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2021年 第32卷 第12期    刊出日期：2021-12-15

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2021, 32(12):  4164-4164. 

摘要 ( 123 )   PDF (479KB) ( 67 )  

黄丘区特色治理开发小流域土壤侵蚀变化对景观格局演变的响应

罗佳茹, 李斌斌, 张风宝, 丛佩娟, 王海燕, 杨明义

2021, 32(12):  4165-4176.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.006

摘要 ( 496 )   PDF (4308KB) ( 339 )  

研究土壤侵蚀与景观格局变化的关系对小流域的治理开发具有重要的指导意义。本研究以实施退耕还林草、生态农业、生态旅游及科技示范的黄土高原安塞南沟特色治理小流域为研究对象,基于GIS平台和通用土壤流失方程,分析小流域1981—2018年景观格局和土壤侵蚀量的时空演化特征,并利用主成分回归法,从斑块类型水平和景观水平两个尺度分析土壤侵蚀模数与3类9个景观格局指标的关系。结果表明: 研究期间,在5种景观类型中,耕地和林地面积的时空变化主导了南沟小流域景观格局的演化,并且影响整个小流域的聚集分散程度;南沟小流域的土壤侵蚀量逐年减少,1981—2018年土壤侵蚀面积减少29.7%,侵蚀模数减少61.2%,且有73.4%的区域土壤侵蚀强度减轻;耕地和林地面积的变化决定了整个小流域土壤侵蚀模数的变化,其景观格局指数的变化方向与该景观类型土壤侵蚀的变化方向一致;退耕还林草工程是流域景观格局变化、土壤侵蚀减轻的主要原因,特色开发治理可以减弱局部地区土壤侵蚀强度。景观类型的合理化配置能有效地防治小流域土壤侵蚀,将其与特色治理开发相结合有助于实现小流域可持续高质量发展。

壤中流和土壤解冻深度对黑土坡面融雪侵蚀的影响

王伦, 郑粉莉, 师宏强, 赵录友, 莫帅豪, 秦琪珊, 耿华杰, 赵娅君,

2021, 32(12):  4177-4185.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.020

摘要 ( 422 )   PDF (2051KB) ( 79 )  

融雪侵蚀是东北黑土区土壤流失的一种重要形式,而目前有关壤中流和土壤解冻深度对融雪径流侵蚀的影响研究较少。本研究采用室内模拟试验,设计两个融雪径流量(1和4 L·min^-1)和两个土壤解冻深度(5和10 cm),以及有、无壤中流处理,分析壤中流和土壤解冻深度对黑土区坡面融雪侵蚀的影响。结果表明: 1)壤中流处理下坡面融雪径流深度和侵蚀量分别是无壤中流处理的1.1～1.2倍和1.3～1.9倍。两个融雪径流量下,当土壤解冻深度由5 cm增加到10 cm时,无壤中流处理下坡面融雪径流深度和侵蚀量分别增加10.0%～13.5%和15.4%～37.1%;而有壤中流处理下坡面融雪径流深度增加6.5%～8.5%,融雪侵蚀量则无显著变化。2)坡面细沟发育受壤中流、土壤解冻深度和融雪径流量的综合影响,各处理下细沟侵蚀量占坡面融雪侵蚀量的72%以上。3)壤中流发生使坡面径流流速和径流剪切力分别增加20.3%～23.2%和37.0%～51.3%,Darcy-Weisbach阻力系数减少9.0%～21.4%,从而增加了坡面融雪侵蚀量;且壤中流发生促进了坡面细沟发育,其细沟侵蚀量较无壤中流处理增加43.6%～69.9%,也导致坡面融雪侵蚀量增加。无壤中流条件下,土壤解冻深度加剧坡面融雪侵蚀的主要原因是随着土壤解冻深度的增加,坡面径流侵蚀能力和可蚀性物质来源增加,导致融雪径流侵蚀量增加。此外,土壤解冻深度对壤中流条件下细沟形态发育也有明显的影响,土壤解冻深度为5 cm时,细沟横向加宽作用显著;而土壤解冻深度为10 cm时,细沟下切侵蚀作用更显著。本研究加深了对黑土区融雪侵蚀机理的认识,可为水蚀模型的研发提供理论指导。

黄土高原生物结皮对SCS-CN模型初损率的影响

谷康民, 赵允格, 高丽倩, 杨凯, 孙会, 郭雅丽

2021, 32(12):  4186-4194.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.005

摘要 ( 214 )   PDF (1676KB) ( 39 )  

水文模型是水文过程研究的有效工具,初损率(λ)是径流模型SCS-CN模型的参数,对模拟流域水文过程具有重要意义。为了确定生物结皮对λ的影响,提高该模型在黄土高原生物结皮广泛分布的退耕地的预测精度,本研究以陕西省定边县鹰窝山涧流域不同盖度的生物结皮坡面为对象,采用模拟降雨试验,分析土壤潜在最大入渗量(S)与实际入渗量(F)的关系,以及生物结皮盖度对λ的影响,并修订了λ;在此基础上,采用陕西省安塞县纸坊沟流域生物结皮径流小区的模拟降雨试验数据校验了参数修订后的模型。结果表明: 生物结皮坡面S与F的关系式为: S/F=2.5×60/T(其中T为降雨历时);模型参数λ与生物结皮盖度(C_BSC)呈极显著负相关关系,二者关系式为: λ=0.0791×e^{(-0.015×C_BSC}),R²=0.60;较λ取标准值,依生物结皮盖度修订λ后,SCS-CN模型Nash效率系数提高338.7%,合格率提升16.1%。研究结果为黄土高原生物结皮坡面λ的确定提供了科学依据,对准确评估黄土高原退耕还林(草)工程的水文效应具有重要意义。

2000—2019年武夷山亚高山草甸对气候因子的响应及其时滞效应

安德帅, 徐丹丹, 濮毅涵, 王浩斌, 刘艳清, 朱建琴

2021, 32(12):  4195-4202.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.001

摘要 ( 276 )   PDF (2601KB) ( 125 )  

亚高山草甸对气候变化十分敏感,但目前缺少气候因子对亚热带地区亚高山草甸影响的相关研究,且光学遥感数据对该地区草地信息的提取仍存在一定的挑战。本研究基于MOD13Q1植被指数产品中的归一化植被指数(NDVI)数据集,并结合气象数据,分析2000—2019年间武夷山国家公园黄岗山顶的亚高山草甸的生长变化及其对气候因子的响应和时滞效应。结果表明: 2000—2019年,夏季NDVI呈不显著增加趋势,整个生长季、春季和秋季NDVI均呈极显著增加趋势。NDVI的增加主要受温度增加(0.026 ℃·a^-1)的影响,其中春、秋季温度的增加对草地生长的影响显著高于夏季和整个生长季。生长季NDVI对降水的变化十分敏感,说明即使在降水充沛的亚热带地区,亚高山草甸的生长仍然受到降水的较大影响。不同生长时段温度和降水对草甸NDVI的滞后影响程度不同,温度对亚高山草甸生长的滞后影响为0～1个月,降水对草甸生长的滞后性影响为2～3个月。

华北地区土壤水分的时空变化特征

李轩, 过志峰, 吴门新, 何延波

2021, 32(12):  4203-4211.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.008

摘要 ( 339 )   PDF (6407KB) ( 76 )  

