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2021年 第32卷 第11期    刊出日期：2021-11-15

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2021, 32(11):  0-0. 

摘要 ( 121 )   PDF (466KB) ( 25 )  

生态系统服务与生态产品价值核算专栏

福州市生态系统破坏损失评估

王娇月, 邴龙飞, 尹岩, 郗凤明, 马铭婧, 张文凤, 牛乐, 张丽霞

2021, 32(11):  3781-3792.  doi:10.13287/j.1001-9332.202100.000

摘要 ( 316 )   PDF (1783KB) ( 38 )  

生态系统破坏损失核算是构建绿色国民经济和经济生态生产总值核算体系的关键内容。本研究以福州市生态系统为研究对象,根据其人类不合理利用生态情况,构建了符合福州市的生态系统破坏损失核算框架体系,对2015和2018年福州市生态系统破坏损失进行核算。结果表明: 福州市2015年生态破坏损失成本为90.81亿元,占GDP比重的1.6%。在系统类型上,海洋的生态破坏损失最大,为63.11亿元,占总生态破坏损失的69.5%,其次为湿地生态系统,占比28.7%,农田生态破坏损失最小,占比仅为1.8%;在功能组成上,产品供给功能损失最大,为63.13亿元,占总生态破坏损失的69.5%,其次为调节功能损失,占比27.5%,主要源于水流动调节功能和气候调节功能损失;在区域分布上,生态破坏损失成本主要集中在罗源县、连江县、福清市和闽清县,累计高达80.92亿元,占总生态破坏损失的89.7%。与2015年相比,2018年福州市生态系统破坏损失成本减少26.08亿元,呈明显降低趋势,降幅达28.7%,主要源于连江县、罗源县、福清市和闽清县生态破坏损失成本的降低,降幅分别为86.4%、14.8%、19.9%和12.6%,主要源于海洋和湿地生态系统类型人为破坏率的降低,表明福州市人民生态保护意识不断增强,海洋与湿地系统人为生态破坏现象明显好转。本研究对生态系统生态破坏损失的定价为促进区域可持续发展和生态文明建设提供了数据支撑。

福州市经济生态生产总值核算

牛乐,王娇月,郗凤明,尹岩,邴龙飞,马铭婧,张文凤

2021, 32(11):  3793-3804.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.015

摘要 ( 372 )   PDF (1868KB) ( 37 )  

经济生态生产总值(GEEP)核算是推进生态文明建设、践行“绿水青山就是金山银山”理论的重要实践。目前已有研究开展了全国和省级尺度的GEEP核算,但关于城市尺度的GEEP核算尚鲜见。本研究根据福州市经济和生态发展情况,构建了适于福州市的GEEP核算框架体系,对2015和2018年福州市GEEP进行核算,探讨了福州市GEEP时空变化特征。结果表明: 2015年,福州市GEEP为12085.68亿元,其中,国民生产总值(GDP)为5777.42亿元,生态调节价值为6364.20亿元,环境退化成本和生态破坏成本分别为30.95和25.00亿元;其中,闽清县GEEP值最大,为1700.22亿元,占全市GEEP的14.1%,其次为福清市、闽侯县和永泰县,占比分别为12.2%、12.1%和10.4%。2018年,福州市GEEP有所增加,达14453.99亿元,较2015年上升19.6%,主要源于GDP的增长(较2015年增长了47.4%),闽清县和鼓楼区GEEP占比较大(12.0%),其次为福清市和闽侯县(11.0%)。与2015年相比,2018年福州市GEEP、单位面积和人均GEEP均有所升高,环境退化和生态破坏成本有所下降(降幅分别为7.2%和12.4%),表明福州市生态环境整体向好。本研究对福州市GEEP的核算可有效弥补目前我国唯GDP论考核的不足,同时也可为福州市政府合理制定生态文明考核体系建设、促进区域可持续发展奠定科学基础。

基于生态系统服务付费模型的福州市区域生态补偿额度核算

牛乐,王娇月,郗凤明,尹岩,邴龙飞,马铭婧,张文凤

2021, 32(11):  3805-3814.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.009

摘要 ( 250 )   PDF (1731KB) ( 25 )  

区域生态补偿额度的确定和空间选择是横向转移支付生态补偿机制研究的关键问题。本研究以福州市12区县为基本研究单元,通过核算2015和2018年福州市各区县森林、草地、湿地、农田和海洋五大生态系统的生态功能价值,结合当地经济发展状况,构建生态补偿模型,确定了福州市各区县不同生态系统的生态补偿额度及空间分布。结果表明: 2015—2018年间,生态支付额度最大的地区为鼓楼区(363.84亿元),其次为马尾区、仓山区和晋安区,分别为78.09、69.74和66.69亿元,罗源县和台江区的支付额度较小,分别为29.42和19.03亿元。需要生态补偿的区域中,连江县和长乐区的补偿额度较高,分别为251.20和202.61亿元,其次为永泰县(125.70亿元),再次为闽侯县、福清市和闽清县,补偿额度在100亿元以下。不同生态系统类型的生态补偿区域分布不同,其中,永泰县、闽清县、闽侯县、连江县和罗源县是森林、草地、湿地和农田生态系统的主要生态补偿区,森林、草地、湿地和农田的补偿额分别在24.24～313.79、11.81～207.08、10.15～454.93和57.80～239.54亿元;海洋生态系统的补偿区主要在连江县、长乐区和福清市,补偿额在82.16～478.54亿元。该结果较好地反映区域生态与经济协调发展状况,可为福州市生态补偿机制的完善提供参考。

生态系统价值在政策制度设计中的应用——以福州市为例

尹岩,郗凤明,王娇月,邴龙飞,杜立宇

2021, 32(11):  3815-3823.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.006

摘要 ( 244 )   PDF (1295KB) ( 59 )  

在探索生态系统价值可复制、可推广、可示范的核算模式的基础上,如何合理应用生态系统价值核算结果、形成生态系统价值政策制度应用体系、促进生态系统服务价值由“核算值”向“政策点”转化是目前亟待解决的问题。本研究以福州市经济生态生产总值(GEEP)和生态系统生产总值(GEP)核算为切入点,对GEEP进行指标筛选,并计算绿金指数和单位面积价值量,分析其在政策制度设计中的应用模式。结果表明: 污染物吸收量、物种保育更新能值、湿地重度威胁面积占比、空气负氧离子释放量、耕地占用率、海洋围填海面积占比、固碳量、释氧量、草地覆盖变化率、海岸防护面积、固体废弃物环境退化成本是显著影响福州市GEEP核算结果的指标;福州市2015和2018年绿金指数分别为1.59和1.23,均高于全国水平;福州市各生态系统单位面积价值量大小依次为湿地生态系统＞森林生态系统＞农田生态系统＞草地生态系统＞海洋生态系统。基于福州市GEEP影响因素和绿金指数、单位面积价值量,本研究构建了福州市生态系统价值核算结果“进决策、进规划、进考核、进监测”的管理制度和模式,为我国形成助推生态文明建设的长效机理机制提供了理论依据。

湿地生态系统服务功能及其价值核算——以福州市为例

王娇月,邴龙飞,尹岩,郗凤明,马铭婧,张文凤

2021, 32(11):  3824-3834.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.017

摘要 ( 695 )   PDF (1538KB) ( 127 )  

