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2021年 第32卷 第6期    刊出日期：2021-06-15

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2021, 32(6):  1902-1902. 

摘要 ( 133 )   PDF (471KB) ( 44 )  

主编观点

大尺度陆地生态系统状态变化及其资源环境效应的立体化协同联网观测

于贵瑞, 张雷明, 张扬建, 杨萌

2021, 32(6):  1903-1918.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.040

摘要 ( 421 )   PDF (7055KB) ( 271 )  

环境变化和人类活动的双重驱动正在快速地改变地球生态系统状态,呈现出了众多级联的资源环境问题,生态系统的状态变化和时空演变驱动因素以及相应的资源环境效应是大尺度陆地生态系统科学研究的永恒主题。观测和评估生态系统状态变化,发现和理解生态系统响应机制,认知和描述生态系统演变规律,预测和预警生态系统演变趋势,都依赖于大陆及全球尺度的分布式协同观测研究网络。本研究以服务大陆尺度生态系统科学研究、支撑区域生态环境治理为目标,围绕生态系统状态变化及资源环境效应科学问题,综合分析了现有生态环境观测研究网络现状,明确提出了生态系统观测研究站及其网络的发展方向,进而提出了发展“多要素-多界面-多介质-多过程-多尺度-多方法”的联网协同观测体系,构建“高新技术集成化-区域分布网络化-网络管理智能化-观测实验长期化-模型模拟多功能化-数据集成和资源共享远程化”的新一代大陆尺度生态系统观测实验研究网络的设想,并进一步阐述了该研究网络的功能定位、设计理念、设计方案、建设目标和技术体系,以期为我国陆地生态系统观测研究网络的发展提供借鉴与参考。

稳定同位素生态学专栏

土壤剖面碳氮稳定同位素自然丰度的垂直分布模式及其影响机制

陈淼, 刘顺, 许格希, 史作民

2021, 32(6):  1919-1927.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.028

摘要 ( 540 )   PDF (922KB) ( 165 )  

土壤碳、氮稳定同位素自然丰度(δ¹³C和δ¹⁵N)随土壤深度变化的研究,对揭示碳、氮元素生物地球化学循环机制具有重要意义。本文在概述土壤剖面δ¹³C和δ¹⁵N垂直分布特征的基础上,重点介绍了土壤δ¹³C和δ¹⁵N垂直分布模式的影响机制。土壤剖面δ¹³C垂直分布模式的影响机制主要有3种: 1)植被δ¹³C值的历史变化;2)植物群落C3-C4植物优势度变化;3)分解过程中¹³C富集的微生物源碳的积累。此外,讨论了¹³C休斯效应对土壤剖面δ¹³C垂直分布模式的影响。土壤剖面δ¹⁵N垂直分布模式的影响机制主要有4种: 1)反硝化过程产生的¹⁵N贫化气体的损失;2)分解过程中¹⁵N富集的微生物源氮的积累;3)菌根将¹⁵N贫化的含氮化合物转移到植物而在深层土壤积累¹⁵N富集的菌根真菌残留物;4)土壤有机质-矿物相互作用。最后提出了未来土壤剖面碳、氮稳定同位素自然丰度的垂直分布模式研究应该关注的重点。

典型林区水分氢氧稳定同位素在土壤-植物-大气连续体中的分布特征

李雨芊, 孟玉川, 宋泓苇, 杜成鸿, 向淇云

2021, 32(6):  1928-1934.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.020

摘要 ( 321 )   PDF (1458KB) ( 58 )  

土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水循环是水文学和生态学研究的重要内容,氢氧稳定同位素在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程。本研究通过分析成都平原区亚热带常绿阔叶林中降水、土壤水、植物水的同位素组成,探讨SPAC系统中水分的氢氧稳定同位素演化特征,揭示区域水循环不同界面过程。结果表明: 研究区雨季大气降水线方程为: δD=7.13δ¹⁸O+2.35(R²=0.99),土壤蒸发线方程为: δD=6.98δ¹⁸O-0.32(R²=0.92)。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。浅层土壤(0～35 cm)水δ¹⁸O受降水的直接影响,响应关系明显,中深层土壤(35～100 cm)水则相对稳定。观测期间,植物木质部水同位素比土壤水略微富集,说明水分在植物体内输送过程中可能通过韧皮部或树皮发生轻微蒸发或蒸腾。采用直接相关法初步估计植物对不同土层土壤水的利用情况,樟树主要利用中层土壤水,构树主要利用浅层土壤水,金星蕨因根系分布浅更倾向于利用浅层土壤水和植物截留的降水。与金星蕨相比,樟树和构树的叶片水分蒸发和同位素动力分馏程度更强。

降雨对高寒沙地不同林龄中间锦鸡儿水分利用特征的影响

高娅, 何凌仙子, 贾志清, 李清雪, 戴捷

2021, 32(6):  1935-1942.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.008

摘要 ( 264 )   PDF (1299KB) ( 60 )  

为明确不同林龄中间锦鸡儿水分来源对降雨的响应,利用稳定同位素技术测定青海共和盆地不同林龄的中间锦鸡儿(4 a、9 a、17 a和31 a)在降雨前后土壤水、木质部水、地下水和雨水的δ²H、δ¹⁸O组成,运用Iso-Source模型计算植物对各潜在水源的利用比例。结果表明: 各林龄中间锦鸡儿的浅层(0～40 cm)土壤水δ²H、δ¹⁸O组成对降雨的响应最明显;降雨前后各林龄中间锦鸡儿的木质部水、土壤水分和地下水同位素值均位于当地大气降水线(LMWL)的右下侧,其截距和斜率均小于LMWL和全球大气降水线(GMWL),且降雨后中间锦鸡儿的木质部水和土壤水的同位素组成更趋近LMWL;降雨前,4 a和9 a中间锦鸡儿主要利用浅层土壤水,17 a中间锦鸡儿主要利用中层(40～90 cm)土壤水,31 a中间锦鸡儿主要利用深层土壤水;降雨后,各林龄中间锦鸡儿的吸水层位均为降雨补充的浅层土壤水;各林龄对地下水的利用率仅有1.8%～11.9%。说明不同林龄中间锦鸡儿的水分来源对降雨的响应方式相同,均优先利用降雨补充的浅层土壤水,对地下水的利用减少。

季节性干旱地区典型树种长期水分利用特征与模式

王欣, 贾国栋, 邓文平, 刘自强, 刘子赫, 邱贵福, 李文立

2021, 32(6):  1943-1950.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.022

摘要 ( 305 )   PDF (1715KB) ( 63 )  

在季节性干旱地区,水分是影响植物生长发育的关键核心因子。基于长期连续观测数据探究植物水分利用模式,对于季节性干旱地区植被建设具有重要意义。本研究以北京山区侧柏人工林为对象,利用稳定氢氧同位素技术测定了2012—2017年间土壤、植物枝条和降水同位素组成,通过MixSIAR模型定量分析侧柏对不同土层土壤水分的贡献率。结果表明: 深层(40～100 cm)土壤水较浅层(0～40 cm)土壤水稳定,受蒸发和降水的影响,浅层土壤含水量和水同位素值变化幅度较深层明显;侧柏主要吸收利用稳定的深层土壤水,贡献率为55.7%。在旱季,随着土壤水分含量的降低,植物对土壤水分的吸收深度逐渐向浅层转移;在水量充沛、自然适宜、轻度干旱、中度干旱条件下,深层土壤水的贡献率依次为59.8%、57.9%、54.6%、52.7%。在轻度和中度干旱条件下,雨季侧柏对深层土壤水的依赖程度高于旱季,以维持较大的蒸腾作用;在水量充沛、自然适宜、轻度干旱、中度干旱条件下,深层土壤水贡献率分别为58.9%、57.6%、56.4%、57.1%。侧柏依据土壤水分条件调整吸水深度的自适应特性,对季节性干旱地区生态造林树种的选择和长期管理规划具有重要意义。