土壤水分是重要的水文参数,也是水循环、气候变化等研究的基本要素。本研究利用中国气象局新一代自动土壤水分观测网逐小时土壤水分观测数据,分析2013—2019年间华北地区土壤水分的时空分布和变化趋势及其与降水和温度的关系。结果表明: 研究期间,华北地区10~100 cm土层土壤水分整体呈波动下降趋势,尤以100 cm根区土壤水分减少最明显。华北地区不同深度土壤水分空间分布均呈东南高、西北低的特征。10 cm土层63%面积缺墒。不同深度土壤水分随季节变化明显,夏季各层土壤水分达到最高,墒情适宜,春季土壤水分处于低值。土壤水分与降水和温度均具有较好的响应关系,随着土壤深度的增加相关性逐渐减弱,且土壤水分对降水的响应比对气温的响应更显著。

四种抗旱植物在不同区域的生长稳定性

于笑, 纪若璇, 常远, 沈超, 郭惠红, 夏新莉, 尹伟伦, 刘超

2021, 32(12):  4212-4222.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.011

摘要 ( 262 )   PDF (880KB) ( 65 )  

我国抗干旱林木种质资源十分丰富,评价和筛选适合多样化干旱逆境的优良种质,是造林工作者亟待解决的难题。本研究以不同种源的山桃、山杏、黄柳、蒙古莸4个林木树种为试材,选择内蒙古自治区中东部的达拉特旗、四子王旗、库伦旗扣河子镇和库伦旗六家子镇4个不同土壤类型进行区域化多点试验,分析不同物种、不同种源树种的生长生理状况,并采用AMMI模型评价种质的区域适应性和稳定性。结果表明: 山桃、山杏、黄柳、蒙古莸的生长和生理指标在种源间和地点之间表现出一定的差异;不同地点的土壤条件(K、N含量、pH值)和气候条件(年均温、年降水量、潜在蒸散量)均对不同种源树种的生长产生一定的影响。从物种层面来讲,黄柳和蒙古莸更适应达拉特旗和四子王旗的沙壤土和栗钙土环境;山桃和山杏更适应库伦旗扣河子镇和六家子镇的黄土和风沙土环境。从种源层面来讲,土左旗种源的山桃,宁城、原州种源的山杏,蓝旗种源的黄柳和靖边种源的蒙古莸为区域稳定性较高且生长适应性较好的种源树种,适宜在相似区域推广造林。

南京城市街区湿球温度时空变化特征及其影响因子

卢阳, 杨亦辰, 吴昕燃, 王磊, 万梓文, 郑哲俊, 徐家平, 曹畅

2021, 32(12):  4223-4236.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.012

摘要 ( 261 )   PDF (11838KB) ( 75 )  

全球气候变化和局地城市热岛加剧了城市热胁迫问题,但针对城市街区的研究仍不多见。湿球温度指示气温和湿度的综合效应,能更准确地反映人体热舒适度。本研究以南京市江北新区为对象,在不同时段、季节和天空状况下,基于移动观测方法获取气温、相对湿度和地理信息等数据,分析了街区尺度湿球温度的时空分布特征;结合天空状况、地表覆盖和城市形态指标(天穹可见度),探究了城市街区湿球温度的影响机制。结果表明: 1)南京城市街区湿球温度的时空特征与气温较为一致;与水汽压相比,气温对湿球温度的变化起主导作用;该地区湿球温度的极端高值主要是由于气温和水汽压协同增长所致。2)天穹可见度在白天与湿球温度呈显著正相关,夜间为负相关关系。植被覆盖比率的增加能够降低湿球温度,不透水面则呈现相反的作用。阴天条件下,湿球温度明显降低并且空间分布更均匀。3)植被和不透水面对湿球温度的水平尺度效应存在昼夜和季节差异,并且在夜间这一效应对天空状况更敏感;与植被相比,冬季夜间不透水面的影响范围比夏、秋季更大;两者对湿球温度的水平尺度效应与气温一致。研究结果可为改善和优化城市街区热环境、缓解城市热胁迫提供有效的科学支持和理论依据。

大兴安岭北部多年冻土区河岸森林湿地土壤性质和微生物呼吸活性特征

王宪伟, 谭稳稳, 宋长春, 杜宇, 张豪, 陈宁

2021, 32(12):  4237-4246.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.017

摘要 ( 234 )   PDF (1851KB) ( 69 )  

多年冻土区河岸森林湿地是水文、生态和生物化学过程的关键区域。本研究以河岸森林湿地及其与泥炭地的交错带土壤为对象,分析了腐殖质层和不同深度土壤理化性质、生态化学计量和微生物呼吸活性( 微生物生物量碳、基础呼吸、微生物熵和代谢熵)特征。结果表明: 与大兴安岭多年冻土区泥炭地和河岸森林湿地的交错带相比,河岸森林湿地土壤理化性质主要分异在20 cm土层以下,其总碳、总氮含量和碳磷比、氮磷比显著降低,生态化学计量特征的变化主要是由于氮含量变化引起的,说明河岸森林湿地土壤氮转移相对较快,存在氮限制;交错带湿地土壤中钠、镁、钾和钙含量主要在30 cm土层发生分异,而河岸森林湿地土壤中钠、镁、钾和钙含量主要在20 cm土层发生分异,其镁含量与土壤总碳、总氮和总磷含量显著相关,说明土壤镁含量是大兴安岭河岸森林湿地的重要营养元素;河岸森林湿地和交错带腐殖质层微生物呼吸活性高于其他层土壤,说明其易分解的碳组分含量高;河岸森林湿地和交错带土壤微生物呼吸活性与土壤理化性质、生态化学计量特征及营养元素的相关性存在差异,而河岸森林湿地土壤总氮含量与微生物呼吸活性显著相关,说明大兴安岭河岸带湿地土壤微生物活性受氮的限制。

三江平原湿地开垦对土壤氨基糖积累特征的影响

陈奇, 丁雪丽, 张彬

2021, 32(12):  4247-4253.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.018

摘要 ( 254 )   PDF (1131KB) ( 79 )  

微生物残体在土壤有机质的形成和稳定过程中发挥着重要作用,但湿地开垦对土壤微生物残体积累特征的影响尚不清楚。本研究以三江平原小叶章湿地为对象,采集原始自然湿地和开垦改种豆科作物后不同耕作年限(5年、10年和25年)的土壤,以氨基糖为微生物残体的标识物,探讨湿地开垦对土壤微生物残体积累特征的影响。结果表明: 自然湿地开垦为农田后显著降低了土壤中氨基糖的含量,且随着开垦年限的增加,氨基糖的损失比例也增加。与自然湿地相比,开垦25年后土壤中的氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸含量分别下降38.0%、38.1%和35.9%,且在开垦最初5年中细菌来源的胞壁酸下降速率(25.8%)远高于真菌来源的氨基葡萄糖(14.9%),说明短期内湿地开垦对细菌的影响较真菌更加迅速。湿地开垦为农田5、15和25年后,土壤氨基糖总量分别下降21.1%、34.0%和38.0%;同时,氨基糖总量占土壤有机质的比例也受到湿地开垦的显著影响,由自然湿地中的4.8%降至开垦25年后的4.4%。这说明长期湿地开垦加速了土壤有机质中微生物来源有机组分的分解转化,进而改变土壤有机质的组成。这些变化将影响湿地生态系统中土壤有机质的长期稳定和功能演变。

种植模式对当归根际细菌群落多样性及代谢通路的影响

姜小凤, 郭凤霞, 陈垣, 郭建国, 刘晓峰

2021, 32(12):  4254-4262.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.031

摘要 ( 362 )   PDF (1368KB) ( 59 )  