湿地在生态保护和社会发展中占据重要地位,科学合理评估湿地生态系统价值,是湿地保护与合理开发、确保湿地资源可持续性利用的基础。如何科学有效、标准化地评估湿地生态系统生产总值(GEP)并使之纳入国民经济体系核算是科学界和政府部门关注的焦点。本研究构建了湿地生态系统生产总值核算框架体系,并以福州市为研究案例,以多源数据为基础,从功能量与价值量层面,开展了福州市湿地GEP核算研究。结果表明: 2015年,福州市湿地生态系统GEP为2392.33亿元,主要源于湿地的生态调节服务价值(1578.69亿元,占总价值的66.0%),约是产品供给服务价值和精神文化服务价值的2.2和15.6倍。湿地生态调节服务中,以水流动调节服务价值和气候调节服务价值最高,两者占生态调节服务价值的82.9%。福州市湿地单位面积生态调节价值为134.78万元·hm^-2,高于全国水平。福州市各区县中,闽清县湿地生态系统价值量最大,为888.31亿元,占福州市湿地生态系统产品供给和生态调节总价值量的40.1%。福州市滨海湿地的生态调节服务价值最大,约分别是河流湿地和人工湿地类型的2.5倍。福州市湿地生态系统GEP核算是“绿水青山就是金山银山”理念城市尺度的重要践行,为指导地方政府科学管理湿地生态系统提供了技术支撑。

福州市生态系统生产总值核算

邓娇娇,常璐,张月,周旺明,齐麟,周莉,于大炮,

2021, 32(11):  3835-3844.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.018

摘要 ( 306 )   PDF (1663KB) ( 65 )  

开展生态系统生产总值(GEP)核算是推进生态文明制度建设的必要措施,也是将生态效益纳入经济社会发展评价体系的重要举措。本研究以福州市为研究对象,通过构建具有“山、海、城”特色的生态系统价值核算体系,对2015和2018年福州市GEP进行核算,从时空变化角度对福州市GEP进行对比。结果表明: 2015、2018年福州市GEP分别为9205.92、10472.42亿元,人均GEP分别为13.02、14.39万元,生态产品供给服务价值分别为941.81、1102.61亿元,生态调节服务价值分别为6364.20、5988.51亿元,生态文化服务价值分别为1899.91、3381.3亿元。与2015年相比,2018年福州市GEP增加1266.50亿元,增幅为13.8%,主要得益于生态产品供给服务价值和生态文化服务价值的增加。然而,生态调节服务价值减少375.69亿元,降幅为5.9%,主要源于气候调节、水流动调节和水质净化服务价值的减少。福州率先探索建立一套具有山、海、城特色的核算体系,可以为福建省其他城市及我国其他地区的核算工作提供“福州样板”,同时助推建立生态价值实现的长效机制。

基于“水-能-碳”消费视角的福建省资源环境与经济增长脱钩关系

余锦如,王远,余凡,罗进,赖文亭

2021, 32(11):  3845-3855.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.008

摘要 ( 247 )   PDF (2540KB) ( 52 )  

厘清资源环境消耗与经济增长之间的脱钩关系及驱动机制,对福建省发挥国家生态文明建设示范区作用具有重要意义。本研究通过构建“水-能-碳”资源环境投入产出模型,对福建省行业“水-能-碳”资源环境压力进行分析,基于脱钩理论和对数平均迪式指数分解法对福建省各行业“水-能-碳”资源环境消耗与经济增长之间的脱钩状态及其驱动因素进行研究。结果表明: 2002—2017年,福建省由虚拟水主导的资源环境压力转变为隐含碳为主导的“水-能-碳”多维资源环境压力,且各行业部门差异较大。从行业部门来看,生产供应业具有较大的直接资源环境压力,制造业部门的间接资源环境压力显著。从脱钩关系来看,福建省的资源环境消耗与经济增长的脱钩状态表现良好,主要表现为弱脱钩和强脱钩。从驱动因素来看,经济效应和人口效应是抑制脱钩的主要因素,而技术效应和结构效应则对脱钩起到促进作用。

我国设施农业碳排放核算及碳减排路径

尹岩, 郗凤明, 邴龙飞, 王娇月, 李杰颖, 杜立宇, 刘丽

2021, 32(11):  3856-3864.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.019

摘要 ( 1287 )   PDF (2084KB) ( 230 )  

设施农业作为典型的农业生产管理模式,其特有的生产环境条件和高度集约利用的特点,会对农业碳循环产生影响。本研究以设施农业生产管理过程中的农膜投入、能源消耗、农药化肥投入、气肥施用、设施土壤五大温室气体排放源为核算对象,对2018年我国31个省份连栋温室、日光温室、塑料大棚3种设施农业的碳排放量和排放强度进行估算。结果表明:我国设施农业碳排放总量为21038.17万t CO₂e,塑料大棚、日光温室、连栋温室3种类型设施农业碳排放量分别占60.2%、37.4%和2.4%。设施农业碳排放以土壤温室气体排放、农膜投入和农用品投入碳排放为主。连栋温室单位面积碳排放量显著低于日光温室和塑料大棚。科技资金配置率和设施农业规模是对设施农业碳排放影响最大的两个因素。基于此,本研究从提高设施农业的科技投入、物质消耗利用率、设施面积利用率3个角度提出碳减排路径。

东北地区耕地利用碳排放核算及驱动因素

周思宇,郗凤明,尹岩,邴龙飞,王娇月,马铭婧,张文凤

2021, 32(11):  3865-3871.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.003

摘要 ( 494 )   PDF (1831KB) ( 97 )  

随着我国社会经济的不断发展,耕地资源开发利用的广度和深度不断扩展,耕地的生产效率和生产规模逐步提高。与此同时,耕地管理活动中由农用品投入、能源消耗等产生的碳排放量也飞速增长。本研究以东北地区耕地利用碳排放为研究对象,采用生命周期法构建碳排放核算框架体系;基于东北地区1979—2015年碳排放量的估算结果,采用对数平均迪氏指数模型构建影响农业碳排放的驱动因素体系,深入探讨东北地区耕地碳排放的影响机制。结果表明: 与1979年相比,2015年耕地利用碳排放总量增长了21.9%,碳排放强度则降低了1.54 t·hm^-2。土壤管理和农用品投入碳排放是耕地利用碳排放的主要排放源,占排放总量的83.6%。土地生产率、科技资金配置率的提高,会增加耕地利用碳排放;投入产出比、人均耕地面积、科技投入强度降低,则会减少耕地利用碳排放。

农户生计与生态系统服务关系的区域差异及驱动机制——以密云水库上游流域为例

王凤春,郑华,张薇,王慧,彭文佳

2021, 32(11):  3872-3882.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.013

摘要 ( 230 )   PDF (1210KB) ( 35 )  

深入揭示生态系统与农户福祉之间的关系,对实现农户差异化管理及区域可持续发展具有重要意义。本研究以密云水库上游流域(包括北京市和河北省的部分区域)为研究区域,基于1754份农户调查问卷数据,通过统计计量方法对比分析了流域内北京市、河北省农户福祉水平(以家庭总收入表示)与生态系统服务依赖性(以生态系统依赖性指数表示)的关系。结果表明: 流域内京冀农户生计与生态系统的互作模式均可分为4类,但京冀两地不同模式占比差异较大。北京农户样本中,占比最高的是高福祉-低依赖模式(33.9%),农户人均年收入显著高于河北农户,农户的各项生计资本也较河北省农户高;河北农户中,不提倡的低福祉-高依赖模式仍占比39.1%,对提升农户福祉水平至关重要的人力资本素质、社会资本、金融资本等均显著低于北京农户;河北农户主要依赖农业生产收入(41.2%),对土地的开发利用程度显著较高;相对于北京农户,河北农户的自然资源条件、人力资本素质对农户生计的影响更加显著。保持适当家庭规模、不断提高劳动力教育水平、提高低收入家庭的生态补偿标准是形成农户与生态系统良好互动关系(高福祉-低依赖型)的关键因素。