基于卫星降水产品的华北北纬38°带降水氢氧同位素时空特征及水汽来源

檀康达, 王仕琴, 郑文波

2021, 32(6):  1951-1962.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.026

摘要 ( 252 )   PDF (4397KB) ( 34 )  

降水氢氧同位素的变化程度对反演降水水汽来源和认识蒸发作用的强弱有重要作用;结合高时间分辨率的卫星降水产品能够提高反演水汽来源的准确性,更清晰地说明水汽团的运移路径。本研究以位于华北北纬38°带的中国科学院太行山站(山区)、栾城站(山前平原)和南皮站(滨海低平原)2015—2018年降水氢氧同位素为对象,分析该区域降水水汽来源和极端降水对氢氧同位素的影响。结果表明: 华北北纬38°带降水氢氧同位素在年内呈雨季富集、旱季贫化的特征,雨季降水氢氧同位素表现出随降水量增加而贫化的趋势;华北山前平原大气降水氢氧同位素拟合关系斜率和截距最小,说明山前平原降水受二次蒸发作用的影响最显著,蒸发作用也使得平原区枯水年同位素变幅最大,而山区雨量效应造成丰水年同位素变幅最大。利用卫星产品揭示降水的水汽来源,华北北纬38°带全年主导水汽为西北和内陆方向水汽,而雨季为西南和近缘海洋性水汽。由于水汽来源的变化,同时,山区和平原区分别受雨量效应和二次蒸发的影响,使得降水氢氧同位素在丰水年(2016)存在显著差异。用HYSPLIT模型模拟2016年“7·19”极端降水的路径,西南水汽是山区和平原区极端降水的主要水汽来源,而低平原区混合了东南向水汽。说明水汽源的差异及蒸发过程主导华北北纬38°带极端降水氢氧同位素的时空分布特征。

聚四氟乙烯塑料管研磨法对测定C4植物碳同位素比值的影响

李蕾, 汪旭明, Rudi Schäufele, 蔡炳贵, 巩晓颖

2021, 32(6):  1963-1970.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.019

摘要 ( 255 )   PDF (1469KB) ( 24 )  

聚四氟乙烯(PTFE)塑料管研磨法是测定植物碳同位素比率(δ¹³C)值常用的前处理方法。该方法处理样品高效快捷,但对植物δ¹³C可能存在污染。本研究利用人工气候室开展双因素交互试验,包括空气相对湿度(50%和80%)和空气δ¹³C(¹³C富集和贫化的空气)两个因素,对比了PTFE塑料管研磨法和不锈钢管研磨法处理C4植物糙隐子草δ¹³C的结果。结果表明: 在相同湿度条件下,不同空气δ¹³C处理的植物¹³C分馏值(Δ¹³C,矫正了光合作用底物的δ¹³C差异)原本可以视为重复,但由于PTFE塑料颗粒的混入,相同湿度不同¹³C丰度空气培养下植物叶片Δ¹³C平均差值为4.8‰。该污染效应导致单个叶片δ¹³C测定的误差高达8‰。考虑到C4植物的Δ¹³C较低(通常为1‰~8‰),这种污染效应已经超出了可以接受的误差范围。通过建立类似Keeling曲线的二元混合模型对误差进行了有效消除,并准确估算了植物样品和污染物的δ¹³C。说明广泛采用的PTFE管研磨方法对研究C4植物Δ¹³C并不适用,将导致较大的误差。对精度要求较高的研究内容建议使用不锈钢瓶进行研磨。

基于多种同位素模型的侧柏林生态系统蒸散组分定量拆分

武昱鑫, 张永娥, 贾国栋, 王渝凇, 余新晓

2021, 32(6):  1971-1979.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.023

摘要 ( 263 )   PDF (1243KB) ( 100 )  

为了全面认识森林生态系统蒸散各组分及其对蒸散的贡献率在日尺度上的变化规律,本研究利用同位素稳态和非稳态假设理论结合水同位素分析仪系统,对生长季侧柏林生态系统蒸散各组分进行了定量拆分和比较。结果表明: 4个测定日(2016年8月5、8、10、11日)不同来源水体的¹⁸O都呈现表层土壤水氧同位素组成(δ_S)＞枝条水氧同位素组成(δ_X)＞大气水汽氧同位素组成(δ_V),说明三者可能因同位素分馏效应表现出明显的差异。土壤蒸发水汽氧同位素组成(δ_E)在日尺度上为-26.89‰～-59.68‰,整体上呈现出先上升后下降的变化趋势;森林生态系统蒸散水汽氧同位素组成(δ_ET)为-15.99‰～-10.04‰,稳态(ISS)下植物蒸腾水汽氧同位素组成(δ_T-ISS)为-12.10‰～-9.51‰,而非稳态(NSS)下植物蒸腾水汽氧同位素组成(δ_T-NSS)为-13.02‰～-7.23‰,在日时间尺度上δ_ET与δ_T-NSS全天的变化趋势一致,在11:00—17:00 δ_ET、δ_T-ISS与δ_T-NSS三者的变化趋势近似一致。总体上,植物蒸腾量对蒸散量的贡献率表现为F_T-ISS 79.1%～98.7%,而F_T-NSS 88.7%～93.7%。这表明研究区土壤蒸发耗水远小于植被蒸腾耗水,植被蒸腾在林地蒸散中起主导作用。

浑善达克沙地南缘人工固沙植被水分利用特征

苏文旭, 贾德彬, 高瑞忠, 卢俊平, 卢方园, 赵航, 王芳

2021, 32(6):  1980-1988.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.024

摘要 ( 233 )   PDF (1469KB) ( 64 )  

探讨浑善达克沙地典型乔木青杨和灌木黄柳不同季节的水分利用特征,可为沙地人工防护林生态系统的结构优化提供理论依据。采集研究区大气降水、土壤水、地下水和典型人工固沙植被的茎干水,利用氢氧稳定同位素技术,揭示不同水源δD-δ¹⁸O值的分布特征,运用多源线性混合模型计算出各潜在水源对2种植被水的贡献率。结果表明: 研究区大气降水方程线为δD=7.84δ¹⁸O+9.12,旱季土壤水分线和雨季土壤水分线分别为δD=3.56δ¹⁸O-41.28和δD=4.30δ18O-42.02,旱季、雨季土壤水和2种植物茎干水δD-δ¹⁸O值均在大气降水δD-δ¹⁸O值下方,表明土壤水和茎干水受到二次蒸发的影响较强烈。2种植物浅层土壤含水量受降雨和蒸发的影响强烈,变化幅度较大,随着土壤深度的增加,土壤含水量趋于稳定,且各层土壤水氢氧同位素值表现出显著差异。在旱季,青杨主要吸收利用0～40 cm和120～200 cm土层的土壤水,贡献率分别为50.2%和31.5%;黄柳主要吸收利用20～40 cm和60～100 cm土层的土壤水,贡献率分别为53.2%和22.9%;在雨季,对青杨贡献最大的土壤水主要集中在0～40 cm土层,为72.8％,黄柳除了利用大量0～20 cm土壤水分外,还利用了深层土壤水和地下水。该地区由于乔木青杨和灌木黄柳的根系埋深和分布不同,导致两者在不同季节的水分利用策略存在差异。这有利于浑善达克沙地地区防护林群落稳定和各树种的共存。建议在浑善达克沙地人工防护林种植中,应考虑选择根系埋深和分布不同的植被混种,以合理利用当地水资源,维持沙地生态系统的稳定性。

土壤水分对土壤产生气态氮的厌氧微生物过程的影响

李靳, 康荣华, 于浩明, 王莹莹, 姚萌, 方运霆

2021, 32(6):  1989-1997.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.010

摘要 ( 376 )   PDF (1460KB) ( 63 )  

