年的平均气温与含盐量均显著相关,R分别为0.507和0.538;土壤含盐量与区域降水量的相关性不显著,受前季黄河径流量的影响最大,R达-0.543。

亚洲季风区大气CH₄浓度时空变化特征与影响因素

张世勍, 曹闪闪, 胡礼庭, 蔡超琳, 屠越, 刘敏

2021, 32(4):  1406-1416.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.013

摘要 ( 332 )   PDF (2301KB) ( 30 )  

基于2009—2018年亚洲季风区7个大气本底站[印度尼西亚Bukit Kototabang(BKT)站、中国鹿林(LLN)站和瓦里关(WLG)站、日本Ryori(RYO)站和Yonagunijima(YON)站、韩国Tae-ahn Peninsula(TAP)站、蒙古Ulaan Uul(UUM)站]地面观测资料,利用谐波模型拟合和最大信息非参数探索方法,对亚洲季风区大气CH₄浓度时空变化特征及影响因素进行分析。结果表明: 亚洲季风区大气CH₄浓度范围在1853.04～1935.61 nmol·mol^-1,高于同期美国夏威夷Mauna Loa(MLO)站观测值(1838.33 nmol·mol^-1),总体呈现由北向南依次递减的纬向分布特征,两个高值中心为韩国TAP站(1935.61 nmol·mol^-1)和日本RYO站(1907.19 nmol·mol^-1)。大气CH₄浓度平均季振幅最大为日本YON站(108.20 nmol·mol^-1),最小为中国WLG站(29.48 nmol·mol^-1),同时韩国TAP(4.49 nmol·mol^-1·a^-1)站表现出更高的季振幅变化速率;除中国WLG站和韩国TAP站外,其他本底站均呈现夏低冬高的季节循环特征;从长期变化上看,中国LLN站(7.68 nmol·mol^-1·a^-1)和WLG站(7.56 nmol·mol^-1·a^-1)大气CH₄浓度增长趋势最明显。相对于风速而言,气温和降水量对亚洲季风区大气CH₄浓度的影响程度更高,两个气象因子与大气CH₄浓度之间均呈现显著负相关;局地排放对部分站点大气CH₄浓度具有显著正向效应。

延安市安塞区极端降水变化特征

王国强, 姜基春, 焦峰

2021, 32(4):  1417-1423.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.015

摘要 ( 362 )   PDF (1579KB) ( 34 )  

以1980—2019年安塞气象站的日降水资料为基础选取11个极端降水指标,从降水强度和降水频率的角度对安塞区的极端降水数据进行分析,并对未来极端降水趋势进行预测。结果表明: 1980—2019年,安塞区极端降水指标总体呈现下降趋势,其中,大雨以上日数和普通日降水强度的下降趋势达到显著水平,其气候倾向斜率分别为-0.65 d·(10 a)^-1和-0.32 mm·d^-1·(10 a)^-1。除持续湿润日数和极端降水总量外,其余极端降水指标均存在突变点,突变之后各指标多呈下降趋势,且年降水量、中雨以上日数、大雨以上日数、暴雨以上日数、异常降水总量、普通日降水强度的下降趋势达到显著水平。持续干燥日数与其他指标的相关性较低且与一些指标呈负相关,而持续湿润日数只与少数几个指标具有相关性,此外,其他极端降水指标之间均呈显著相关。Hurst指数分析表明,未来安塞区极端降水总体变化趋势具有持续性。

基于空间优先级的福州市中心城区绿色基础设施网络构建

何侃, 林涛, 吴建芳, 随梦飞, 刘恋, 丁国昌

2021, 32(4):  1424-1432.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.017

摘要 ( 312 )   PDF (4158KB) ( 40 )  

在城市用地极为紧张、生态环境保护遇到严峻挑战之际,如何高效构建绿色基础设施(GI)网络并识别相对重要的景观生态要素显得尤为重要。本研究以福州市中心城区为例,基于形态学空间格局分析方法与景观连通性评价对GI网络中心进行识别及优先级划分,使用最小成本路径及重力模型等方法提取各级潜在廊道,并利用密度分析和盲区分析对GI节点进行提取及优先级划分,得到优化后的GI网络。结果表明: 福州市中心城区一级网络中心主要分布于南北两侧,中部网络中心面积小且分散,景观综合阻力呈现外围低、中间高的趋势,整体连通性较差;利用现状廊道及潜在廊道构建的GI廊道体系有效增强了网络中心之间的连通性;提取GI节点为物质能量流通提供“中转站”,可改善部分区域存在基质阻力过大、连接廊道过长等问题。GI要素的空间优先级划分,使得GI网络的构建更加科学,可为未来福州市市域GI网络规划期限与建设时序提供参考。