国家公园生态系统生产总值核算——以海南热带雨林国家公园为例

陈宗铸,雷金睿,吴庭天,陈德祥,周璋,李苑菱,洪小江,杨众养,李意德

2021, 32(11):  3883-3892.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.010

摘要 ( 383 )   PDF (1961KB) ( 109 )  

海南热带雨林国家公园拥有我国最具代表性、连片面积最大的热带雨林,生态产品丰富,在开展国家公园生态产品价值实现机制探索上具有得天独厚的优势。本研究基于《陆地生态系统生产总值(GEP)核算技术指南》框架,构建符合热带雨林国家公园特色的GEP核算体系,对2019年海南热带雨林国家公园GEP进行核算。结果表明: 2019年,海南热带雨林国家公园GEP为2045.13亿元,单位面积GEP为0.46亿元·km^-2。其中,物质产品价值为48.50亿元,占国家公园GEP总量的2.4%;生态系统调节服务价值为1688.91亿元,占82.6%;文化服务价值为307.72亿元,占15.0%。从不同生态系统类型来看,以山地雨林、低地雨林、落叶季雨林、热带云雾林等为代表的热带雨林生态系统的单位面积价值量远高于人工林及其他生态系统,表明热带雨林生态系统在提供生态系统服务功能方面具有显著作用。此外,本研究还基于国家公园GEP核算结果,提出进一步探索生态产品价值实现路径和实现机制的相关建议。

退耕还林(草)工程对渭河流域生态系统服务的影响

徐省超,赵雪雁,宋晓谕

2021, 32(11):  3893-3904.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.005

摘要 ( 313 )   PDF (9210KB) ( 72 )  

退耕还林(草)工程作为中国启动的重要生态补偿项目,对维护国家生态安全起着关键作用,系统剖析退耕还林(草)工程对生态系统服务的影响,有助于为健全生态补偿制度提供借鉴。本研究以渭河流域为例,基于土地利用数据、气象数据等资料,在分析退耕还林(草)工程实施以来渭河流域土地利用和生态系统服务时空变化的基础上,运用Invest模型、地理加权回归等方法,探究退耕还林(草)工程对渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量等生态系统服务变化的影响。结果表明: 退耕还林(草)工程实施以来,渭河流域林草覆盖率呈波动上升趋势,林草面积增加2704.49 km²。2000—2018年间,渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量均呈波动上升趋势,其中,水源涵养和固碳服务增幅较大,生境质量和土壤保持增幅较小。退耕还林(草)工程有效提升了渭河流域的水源涵养、土壤保持、固碳、生境质量等生态系统服务,但对不同地域单元生态系统服务影响强度不同。

基于SWAT模型的浑河中上游水源涵养服务价值评估

刘景红,郑晓,樊俊美,赵斓林

2021, 32(11):  3905-3912.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.007

摘要 ( 286 )   PDF (3854KB) ( 89 )  

浑河中上游流域的森林覆盖率高达68%,是辽宁省饮用水的重要水源保护地。本研究基于SWAT模型和影子工程法,评估2000—2019年浑河中上游流域的水源涵养量及其服务价值,并分析其时空变化的原因,以期为流域内生态补偿和生态恢复提供依据。结果表明:2000—2019年浑河中上游水源涵养量及其价值量呈先增加后减少趋势;年均水源涵养总量和水源涵养服务价值分别为24.6亿m³和150.4亿元;研究区水源涵养量存在明显的空间差异,高值区主要分布在清原县和新宾县,低值区集中于沈阳市辖区;不同生态系统的水源涵养服务价值差异较大,森林的单位面积水源涵养量远高于草地、农田和城市。

黄河流域土地利用变化下生态系统服务价值时空演变及其响应——以陕甘宁地区为例

孙梦华,牛文浩,张蚌蚌,耿庆玲,于强

2021, 32(11):  3913-3922.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.016

摘要 ( 305 )   PDF (2478KB) ( 150 )  

黄河流域中上游的陕甘宁地区是西北生态脆弱区,在区域生态安全格局上具有重要作用,其生态经济问题值得重点关注。本研究基于陕甘宁地区1995—2020年土地利用和自然社会经济数据,利用空间分析和地理探测器等方法,研究陕甘宁地区土地利用及生态系统服务价值的时空变化特征以及生态系统服务价值空间分异的驱动机制。结果表明: 1995—2020年,陕甘宁地区耕地、未利用地呈减少趋势,建设用地、林地呈增长趋势。1995—2020年陕甘宁地区生态系统服务价值总量呈下降-上升的变化,1995—2000年减幅约1.2%,2000—2020年增幅约1.0%。草地提供的生态系统服务价值最大,调节功能价值贡献突出。地理探测器结果表明,归一化植被指数(NDVI)是生态系统服务价值空间分异的主导因子,气温和农民人均纯收入是次要影响因子;生态系统服务价值空间分异影响因素探测力(q值)达30%以上的交互组合有32种,其中,NDVI与土壤类型的q值近46%,自然、社会经济、政策因子的交互协同增强效应共同影响了陕甘宁地区生态系统服务价值在空间上的分异效果。

山西煤田生态系统服务时空格局及驱动力

潘换换,吴树荣,姬倩倩,杜自强,张红

2021, 32(11):  3923-3932.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.004

摘要 ( 242 )   PDF (3290KB) ( 38 )  

煤炭对人类经济社会的发展贡献巨大,其经济效益备受关注,然而煤田为人类提供的生态系统服务却往往易被忽视。本研究基于山西煤田1986、2000、2015年遥感数据、气象数据、土壤数据等,采用InVEST模型估算土壤保持量和产水量,CASA模型估算植被净初级生产力,RWEQ模型估算防风固沙,采用k-均值聚类分析和地理探测器模型模拟山西煤田生态系统服务的空间格局及影响机制。结果表明: 1986—2015年,研究区土壤保持服务、产水服务、植被生产服务和防风固沙服务呈持续增长态势。土壤保持服务高值区主要集中在河东煤田北部和沁水煤田东北部,低值区分布在大同煤田西南部边缘;产水服务高值区主要集中在沁水煤田东北部,低值区分布在西山煤田和沁水煤田西北部;植被生产服务高值区主要集中在沁水煤田东南部,低值区分布在大同煤田、宁武煤田、西山煤田和河东煤田北部;防风固沙服务低值区和高值区在研究区中的位置不固定。生态系统服务簇可分为4类,第一类属于土壤保持服务簇,主要分布在宁武煤田北部、河东煤田北部和沁水煤田北部;第二类属于产水服务簇,主要分布在霍西煤田和沁水煤田南部等地区;第三类属于植被生产服务簇,主要分布在沁水煤田局部;第四类属于防风固沙服务簇,主要分布在河东煤田南部和沁水煤田局部。土壤保持服务受气温、数字高程模型(DEM)、工业产值影响较大,q值分别为0.5、0.3、0.2;产水服务受降水、气温、DEM影响较大,q值分别为0.8、0.3、0.2;植被生产服务的工业产值、降水、气温q值分别为0.7、0.6、0.2;防风固沙服务的主要影响因素有降水、气温和DEM,q值分别为0.7、0.3、0.3。煤田生态系统服务的空间分布及多种生态系统服务之间的关系与自然和人为因素紧密相关,因此,保持自然和人为因子与生态服务之间良好的协调关系,有助于为煤田生态系统可持续发展、土地复垦与生态重建及管理政策的制定提供科学依据。

“三生空间”视角下三峡库区土地利用转型的生态系统服务价值效应

勾蒙蒙,刘常富,李乐,肖文发,王娜,胡建文

2021, 32(11):  3933-3941.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.020