气态氮[一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N₂O)和氮气(N₂)]的释放是土壤氮损失的一种重要途径。硝化和反硝化作用是土壤气态氮损失的主要微生物过程,但是异养硝化作用、共反硝化作用和厌氧氨氧化过程对土壤气态氮损失的贡献尚不清楚。本研究利用¹⁵N标记和配对法,结合硝化抑制剂双氰胺(DCD),通过土壤培养试验来量化厌氧条件下各种微生物过程对NO、N₂O和N₂产生的贡献。结果表明: 在厌氧条件下培养24 h后,土壤孔隙含水率为65%时,3种气体总的¹⁵N回收率最高,占加入¹⁵N总量的20.0%。反硝化过程对NO、N₂O和N₂产生的贡献率分别为49.9%～94.1%、29.0%～84.7%和58.2%～85.8%,是产生3种气体的主要过程。异养硝化过程也是产生NO和N₂O的重要过程,特别是在土壤孔隙含水率很低时(10%)对两种气体产生的贡献率分别为50.1%和42.8%。,共反硝化过程对N₂O产生的贡献率为10.6%～30.7%,共反硝化和厌氧氨氧化过程对N₂产生的总贡献率为14.2%～41.8%,表明共反硝化过程在N₂O和N₂产生中的作用不可忽视。¹⁵N标记和配对法是区分气态氮损失的各种微生物过程的有效手段。

基于¹³C、¹⁵N和C/N识别南岳小流域沉积有机质的来源

陈旋, 李玉娥, 万运帆, 高清竹, 王斌, 秦晓波

2021, 32(6):  1998-2006.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.030

摘要 ( 243 )   PDF (1422KB) ( 69 )  

农业流域有机质流失造成水体富营养化和土地退化,不仅威胁水质和粮食安全,而且会导致温室气体排放等潜在环境问题。本研究用¹³C、¹⁵N和C/N作为指纹标志物,分析了南岳小流域出口沉积有机质的来源及其在林地、稻田和菜地等典型土地利用类型土壤的空间分布特征,并结合贝叶斯稳定同位素混合模型定量估算了各土地利用类型的贡献率。结果表明: δ¹³C具有显著的空间差异,沉积物有机质(-22.6‰±0.53‰)和林地土壤(-23.13‰±1.71‰)的δ¹³C显著高于稻田土壤(-25.24‰±1.4‰)。各土地利用类型土壤的δ¹⁵N差异不显著,沉积物的均值最大,为(4.37±0.83)‰,林地最小,为(2.38±1.97)‰;林地土壤的C/N均值最大,为16.66±7.18,稻田土壤的C/N均值最小,为11.95±0.92。贝叶斯稳定同位素混合模型结果显示,林地、稻田和菜地对流域出口沉积有机质的贡献率分别为19.6%、15.7%和64.7%;稻田和菜地作为农业用地的总贡献率为80.4%。说明农业用地土壤是南岳小流域沉积有机质的主要来源,可以通过优化农田管理措施有效控制流域养分流失。

锌对苹果果实膨大期叶片¹³C光合产物合成及向果实转移分配的影响

于波, 秦嗣军, 吕德国

2021, 32(6):  2007-2013.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.021

摘要 ( 221 )   PDF (477KB) ( 37 )  

为了探究锌对叶片光合产物向果实转移分配的影响机理,为苹果果实发育关键时期通过补锌措施提高果实品质奠定理论基础,以8年生‘寒富'/GM256/山定子为试材,采用¹³C同位素标记技术,研究苹果树叶片涂抹不同浓度锌(CK、Zn₁、Zn₂、Zn₃、Zn₄,分别代表浓度为0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的ZnSO₄·H₂O溶液)对果实膨大期叶片¹³C同化能力及¹³C光合产物向果实运输的影响。结果表明: 随着锌浓度的增加,苹果树叶片Rubisco酶活性、净光合速率、山梨醇和蔗糖含量、6-磷酸山梨醇脱氢酶和蔗糖磷酸合酶活性,以及¹³C同化能力呈现先升高后降低的趋势,且均在Zn₃处理下达到最高。与其他处理相比,Zn₃处理的¹³C自留量(标记叶片+标记枝条)最低,为61.2%,而输出量最高,为38.8%。果实¹³C吸收量表现为Zn₃＞Zn₂＞Zn₄＞Zn₁＞CK。这说明叶片涂抹适宜浓度锌(0.3%ZnSO₄·H₂O溶液)处理增强了叶片的光合作用,提高了叶片光合产物的合成能力,促进了光合产物由叶片向果实的定向运输。

基于多组织稳定同位素比值的热带大西洋4种鲨鱼营养生态位分化

陈子昂, 吴峰, 戴小杰, 李云凯

2021, 32(6):  2014-2020.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.027

摘要 ( 262 )   PDF (859KB) ( 29 )  

不同代谢速率组织间的碳、氮稳定同位素比值(δ¹³C和δ¹⁵N)可以反映生物不同时间尺度的摄食信息,对探讨物种间摄食、栖息地利用和营养生态位的变化具有重要的指示作用。本研究以在大西洋热带海域兼捕的大青鲨、长鳍鲭鲨、拟锥齿鲨和尖吻鲭鲨为对象,通过测定其肌肉、肝脏和血液的δ¹³C和δ¹⁵N值,探讨4种鲨鱼营养生态位分化。结果表明: 与长鳍鲭鲨相比,尖吻鲭鲨、拟锥齿鲨和大青鲨的δ¹⁵N值相似且相对较高;大青鲨与其他鲨鱼存在摄食隔离,表现出独特的营养生态位;尖吻鲭鲨营养生态位宽幅最大,摄食食物种类和(或)栖息环境类型更多样化,其与拟锥齿鲨的营养生态位重叠度最高,说明两种鲨鱼具有潜在的资源竞争关系。尖吻鲭鲨、拟锥齿鲨和大青鲨组织间的δ¹³C、δ¹⁵N差值与其叉长均无显著相关关系,说明3种鲨鱼近期内无明显摄食变化;而长鳍鲭鲨的肝脏、血液和肌肉组织的δ¹⁵N差值与叉长显著相关,说明长鳍鲭鲨在短期内存在摄食变化。肝脏和血液的δ¹³C、δ¹⁵N值的相似性反映了两种组织整合摄食时间周期相近,其较高的代谢速率可以反映相对短时间周期的摄食信息。

不同产地三疣梭子蟹的稳定同位素比值特征及原产地溯源

彭凯秀, 崔艳梅, 姜芳, 李凡, 徐炳庆, 张华威, 田秀慧, 徐英江

2021, 32(6):  2021-2027.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.025

摘要 ( 223 )   PDF (1167KB) ( 25 )  

探索稳定同位素对三疣梭子蟹产地溯源的可行性,可为保护地理标志产品、追溯原产地来源提供理论依据。本研究以黄海、渤海和东海3个主产区海域的三疣梭子蟹为对象,分析了其碳、氮稳定同位素值差异性和不同组织中稳定同位素比值的相关性。结果表明: 不同产地的碳、氮稳定同位素比值有显著性差异,不同组织之间有明显的同位素分馏效应。利用建立的判别分析模型,通过三疣梭子蟹不同组织稳定同位素比值进行产地判别分析,采用肌肉和腮中碳、氮稳定同位素的产地判别正确率(>95%)明显高于肝胰性腺,说明肌肉和腮稳定同位素比值可以对不同海域的三疣梭子蟹进行有效区分。本研究填补了目前三疣梭子蟹稳定同位素溯源技术的研究空白。

海蜇-对虾-蛤仔综合养殖池塘的食物网

王摆, 田甲申, 周遵春

2021, 32(6):  2028-2034.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.009

摘要 ( 218 )   PDF (450KB) ( 26 )  