连作障碍严重限制了当归产业的可持续发展。为了探索当归(Angelica sinensis)高效栽培技术,本研究在当归主产区甘肃省渭源县设置5种种植模式(A: 豌豆-当归-当归,对照;B: 豌豆-小麦-当归;C: 豌豆-蒙古黄芪-当归;D: 豌豆-马铃薯-当归;E: 豌豆-休耕-当归),于采挖期分别测定不同种植模式下,当归根际土壤理化特性和细菌基因组DNA相对丰度,分析不同种植模式对当归根际土壤理化特性、细菌群落多样性和代谢通路的影响。结果表明: 1) 5种种植模式下当归根际土壤理化特性差异较大。与对照相比,C模式根际土壤的电导率显著增加,B、D和E模式的电导率略有下降,B、C、D和E模式的土壤CO₂呼吸速率显著提高。2) 5种种植模式的当归根际土壤细菌隶属于26门368属,其中,芽单胞菌门的芽单胞菌属、变形菌门的鞘脂单胞菌属和酸杆菌门的Subgroup_6属为优势菌属。与对照相比,B、C模式变形菌门和放线菌门的相对丰度显著增加,D模式酸杆菌门的相对丰度显著降低;E模式变形菌门、酸杆菌门和放线菌门的相对丰度显著增加。3) 5种种植模式下,当归根际土壤的pH值、电导率、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量与变形菌门细菌的相对丰度呈显著负相关。4) 5种种植模式下,当归根际土壤中6种代谢通路细菌的相对丰度差异显著。C模式对当归根际土壤理化特性和细菌群落有较好的调节作用,是克服当归连作障碍的主要种植模式。

新疆长期棉花连作对土壤理化性状与线虫群落的影响

陈虹, 杨磊, 张凤华

2021, 32(12):  4263-4271.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.026

摘要 ( 241 )   PDF (1150KB) ( 51 )  

土壤线虫群落特征是评价和指示土壤生态系统健康状况的重要依据。本研究选取不同连作年限(5、10、15、20和25年)的棉田为样地,采用高通量测序技术,探究土壤性状和线虫群落对棉田长期连作的响应。结果表明: 棉田连作10～15年后,土壤pH、电导率显著升高,有机碳、全氮、有效磷、有效钾、硝态氮含量和土壤微生物生物量碳(MBC)显著降低。在连作棉田中共鉴定出土壤线虫3纲7目18科25属,其中螺旋属在不同连作年限的棉田土壤中均为优势属;土壤植物寄生类线虫在不同连作年限中均为优势营养类群,呈现先降低后增加的趋势,连作25年较其他连作年限植物寄生类线虫增加9.1%～208.6%,其中螺旋属线虫增加了392%。随着连作年限的增加,矮化属、茎属、Discopersicus、中环属和中轮属等植物寄生类线虫被检出。连作15年的棉田土壤中,土壤线虫丰富度指数和自由生活线虫成熟度指数显著降低,植物寄生线虫成熟度指数/自由生活线虫成熟度指数显著升高,Shannon多样性指数和瓦斯乐斯卡指数最低;有效磷和MBC是影响土壤线虫群落变化的主要环境因子。这说明棉田连作10～15年会发生土壤养分失衡,土壤线虫多样性降低,土壤食物网稳定性变差,棉花致病类植物寄生线虫增加,产生连作障碍。

北京东灵山土壤动物多样性海拔格局的尺度推绎规律

丁彰琦, 徐国瑞, 张霜, 张育新, 马克明

2021, 32(12):  4272-4278.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.030

摘要 ( 195 )   PDF (1539KB) ( 46 )  

识别群落内部各类群多样性格局的复杂性是生态学家面临的挑战,而尺度推绎规律是揭示复杂生态结构的有效途径之一。本研究利用多重分形的方法探索了不同海拔土壤动物多样性格局的尺度推绎规律,对比分析了凋落物层和土壤层之间多重分形谱的差异。结果表明: 与之前对植物群落的分析结果相似,土壤动物多样性尺度推绎规律同样具有幂律特征,如丰富度、Shannon多样性指数和Simpson多样性的倒数。凋落物层和土壤层中不同相对多度土壤动物的丰富度也具有幂律尺度推绎规律。凋落物层和土壤层中土壤动物多样性格局都具有多重分形特征,但凋落物层中多样性的分形结构比土壤层更均匀,且两层间优势类群与稀有类群的尺度推绎特征在多重分形谱上不同格局。幂律尺度推绎规律对于有着较高丰富度与多度的土壤动物同样存在,从而有助于揭示地下生物多样性的空间分布机制。

氮沉降与降雨变化下中小型土壤动物对凋落物分解的影响

梁志伟, 红梅, 德海山, 叶贺, 张宇晨, 闫瑾, 李静

2021, 32(12):  4279-4288.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.041

摘要 ( 298 )   PDF (2586KB) ( 66 )  

土壤动物是凋落物分解、养分转化过程的重要调节者,全球变化驱动的氮沉降与降雨变化通过改变其分解环境和土壤动物群落结构,进而影响凋落物分解进程。为了探究中小型土壤动物对凋落物分解的贡献受氮沉降和降雨变化的影响,本研究利用不同网孔(2 mm和0.01 mm)的凋落物分解网袋法,以建群种短花针茅为研究对象进行野外分解试验。试验采用裂区设计,主区为自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分处理,副区为0(N₀)、30(N₃₀)、50(N₅₀)和100(N₁₀₀) kg·hm^-2·a^-1 4个氮素处理。结果表明: 1)降雨变化显著影响了凋落物的分解速率,增雨处理中凋落物的分解速率加快,且随着氮添加浓度的升高,凋落物重量残留率逐渐降低,100 kg·hm^-2·a^-1时分解速度最快;在减雨处理与对自然降雨处理中凋落物的分解速率则呈先降低后升高的趋势,在50 kg·hm^-2·a^-1时分解速度最快。氮沉降和降雨变化对凋落物分解无显著的交互作用。2)在整个分解过程中,共捕获中小型土壤动物1577只,隶属于1门3纲13目(含亚目)49科,优势类群为蜱螨目、鞘翅目幼虫和弹尾目;增雨施氮提升了中小型土壤动物群落的类群数和个体数。3)凋落物重量残留率与中小型土壤动物类群数、个体数均呈极显著负相关,增雨处理整体提高了中小型土壤动物对凋落物分解的贡献率。综上,荒漠草原上中小型土壤动物对凋落物的分解具有积极作用,且水分和氮素输入的增加提高了中小型土壤动物的类群数及个体数,增加了其对凋落物分解的贡献;在水分不足时,过量的氮素会抑制中小型土壤动物群落的发展,导致中小型土壤动物对凋落物分解的贡献降低。

半干旱区锦鸡儿属植物根际土壤真菌群落多样性及驱动因素

李媛媛, 徐婷婷, 艾喆, 马飞

2021, 32(12):  4289-4297.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.037

摘要 ( 209 )   PDF (1236KB) ( 60 )  

为探究半干旱区锦鸡儿属植物根际土壤真菌群落多样性及其与生态因子的互作机制,本研究以不同生境下的中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿为对象,采用高通量测序技术分析了2种锦鸡儿根际土壤真菌多样性和群落结构组成及其驱动因素。结果表明: 2种锦鸡儿根际土壤真菌隶属于7门20纲43目66科78属。优势真菌门为子囊菌(37.7%)、担子菌(13.7%)和接合菌(4.3%)。在属水平上,青霉菌、地丝霉菌和被孢霉菌为优势属,且土壤中存在根内球囊霉菌和球囊霉菌。小叶锦鸡儿根际土壤真菌群落的Chao1、ACE和Simpson多样性指数显著高于中间锦鸡儿,且2种植物的根际土壤真菌群落结构差异显著。冗余分析结果表明,土壤有机碳、全氮、电导率、速效钾、海拔、全磷和干旱指数是影响土壤真菌多样性的主要生态因子。研究结果丰富了锦鸡儿属植物根际土壤微生物群落多样与生态因子的关系,可为深入理解半干旱区荒漠植物的生态适应机制提供参考。