氮肥减施与配施有机肥对冬小麦土壤线虫群落结构的影响

赵一, 杨贝贝, 朱新萍, 陈署晃, 陈小云, 贾宏涛

2021, 32(4):  1433-1440.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.036

摘要 ( 268 )   PDF (942KB) ( 56 )  

土壤线虫是指示土壤健康的典型生物之一,为了揭示氮肥减施对土壤健康的影响,以冬小麦土壤为对象,研究了氮肥减施和配施有机肥对拔节期冬小麦土壤线虫群落结构的影响。共设置了6个施肥处理:CF(315 kg N·hm^-2,常规施肥量)、N₂₄₀(240 kg N·hm^-2)、N₂₁₀(210 kg N·hm^-2)、N₁₈₀(180 kg N·hm^-2)、F₁₅₀(180 kg N·hm^-2+150 kg·hm^-2黄腐酸)、F₂₂₅(180 kg N·hm^-2+225 kg·hm^-2黄腐酸)。结果表明: 1)氮肥减施会降低土壤线虫数量,降幅为15.3%～68.5%;2)各处理均以原杆属为优势属(19.6%～50.4%)。氮肥减施提高了食真菌类、植食类和捕食/杂食类线虫的丰度,食细菌类线虫的丰度先降低后升高。配施有机肥后,食细菌类和食真菌类线虫的丰度降低,植食类和捕食/杂食类线虫丰度升高;3)N₂₄₀和F₂₂₅处理分别使线虫多样性指数H提高了48.1%和58.5%。N₂₄₀处理线虫成熟度指数MI最高(1.95)。N₁₈₀处理线虫结构指数SI最低(43.33),配施有机肥的F₂₂₅线虫结构指数SI达到62.72,但线虫富集指数EI最低(80.82)。说明减施氮肥并配施有机肥可以提高土壤线虫的多样性,使食物网向复杂稳定方向发展,对农田土壤生态系统有积极意义。

人工与天然云杉林土壤真菌群落多样性及菌群网络关系特征

刘艳娇, 樊丹丹, 李香真, 赵文强, 寇涌苹

2021, 32(4):  1441-1451.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.034

摘要 ( 282 )   PDF (1472KB) ( 69 )  

土壤真菌群落多样性和菌群关系是维持生态系统的多样性及稳定性的关键。本文以粗枝云杉人工林和天然林为研究对象,利用高通量测序技术和生物信息学分析方法,研究了云杉根际和非根际土壤真菌群落组成、多样性及菌群网络关系。结果表明: 从群落组成上看,人工林中相对丰度最高的科是丝盖伞科,而天然林中是蜡壳耳科,两处林型下占比最高的属均为丝盖伞属。群落的β多样性在两处林型的根际、非根际下存在显著差异。环境变量与真菌类群的相对丰度和α多样性相关关系不显著,而草本覆盖度、土壤含水率、总有机碳和植被丰富度是群落β多样性的主要影响因素。网络分析显示,天然林土壤真菌菌群之间以负相关关系为主,表明天然林土壤中菌群之间主要存在竞争作用。比较两处林型下的根际、非根际土壤真菌菌群关系发现,非根际区域菌群之间负相关性均较高,表明非根际土壤中菌群的种间竞争作用可能要强于根际土壤。结合差异丰度分析,两处林型下根际和非根际之间存在显著差异的物种中仅有蜡壳耳科为真菌网络中共有的关键菌群,表明人工林和天然林土壤真菌群落结构中差异种群的变化可能对其群落稳定性影响较小。

赤泥自然成土过程及其微生物驱动机制

李辉, 曲洋, 姚敏杰, 田文杰, 王小庆, 石犇, 曹丽娜, 岳凌帆, 曹凯琴

2021, 32(4):  1452-1460.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.038

摘要 ( 379 )   PDF (2263KB) ( 74 )  

氧化铝废渣(赤泥)堆场生态修复的关键是赤泥土壤化。运用空间代替时间的方法,在未采取人工修复措施的赤泥堆场采集具有时间序列特征的赤泥样品,通过测定其理化生化指标及微生物群落结构变化,研究赤泥的自然成土过程及其微生物驱动机制。结果表明: 随赤泥泥龄的增加,其物理指标孔隙度、水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径提升,容重降低;化学指标pH值、电导率、酸中和能力和交换性钠饱和度降低;生化指标有机碳、总氮、有效态磷、微生物生物量碳、土壤基础呼吸提升,代谢熵降低。微生物Shannon多样性指数增加,群落结构由产氧光合细菌蓝细菌门、不产氧光合细菌绿菌门和绿弯菌门占据绝对优势转变为变形菌门、放线菌门和厚壁菌门占据优势地位,富营养细菌与贫营养细菌丰度比值明显增加。微观形态分析表明,微生物及其代谢产物通过对赤泥颗粒的吸附、链接、缠绕及包裹形成微生物-赤泥聚合体。在自然堆置过程中赤泥自发地由贫营养的极端生境向土壤生境转变,微生物通过提升营养水平、降低盐碱度、改善质地结构等途径参与赤泥的自然成土过程。