为了研究海蜇-对虾(中国明对虾、斑节对虾)-菲律宾蛤仔海水综合养殖池塘养殖生物的食性、营养级和池塘食物网结构,在2017年5—9月的养殖周期内,采集并检测池塘内各种饵料和4种养殖生物的碳、氮稳定同位素比值(δ¹³C、δ¹⁵N),并运用IsoSource线性混合模型分析了海蜇、中国明对虾、斑节对虾和菲律宾蛤仔的食物来源。结果表明: 海蜇的主要食物来源为浮游动物;中国明对虾和斑节对虾的主要食物来源为投喂的鯷鱼;菲律宾蛤仔的主要食物来源为浮游植物、底栖硅藻和对虾粪便。综合养殖池塘中菲律宾蛤仔的营养级范围为2.64～2.95,平均值为2.84;海蜇的营养级范围为2.78～3.27,平均值为3.06;斑节对虾的营养级范围为3.03～3.54,平均值为3.25;中国明对虾的营养级范围为3.76～4.40,平均值为3.95。在综合养殖池塘中,菲律宾蛤仔为初级消费者,海蜇为次级消费者,中国明对虾和斑节对虾为捕食者;菲律宾蛤仔在滤食两种对虾粪便的同时一定程度上改善了养殖池塘的水质。

基于胃含物分析和稳定同位素技术研究鳀的摄食生态

王静, 蒋日进, 胡翠林, 李哲, 肖祎, 许永久, 贺舟挺, 徐汉祥

2021, 32(6):  2035-2044.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.029

摘要 ( 296 )   PDF (1177KB) ( 83 )  

鳀是重要的渔业资源捕捞对象,同时也是生态系统营养动力学研究的关键种。基于2020年和2008—2009年东海区采集的鳀样品,结合胃含物分析和肌肉碳、氮稳定同位素技术,分析了鳀的食物组成、食性昼夜差异、不同发育阶段的食性转变及其营养级,研究鳀的摄食生态。胃含物分析显示,鳀主要摄食浮游甲壳类和小型鱼类,优势饵料依次为太平洋磷虾[相对重要指数百分比(IRI)=87.6%,出现频率(F)=57.6%]、小拟哲水蚤(IRI=3.2%,F=15.3%)和细足法虫戎(IRI=2.1%,F=13.1%);同位素分析显示,桡足类是鳀的主要食物来源,其次是磷虾类,端足类的食源贡献率最小,不足1%。鳀食物组成昼夜差异明显,摄食强度白天比晚上高,下午最高,午夜最低;叉长90 mm是鳀食性转变的拐点,小于90 mm的鳀主要摄食浮游动物,大于90 mm的鳀主要摄食浮游动物,兼食小型鱼类。鳀的δ¹³C值范围为-21.66‰～-18.14‰,平均值为(-19.92±0.86)‰;δ¹⁵N值范围为4.07‰～10.78‰,平均值为(8.14±2.48)‰;鳀的δ¹³C和δ¹⁵N比值与叉长呈极显著正相关。基于胃含物分析的鳀营养级为3.4,基于δ¹⁵N稳定同位素的鳀营养级为2.7。本研究可为中上层小型鱼类在生态系统中的营养地位提供参考依据,为构建食物网营养通道提供基础资料。

研究论文

模拟增温对青藏高原东部高寒灌丛土壤氮转化的影响

刘美, 马志良

2021, 32(6):  2045-2052.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.007

摘要 ( 258 )   PDF (1088KB) ( 39 )  

本文研究了青藏高原东部窄叶鲜卑花高寒灌丛生长季前期、生长季后期和非生长季3个生育期的土壤氮转化速率对模拟增温的响应,分析全球气候变暖对高寒灌丛土壤氮循环过程的影响。结果表明: 模拟增温使高寒灌丛土壤温度显著升高1.2 ℃,土壤水分显著降低2.5%。高寒灌丛生长季土壤净氮矿化(氨化和硝化)速率显著高于非生长季,但土壤净氮固持速率显著低于非生长季。土壤氮矿化在生长季前期以硝化作用为主,在生长季后期和非生长季以氨化作用为主。模拟增温对高寒灌丛土壤氮转化过程的影响在不同时期存在显著差异。模拟增温显著增加了生长季前期土壤净氨化、净硝化、净氮矿化、净氮固持速率和非生长季土壤净硝化、净氮矿化速率,并显著降低了生长季后期土壤净硝化、净氮矿化、净氮固持速率和非生长季土壤净氨化速率。但模拟增温对高寒灌丛非生长季净氮固持速率和生长季后期净硝化速率的影响不显著。未来气候变暖将显著改变青藏高原东部高寒灌丛土壤氮转化,进而加速高寒灌丛土壤氮循环过程。

不同干扰强度下针阔混交林树种空间格局及种间关联性

崔玉华, 韩有志, 张梦弢, 杨秀清, 赵占合

2021, 32(6):  2053-2060.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.003

摘要 ( 259 )   PDF (1427KB) ( 43 )  

为了探究不同干扰程度下针阔混交林树种空间格局变化及树种种间关联性,本研究以关帝山庞泉沟自然保护区不同干扰强度的针阔混交林为对象,选取郁闭度、林分密度、伐桩数量作为划分干扰程度的因子,采用相对影响法,将林分划分为未干扰、中度干扰和严重干扰3个等级。利用空间点格局K2函数分析了林分的空间分布格局及其不同树种的种间关联。结果表明: 未干扰样地直径分布呈倒“J”型,中度和严重干扰样地直径分布均为双峰曲线分布。同时,未干扰和中度干扰林分在小尺度上呈现聚集分布,严重干扰的林分随机分布更为显著。针阔树种种间关系表现为未干扰林分在所有尺度上无关联;小尺度上中度干扰表现为正相关,严重干扰林分表现为负相关;较大尺度上中度与严重干扰林分均表现为不相关。说明林分干扰程度越严重,林下小径级林木数量越少,导致小尺度上种内聚集程度越低。同时,适当的干扰程度有利于林分内物种间对环境资源的协同利用。研究揭示了干扰对林分结构的影响,可为林分结构调整及抚育经营提供理论依据。

林冠环境对润楠幼苗构型和生物量分配的影响

廖睿燕, 吴小琪, 靳程, 黄力, 钱深华, 杨永川

2021, 32(6):  2061-2069.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.004

摘要 ( 212 )   PDF (1888KB) ( 60 )  

植物幼苗早期适应对策对种群的更新具有决定性的作用。润楠(Machilus nanmu)是国家Ⅱ级保护植物,是重庆缙云山常绿阔叶林优势乔木树种之一。研究润楠幼苗的适应对策对于维持种群更新和保护常绿阔叶林生物多样性具有重要意义。本研究采集了重庆缙云山常绿阔叶林中不同林冠环境(林窗/林下)下不同年龄阶段(阶段1: 1～3年;阶段2: 4～6年;阶段3: 7～9年)的润楠幼苗,从构型和生物量分配角度研究其早期适应对策的时间动态及其对异质生境的响应。结果表明: 林窗中润楠幼苗的茎构型各指标(除枝倾角)和叶倾角在阶段2和阶段3显著大于林下,根构型各指标(除根直径)和叶面积在阶段1和阶段2显著大于林下;而林窗中润楠幼苗的比叶面积在3个阶段均显著小于林下。不同林冠环境和年龄阶段的生物量分配均以叶为主,但林窗中润楠幼苗从阶段2开始增加了茎的生物量分配,减少了根的生物量分配,林下润楠幼苗根的生物量分配则无显著变化。润楠幼苗各器官的协调性随生境条件不同产生适应性进化,即林窗中润楠幼苗的根与叶之间显著相关,且此相关关系随年龄增大由正到负;林下润楠幼苗的根和茎呈显著正相关,根和叶之间无显著相关。不同林冠环境下润楠幼苗枝干重与枝长的标准化主轴回归(SMA)方程斜率仅在阶段3差异显著,而叶、根生物量与构型间的SMA方程斜率的差异均不显著;大部分生物量与构型间的SMA方程截距在阶段2差异显著。

珠芽蓼叶片对海拔变化的表型可塑性

王玉萍, 高会会, 张峰, 程李香, 孙文斌

2021, 32(6):  2070-2078.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.001

摘要 ( 217 )   PDF (8701KB) ( 53 )  