锌在3种乔木中的积累及其亚细胞分布和化学形态

唐敏, 张欣, 谭欣蕊, 刘燕, 王美仙

2021, 32(12):  4298-4306.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.033

摘要 ( 224 )   PDF (2705KB) ( 38 )  

为了探索园林木本植物对重金属锌(Zn)的积累和耐性机制,本研究以栾树(Koelreuteria paniculata)、臭椿(Ailanthus altissima)和银杏(Ginkgo biloba)3种北京常见乔木为试验树种,通过盆栽污染模拟试验,研究不同浓度Zn处理(0、250、500、1000、2000 mg·kg^-1)对3种乔木的叶、枝、根生物量及叶片超微结构的影响,分析各器官中Zn积累含量及Zn在叶、根中的亚细胞分布和化学形态。结果表明: 各浓度Zn处理下3种乔木均能存活,但叶、枝、根的生物量较对照均有所下降。过量的Zn会导致栾树、臭椿的叶片细胞变形、细胞壁破裂、细胞器解体,而银杏叶片细胞尚能保持正常形态,说明银杏对Zn的耐受能力强于栾树和臭椿。随着Zn处理浓度的增加,3种乔木各器官的Zn含量呈上升趋势,栾树和臭椿体内的Zn含量显著高于银杏,说明栾树和臭椿对Zn的积累能力强于银杏。3种乔木叶和根中的Zn主要分布在细胞壁,分别占26.9%～71.8%和28.1%～82.6%,最高浓度Zn处理(2000 mg·kg^-1)下,Zn在可溶性组分(液泡为主)的占比可超过细胞壁。3种乔木叶片中的Zn主要以NaCl、HAc、HCl提取态存在,占57.4%～82.7%,根系中的Zn主要以NaCl、HAc提取态存在,占42.8%～67.2%,均是活性较低的形态。这说明细胞壁固持、液泡区隔化和将Zn以低活性的形态赋存可能是3种乔木积累和耐受Zn的重要机制。

气候变化下寒露林蛙在中国的潜在地理分布

夏昕, 李媛, 杨道德, 皮扬焱

2021, 32(12):  4307-4314.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.003

摘要 ( 377 )   PDF (2638KB) ( 149 )  

近几十年来,全球变暖对全球生物多样性及其地理分布产生了重要影响,特别是对气候变化敏感的两栖动物。寒露林蛙(Rana hanluica)是中国特有种,但在濒危物种红色名录中处于无危状态。为了评估寒露林蛙种群的生存现状,掌握该物种在中国的潜在分布区,以及在未来气候变化条件下适宜生境区的变化,本研究利用最大熵(MaxEnt)生态位模型和地理信息系统,对中国未来气候变化情景下(2050和2070年)寒露林蛙的适宜生境区进行识别。基于47个寒露林蛙分布位点和20个典型环境因子,建立了寒露林蛙在当前和未来气候条件下的适宜生境模型,并分析了相关的环境影响因子。结果表明: MaxEnt模型的预测准确度较高,受试者工作曲线面积值达0.993;寒露林蛙在当前气候条件下的潜在适宜生境面积为36.36万km²,潜在地理分布区域主要位于湖南省和贵州省;影响潜在地理分布的主要环境因子为最干月降水量和海拔。在未来2种典型浓度路径的气候情景下(SSP1-2.5和SSP5-8.5),寒露林蛙适宜生境区均出现不同程度的缩减,导致总适宜生境面积呈减少趋势;其高适宜生境向高纬度地区转移,其核心分布区仍以湖南省为主。

柽柳灌丛关键物候参数多种植被指数遥感提取的适用性——基于CO₂通量观测和Sentinel-2数据

周昊强, 包刚, 金胡格吉乐吐, 杜灵通, 张斯莲, 徐自为, 包玉海

2021, 32(12):  4315-4326.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.007

摘要 ( 215 )   PDF (6746KB) ( 35 )  

本研究以额济纳绿洲四道桥超级站为研究区,结合2018—2019年涡度通量、气象数据和2017—2020年Sentinel-2遥感影像,分析通量塔总初级生产力(GPP)与环境因子的关系,评估12种遥感植被指数对柽柳灌丛长势模拟和关键物候参数提取的适用性。采用7参数双逻辑斯蒂函数(DL-7)+全局模型函数(GMF)拟合GPP和各植被指数生长曲线,并逐年提取生长季始期(SOS)、生长季峰期(POS)和生长季末期(EOS)3种关键物候参数。结果表明: 有效积温(GDD)和土壤含水量是影响柽柳灌丛物候动态的主要环境因子。与2018年相比,2019年由于气温较低,SOS前的积温累积速率较慢,柽柳灌丛需要更长时间的热量积累来进入生长季,从而导致2019年SOS比2018年晚。在SOS与POS之间,2018和2019年水热条件相似,但2019年POS比2018年晚8 d,可能是2019年SOS较晚所致。POS以后,2019年较高的GDD和较低的土壤含水量使柽柳灌丛遭受水分胁迫,导致其生长季后期时间缩短。标准化的Sentinel-2植被指数与10:00—14:00 GPP均值的线性回归结果表明,宽波段植被指数中的增强型植被指数和窄波段植被指数中的叶绿素红边指数、倒红边叶绿素指数、红边归一化植被指数(NDVI705)能够较好地反映与柽柳灌丛GPP具有较高的一致性。柽柳灌丛SOS和EOS的遥感提取结果表明,Sentinel-2窄波段植被指数比宽波段植被指数的准确性更高,尤其是修正叶绿素吸收反射率指数提取SOS最准确,MERIS陆地叶绿素指数提取EOS最准确;Sentinel-2宽波段植被指数提取POS的准确性更高,尤其是两波段增强型植被指数和植被近红外反射率指数最准确。综合所有物候参数来看,NDVI705综合表现最佳。

基于机器语言的岷江上游流域表层土壤氢氧稳定同位素空间分布模拟

秦雯怡, 陈果, 李小臻, 王翔, 王鹏

2021, 32(12):  4327-4338.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.002

摘要 ( 220 )   PDF (4221KB) ( 48 )  

为了探明利用机器学习方法对表层土壤氢氧稳定同位素组成(δ²H和δ¹⁸O)进行空间模拟的可行性,揭示δ²H和δ¹⁸O在岷江上游流域的大尺度分布变化规律,本研究在该区域共采集183个0~10 cm土层样本进行氢氧稳定同位素分析。通过变量筛选后,分别采用反向传播(BP)神经网络、随机森林(RF)和支持向量机(SVM)建立研究区浅层土壤δ²H和δ¹⁸O的模型并进行精度评价,通过结构方程模型(SEM)揭示各辅助变量与土壤水δ²H和δ¹⁸O之间的机理过程。结果表明: RF模型的预测精度最高,可分别解释研究区表层土壤δ²H和δ¹⁸O变异的75.0%和64.0%。在该模型中,土壤体积含水量是最重要的辅助变量,对δ²H和δ¹⁸O的贡献率分别达到48.9%和37.4%。植被因子对表层土壤δ²H和δ¹⁸O的影响比气候因子大,且气候因子对δ²H和δ¹⁸O的影响过程受到植被因子的干扰。在所有辅助变量中,降水氢氧同位素由于分馏作用对δ²H和δ¹⁸O的影响最小。该区域表层土壤δ²H和δ¹⁸O在生长季各月的变化显著,在生长季初期和末期主要受植被的影响分别呈大幅度上升和下降趋势,而气候变化则导致生长季中期小幅波动。