摘要 ( 304 )   PDF (2027KB) ( 62 )  

明晰社会经济快速转型背景下的“三生空间”演变过程及其生态系统服务效应,对国土空间优化和区域可持续发展具有重要意义。以1980、2000、2018年土地利用遥感监测数据为基础,基于“三生空间”视角,采用地学信息图谱刻画了三峡库区土地利用转型过程,并通过生态系统服务贡献值测度了土地利用转型的生态环境效应。结果表明: 1980—2018年,三峡库区工业生产空间和生活空间面积不断增加,而农业生产空间和生态空间面积逐渐减少;从图谱转移视角分析,1980—2000年间,土地利用格局相对稳定,以未发生转移的图谱单元占主导,而2000—2018年土地利用转型复杂,以农业生产空间与林地、草地生态空间相互转化占主导,城镇化、工业化进程加快是导致农业生产空间、生态空间面积萎缩的主要原因;三峡库区生态系统服务价值在时间上呈先缓慢降低后迅速增加的趋势,在空间上呈“东部高-西部低”的分布特征;生态保护修复工程促进了生态系统服务价值正效应,但经济社会快速发展挤占了大量的农业生产空间、生态空间,加之农田复耕等行为在一定程度上导致了生态系统服务价值负效应。

生态系统服务供给和需求研究评述及框架体系构建

易丹,肖善才,韩逸,欧名豪

2021, 32(11):  3942-3952.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.011

摘要 ( 656 )   PDF (1695KB) ( 181 )  

生态系统服务供给和需求联系着自然生态系统与社会经济系统,对生态系统服务供给和需求的研究有助于加强生态系统管理和实现资源优化配置,从而保障区域生态安全与社会经济可持续发展。本文在系统梳理国内外相关研究的基础上,对生态系统服务供给和需求的概念内涵、评估方法和实践应用等方面进行全面综述。从理论发展的角度看,虽然目前已取得较为丰富的研究成果,但是现有研究仍较为分散,缺乏统一的生态系统服务供需研究框架体系。鉴于此,本文在对生态系统服务供给和需求的研究范畴进行拓展的基础上,按照“理论-方法-实践”相统一的研究脉络,构建了“定性-定位-定量-定策”的生态系统服务供给和需求研究框架体系,最后提出未来研究应围绕“重点关注生态系统服务供给和需求的空间转移规律、加强生态系统服务供给和需求的定量方法研究、深化生态系统服务供给和需求应用管理实践和建立生态系统服务供给和需求应用评价机制”等方面展开,以期促进生态系统服务供给和需求的理论与实践研究。

研究论文

不同硝化抑制剂对红壤氮素硝化作用及玉米产量和氮素利用率的影响

崔磊,李东坡,武志杰,薛妍,肖富容,张可,李永华,郑野

2021, 32(11):  3953-3960.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.022

摘要 ( 204 )   PDF (826KB) ( 52 )  

本研究分析添加不同种硝化抑制剂及其组合的高效稳定性氯化铵氮肥对红壤硝化作用、玉米产量和氮肥利用率的影响,旨在筛选出适合酸性红壤的高效稳定性氯化铵态氮肥。在氯化铵中分别添加硝化抑制剂2-氯-6-三甲基吡啶(CP)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和双氰胺(DCD)及其组合,制成6种高效稳定性氯化铵态氮肥,以不施氮肥(CK)和施氯化铵(N)为对照,进行等氮量玉米盆栽试验。结果表明: 与N处理相比,CP+DMPP和DMPP+DCD处理红壤中铵态氮含量提高56%～62%,显著高于CP、DMPP和DCD处理;土壤表观硝化率显著降低33%～34%。添加硝化抑制剂及其组合的6个处理均显著提高了玉米生物量和氮肥吸收利用率。与N处理相比,单独添加硝化抑制剂处理生物量均显著高于硝化抑制剂组合处理,平均提高1.3倍;添加DCD处理效果最显著,玉米籽粒产量、吸氮量和氮肥吸收利用率分别显著提高4.1、6.3和4.4倍。为了达到既能低成本又能提高产量和氮肥利用率的效果,在红壤上添加硝化抑制剂DCD是最佳选择。

不同施氮量对麦田土壤水稳性团聚体和N₂O排放的影响

陈津赛,孙玮皓,王广帅,Abubakar Sunusi Amin,高阳

2021, 32(11):  3961-3968.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.024

摘要 ( 241 )   PDF (933KB) ( 46 )  

过量施氮可破坏农田土壤结构,增加温室气体排放量。为揭示不同施氮量对土壤团聚体和N₂O排放的影响,于2018—2020年基于氮肥定位试验,设置秸秆原位还田条件下施氮 0 (N₀)、120 (N₁₂₀)、180 (N₁₈₀)、240 (N₂₄₀)、300 (N₃₀₀)、360 kg·hm^-2 (N₃₆₀) 6个处理,研究不同施氮量对麦田土壤N₂O排放、土壤充水孔隙度(WFPS)、土壤温度、硝态氮、铵态氮含量、水稳性团聚体的组成及稳定性的影响。结果表明: 土壤N₂O排放量与氮肥用量之间呈显著正相关关系,WFPS与施氮量之间无显著相关关系,0~10 cm土壤温度随氮肥施用量的增加而显著降低,土壤硝态氮、铵态氮含量与氮肥施用量间存在显著正相关关系。随氮肥施用量的增加,直径>2 mm的水稳性团聚体含量降低,直径<0.5 mm的水稳性团聚体含量增加,土壤水稳性团聚体的粒径也逐渐减小。氮肥施用量与团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径之间呈显著负相关关系,但与分形维数之间并无显著相关性。MWD (x)与N₂O排放通量(y)之间的拟合方程为:y=3928.3e^-2.171x (R²=0.55,P<0.001),表明当MWD减小时,N₂O排放量将会剧烈升高。可见,麦田施氮量的增加会降低0~10 cm土壤温度,增加土壤硝态氮和铵态氮含量,减小耕层土壤水稳性团聚体的平均粒径,降低团聚体的稳定性,增加N₂O的排放量。

三种肥料运筹模式对湖北西部坡耕地机条播小麦生产的影响

佟汉文,朱展望,刘易科,陈泠,邹娟,张宇庆,杨勇,高春保

2021, 32(11):  3969-3976.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.027

摘要 ( 186 )   PDF (562KB) ( 23 )  

针对湖北西部坡耕地小麦生产存在的施肥不科学、籽粒品质不稳、种植效益低下等关键问题,连续2年在丹江口库区坡耕地“玉米-小麦”轮作制度下,研究3种优化种植模式(高氮减钾、中氮减钾、低氮减钾)对小麦产量、品质、效益和肥料利用效率的影响。结果表明:施用化学肥料显著提高了小麦籽粒产量和湿面筋含量。与常规种植模式(CK)相比,3种优化种植模式的钾肥偏生产力和农学利用率显著提高。高氮减钾模式的小麦干物质量、籽粒产量和粗蛋白含量最高,比CK分别增加9.4%、19.4%和7.8%,有利于小麦高产潜力的发挥;中氮减钾模式的小麦湿面筋含量和降落数值最高,分别比CK增加3.9%和9.3%,适用于中筋小麦的高效生产;低氮减钾模式的氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、钾肥偏生产力、钾肥农学利用率和净收益最高,分别比CK提高15.7%、134.1%、131.3%、368.2%和37.3%,粗蛋白和湿面筋含量分别比CK降低2.1%和2.6%,适用于弱筋小麦绿色轻简化生产。本研究结果可为坡耕地小麦生产选择适宜的种植模式提供参考。