采用石蜡制片、扫描电镜和透射电镜方法,研究了祁连山植被垂直分布带海拔2300、3200和3900 m 珠芽蓼叶片组织结构、叶表皮特征和叶绿体超微结构对海拔升高的适应性变化。结果表明: 珠芽蓼为异面叶,随海拔升高,叶片表皮毛数目减少而直径增大变粗,表皮蜡质层结构更加致密。叶片厚度在海拔3200 m最大,分别比海拔2300和3900 m增加了39.6%和50.5%。从海拔2300到3200 m,栅栏组织细胞层数由2层增加为3层且细胞排列紧密,海绵组织细胞间隙逐渐增大;在海拔3900 m处,栅栏组织细胞层数减少至2层且细胞间隙增加,海绵组织细胞间隙减小,表皮细胞厚度增加,但细胞层数在3个海拔间无显著差异。随海拔升高,叶下表皮附属物和气孔下室物质的积累增加,气孔密度增加,张度降低,气孔位置由表皮拱起变为内陷。从海拔2300到3200 m,基粒片层由6～9层增至8～12层;至海拔3900 m,基粒片层降为 2～3层且片层之间变得致密,基粒数目减少且排列方向不规则,叶绿体膨大,被膜部分降解。随海拔升高,叶片部分解剖结构指标之间呈现出明显的协同进化,表现出较大的可塑性。珠芽蓼叶片解剖与超微结构在不同海拔表现出的差异显示,表型可塑性及其对高山异质环境和海拔变化的适应特征,是植物长期适应高山复杂环境的结果。

晋西北丘陵风沙区不同林龄人工柠条生长与繁殖动态特征

王国华, 宋冰, 席璐璐, 缑倩倩

2021, 32(6):  2079-2088.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.005

摘要 ( 203 )   PDF (1596KB) ( 38 )  

晋西北丘陵风沙区生态环境脆弱,是我国风沙活动危害最为严重的地区之一。本文以晋西北典型丘陵风沙区0(撂荒地)、6、12、18、40和50年生人工柠条为研究对象,分析了不同林龄柠条的土壤含水量、地上和地下生物量、个体形态特征、生长繁殖及光合生理特征,研究0～50年长时间序列人工柠条的生长和繁殖动态特征。结果表明: 人工柠条林土壤水分变化与柠条林龄密切相关。6年生柠条的土壤水分较低,6～18年生柠条由于冠幅增加,降低了近地表的风速和太阳辐射,减少了土壤水分的蒸发,土壤水分呈上升趋势,18～50年生柠条的生物量快速积累,植物蒸腾量和根系对水分的吸收量大幅度增加,土壤水分不断降低,到50 年则下降至最低水平(11.1%);6～18年生人工柠条以地下根系生长为主,18～40年生柠条以地上部生长为主,40年生柠条的生物量维持在较高水平,冠幅和株高达到最高,生长状态达到最佳,40～50年生柠条的冠幅和株高显著降低,生长进入衰退期;柠条的光合能力(叶绿素a、b,类胡萝卜素和总叶绿素含量)随着种植年限的增加逐渐下降,尤其在18年后显著下降;柠条种子的数量和质量从6年生到40年生不断上升,40年生达到最大;与 6～12年生柠条相比,30～40年生柠条能产生更多个体质量小的种子。萌发试验表明,在相同年限,柠条的小种子比大种子的萌发速率更高,表明柠条繁殖策略有从前期(6～12年生)K策略向后期(30～40年生)r策略转化的趋势,而从50年生开始,柠条种子数量和质量显著下降,人工柠条的生长和繁殖出现退化。

秦岭山区植被春季物候的海拔敏感性

李建豪, 陶建斌, 程波, 吴琪凡, 彭宏杰

2021, 32(6):  2089-2097.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.016

摘要 ( 286 )   PDF (3444KB) ( 65 )  

植被物候作为自然界规律性、周期性的现象,对自然环境尤其是气候变化有着重要的指示作用,研究其时空变化特征对陆地植被生态环境监测具有重要意义。本研究采用Savitzky-Golay滤波法重建秦岭山区2001—2018年MODIS增强植被指数时间序列影像,利用动态阈值法提取研究区春季物候信息(返青期),并对返青期多年平均值和年际变化与海拔、坡度进行相关分析。结果表明: 海拔每升高100 m,植被返青期推迟1.82 d;返青期的年际变化趋势主要集中在0~5 d·(10 a)^-1。其中,呈推迟趋势的像元主要分布在低海拔地区,呈提前趋势的像元主要分布在高海拔地区。高海拔地区返青期的年际变化比低海拔地区复杂;秦岭山区植被返青期存在南北差异。北坡植被返青期多年平均值较南坡早2.9 d,南坡植被返青期的推迟程度大于北坡。南北坡植被返青期的年际变化在低海拔地区呈推迟趋势,且南北坡相差不大,而提前趋势在中高海拔地区存在显著差异。

1995—2018年石羊河流域下游荒漠化动态变化

魏伟, 俞啸, 张梦真, 张娟, 袁涛, 刘春芳

2021, 32(6):  2098-2106.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.012

摘要 ( 226 )   PDF (1886KB) ( 57 )  

以石羊河流域下游甘肃省民勤县为研究区,选取1995、2000、2005、2010、2015、2018年6期遥感影像作为数据源,利用RS和GIS理论和方法,基于归一化植被指数(NDVI)和地表反照率(Albedo)建立Albedo-NDVI特征空间,构建荒漠化差值指数,对民勤县荒漠化动态变化进行分析。结果表明: 石羊河流域下游地区荒漠化面积占民勤县总面积的90%以上,绿洲零星分布在大面积荒漠化土地中,以中度荒漠化为主,占全县总面积的70%以上;1995—2018年间,民勤县荒漠化面积整体呈减少趋势,年均减少面积为22.06 km²,年均减少0.1%。研究期间,该县各类荒漠化面积减少与扩张并存,重度、中度、轻度、微度荒漠化面积的动态度分别为-1.5%、0.2%、-0.9%、3.8%,说明荒漠化严重程度降低;研究区荒漠化总体处于稳定状态,未发生大面积并且趋势较为明显的荒漠化过程,荒漠化治理工作取得了阶段性的成果;研究区荒漠化波动下降的面积占15.2%,而波动上升的面积只占3.9%,无规律波动变化区主要分布在荒漠绿洲过渡区和绿洲边缘地区,面积达到总面积的17.7%,说明在绿洲和荒漠区交错地带,荒漠化反复变化较为活跃,是将来重点治理和修复地区之一。

西南喀斯特白云岩坡地土壤-表层岩溶带结构及水文特征

张君, 付智勇, 陈洪松, 连晋姣, 覃常

2021, 32(6):  2107-2118.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.013

摘要 ( 315 )   PDF (3643KB) ( 68 )  

表层岩溶带是喀斯特关键带的核心区域,具有重要的水文调蓄功能,但岩溶发育程度对表层岩溶带水文特征的影响还不明晰。本研究采用地球物理勘探和水文地质钻探技术,结合水分和水位动态监测,量化坡地岩溶发育和水文特征,解析土壤-表层岩溶带对降雨的响应规律。结果表明: 地球物理勘探可以较好地运用到岩溶区关键带结构的探测,坡地土壤和表层岩溶带厚度平均值分别小于0.63和2.60 m。岩溶化程度强的坡地视电阻率较高,节理裂隙发育且渗透性强(0.73 m·d^-1);表层岩溶带对降雨的调节能力更强,表现为土壤水分变化具有较大的降雨阈值(＞20.50 mm·d^-1)和由降雨量主导的水位变化过程。岩溶发育程度弱的坡地视电阻率低且渗透性弱(0.07 m·d^-1);水分和水位变化对降雨的响应迅速,同时,局部(240～300 cm深度)发育岩溶管道,渗透系数达432 m·d^-1,在极端降雨事件(暴雨/大暴雨)过程中观察到明显的优先流特征,相邻洼地遭受洪涝的风险更大。该结果有助于进一步深化西南喀斯特地区水资源调控、管理及生态水文研究。

基于贝叶斯模型平均的蒸散遥感产品集成——以三江源国家公园为例

王军邦, 赵烜岚, 叶辉, 张志军, 何洪林

2021, 32(6):  2119-2128.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.017