贺兰山冲积扇荒漠草地拟步甲群落小尺度空间格局动态

杨贵军, 王源, 王敏

2021, 32(4):  1461-1470.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.032

摘要 ( 276 )   PDF (1695KB) ( 23 )  

为探讨贺兰山冲积扇荒漠草地拟步甲群落小尺度空间格局动态特征,本研究于2019年5—10月每月采用陷阱法调查200 m×200 m空间尺度的拟步甲昆虫群落,基于地统计分析方法,研究拟步甲昆虫群落的空间格局,并分析空间格局与地形因子的关系。6次调查共捕获拟步甲科成虫7属10种1086只,群落组成具有较明显的空间和时间变异性。其中,拟步甲群落多样性以5月最大,7月最低。Moran I指数表明,拟步甲优势种空间自相关性具有明显的季节波动性,在5月、9月和10月表现为显著空间正相关。拟步甲群落和优势种具有较强的空间异质性,主要由结构性因素决定。普通克里金插值表明,不同季节群落空间格局梯度分布存在明显差异,夏季群落空间格局比较简单。交叉方差函数分析显示,优势种物种间大多表现为正空间关联性,且主要受结构性因素单一调控。典范对应分析(CCA)结果表明,坡度和海拔显著影响昆虫分布。本研究揭示了拟步甲昆虫群落小尺度空间异质性具有明显的季节变异,为研究贺兰山冲积扇生境地表甲虫物种多样性空间格局及维持机制奠定基础。

旅游干扰下水质对大鲵繁殖行为与繁殖力的影响

罗庆华, 付磊, 蒋万胜, 周立清, 曹威, 田贺, 陈荣桂

2021, 32(4):  1471-1478.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.035

摘要 ( 231 )   PDF (2600KB) ( 27 )  

通过控制大鲵仿生态繁育池进水量模拟旅游干扰下的水质溶解氧特征,采用红外数字监控系统研究大鲵繁殖行为(产卵与护卵)及繁殖力(相对产卵量、受精率与孵化率)特点,分析它们与水质的关系,探讨旅游干扰导致的水质变化对大鲵繁殖行为及繁殖力的影响。结果表明: 与对照组相比,旅游干扰下大鲵的产卵行为与繁殖力未受到显著影响,但雄鲵护卵行为中的扇尾与搅动时间显著延长,以提高水中溶解氧浓度,满足大鲵胚胎发育需求;此外,旅游干扰下受精卵的孵化时间显著延长,但孵化率未受到显著影响。雄鲵护卵行为变化与受精卵孵化时间延长可能是大鲵对旅游干扰导致的水质变化的一种主动响应。

花群珊瑚对两种微藻的摄食

王振, 杨阳楚翘, 陈芸, 王淑红

2021, 32(4):  1479-1488.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.037

摘要 ( 273 )   PDF (2929KB) ( 18 )  

以花群珊瑚为材料,采用碳清除率测定、PCR分子营养标记和组织学观察的方法,研究花群珊瑚是否摄食亚心形扁藻和球等鞭金藻。结果表明: 花群珊瑚对球等鞭金藻的碳清除率显著高于亚心形扁藻,分别为0.44和0.11 pg·mL^-1·polyp^-1·h^-1。球等鞭金藻烯酰基载体蛋白还原酶基因片段作为分子标记在投喂组珊瑚组织中可扩增出目的片段。亚心形扁藻18S rRNA基因的引物在相应投喂组珊瑚组织中也可扩增出目的片段。组织学观察发现: 投喂组珊瑚水螅体内部隔膜较宽,隔膜与体壁的胃层都存在大量食物泡。亚心形扁藻投喂组在体壁胃层的食物泡中和口道沟处均发现未消化完全的亚心形扁藻。球等鞭金藻投喂组则在隔膜胃层和体壁胃层内的食物泡中发现所摄食金藻。因此,碳清除率、分子营养标记以及组织学观察均表明花群珊瑚对亚心形扁藻与球等鞭金藻存在摄食现象。

大陈洋产卵场保护区甲壳类群落结构特征及其与环境因子的关系

朱玉丹, 蒋日进, 周永东, 吴仁斌, 印瑞, 芮银, 张琳琳

2021, 32(4):  1489-1497.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.033