播种方式对旱地小麦土壤水分变化和籽粒蛋白质形成的影响

赵庆玲,孙敏,林文,任爱霞,王志鑫,张蓉蓉,李蕾,高志强

2021, 32(11):  3977-3987.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.030

摘要 ( 207 )   PDF (1772KB) ( 37 )  

为明确旱地小麦品质提升的播种技术及其机理,于2017—2018年(平水年)、2018—2019年(欠水年)在山西闻喜开展宽幅播种、探墒沟播和常规条播对旱地麦田土壤水分变化和籽粒蛋白质形成影响的研究。结果表明: 与常规条播相比,探墒沟播显著提高了开花期0～200 cm土壤蓄水量(增幅8.2%～18.7%),其中提高了两年度0～60 cm土层,平水年60～120 cm土层,欠水年120～200 cm土层土壤蓄水量;宽幅播种显著提高了平水年开花期0～200 cm土壤蓄水量(增幅5.2%)。探墒沟播显著提高了开花-成熟阶段耗水量,宽幅播种显著提高了欠水年播种-开花阶段耗水量。探墒沟播和宽幅播种显著提高了花后15～35 d籽粒谷氨酰胺合成酶(GS)活性,探墒沟播还显著提高了欠水年花后5～35 d旗叶和籽粒谷氨酸合成酶(GOGAT)活性。探墒沟播显著提高了产量(增幅20.4%～44.8%),籽粒清蛋白、球蛋白含量,籽粒蛋白质含量(增幅3.1%～5.8%)和蛋白质产量(增幅25%～49%);宽幅播种显著提高了产量(增幅9%～40%)和籽粒醇溶蛋白含量。旱地小麦不同播种方式下,花后旗叶和籽粒GS、GOGAT活性与开花-成熟阶段耗水量呈显著相关,且与平水年开花期0～120 cm土层和欠水年开花期0～60、120～200 cm土层土壤蓄水量呈显著相关;籽粒清蛋白、球蛋白和总蛋白质含量均与开花期0～60 cm土层土壤蓄水量呈显著相关,欠水年还与开花期120～200 cm土层土壤蓄水量呈显著相关。总之,探墒沟播有利于提高旱地小麦开花期土壤蓄水量和花后耗水量,提高旗叶和籽粒GS、GOGAT活性,从而提高产量和籽粒蛋白质含量,且欠水年生育后期深层土壤蓄水更有利于小麦品质提升。

硫化氢对盐碱胁迫下裸燕麦叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环的调控效应

刘建新,刘瑞瑞,贾海燕,刘秀丽,卜婷,李娜

2021, 32(11):  3988-3996.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.023

摘要 ( 250 )   PDF (1511KB) ( 46 )  

盐碱胁迫是植物遭受的常见非生物胁迫之一,气体信号硫化氢(H₂S)在植物响应盐碱胁迫中发挥着重要作用。为探讨H₂S对盐碱胁迫下裸燕麦抗坏血酸(AsA)-谷胱甘肽(GSH)循环的调控效应,以品种‘定莜9号’为材料,研究了喷施H₂S供体硫氢化钠(NaHS)或H₂S合成抑制剂羟胺(HA)对盐碱混合胁迫下植株生长、叶片活性氧、膜脂过氧化和AsA-GSH循环中抗氧化物质和关键酶的影响。结果表明: 喷施50 μmol·L^-1 NaHS可缓解50 mmol·L^-1盐碱混合胁迫对裸燕麦生长的抑制,降低超氧阴离子、H₂O₂、丙二醛、氧化型抗坏血酸(DHA)、还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量,提高AsA/DHA和GSH/GSSG,而对还原型抗坏血酸(AsA)含量无显著影响。喷施NaHS还提高了盐碱混合胁迫下裸燕麦叶片AsA合成关键酶L-半乳糖脱氢酶(GalDH)和L-半乳糖-1,4-内酯脱氢酶(GalLDH)及AsA-GSH循环中单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性,降低了抗坏血酸过氧化物酶(APX)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性,而对抗坏血酸氧化酶(AO)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性的影响不大。增添HA后部分或完全解除了喷施NaHS的上述作用。这说明H₂S可通过促进AsA合成和增强MDHAR活性提高AsA-GSH循环效率,降低盐碱胁迫对裸燕麦的氧化伤害。

湖北省不同花生轮作种植体系碳氮足迹

庞茹月,王明辉,孔洁,李宁,王铭伦,邹晓霞

2021, 32(11):  3997-4003.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.025

摘要 ( 235 )   PDF (1470KB) ( 40 )  

明确作物生产过程的主要碳氮排放环节,可为不同花生轮作种植体系实现高产高效与低碳氮排放的协同效益提供有效参考。本研究对湖北省黄冈市油菜-花生轮作、小麦-花生轮作、花生单作3种种植模式生产过程的农资投入和田间管理措施等进行实地调查,核算该3种种植模式的碳足迹和氮足迹。结果表明: 油菜-花生轮作较小麦-花生轮作单位面积碳排放降低7.8%、单位净现值碳排放降低36.9%、单位面积氮排放降低12.5%、单位净现值氮排放降低41.9%;油菜-花生轮作较花生单作单位净现值碳排放和氮排放分别降低19.6%和30.8%;油菜-花生轮作净收益是小麦-花生轮作的1.4倍、花生单作的2.4倍。表明油菜-花生轮作可实现高产高效与低碳氮排放的协同效益,有利于油料作物的绿色高质高效生产。

蒙东地区水肥耦合对紫花苜蓿土壤磷组分的影响

张艾明,徐玉梅,朱建宇,余洪茜,刘苏蓝

2021, 32(11):  4004-4010.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.028

摘要 ( 171 )   PDF (843KB) ( 90 )  

磷素在土壤中可分为有机磷和无机磷两大组分,不同形态的磷供给植物营养的难易程度不同,应用液体³¹P核磁共振技术(³¹P-NMR)探明土壤磷组分可为进一步调控土壤磷营养提供重要的理论依据。本研究采用盆栽试验,以紫花苜蓿和栗钙土为对象,设置常规和干旱水分处理,并设置不同的施磷水平(P₀～P₄:0、0.025、0.05、0.1、0.2 g P₂O₅·kg^-1土),应用液体³¹P-NMR技术测定土壤磷组分,研究水肥耦合条件下紫花苜蓿土壤磷组分特征。结果表明: 不同水肥条件下,土壤无机磷主要包括无机正磷酸盐、无机焦磷酸盐和无机多磷酸盐。无机正磷酸盐在土壤无机磷组分中占主导地位,干旱会降低无机正磷酸盐含量;无机焦磷酸盐和无机多磷酸盐可存在于高施磷水平(P₄)的土壤中。有机磷组分中,正磷酸单酯占主导地位,干旱影响紫花苜蓿对土壤中正磷酸单酯的转化和利用。综上,合理的水肥管理可对蒙东地区紫花苜蓿土壤磷营养的转化和利用进行有效的调控。

果园生草对中国果园土壤肥力和生产力影响的整合分析

郭晓睿,宋涛,邓丽娟,张卫峰,焦小强

2021, 32(11):  4021-4028.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.021

摘要 ( 214 )   PDF (915KB) ( 41 )  

果园生草是维持土壤基础肥力、改善土壤生态环境、推动果树产业可持续发展的有效措施之一。但是,有关生草对果园土壤养分含量的定量改变,及其对果园果实产量和品质的提升机制并不清楚。本研究采用Meta分析,共搜集了1990—2020年间发表的62篇文献,定量分析土层深度、生草种植年限和生草植物种类对果园土壤理化性质和果实产量及品质的影响,探究果园生草对中国果园可持续生产的影响。结果表明: 1990—2020年间,与不生草果园相比,果园生草土壤有机质、碱解氮、速效磷含量可分别提高18%、11%、27%,土壤容重降低20%;当气温低于10 ℃时,果园生草可使土壤温度增加23%;当气温高于10 ℃时,果园生草可使土壤温度平均降低8%左右。与一年生草相比,果园连续多年生草,无论是自然生草,还是人工生草,都显著提升了果园土壤质量、产量和果实品质(如可溶性固形物)。因此,果园长期生草对中国果园可持续生产具有深远意义。