顾及地形起伏的InVEST模型的生物多样性重要区识别——以云南省为例

杨文仙, 李石华, 彭双云, 李应鑫, 赵寿露, 邱利丹

2021, 32(12):  4339-4348.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.004

摘要 ( 300 )   PDF (2902KB) ( 51 )  

精确识别生物多样性重要区是生态学和生物多样性研究的关键问题之一,也是生态保护红线划定和国土空间规划的重要基础。本研究以中国典型高原山区云南省为研究案例,分别用净初级生产力(NPP)定量指标法、InVEST模型和顾及地形起伏的InVEST模型识别研究区生物多样性重要区。结果表明: NPP定量指标法不适用于垂直地带性发育明显的高原山区,其识别区域仅包含自然保护地的26.1%;InVEST模型较NPP定量指标法在云南省具有较高的识别精度,识别区域包含自然保护地的49.4%,但在滇西北破碎化格局明显;顾及地形起伏的InVEST模型提高了生物多样性重要区的识别精度,包含71.7%的自然保护区,同时弥补了NPP定量指标法对水域识别的缺漏,解决了InVEST模型的破碎化问题;云南省生物多样性重要区面积达119466.94 km²,是云南省国土面积的30.3%,空间分布整体呈现“三屏两带一区多点”的格局。

不同恢复方式对退化高寒草甸土壤nifH和chiA微生物群落结构的影响

张路, 王杰, 王向涛, 廖李容, 宛倩, 刘国彬, 张超

2021, 32(12):  4349-4358.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.040

摘要 ( 213 )   PDF (1771KB) ( 137 )  

生物固氮和有机氮降解是土壤有效氮的主要来源,固氮和有机氮降解微生物对土壤氮素供应和地力维持具有重要作用。本研究以青藏高原4种不同利用方式的高寒草甸(未扰动、放牧、围封和围封+补播草甸)为对象,结合荧光实时定量和扩增子测序技术,研究了不同恢复方式对nifH固氮菌和chiA几丁质降解菌基因丰度及其微生物群落结构的影响。结果表明: 4种草甸的nifH和chiA基因丰度大小排序为: 未扰动草甸＞放牧草甸＞围封草甸＞围封+补播草甸,其中未扰动草甸的nifH和chiA基因丰度分别是其他3种草甸的3.4～6.3倍和3.3～8.3倍;固氮菌α多样性在放牧、围封和围封+补播草甸中显著高于未扰动草甸,而几丁质降解菌的α多样性在未扰动和放牧草甸中最高;放牧显著提高了变形菌的丰度而降低了蓝细菌和放线菌丰度;土壤含水量、养分和植被特征对nifH和chiA的基因丰度和群落结构均有显著影响。与未扰动草甸相比,放牧降低了高寒草甸的固氮和有机氮降解潜力,而10年的围封禁牧和补播植草措施对固氮和有机氮降解功能的改善作用不明显。草甸恢复时应综合考虑功能微生物特征及其影响因素,放牧草甸恢复至未扰动水平可能需要更长的封育时间或者采用更加合理的管护措施。

限水减氮对关中平原冬小麦氮素利用和氮素表观平衡的影响

郭曾辉, 刘朋召, 雒文鹤, 王瑞, 李军

2021, 32(12):  4359-4369.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.022

摘要 ( 170 )   PDF (2762KB) ( 28 )  

研究限水减氮对冬小麦产量、氮素利用率和氮素表观平衡的影响,探讨限水减氮管理模式在关中平原冬小麦生产中的可行性,可为实现关中平原灌区冬小麦生产的稳产高效和环境友好发展提供科学依据。本研究于2017—2018和2018—2019年连续2年在陕西杨凌地区进行小麦田间裂区试验,灌水量为主处理,设置两个灌溉水平,1200 m³·hm^-2(常规灌溉,在越冬期和拔节期灌溉, W₂)和600 m³·hm^-2(限水灌溉,仅在越冬期灌溉, W₁);施氮量为副处理,设置4个施氮水平,300 kg·hm^-2(关中地区常规施氮量,N₃₀₀)、225 kg·hm^-2(减量施氮25%,N₂₂₅)、150 kg·hm^-2(减量施氮50%,N₁₅₀)和0 kg·hm^-2(不施氮,N₀),分析冬小麦产量、氮素利用效率、收获后土壤硝态氮积累量和氮素表观平衡。结果表明: 限水减氮能显著增加冬小麦植株和籽粒氮素含量,提升产量和氮素携出量,提高氮素利用效率、氮素收获指数、氮肥表观利用率和氮肥农学效率,减少硝态氮的淋失,降低氮素盈余量,维持氮素平衡。2017—2019年在W₁N₁₅₀处理基础上增加了灌溉量和施氮量,冬小麦产量和氮素携出量不会显著增加。2017—2018年和2018—2019年,与W₂N₃₀₀相比,W₁N₁₅₀同时期植株氮素含量分别提高0.1%～25.5%和14.0%～31.6%,籽粒氮素含量分别提高0.1%和4.6%。氮素利用效率、氮素收获指数、氮肥表观利用率和氮肥农学效率平均提高95.3%、4.2%、81.7%和33.0%,氮素盈余量分别减少97.2%和95.1%,有效减少了土壤硝态氮的淋失。综合各项指标,越冬期灌溉600 m³·hm^-2配合施氮量150 kg·hm^-2的限水减氮组合能够保证关中平原冬小麦高产、高效和环境友好发展。

大气CO₂浓度升高对干旱条件下冬小麦叶片光合适应的影响

宗毓铮, 杨琦, 常翠翠, 勾俊英, 张东升, 郝兴宇, 高志强

2021, 32(12):  4370-4380.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.014

摘要 ( 208 )   PDF (3673KB) ( 44 )  

大气CO₂浓度升高是全球气候变化的主要特征,但大气CO₂浓度长期升高条件下冬小麦叶片发生光合适应的机制尚不十分清楚。本研究以盆栽冬小麦‘郑麦9023’为试验材料,在人工气候控制室内设置2个CO₂浓度(400和600 μmol·mol^-1)、2个水分条件(田间持水量的80%±5%和55%±5%),测定拔节期和抽穗期的光合特征曲线、叶绿素荧光动力学参数、叶氮含量和收获后的籽粒产量等指标,探讨干旱条件下库源关系改变对叶片光合适应的影响。结果表明: 在小麦拔节期,干旱条件下CO₂浓度升高处理的小麦PSⅡ实际光化学效率没有显著增加,但通过提升最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例,增强了Rubisco的羧化速率,从而提高了最大净光合速率;在抽穗期,功能叶最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例虽然较高,但PSⅡ实际光化学转换效率降低,Rubisco羧化速率和丙糖磷酸利用效率下降,以致最大净光合速率降低。干旱条件下,CO₂浓度升高增加了小麦单茎生物量、单穗粒数和穗粒重,降低了不孕小穗数,提高了籽粒产量。土壤干旱条件下,CO₂浓度升高对收获期小麦单茎籽粒产量的促进作用可能主要来自于生长前期的光合产物积累。生长后期光合适应发生的主要原因是功能叶PSⅡ实际光化学转换效率和丙糖磷酸利用效率的降低,而不是最大电子传递速率、光化学方向的电子传递比例和新叶库强的变化。