摘要 ( 262 )   PDF (1426KB) ( 21 )  

为了解浙江省大陈洋产卵场保护区甲壳类的群落结构特征,于2018年春季(4月)和秋季(11月)对甲壳类生物资源进行了底拖网调查,应用相对重要性指数(IRI)、生物多样性指数和典范对应分析(CCA)等方法对其群落结构及其与环境因子的关系进行了综合分析。结果表明: 共鉴定出甲壳类38种,隶属14科25属,其中口虾蛄、三疣梭子蟹、双斑蟳和哈氏仿对虾为优势种。春季甲壳类资源密度在50 m以浅海域较高;秋季在50 m以深海域较高,且保护区内南部甲壳类资源密度高于北部。关于多样性特征,春季甲壳类丰富度指数(D)、多样性指数(H)和均匀度指数(J)均高于秋季,空间分布上50 m以深海域甲壳类的H最高。根据生物量进行等级聚类分析(CLUSTER)和非度量多维标度排序(NMDS)分析,春季可将甲壳类划分为3个群落,秋季划分为4个群落,春季甲壳类群落结构组内差异性较秋季显著。典范对应分析结果表明,水深、底温、盐度和溶解氧为影响甲壳类种类组成和时空变化的主要环境因子。

综合评述

稻田水氮氧环境因子对水稻生长发育、光合作用和氮利用的调控研究进展

吴龙龙, 田仓, 张露, 黄晶, 朱练峰, 张均华, 曹小闯, 金千瑜

2021, 32(4):  1498-1508.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.020

摘要 ( 359 )   PDF (622KB) ( 113 )  

水分和氮素是影响水稻生长发育的两个重要环境因子。适宜的水氮耦合模式可通过“以水调氮、以水控氧”调控稻田根际氮形态和溶氧量等环境因子,促进良好根系形态构建,提高叶片光合速率和光合产物“源-库”分配平衡,提高水稻群体质量和产量形成。同时,稻田水氮氧环境因子驱动的微生物调控机制在水稻-土壤系统氮高效利用方面也发挥重要作用。本文重点阐述了水氮耦合下水分、氮形态和溶氧量对水稻生长发育、光合作用、碳氮代谢、稻田氮转化过程及其微生物调控机制等方面的研究进展,展望并提出了未来亟待加强的研究方向:1)开展水氮耦合下水稻根际溶氧量时空动态分布特征及氧环境调控关键因子研究;2)明确不同基因型水稻根源信号增氧响应特征及其对水稻生长发育的影响调控机制;3)阐明根际氧环境驱动的关键微生物过程对稻田氮转化和氮素利用的影响。

特殊环境中甲烷氧化菌的研究进展

艾佳, 吕杨, 李彦澄, 钟雄, 李江

2021, 32(4):  1509-1517.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.031

摘要 ( 478 )   PDF (1456KB) ( 62 )  

甲烷氧化菌在自然界中广泛分布,是一类独特的原核生物,同时也是环境中甲烷气体的重要生物过滤器。其生存环境不仅仅局限于普通的中性中温条件,现已从酸性泥炭藓沼泽湿地、酸性森林土壤、温泉及火山口附近的高温地热区域、苏打盐碱型湖泊及海洋沉积物等pH、温度范围较宽的多种特殊环境中被分离出来。本文详细阐述了特殊环境中甲烷氧化菌的分类、性质和影响因素,并总结了甲烷氧化菌的工程应用和研究技术,旨在为环境生物多样性和全球碳、氢循环的深入研究提供参考。

基于核算目的的生态系统服务估价方法研究进展

石薇, 程开明, 汪劲松

2021, 32(4):  1518-1530.  doi:10.13287/j.1001-9332.202104.011

摘要 ( 347 )   PDF (779KB) ( 67 )  

开展生态系统服务价值评估不仅是健全生态系统核算方法、完善已有核算体系的重要环节之一,也是加快生态文明体制改革、建设美丽中国的关键技术之一。然而,已有文献少有根据核算目的对生态系统服务的估价方法进行系统梳理并加以区分,这将会从需求侧造成对生态系统服务价值的高估,使不同部门之间的测度结果产生不一致。本文基于生态系统核算目的,对生态系统服务的估价方法展开综述。首先,从生态系统服务的内涵与价值入手,对生态系统服务价值的分类方法进行梳理,总结了生态系统服务经济单位的途径,以识别生态系统服务纳入国民经济核算体系的程度;其次,系统阐述了已有生态系统服务估价方法的内涵、适用范围和数据需求;再次,从生态系统核算的角度,探讨不同类型生态系统服务所适用的估价方法;最后,分析了当前研究存在的不足,并对未来研究予以展望。