1971—2020年西南茶区灌木型茶树晚霜冻害危险性时空演变特征

高文波,林正雨,王明田,何鹏,陈春燕,刘远利,曹杰

2021, 32(11):  4029-4038.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.012

摘要 ( 205 )   PDF (3631KB) ( 45 )  

研究晚霜冻害危险性时空演变特征,对于优化区域农业生产布局和品种调优具有科学的指导意义。本研究利用西南茶区65个气象站点1971—2020年逐日气象数据,结合霜冻终日和茶芽萌发初日的变化特征及其相互关系,构建西南茶区灌木型茶树春梢晚霜冻害概率指数和冻害强度指数,分析西南茶区灌木型茶树晚霜冻害危险性时空演变特征。结果表明:1971—2020年,西南茶区霜冻终日和茶芽萌发初日均呈显著提前趋势,且霜冻终日的提早速率快于茶芽萌发初日的提早速率,萌发后的茶芽暴露于晚霜冻害的天数总体呈不显著下降趋势。西南茶区大部分区域灌木型茶树晚霜冻害危险性呈下降趋势,但贵州茶区呈不显著上升趋势。四川茶区西部边缘山区、贵州茶区西部与云南茶区东北部交界处等地灌木型茶树晚霜冻害危险性一直较高,四川盆地区、云南茶区南部和贵州茶区南部等地晚霜冻害危险性一直较低。云南茶区北部、中东部地区等区域晚霜冻害危险性呈明显下降趋势;而贵州茶区中部和东部区域灌木型茶树晚霜冻害危险性明显增加。

基于地理探测器的中国农业生态效率时空分异及其影响因素

汪亚琴,姚顺波,侯孟阳,贾磊,李园园,邓元杰,张晓

2021, 32(11):  4039-4049.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.026

摘要 ( 365 )   PDF (1949KB) ( 86 )  

研究农业生态效率的时空分异及其影响因素对实现中国农业生态高质量发展具有重要意义。基于2000—2018年中国30个省/区/市的面板数据,采用超效率SBM模型测算省际农业生态效率,在时间序列、空间可视化及趋势面分析揭示农业生态效率时空演变规律的基础上,进一步利用地理探测器模型识别影响农业生态效率空间分异的主导因子及其交互作用。结果表明: 2000—2018年,中国农业生态效率整体呈现稳定上升的趋势,但仍然处于较低水平,存在较大提升空间;中国农业生态效率具有显著的空间分异特征,总体上呈现出东西部地区较高、而中部地区较低的空间分布格局;中国农业生态效率的空间分异受到农业资源禀赋、社会经济、自然生态环境等多种因素的影响,不同因子对农业生态效率空间分异的影响存在明显差异且因子间交互作用会增强其空间分异。综上,要关注农业生态效率时空分异的主导因子,并注重区域间的协同合作,以实现农业的高质量发展。

1989—2019年西北地区干燥度指数时空变化及其对气候因子的响应

柳利利,韩磊,韩永贵,高阳,彭苓

2021, 32(11):  4050-4058.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.014

摘要 ( 226 )   PDF (2724KB) ( 84 )  

基于西北地区143个气象站点的气象数据,采用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸发量,并结合降水量计算西北地区1989—2019年干燥度指数(AI),采用Mann-Kendall趋势分析、小波分析、偏微分方程等方法来揭示其变化趋势、变化周期和气候因子对AI的贡献率。结果表明: 1989—2019年,西北地区AI整体呈不显著的减小趋势,其中,青海呈显著减小趋势,新疆呈不显著的上升趋势;研究区AI在2010年发生了突变,AI变化存在1个17年的主周期。西北地区AI呈现出由东南部向中部、西北部向中部增加的空间格局。西北地区AI变化的倾向率为-1.267·(10 a)^-1,其中,甘肃、宁夏、陕西、青海和新疆AI变化的倾向率分别为-1.17、-0.41、-0.49、-1.77和-2.73·(10 a)^-1。青海小灶火、新疆库尔勒、阿克苏和吐鲁番地区干旱风险发生的可能性较高。降水量和实际水汽压是影响甘肃、宁夏、青海、陕西AI变化的主要气侯因子,影响新疆AI变化的主要气侯因子为潜在蒸散、太阳辐射和平均气温。

1961—2019年辽宁省高温天气变化特征

李卓群,刘星才

2021, 32(11):  4059-4067.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.038

摘要 ( 272 )   PDF (1849KB) ( 39 )  

深入理解高温热浪天气的变化特征、辨识其影响因素,对于科学防控高温天气的危害、保障经济社会可持续发展具有重要意义。本研究基于1961—2019年6—8月辽宁省23个气象站点的日最高气温、相对湿度和风速数据,分析日最高气温(Tx)、日最高体感温度(AT)和高温热浪(连续3 d≥35 ℃)的变化特征,并采用灰色关联度分析气象因子对AT的影响。结果表明: 1961—2019年,辽宁省各站点6、7和8月Tx的平均值分别为26.19、28.29和28.14 ℃,气候倾向率平均值分别为0.17、0.20、0.17 ℃·(10 a)^-1,AT的平均值分别为27.35、31.13、31.08 ℃,气候倾向率平均值分别为0.38、0.35、0.28 ℃·(10 a)^-1。6—8月,研究区各站点Tx、AT与其气候倾向率均呈显著负相关关系,说明夏季Tx、AT低值区的增温幅度大于高值区,应重视研究区夏季Tx、AT低值区的高温防御。6—8月,各站点日最高气温≥35 ℃日数平均值为0.85 d·a^-1,6、7月明显大于8月,高值区主要位于辽宁西部,低值区主要位于辽宁南部和滨海地区,平均增加速率为0.20 d·(10 a)^-1。各站点多年平均高温热浪次数为0.071次,高值区主要分布在西部地区,南部和滨海地区未出现高温热浪事件。关联度分析表明,6月最高体感温度与相对湿度关系最密切,而7月和8月最高体感温度与最高气温关系最密切。因此,在高温天气预报预警中应充分考虑相对湿度的影响。

基于“双核”新框架的烟台近岸海洋环境健康综合评价

王启栋,宋金明,袁华茂,彭晨

2021, 32(11):  4068-4076.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.037

摘要 ( 174 )   PDF (1728KB) ( 25 )  

海洋生态环境健康已成为制约海洋经济发展的关键因素,科学评估近岸海洋生态环境整体的健康状况对持续利用海洋资源环境十分紧要。本研究基于新构建的以海洋生态系统自身状态为内核、以人类社会经济学指标为外核的“双核”评价框架和2008—2016年的调查资料,对烟台近岸海洋环境健康状况进行综合评估。结果表明: 烟台近岸海域的内核评级以“优”、“良”为主,总体上沉积物质量最好,水体环境质量稍差,而生物群落则是决定最终评级的核心因素;外核评价方面,以海洋产业产值和海洋保护区面积计算的外核得分为0.98。烟台近海最终的“双核”评价结果为“优/良+0.98”,这表明烟台近岸海域在保持高开发利用程度的情况下,目前海域生态环境健康状况仍然良好,但部分区域已经开始恶化,需在发展海洋产业的同时予以密切关注。“双核”框架的评价结果可为海洋资源开发和环境保护的管理决策提供指导,对实现海洋资源环境的可持续利用具有重要意义。