不同盐胁迫下小麦叶片渗透性调节和叶绿素荧光特性

张娅, 施树倩, 李亚萍, 高天鹏, 杨颖丽

2021, 32(12):  4381-4390.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.023

摘要 ( 256 )   PDF (2179KB) ( 71 )  

盐胁迫对植物伤害机理受到普遍关注。本试验以‘西旱3号’小麦幼苗为材料,通过比较钠盐(150 mmol·L^-1)、钙盐(5、30 mmol·L^-1)单独及其复合胁迫对叶片渗透调节和光合特性的影响,揭示不同盐胁迫对小麦的伤害机理。结果表明: 钠盐或钙盐单独胁迫显著抑制了小麦幼苗根、茎的生长,使叶片可溶性糖和脯氨酸含量、调节性能量耗散电子产量、非光化学猝灭及玉米黄质相对含量均显著增加,而叶绿素a和叶绿素b含量、最大光化学效率、PSⅡ实际光化学效率、光化学猝灭及光合电子传递效率均显著下降。此外,钙盐对小麦幼苗生长的抑制作用更强,钠盐处理下叶片叶绿素含量减少和叶绿素荧光参数降低更显著。除了可溶性蛋白、叶黄素和玉米黄质相对含量以外,低浓度钙盐有效缓解了钠盐诱导其他各指标的变化,而高浓度钙盐进一步增大了钠盐处理小麦幼苗各参数的变化幅度。总之,钠盐和钙盐显著抑制了小麦幼苗的生长,低浓度钙盐能有效缓解钠盐对小麦幼苗的伤害,而高浓度钙盐加剧了钠盐的毒害作用。这均与叶片光合色素含量、光能捕获及光合电子传递的改变有关。此外,渗透调节物质在增强钠盐或钙盐环境中小麦幼苗的抗性方面发挥着重要作用。

减氮配施有机物料对玉米-白菜轮作系统作物产量、光合特性和产品品质的影响

陈云梅, 赵欢, 肖厚军, 谢婷婷, 秦松, 胡岗

2021, 32(12):  4391-4400.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.015

摘要 ( 230 )   PDF (2329KB) ( 29 )  

减氮配施有机物料是实现农作物减肥不减产甚至增产的重要措施之一。为了探究减氮配施有机物料对贵州黄壤区玉米-白菜轮作系统作物产量、光合特性和农产品品质的影响,本研究采用盆栽试验,以玉米和白菜作为供试作物,研究了不施肥(CK)、常规化肥(CF)、减氮(20%)配施生物炭(RF+B)、减氮配施菜籽饼(RF+O)、减氮配施生物炭和菜籽饼(RF+BO)处理,对玉米苗期、拔节期、抽穗期、成熟期和白菜苗期、生长期、收获期植株叶片光合特性、生物性状、产量和品质的影响。结果表明: 与CF处理相比,RF+BO处理显著增加了玉米和白菜产量,增幅分别为9.7%和39.2%,RF+O处理对玉米和白菜产量的影响不显著,RF+B处理玉米增产不明显。RF+BO处理改善了玉米和白菜的生物性状,显著提升了玉米百粒重和白菜的株高、最大叶长、总生物量;延长了玉米和白菜持绿期及高光合持续时间,其中,玉米苗期、拔节期、抽穗期和成熟期叶片SPAD值分别增加42.7%、11.0%、12.8%和30.2%,白菜苗期、生长期和收获期叶片SPAD值分别增加13.5%、9.2%和12.5%;玉米苗期、抽穗期和成熟期的净光合速率(P_n)分别增加11.1%、10.9%和119.8%,白菜生长期和收获期的P_n分别提高12.7%和14.6%;玉米抽穗期和收获期的气孔导度(g_s)分别增加58.3%和41.7%,白菜苗期、生长期和收获期的g_s分别增加10%、64.7%和19.2%;玉米苗期、拔节期、抽穗期和成熟期的蒸腾速率(T_r)分别增加55.0%、10.6%、14.0%和143.9%,白菜生长期的T_r增加26.1%。同时,玉米和白菜的营养品质明显改善,玉米籽粒还原糖、淀粉和粗蛋白含量分别提高16.2%、3.5%和20.3%,白菜Vc、氨基酸和还原糖含量分别提高26.3%、21.0%和27.8%。这说明本试验条件下,减氮20%配施生物炭和菜籽饼组合对贵州黄壤玉米-白菜轮作系统的作物生长、产量提升、持绿期和高光合持续时间的延长、农产品品质改良均有积极效应,总体上在所有处理中提升效果最佳。减氮下单一配施有机物料对作物产量、光合和品质的整体影响不明显。

秸秆还田条件下盐渍土团聚体中有机碳化学结构特征

裴志福, 红梅, 兴安, 张月鲜, 温馨, 赵卉鑫, 沈钦国

2021, 32(12):  4401-4410.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.021

摘要 ( 336 )   PDF (2820KB) ( 64 )  

为揭示秸秆还田后盐渍土团聚体中有机碳分布规律和化学结构特征,本研究以苏打碱化潮土为对象,于2020年设置0(CK)、2100(ST₁)、4200(ST₂)、6300(ST₃)、8400(ST₄)和10500 kg·hm^-2(全量还田,ST₅)6个不同秸秆还田用量处理,通过物理分组方法并结合红外光谱技术,测定土壤各粒级团聚体及内部不同组分有机碳含量和红外光谱特征。结果表明: 1)随着秸秆还田量增加,土壤及各级团聚体有机碳含量均呈增加趋势。2)不同秸秆还田处理均显著提高了53～250 μm团聚体轻组有机碳(LOC)含量;与CK相比,ST₃、ST₄处理显著提高250～2000 μm团聚体中矿物结合有机碳(MOC)和53～250 μm团聚体中细颗粒有机碳(fPOC)含量;团聚体内部不同组分有机碳含量由高到低均表现为: LOC>MOC>POC;250～2000 μm团聚体内部fPOC含量高于粗颗粒有机碳(cPOC)含量。3)主成分分析结果显示,秸秆还田对团聚体不同组分有机碳化学结构的影响较小,有机碳化学结构差异主要受粒级的影响。4)>250 μm粒级团聚体有机碳主要来源于芳香碳和多糖,53～250 μm粒级团聚体有机碳主要来源于单糖和多糖等碳水化合物,<53 μm黏粒有机碳主要来源于脂肪碳、烷基碳、芳香碳和酚醇化合物;不同粒级团聚体内部LOC主要来源于脂肪碳、芳香碳、酚醇化合物,颗粒有机碳(POC)主要来源于碳水化合物,MOC主要来源于烷基碳。综上,秸秆还田短期内能够提高土壤团聚体有机碳含量,但对团聚体有机碳化学结构无显著影响,且不同团聚体内部相同粒级组分有机碳化学结构相似,随着粒径减小,有机碳含量增加,化学结构趋于稳定。因此,秸秆还田短期内可促进盐渍土团聚体对有机碳的固定,但不改变有机碳化学结构特征,同时,土壤有机碳在团聚体中的存在位置和受保护程度是影响有机碳化学结构的主要因素。

不同用量有机酸土壤调理剂对土壤养分和作物生长的影响

崔恒, 张久东, 宝林, 韩杰荣, 车宗贤, 包兴国, 杨蕊菊

2021, 32(12):  4411-4418.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.016