摘要 ( 238 )   PDF (3574KB) ( 51 )  

蒸散发(ET)是陆表水热过程的一个基础通量,不同模型基于的概念、假设、应用尺度等诸多差异给ET的准确模拟带来了多种不确定性。本研究以三江源国家公园为例,应用贝叶斯模型平均(BMA)方法,通过通量塔观测值对模型进行训练,并综合PT-JPL、ARTS-GIMMS3g、ARTS-MODIS、MOD16和SSEBo 5个模型结果,以提高ET的估测精度。结果表明: 5个模型结果可以捕捉海北高寒草地通量塔观测ET的季节变化,可解释观测ET季节变异的64%～86%,均方根误差(RMSD)的范围为0.47～0.76 mm·(8 d)^-1;基于BMA得到的ET的解释能力提高至89%,RMSD降低至0.43 mm·(8 d)^-1。2003—2015年,三江源国家公园地表ET总体呈不显著增加的趋势,在全区尺度上,温度和降水对蒸散的影响不显著;但在长江源园区,降水和气温对其影响达到显著水平。气温和降水对蒸散发有积极的影响,但不同园区之间的地理差异导致蒸散发也出现不同的变化趋势。本研究为其他多源数据的集成分析提供了方法参考,所集成的蒸散数据可以有效降低原各自模型的不确定性,为区域水热变化研究提供了更为精确的数据基础。这对于更好地认识气候变化背景下的水循环过程具有重要意义。

基于ICEEMDAN方法的黄土高原植被覆盖变化及其对气候变化的响应

孙倩倩, 刘超, 郑蓓君

2021, 32(6):  2129-2137.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.011

摘要 ( 262 )   PDF (3057KB) ( 31 )  

地理数据和遥感数据的长期序列中包含噪声和周期性波动信息。本研究基于ICEEMDAN方法对黄土高原1982—2015年归一化植被指数(NDVI)、降雨和温度进行逐像元分解,分解后得到的残差项减少了原始数据中的噪声和周期性波动,并利用残差项研究NDVI的变化趋势以及NDVI与气候因子之间的关系。结果表明: 1982—2015年,黄土高原NDVI以上升为主,残差项NDVI变化趋势的显著性(95.9%)大于原始NDVI变化趋势的显著性(72.3%),并且存在一定的空间差异性。温度和降雨的变化可以在很大程度上解释植被覆盖的变化。其中,温度与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占83.7%,极显著负相关区域占13.9%;降雨与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占54.4%,极显著负相关区域占37.2%。黄土高原植被对气候变化的响应存在明显的空间差异性,不同气候因子对不同植被覆盖类型的影响程度不同。总体上,黄土高原生长季不同植被与温度之间的相关性强于降水,温度是影响黄土高原植被覆盖变化的主要因素。

长白山区苔草泥炭沼泽植物物种多样性

王铭, 李兴丽, 董彦民, 王升忠, 刘波, 姜明, 王国栋

2021, 32(6):  2138-2146.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.002

摘要 ( 282 )   PDF (925KB) ( 33 )  

本研究以长白山区典型苔草沼泽为对象,分析了密丛型苔草(瘤囊苔草、乌拉草)沼泽和疏丛型苔草(毛苔草)沼泽的植物物种多样性。结果表明: 3种苔草沼泽植物群落共有83个物种,隶属于36科59属。其中,乌拉草沼泽有71个物种,瘤囊苔草沼泽有61个物种,毛苔草沼泽有26个物种。密丛型苔草沼泽植物物种数和物种丰富度明显高于疏丛型苔草沼泽,且密丛型苔草沼泽草丘位置的物种数和物种丰富度均显著高于丘间位置;草丘的物种丰富度与草丘的高度、基面积和表面积均呈显著正相关,说明草丘对苔草沼泽的物种多样性维持功能具有重要作用。典范对应分析表明,草丘和丘间的水分、养分(有机碳、总氮、总磷、碳氮比)及枯落物厚度的差异是影响物种组成的主要环境因素。在密丛型苔草沼泽中,草丘微地貌主要通过增加表面积和生境异质性来促进沼泽植物物种多样性维持功能。鉴于其较高的物种多样性维持功能,密丛型苔草可以作为退化泥炭沼泽植被恢复的优选物种。

西藏色季拉山垂直植被带土壤细菌群落组成及功能潜势

安前东, 徐梦, 张旭博, 焦克, 张崇玉

2021, 32(6):  2147-2157.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.035

摘要 ( 390 )   PDF (3086KB) ( 130 )  

研究青藏高原土壤微生物群落组成和功能的空间分布特征有助于深入理解典型高寒生态系统中土壤微生物的重要生态功能。本研究采用16S rDNA高通量测序方法,分析了西藏色季拉山4个不同海拔土壤细菌群落物种组成和功能潜势的变化特征及其驱动因子。结果表明: 随着海拔的升高,土壤细菌的丰富度和Shannon多样性指数显著降低;酸杆菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度显著增加,而变形菌门、放线菌门和拟杆菌门的相对丰度则显著降低。KEGG二级代谢通路中,膜运输及氨基酸、脂类、萜类和聚酮类化合物代谢相关基因的相对丰度在高海拔显著降低,而碳水化合物代谢、信号转导、复制与修复、酶家族等基因丰度则显著升高。不同海拔土壤细菌群落组成和功能潜势的变化受到植被和土壤因子的显著影响,并且pH值是关键驱动因子。群落功能潜势与放线菌门、拟杆菌门、纤维杆菌门等种群丰度显著相关。不同海拔下群落KEGG代谢通路基因组成的差异(β多样性)与土壤细菌群落结构的差异呈显著正相关,说明微生物群落组成与功能潜势之间可能存在紧密关联。

江苏沿海地区生态承载力空间分异特征及优化

张姗姗, 张磊, 陈婷, 董雅文, 朱晓东, 齐凌艳

2021, 32(6):  2158-2168.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.015

摘要 ( 227 )   PDF (4557KB) ( 54 )  

区域生态承载能力空间格局与优化研究是推动经济转型升级和生态保护修复统筹发展的需要。本研究以江苏沿海区域自然-社会-经济复合生态系统为研究对象,建立生态承载压力-状态-潜力(PSP)概念模型,用15项指标表征3个层面状态的交互关系,在GIS等空间技术支持下,通过分项和多项综合评价,分析研究区域生态承载力的量级、空间分异特征。结果表明: 江苏沿海区域分要素生态承载力适宜性的空间格局呈多种变化趋势,同一指标在不同市县的量级、面积、占比、布局等存在显著差异;从压力与状态叠加指数空间分异性可见,低压力适宜承载、低压力一般适宜承载、低压力不适宜承载、高压力适宜承载、高压力一般适宜承载、高压力不适宜承载的区域面积分别为3971.42、6885.21、3705.23、4597.03、6853.26、6403.97 km²,分别占总面积的12.3%、21.2%、11.4%、14.2%、21.1%、19.8%;状态与潜力叠加指数空间分异性结果显示,低潜力适宜承载、低潜力一般适宜承载、低潜力不适宜承载、高潜力适宜承载、高潜力一般适宜承载、高潜力不适宜承载的区域面积分别为3030.79、6545.30、5874.31、3253.31、7614.38、6097.83 km²,面积占比分别为9.4%、20.2%、18.1%、10.0%、23.5%、18.8%。在空间格局上大多呈现低压力承载区对应高潜力承载区、高压力承载区对应低潜力承载区的分布特征,压力与状态和状态与潜力之间存在相互影响、相互促进、协同提升的交互作用。

基于多智能体模型的兰州市城镇用地扩展模拟

王梓洋, 石培基, 张学斌, 王莹书, 谢晓艺

2021, 32(6):  2169-2179.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.014

摘要 ( 165 )   PDF (2283KB) ( 23 )  