尕海湿地退化演替过程中土壤有机氮组分的变化特征

唐艳梅,马维伟,李广,徐国荣,张悦,潘平新,宋良翠,龙永春,常文华

2021, 32(11):  4077-4084.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.035

摘要 ( 198 )   PDF (697KB) ( 23 )  

为探究尕海湿地退化演替过程中土壤有机氮各组分变化规律,采用野外采样与室内分析相结合的方法,研究尕海湿地未退化(UD)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)和重度退化(HD)4个退化演替阶段的土壤总氮(TN)和有机氮组分[未知态氮(HUN)、酸解氨态氮(AMN)、酸解氨基酸态氮(AAN)以及氨基糖态氮(ASN)]含量及其分布特征。结果表明: 当尕海湿地退化演替到LD时,0～10 cm层土壤TN、HUN、AMN和AAN含量分别降低17.3%、19.4%、8.6%和-5.6%,MD时分别降低28.0%、19.4%和17.1%和0,HD时分别降低35.8%、28.8%、28.6%和55.6%;10～20 cm层,LD时上述氮素含量分别降低4.0%、10.3%、2.9%和9.1%;MD时分别降低21.0%、18.3%、-2.9%和-9.1%;HD时分别降低9.9%、38.9%、21.2%和51.4%;而20～40 cm无显著变化;4个退化阶段各酸解氮组分占TN比例大小顺序为HUN(25.9%～32.5%)> AMN(6.7%～11.1%)> AAN(4.8%～11.1%)> ASN(1.2%～4.4%)。冗余分析显示,土壤含水量是土壤有机氮组分变化的主要驱动因子。尕海湿地退化显著降低了0～10 cm层土壤TN及酸解氮各组分含量,减弱了土壤氮“汇”功能,AAN和ASN对湿地退化最为敏感。

黄山松土壤可溶性有机质对氮添加的响应及其与细菌群落的关联

元晓春,崔琚琰,林开淼,周嘉聪,曾泉鑫,谢欢,刘苑苑,徐建国,陈岳民

2021, 32(11):  4085-4094.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.031

摘要 ( 191 )   PDF (2652KB) ( 36 )  

为探究黄山松土壤可溶性有机质(DOM)数量和质量对短期氮(N)添加的响应及其与细菌群落的关联,在福建戴云山自然保护区设置不同N添加水平(0、40和80 kg N·hm^-2·a^-1)试验,采用三维荧光与平行因子联用法,并结合高通量测序手段分别对土壤DOM和细菌群落进行分析。结果表明: 与对照相比,N添加整体降低了0～10和10～20 cm土层可溶性有机碳(DOC)含量和DOM腐殖化指数(HIX),其中,高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1)添加下均显著降低。平行因子分析法进一步表明N添加下DOM中类腐殖质组分(C1、C2)的相对含量降低。此外,N添加减少了富营养细菌(变形菌门、酸微菌纲)的相对丰度,而增加了贫营养细菌(斯巴达杆菌纲)的相对丰度。富营养细菌的相对丰度与HIX、C1、C2呈显著正相关,与相对易分解的类富里酸组分(C3)呈显著负相关;而贫营养细菌的情况则相反。说明N添加下不同生活策略的细菌类群对DOM中难分解和易分解组分存在明显的偏好性。我们推测N沉降加剧背景下土壤微生物生活策略的转变可能有助于DOM组分的塑造。

不同轮作模式下设施土壤丛枝菌根真菌群落结构的季相变化

刘蕾, 徐梦, 张国印, 王凌, 孙世友, 茹淑华, 肖广敏, 郜静, 李玭, 马丽敏

2021, 32(11):  4095-4106.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.033

摘要 ( 227 )   PDF (1387KB) ( 51 )  

以番茄-甜瓜、番茄-豆角两种轮作模式为研究对象,采集番茄生长季(休耕期、花期、果期)的土壤样品,利用Illumina MiSeq高通量测序技术分析两种轮作模式下土壤AM真菌群落结构的差异特征,并探讨驱动AM真菌多样性和群落组成差异的关键因子。结果表明: 引入豆科作物的轮作模式显著改变了AM真菌的α多样性,与番茄-甜瓜相比,番茄-豆角土壤中AM真菌Shannon多样性和Pielou均匀度分别显著降低了24.9%和24.0%。AM真菌丰富度、Shannon多样性和系统发育多样性在番茄生育期(花期、果期)相比于休耕期分别显著下降了55.6%～67.5%、49.6%～51.5%及21.4%～23.7%。引入豆科作物的轮作模式在3个时期均提高了球囊霉属的相对丰度,降低了花期和果期类球囊霉属及原囊霉属的相对丰度。近明球囊霉属的相对丰度在休耕期表现为番茄-甜瓜>番茄-豆角,花期则相反。两性囊霉属、多孢囊霉属和盾巨孢囊霉属仅在花期番茄-豆角土壤中存在。置换多元方差分析(PERMANOVA)和非度量多维度分析(NMDS)结果表明,轮作模式和生长季均显著影响AM真菌群落结构,土壤湿度、pH、速效磷等是调控AM真菌群落结构和多样性的主要环境因子。结构方程模型(SEM)结果进一步表明,轮作模式和生长季主要通过影响土壤pH间接驱动AM真菌群落组成及多样性变化。

火电厂周边不同生物结皮细菌群落特征差异及其影响因素

樊瑾,李诗瑶,杜雅仙,王融融,余海龙,黄菊莹

2021, 32(11):  4107-4118.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.036

摘要 ( 176 )   PDF (682KB) ( 27 )  

为探究大气降尘重金属污染对矿区周边不同类型生物结皮细菌群落结构的影响,利用高通量测序技术分析位于宁东能源化工基地典型火电厂周边的3类生物结皮(藻结皮ZB、混生结皮HB、苔藓结皮TB)和对照(CK,裸土)的细菌丰度和群落结构,并探讨了影响细菌群落结构的环境因子。结果表明: 不同类型生物结皮的理化性质和重金属含量存在差异,且由于生物结皮对大气降尘重金属的富集作用造成各类结皮均达重度污染级别。在相对丰度排名前10的优势细菌门中,芽单胞菌门、蓝细菌门在不同类型生物结皮之间差异显著。细菌群落α多样性由高到低排序依次为CK>TB>HB>ZB。非度量多维排序(NMDS)结果显示,裸土细菌群落与其他3种生物结皮存在明显差异。相关性分析表明,生物结皮演替对细菌群落组成具有显著影响,细菌多样性和组成与pH、养分、重金属含量等密切相关。放线菌门、绿弯菌门相对丰度与pH值呈显著正相关关系,而与全氮(TN)、全磷(TP)、Pb、Zn、Cd均呈显著负相关关系;冗余分析结果表明,TN、pH、TP、有机碳(SOC)是影响3种生物结皮细菌群落α多样性以及一些优势菌群相对丰度的主要土壤环境因子,而重金属Pb、Zn、Cd是影响细菌群落结构的主要重金属元素,对细菌群落数量和多样性有抑制或刺激作用。说明pH、重金属和养分是影响结皮细菌群落组成的关键因子。总体而言,长期的重金属富集作用会对生物结皮的细菌多样性和群落组成产生影响。

C/N驱动优势细菌菌群变化影响堆肥碳氮损失和腐殖质合成

张文明,王旭杰,尹思倩,常馨怡,海龙

2021, 32(11):  4119-4128.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.041

摘要 ( 191 )   PDF (2098KB) ( 40 )  