摘要 ( 245 )   PDF (1330KB) ( 31 )  

针对西北地区土壤肥力下降、保水保肥能力差的问题,选用黄绵土和灌漠土两种土壤类型,以玉米和箭筈豌豆为指示作物,通过盆栽试验,研究施用0、20、40、60 g·kg^-1有机酸土壤调理剂对土壤养分和作物生长的影响。结果表明: 施用有机酸土壤调理剂可以降低作物生育期土壤水分蒸发散失;显著提高土壤中有效养分含量,对磷素的提升效果尤为明显,较未施用有机酸土壤调理剂处理速效磷含量和占比最高,分别提高256.5%和227.4%。在黄绵土上,随着调理剂施用量的提高,玉米和箭筈豌豆的地上部干重均表现出先上升后下降的趋势,用量为20 g·kg^-1时达到最大值;当土壤调理剂用量超过20 g·kg^-1时,土壤全盐含量显著上升,箭筈豌豆出苗率显著下降。在灌漠土上,调理剂施用量对玉米土壤全盐含量的影响不显著,当调理剂用量为60 g·kg^-1时,箭筈豌豆土壤全盐含量显著提高;箭筈豌豆和玉米地上部干重分别在调理剂用量为40和60 g·kg^-1时最大。因此,在黄绵土上种植箭筈豌豆和玉米时调理剂的最佳施用量均为20 g·kg^-1,在灌漠土上的最佳施用量分别为40和60 g·kg^-1。

添加生化抑制剂和腐植酸的稳定性增效尿素在黄土中的施用效果

肖富容, 李东坡, 武志杰, 薛妍, 崔磊, 张可, 李永华, 郑野

2021, 32(12):  4419-4428.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.010

摘要 ( 168 )   PDF (1158KB) ( 23 )  

采用田间盆栽试验,研究生化抑制剂与生物刺激素腐植酸结合制成的高效稳定性增效尿素肥料在黄土中的氮素转化特征、增产效果和氮素肥料表观利用率,以探明其施用效果,为开发适宜黄土施用的新型增效尿素肥料提供理论依据。本研究以不施氮肥(CK)和施尿素氮肥(N)为对照,在尿素中分别添加腐植酸(F)、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和2-氯-6-三甲基吡啶(CP),以及腐植酸与3种生化抑制剂分别组合(NBPT+F、DMPP+F、CP+F)。结果表明: 与N处理相比,F、NBPT+F、DMPP+F和CP+F处理均能显著提高玉米的产量、叶片叶绿素含量、叶面积指数和植株吸氮量,对土壤铵态氮和硝态氮含量也有显著影响。与单独施用生化抑制剂相比,添加腐植酸可提高玉米叶片叶绿素含量。与CP相比,CP+F玉米的植株吸氮量、叶绿素含量、氮肥吸收利用率均显著提高;与NBPT相比,NBPT+F硝化抑制率提高10.7%,但玉米产量、叶面积指数、植株吸氮量和氮肥利用率等均有所降低;与DMPP相比,DMPP+F显著降低了玉米产量、叶面积指数、植株吸氮量、氮肥利用率和硝化抑制率等。综合玉米产量、植株吸氮量、氮肥吸收利用率以及土壤铵态氮、硝态氮含量等指标,在黄土地区施用尿素肥料时,建议添加腐植酸和CP以提升尿素性能,从而提高产量和肥料利用率。

草酸青霉YTY及其突变体解磷能力、pH和分泌有机酸的关系

杨天佑, 李林波, 田静, 张士双, 吴中齐

2021, 32(12):  4429-4438.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.038

摘要 ( 183 )   PDF (3358KB) ( 18 )  

本研究利用离子束-UV复合诱变草酸青霉YTY选育高效解磷突变体,分析了出发菌株YTY及其突变体解磷过程中的解磷能力、pH和有机酸的变化及其相关性,探讨草酸青霉的解磷机理。结果表明: 离子束-UV复合诱变选育获得5株高效解磷突变株P9-8、P9-9、P15-4、P15-6和P15-7,解磷能力均较YTY提高60%以上。解磷过程中突变株解磷能力及解磷速率均高于YTY,而pH显著低于YTY,同时,突变体分泌有机酸种类及含量发生了不同程度的变化,突变体和YTY均可分泌乳酸、乙酸和草酸,P9-8还产生了柠檬酸。皮尔逊相关分析显示,YTY及5株突变株的解磷能力和pH值呈显著负相关;YTY及其突变体(P15-4除外)的解磷能力与有机酸浓度和pH呈显著相关。分泌有机酸和降低环境pH值可能是草酸青霉解磷的内在机制,离子束-UV复合诱变可引起草酸青霉YTY有机酸分泌种类和分泌量的变化,还可能诱发YTY启动其他H⁺释放途径降低pH参与解磷。本研究为高效解磷青霉的开发及青霉解磷机理阐明提供了生物材料及理论依据。

3株多环芳烃高效降解菌株的分离鉴定及降解特性

闫双堆, 刘利军, 曹燕篆, 闫秋艳, 董馨宇, 洪坚平

2021, 32(12):  4439-4446.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.028

摘要 ( 209 )   PDF (974KB) ( 107 )  

筛选分离降解多环芳烃(PAHs)的优势菌种对开展多环芳烃污染生态系统修复具有重要的现实意义。本研究以焦化厂周围受多环芳烃污染的土壤为菌源,经过富集培养驯化和平板分离,获得11株能降解多环芳烃的菌株。通过形态观察、生理生化特征及16S rRNA序列比对对菌株进行鉴定,筛选出3株PAHs高效降解菌,分别命名为DJ-3、DJ-8、DJ-10。经16S rRNA序列分析鉴定,DJ-3为假单胞菌属、DJ-8为克雷伯氏菌属、DJ-10为芽孢杆菌属。对菌株降解能力的研究表明,3株菌(DJ-3、DJ-8、DJ-10)培养7 d后对混合多环芳烃中菲(200 mg·L^-1)、芘(200 mg·L^-1)和萘(160 mg·L^-1)的降解率分别为48.9%～65.9%、38.9%～43.1%和57.6%～64.9%。3株菌对多环芳烃混合样品(1200 mg·L^-1)的降解率分别为49.1%、44.5%、53.9%,远高于其他8株筛选菌,为PAHs高效降解菌株。3种菌株两两之间和三者组合均无拮抗关系。研究结果将为构建高效的多环芳烃降解菌群、提高多环芳烃原位污染土壤的生物修复效果奠定基础。

基于转录组分析重金属镉对长茎葡萄蕨藻的影响

庞美霞, 黄志立, 刘小龙, 唐勇军, 李晓东, 金刚

2021, 32(12):  4447-4456.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.035

摘要 ( 185 )   PDF (1727KB) ( 29 )  

随着人类社会工业化进程的加快,重金属镉(Cd)污染对海洋生物的毒害作用突显。为了探索Cd胁迫下长茎葡萄蕨藻生理调控的分子响应机制,本文采用RNA-Seq技术对镉胁迫(Hcd²⁺)藻体组织转录组进行研究。结果表明: 与对照相比,Hcd²⁺组共筛选出差异表达基因(DEGs)702个,其中,257个基因上调表达,445个基因下调表达。对获得的DEGs进行功能注释及富集分析,发现长茎葡萄蕨藻的多种生物学功能受到Cd²⁺胁迫的影响,最终表现为抑制生长。GO富集分析发现,长茎葡萄蕨藻体内氧自由基的产生与清除出现失衡,并产生了DNA损伤等氧化伤害。KEGG富集分析发现,长茎葡萄蕨藻中多条与光合作用相关途径受到抑制,表明Cd²⁺胁迫导致长茎葡萄蕨藻的光合反应紊乱。