利用1995、2005、2015、2018年4期兰州市土地利用数据和社会经济统计数据,运用扩展强度指数、Logistic回归、主成分分析等方法揭示兰州市城镇用地演变特征及驱动力,基于多智能体模型用Netlogo软件实现了2025年多情景下兰州市城镇用地扩展模拟。结果表明: 1995—2018年,兰州市城镇用地扩展强度和规模均呈增长趋势,侵占耕地和水域面积共307 km²;兰州市城镇用地扩展与地区生产总值、全社会固定资产投资、人口密度、城镇人口、政策和地形显著相关;从模拟结果来看,多智能体模型在Netlogo软件上能够较好地模拟兰州市城镇用地扩展趋势,在一定程度上为河谷型城市扩展模拟提供了可靠的仿真手段;2020—2025年,综合发展情景、自然扩张发展情景、生态及农田保护发展情景下城镇用地模拟结果均呈增长趋势,扩展规模预计为42.6～134.3 km²,扩展模式将以填充式和飞地式扩展为主。本研究结果可为兰州市的国土空间规划和生态环境布局优化提供决策支持。

滇东南喀斯特区域生态脆弱性的时空演变及其影响因素

王茜, 赵筱青, 普军伟, 岳启发, 陈星宇, 石小倩

2021, 32(6):  2180-2190.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.018

摘要 ( 451 )   PDF (5011KB) ( 92 )  

由于自身的脆弱性和人类活动的扰动,喀斯特区域植被破坏、水土流失和石漠化等生态问题突出。综合分析喀斯特区域的生态脆弱性及其影响因素,可为区域生态修复、环境治理提供科学支持。本研究以滇东南典型喀斯特区域广南县为例,从自然和人为因素角度构建喀斯特区域生态脆弱性评价指标体系,运用SPCA对2000、2010和2018年的生态脆弱性进行反演,分析其时空演变特征,并利用地理探测器探究其影响因素。结果表明: 2000—2018年,广南县整体脆弱性变化较小,但脆弱程度在不断加剧。在脆弱等级方面,该县以微度脆弱为主,但轻度、中度和重度脆弱在逐渐增加。广南县沿“者兔-莲城-杨柳井-板蚌”以南地区的生态脆弱性较高,以北地区的脆弱性较低;脆弱性空间集聚效应强烈,北部处于脆弱性低-低集聚区,而西南部和东南部处于脆弱性高-高集聚区;生态工程的实施有利于区域生态脆弱性的改善,而人类活动的干扰使生态脆弱性进一步恶化。岩性和石漠化面积比重对喀斯特区域生态脆弱性的影响较为显著,导致喀斯特生态脆弱的基础是喀斯特碳酸盐岩的发育。

蓝光对蔬菜烟粉虱的控制作用

韩杜斌, 陈向荣, 周福才, 陈学好, 吴晓霞, 赵明

2021, 32(6):  2191-2198.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.038

摘要 ( 223 )   PDF (585KB) ( 21 )  

利用灯光控制害虫是蔬菜害虫绿色防控的重要手段。本研究探讨了蓝光对黄瓜烟粉虱种群及黄瓜营养物质、次生代谢物、抗性相关酶的影响。结果表明: 在直接驱避试验条件下,蓝光对烟粉虱成虫有较强的驱避作用,光照强度越大、照射时间越长,对烟粉虱的驱避作用越强。在相同光强和光照时间下,直射光较透射光的驱避作用强。其中,1200 lx的蓝光直射烟粉虱5 min后,烟粉虱的虫口减退率为77.7%,比透射光高17.4%;1750 lx的蓝光直射2 min后,虫口减退率41.2%,比透射光高10.6%。盆栽条件下,蓝光照射对黄瓜叶片上的烟粉虱也有较好的驱避作用,100 lx蓝光照射5 h后,烟粉虱种群的校正虫口减退率达到88.5%。蓝光对烟粉虱的生长发育有一定的影响,随着蓝光照射时间的延长,烟粉虱发育历期延长。此外,蓝光照射显著提高了黄瓜叶片中可溶性糖、游离蛋白、总酚和类黄酮含量,降低了脯氨酸含量,与烟粉虱抗性相关的挥发物反式-β-法尼烯、反式-2-己烯醛、顺式-4-庚烯醛、反式β-罗勒烯、D-香芹酮、长叶烯和3-蒈烯含量,以及过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和抗坏血酸过氧化物酶活性均显著提高。说明蓝光照射能直接驱离烟粉虱,并通过改变烟粉虱寄主蔬菜的代谢途径来提高寄主蔬菜对烟粉虱的抗性。其中100 lx的蓝光照射对田间烟粉虱有较好的控制作用。

植物群落和土壤理化性质对碧塔海湿地土壤细菌群落的影响

张仲富, 喻庆国, 王行, 刘会会, 赵亚川, 谢雪杨, 张萌, 耿玮

2021, 32(6):  2199-2208.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.039

摘要 ( 262 )   PDF (1802KB) ( 67 )  

土壤微生物是湿地生态系统中土壤-植物系统生源要素迁移转化的引擎。探究湿地生态系统地上植物群落、土壤理化性质和空间结构与土壤细菌间的相互关系是维护湿地生态系统健康和稳定的关键。本研究运用双向指示种分析法(TWINSPAN)对碧塔海湿地采集的35个样方中的植物群落进行分类,并采用高通量测序技术对样方的表层土壤细菌进行测序,分析植物群落、土壤理化性质和空间结构与细菌群落间的关系。结果表明: 双向指示种分析将样方的植物群落划分为3种群落类型,相同类型的植物群落在外貌和结构上相似,说明基于双向指示种分析的数量分类方法在高原湿地生态系统植物群落分类中有较好的适用性;细菌相对丰度统计结果表明,酸杆菌门(21.0%)、绿弯菌门(15.5%)、变形菌门(15.3%)和拟杆菌门 (10.1%)是碧塔海湿地总丰度高于10%的门类,相似性分析(ANOSIM)显示,不同植物群落类型对应的土壤细菌群落存在显著差异,说明植物群落对土壤细菌组成有一定的影响;典范对应分析(CCA)结果显示,植物群落的多样性、含水率、pH、铁和空间结构是影响土壤细菌群落的重要因素。方差分解结果显示,细菌群落既受单一环境变量的影响,也受环境变量间复合作用的影响。综上,地上植物群落、土壤理化环境和空间结构共同塑造细菌群落,地上植物群落-细菌-土壤理化性质是不可分割的整体。

长期缺素施肥及石灰石膏施用对江西鹰潭红壤反硝化微生物功能基因丰度的影响

段春健, 宛颂, 叶桂萍, 樊剑波, 王全成, 贺纪正, 林永新

2021, 32(6):  2209-2216.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.033

摘要 ( 249 )   PDF (875KB) ( 61 )  

反硝化功能基因丰度是决定温室气体氧化亚氮(N₂O)排放潜力的重要生物因素。反硝化功能基因主要包括产生N₂O的关键基因nirK和nirS,以及将N₂O还原成氮气的基因nosZ I和nosZ II。本研究利用实时荧光定量PCR,研究了32年缺施氮(N)、磷(P)或钾(K)肥,以及施用石灰、石膏处理下江西鹰潭红壤反硝化功能基因的丰度,分析了其关键影响因素。结果表明: 与平衡施肥的NPK处理相比,缺施P肥显著降低了nirK、nirS、nosZ I和nosZ II基因丰度;缺施N肥显著降低了nirK、nosZ I和nosZ II丰度,对nirS丰度无显著影响;缺施K肥则对反硝化功能基因丰度无显著影响。逐步回归和随机森林分析表明,土壤pH值是影响旱地红壤nosZ I和nosZ II基因丰度的关键环境因子。施用石灰或石灰+石膏提高了土壤pH值,进而显著提高了nosZ II基因丰度和nosZ II/nosZ I比值,增幅分别为151%～233%和127%～155%。旱地红壤施用石灰或石灰+石膏更有利于nosZ II型N₂O还原菌生长,可能提高nosZ II在N₂O还原中的相对重要性。缺施P肥对红壤反硝化功能基因丰度的负面影响最大,而施用石灰或石灰+石膏可以提高nosZ II丰度和nosZ II/nosZ I比值,有利于降低红壤N₂O排放潜力。