为了探明C/N如何驱动堆肥过程中优势细菌菌群的变化而影响碳氮损失和腐殖质合成,设置3个C/N处理(20∶1、25∶1和30∶1),以羊粪和玉米秸秆为原料进行堆肥试验。结果表明: 与20∶1处理相比,30∶1和25∶1处理堆肥的碳、氮损失分别降低了33.5%、18.9%和23.6%、10.8%。优势细菌菌群、碳氮损失及有机碳组分的冗余分析表明,高C/N提高了堆肥中固氮细菌的种类和丰度,降低了反硝化细菌的种类和丰度,减少了堆肥过程中的碳氮损失;高C/N促进了木质纤维素类降解菌的生长繁殖,促进了富里酸和胡敏素降解而合成更多胡敏酸,提高了堆肥腐殖化程度。可见,C/N可通过影响堆肥中关键优势细菌菌群而影响堆肥过程和堆肥质量,调节堆肥原料C/N可以调控堆肥中碳氮损失和腐殖质的合成,从而提高堆肥质量并减少堆肥的二次环境污染。

不同氮磷浓度下周丛生物对水体中磺胺和恩诺沙星的去除

谷雪维,林漪,卢迪,钟婧妍,徐兢,赵悦彤,王丽卿,张玮

2021, 32(11):  4129-4138.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.039

摘要 ( 226 )   PDF (1627KB) ( 39 )  

周丛生物膜是一种对水体污染物净化的新兴生物技术。有关水体不同氮磷营养水平下周丛生物对水体抗生素类污染物去除作用的研究还未见报道。本研究设置4个氮磷营养盐浓度水平[N-P (mg·L^-1):2-0.2、5-0.5、8-0.8、11-1.1],用塑料筐装置在室外培养周丛生物膜,对其生长、光合活力、物种组成以及对磺胺和恩诺沙星去除作用进行中型模拟试验。结果表明: 各处理组中周丛生物的生物量随培养时间的增加而升高,光合色素含量和光合活力则呈现先降低后上升的“单峰”模式,表明生物膜中的藻类会受到抗生素的胁迫,但可快速适应并恢复活力。除此之外,不同氮磷浓度处理造成各组生物群落组成差异,随营养盐浓度的升高,周丛藻类物种丰富度逐渐下降,但各处理胶网藻和小球藻都具有较高的相对丰度;16S rRNA高通量测序发现,根瘤菌科、放线菌门和莫拉氏菌科菌群在(N-P)2-0.2组显著富集,而几丁质嗜菌科在4个处理中的相对丰度都处在最高水平。所有处理的磺胺去除率均高于50%,而恩诺沙星去除率均达到90%以上,其中,(N-P)2-0.2 mg·L^-1组对磺胺的去除率(65.8%)显著高于其他各组,但各处理对恩诺沙星的去除率差异不显著,表明周丛生物在较宽的N-P营养水平范围内对磺胺和恩诺沙星均具有良好的去除能力。各处理组对水体可溶性氮的去除效果不明显,但对可溶性磷的去除效果显著。本研究为水体磺胺和恩诺沙星的生态去除提供了基础数据,为研发水体抗生素类新型污染物生态去除技术提供了新思路。

杨树受机械损伤与光肩星天牛危害的防御性反应

张阔,魏建荣,李臻,杨兵军,王姣雪,苏智

2021, 32(11):  4139-4146.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.040

摘要 ( 198 )   PDF (1524KB) ( 27 )  

杨树是我国“三北”地区防护林建设的主栽树种,自20世纪70年代以来长期受到光肩星天牛的严重危害。北抗杨对光肩星天牛有一定的抗性,但产生抗性的生化机制尚不清楚。本研究采用试剂盒法与高效液相色谱法以未受害、机械损伤、虫害北抗杨为研究材料,对其树皮和木质部中的次生代谢产物和防御酶含量进行检测,以探索其抗性机制。结果表明,北抗杨受到机械损伤和光肩星天牛危害后其反应不同:1)次生代谢产物,北抗杨受到机械损伤后,树皮中的水杨苷和白杨甙含量显著上升,槲皮苷含量降低;而受光肩星天牛危害后,树皮中的水杨苷和槲皮苷含量显著上升,白杨甙含量无显著变化。机械损伤的北抗杨木质部总酚含量高于虫害与未受害木质部,后两者间无显著差异;光肩星天牛危害的北抗杨木质部白杨甙和亚麻木酚素含量高于机械损伤木质部与未受害木质部。遭受机械损伤与虫害后北抗杨木质部的总酚苷含量显著高于未受害木质部。2)防御酶活性分析表明,与未受害北抗杨树皮相比,受到机械损伤与虫害后的树皮苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性显著升高,但两者间无差异;受到机械损伤与虫害后的树皮超氧化物歧化酶(SOD)活性高于未受害树皮,且机械损伤树皮高于虫害树皮;北抗杨受机械损伤与虫害后木质部中的过氧化物酶(POD)活性高于未受害木质部,但两者间无差异。3)与未受害北抗杨相比,北抗杨受机械损伤、虫害后部分次生代谢物和防御酶都有不同程度的增加,推测这些物质可能与北抗杨抗逆性反应有关。

综合评述

全氟辛酸在沉积物-水界面污染及吸附迁移行为研究进展

吕雪艳,孙媛媛,于志国,吴吉春

2021, 32(11):  4147-4155.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.034

摘要 ( 219 )   PDF (689KB) ( 77 )  

全氟辛酸(PFOA)是一种重要的全氟化表面活性剂,具有环境持久性、高毒性和生物累积性等特征,成为当前备受关注的新污染物。沉积物是PFOA的重要环境储蓄库,被污染后的沉积物可作为长期污染源造成上覆地表水及周边地下水污染。本文结合近年来国内外研究,对地表水和沉积物中PFOA的来源、污染现状和界面吸附迁移行为进行了综述。结果表明: 地表水体和沉积物中PFOA最主要的污染来源为工业废水排放。全球范围地表水体和沉积物中PFOA污染水平普遍为ng·g^-1和ng·L^-1数量级,且国内部分地区污染形势更为严峻。沉积物组分、水化学条件、有机质及表面活性剂等因素均影响沉积物中PFOA的吸附行为,但目前在吸附主控机制方面仍然存在争议。沉积物中PFOA迁移行为的研究正处于起步阶段,相关报导还较为缺乏,对于迁移机理的认识还很不足,今后需在该方面加大研究力度。

南大洋极锋以南常见磷虾类生殖特性研究进展

朱国平,韦贝贝

2021, 32(11):  4156-4164.  doi:10.13287/j.1001-9332.202111.029

摘要 ( 167 )   PDF (1286KB) ( 23 )  

磷虾是南大洋生态系统的基本组成部分,它们在南极海洋食物网中扮演着关键角色。磷虾可能是人类未开发的最大动物蛋白质来源,人类对磷虾资源开发的兴趣日趋增加,但目前关于这些种类的基础生物学,尤其是除南极大磷虾以外的其他磷虾类繁殖特性的了解极为匮乏。本文对已有相关研究进行梳理,揭示了不同种磷虾卵巢发育经历相似的生理步骤;磷虾卵母细胞大小存在区域性差异;通过观察第二性征和卵巢形态可以划分雌性磷虾的发育阶段;磷虾种间产卵期具有纬度差异,种内具有区域差异;多数调查发现样本中雌性磷虾个体占优。在此基础上,本文对今后的研究重点提出展望:1)加强南极大磷虾之外磷虾生殖特性的研究,探索磷虾生殖特点的季节性、区域性对磷虾环南极分布的影响;2)重点关注实验生物学研究,厘清磷虾的产卵次数及机制,以期准确估算繁殖力以评估磷虾资源开发可能产生的影响。