生物质调理剂对川西北高寒草地沙化土壤养分和微生物群落特征的影响

宋佳珅, 张晓丽, 孔凡磊, 刘晓林, 安文静, 李玉义

2021, 32(6):  2217-2226.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.036

摘要 ( 221 )   PDF (919KB) ( 53 )  

将农牧废弃物进行资源化处置制成生物质调理剂,用于沙化土壤改良是目前川西北沙化草地生态治理的有效途径之一。为了阐明不同原料调理剂在川西北高寒沙化草地上的实际应用效果,本研究以不施用调理剂为对照(CK),设置施用量均为12 t·hm^-2的菌渣(JZ)、秸秆(JG)和生物炭(SWT) 3种调理剂,分析了调理剂施用对土壤养分和微生物群落特征及其相互关系的影响。结果表明: 与对照相比,各种生物质调理剂均显著增加了土壤速效养分和活性有机碳含量,增幅在23.0%～521.6%,其中施用秸秆调理剂(JG)的效果最佳,增幅为65.1%～521.6%。因生物质调理剂只在第一年施入,第二年的土壤速效养分和活性有机碳含量均较第一年整体下降了4.5%～92.3%,而土壤有机碳含量和微生物生物量碳均较第一年整体上升了5.6%～458.0%。生物质调理剂改变了微生物属水平优势菌属的相对丰度,其中,JG处理对细菌菌群的影响较大,JG和JZ处理对真菌菌群的影响较大。与CK相比,JG处理显著降低了土壤细菌和真菌的多样性,其中,Shannon指数显著降低了2.9%和31.8%,而Simpson指数显著提高了175.0%和320.9%。冗余分析显示,土壤速效养分和活性有机碳含量是影响微生物群落组成的重要因素,其中,土壤硝态氮含量和微生物生物量碳对细菌群落组成的影响较大,共解释了65.9%的群落变化,土壤速效钾含量和微生物生物量碳对真菌群落组成的影响较大,共解释了83.2%的群落变化。综合比较,秸秆调理剂能显著增加土壤速效养分和活性有机碳含量,有利于有益细菌和真菌微生物菌属的生长,可以作为提升川西北地区高寒草地沙化土壤质量的推广措施。

浙南大罗山天河水库浮游植物群落结构的季节变化及对水质的指示作用

王国涛, 陈斌斌, 王敏, 秦文莉, 秦治霞, 张甜甜, 李仁辉, 马增岭

2021, 32(6):  2227-2240.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.032

摘要 ( 201 )   PDF (2314KB) ( 55 )  

为了探究浙南地区山区水库浮游植物群落结构的季节变化及水质状况,于2019年2月—2020年1月对位于温州大罗山天河水库的浮游植物群落结构和水体理化因子进行了调查分析。结果表明: 天河水库浮游植物隶属于7门60属89种,全年浮游植物平均丰度为2.02×10⁵ cells·L^-1,年均生物量为0.26 mg·L^-1。硅藻门在全年均占优势,绿藻门在春、秋季占优势,而蓝藻门仅在夏季占优势,裸藻门和甲藻门在全年均有出现,隐藻门在秋、冬季均有出现,但不占优势。全年主要优势种有颗粒直链藻、尖针杆藻、隐头舟形藻、美丽星杆藻、假鱼腥藻、小新月藻、二角盘星藻、二角多甲藻、圆筒锥囊藻、卵形隐藻。冗余分析(RDA)显示,水库的水温、总氮、化学需氧量(COD_Mn)和 pH值是浮游植物群落结构的主要影响因子。分别运用Shannon指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数,并结合浮游植物的丰度、优势种及综合营养状态指数分析了水体污染情况和富营养程度, 结果显示,天河水库水体介于寡污染到清洁水体带之间,为贫-中营养型水体。

环境DNA技术在宜昌江段四大家鱼自然繁殖中的应用

李莎, 刘雪清, 姜伟, 肖刊, 黄安阳, 张琪

2021, 32(6):  2241-2248.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.037

摘要 ( 310 )   PDF (2012KB) ( 80 )  

本研究通过环境DNA(eDNA)技术的样品采集及DNA提取方法,采用微滴式数字PCR(ddPCR)技术检测了长江干流宜昌江段不同水层、不同断面四大家鱼的eDNA浓度,分析了eDNA浓度变化与卵苗密度的关系,探讨了利用eDNA技术监测四大家鱼自然繁殖情况的可行性。结果表明: 与传统调查结果相比,四大家鱼的eDNA浓度与卵苗密度呈极显著相关,浓度最大值与卵苗峰值的出现时间较为一致,利用eDNA技术可以预判家鱼集群产卵行为的发生。连续两年的断面eDNA浓度检测认为,渔洋溪上游4.5 km和下游1 km为家鱼产卵场。该范围位于传统方法预估的胭脂坝下至红花套的产卵场范围内。这说明eDNA技术作为一种新兴的生态调查方法,可更为准确地判定有一定种群规模的鱼种的分布情况,因此具有很好的应用前景。

综合评述

喀斯特地区土壤异质性及其与植物相互作用

何洁, 严友进, 易兴松, 王勇, 戴全厚

2021, 32(6):  2249-2258.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.006

摘要 ( 504 )   PDF (740KB) ( 92 )  

喀斯特地区复杂生境造成该地区土壤高度异质性,植被为适应特殊环境形成一定形态和生理结构特征,导致较高功能性状多样性。同时,植被又通过一系列生命活动改善了土壤的物理化学结构特征。植物与土壤之间的相互作用对研究生态系统的结构和功能及其对全球气候变化的响应具有重要作用。本文总结了喀斯特地区土壤异质性特征,概述了植物功能性状对异质土壤的响应及植物对土壤的反馈过程,揭示了喀斯特生态系统中植物-土壤耦合机制,并根据目前研究现状对该领域未来的研究内容和方向进行了展望,以期为喀斯特脆弱生态系统结构和功能稳定性维系提供科学参考。

蚯蚓对土壤-植物系统生态修复作用研究进展

王丙磊, 王冲, 刘萌丽

2021, 32(6):  2259-2266.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.034

摘要 ( 354 )   PDF (1019KB) ( 129 )  

土壤-植物系统是生物圈的基本结构单元,土壤与植物之间存在密切的相互反馈。土壤退化导致植物面临各种非生物胁迫,植物的生理代谢遭到干扰,养分获取受到抑制。蚯蚓被称为“生态系统的工程师”。蚯蚓能够通过调控土壤物理-化学-生物学特性,改良退化土壤(盐碱土、重金属和有机污染物污染土壤),缓解植物所受胁迫,增加土壤养分有效性,促进植物生长,并通过自身分泌的信号物质提高植物的抗逆性。蚯蚓对土壤-植物系统的生态修复作用,对于改善植物生长环境、维持土壤生态系统健康和稳定具有重要意义。

土壤噬菌体及其介导的抗生素抗性基因水平转移研究进展

陈莫莲, 安新丽, 杨凯, 朱永官

2021, 32(6):  2267-2274.  doi:10.13287/j.1001-9332.202106.031

摘要 ( 301 )   PDF (639KB) ( 91 )  

土壤中抗生素耐药性的扩散对全球的公共卫生和食品安全造成威胁,严重挑战人类感染类疾病的预防与治疗。噬菌体介导的抗生素抗性基因(ARGs)的水平转移是环境中抗性基因扩散的重要机制。但是,噬菌体对土壤环境中抗性基因传播的贡献尚未见报道。本文综述了土壤环境中噬菌体的分布特征与影响因子,总结了纯化和富集土壤噬菌体的主要研究方法;同时阐述了土壤环境中噬菌体介导抗性基因水平转移的作用机制等相关研究进展,并提出了土壤噬菌体研究领域尚未解决的一些科学问题。本综述将有助于进一步深入理解噬菌体在抗性基因水平传播中的重要生态角色,为制定相关管理政策以减缓抗生素抗性基因污染问题提供基础。