福建安溪县乡镇土地生态系统服务价值的演变机制

江文甲, 林满红, 翁佩莹, 魏道智, 林文雄, 苏凯

2021, 32(12):  4457-4466.  doi:10.13287/j.1001-9332.202110.011

摘要 ( 219 )   PDF (1180KB) ( 36 )  

为了厘清土地利用变化与生态系统服务之间的互作关系,本研究采用生物量因子和社会经济因子调整系数修正传统生态系统服务价值评估模型,对1999—2019年安溪县所属24个乡镇生态系统服务价值(ESV)进行评估,探究其对土地利用变化的生态响应。结果表明: 研究期间,安溪县24个乡镇ESV呈整建制递减,减幅为0.004～0.295亿元;林地和耕地对ESV的贡献率最大,其次为草地和水域,其余地类对ESV的贡献为负值;将其他地类转变为林地可提高ESV,而转变为园地面积(主要是茶园面积)则导致ESV降低。采用化肥单一化宿根栽培管理茶园导致ESV降低,而茶园生态栽培能有效提高茶园土壤微生物多样性,改善土壤肥力,提高ESV。

煤矿区复垦土壤中有机肥的分解动态及其驱动因素

李然, 段英华, 孙楠, 邬磊, 张强, 靳东升, 郜春花, 洪坚平, 徐明岗

2021, 32(12):  4467-4474.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.013

摘要 ( 177 )   PDF (1865KB) ( 49 )  

基于煤矿区不同复垦年限土壤,研究有机肥的分解动态及其驱动因素,可为有机肥合理施用和矿区土壤培肥提供科学依据。本研究以山西煤矿复垦区为试验平台,采用尼龙网袋填埋法,在复垦年限为1年(复垦初期阶段,R₁)、10年(复垦中期阶段,R₁₀)和30年(复垦长期阶段,R₃₀)的土壤中进行有机肥分解试验(有机肥碳量与土壤重量比例为4∶100)。供试有机肥为牛粪和猪粪,以不添加有机肥为对照(CK),填埋深度为15 cm。在填埋后的第12、23、55、218、281和365 d采集尼龙网袋样品,测定有机肥残留量、土壤微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量,采用方差分解分析(VPA)量化土壤性质、有机肥性质和水热条件对有机肥分解的贡献率。结果表明: 猪粪的分解速率显著高于牛粪。猪粪的腐殖化系数(46.3%)显著低于牛粪(71.7%);猪粪在复垦30年的土壤中的腐殖化系数(44.5%)显著低于复垦1年和10年的土壤(47.2%);而牛粪在3种复垦年限土壤中的腐殖化系数无显著差异。猪粪和牛粪的易分解碳库占总碳库的比例分别为52%和26%,易分解碳库分解速率常数分别为0.00085和0.00074 ℃^-1,且差异显著。在0~218 d填埋时间段内,猪粪还田对复垦土壤MBC和DOC的提升作用显著高于牛粪,在281~365 d填埋时间段内,两者差异不显著。有机肥还田下,3种复垦年限土壤中MBC和DOC的增长幅度均表现为R₁ >R₁₀ ≈ R₃₀。在土壤性质、物料性质和水热条件中,有机肥性质是其分解的主要影响因子,对有机肥分解的单独贡献率最大,为17.9%。综上,猪粪的分解受到土壤复垦年限的影响,而牛粪的分解不受土壤复垦年限的影响。在不同复垦年限土壤中,牛粪的腐殖化系数显著高于猪粪,在煤矿复垦区建议选择腐熟的牛粪进行有机肥还田,以提高土壤肥力。

市域尺度农村系统氮素流动及污染氮足迹核算——以沈阳市为例

翟家宁, 李宏庆, 任婉侠, 唐呈瑞, 薛冰

2021, 32(12):  4475-4487.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.019

摘要 ( 152 )   PDF (2221KB) ( 17 )  

理解农村系统的氮素流动、排放和利用过程对减少农业活动引起的潜在环境污染和促进养分资源的可持续利用具有重要意义。本研究基于集成食物链养分流动模型和氮足迹模型,提出市域尺度农村系统氮核算框架,并从种植、动物养殖和农村人居3个子系统对1998—2018年沈阳市的氮素流、循环利用和污染氮足迹开展量化比较研究。结果表明: 2018年沈阳市种植子系统、动物养殖子系统和农村人居子系统的氮素利用率分别为36.1%、59.7%和70.1%,分别比1998年增长了15.9%、9.1%和0.7%;2018年沈阳市农村系统污染氮足迹总量为123.5 Gg,比1998年增长了21.6%;1998—2014年沈阳市农村系统污染氮足迹增长较快,随后有所下降;2018年种植子系统、动物养殖子系统和人居子系统中未利用氮素分别为129.5、62.2和8.7 Gg,相当于420.4、202.1和8.7 Gg氮肥的养分资源量。总体上,农村系统氮素利用率从生产端到消费端逐渐递增,但对农村系统氮素的时空分异情况还有待进一步的研究。

应用多种生物类群评价白洋淀水环境质量变化

李代魁, 何萍, 刘存歧, 王军霞, 张亚娟, 任颖, 王德旺

2021, 32(12):  4488-4498.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.027

摘要 ( 201 )   PDF (3345KB) ( 38 )  

白洋淀是华北平原最大的浅水湖泊。近几十年来,白洋淀上游耗水增加,天然入淀水量急剧减少,使白洋淀水位明显降低;同时,随着淀泊周边农村生活污水的排入,白洋淀发生了严重的富营养化。2017年雄安新区设立,白洋淀环境治理工作的重要性空前提高。近几年通过上游水库和跨流域生态补水,白洋淀水位明显抬升,同时淀中和淀边农村实施了生活污水收集。为了解白洋淀当前水环境状况,对前期补水和治污的效果进行评估,2019年8月对白洋淀水体理化指标及水生生物进行调查,采用水质、浮游植物、浮游动物、底栖动物指标评价白洋淀水环境质量,并与2010年的调查数据进行对比,辅以沉水植物指标评价水体生态状况。结果表明: 白洋淀2019年总磷达到优于Ⅲ类水平,总氮优于Ⅱ类水平,水环境状况比2010年有较大改善。其中,总磷浓度下降了88.6%,总氮浓度下降了83.9%,叶绿素a浓度下降了47.8%,透明度增大了43.4%;浮游动物、底栖动物等生物多样性明显提高,浮游植物密度显著降低,优势种从普遍的重富营养型转变为富营养型;沉水植物清洁型种类分布范围缩小。这说明沉水植物物种评价法不适于白洋淀水环境质量评价,浮游动物多样性评价方法也不适用于当前白洋淀水环境质量评价。早期,由于污染源集中在西部,白洋淀西部水质差于东部;现在,由于自西、北、南多方向补水,淀区的水动力条件发生显著改变,加之西部实施治污工程,淀区水质呈现空间均一化的特点。

互花米草入侵对黄河三角洲秋季底栖食物网的影响

姜少玉, 陈琳琳, 闫朗, 刘春云, 彭子睿, 张传鑫, 李宝泉

2021, 32(12):  4499-4507.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.009

摘要 ( 279 )   PDF (1291KB) ( 52 )  

为了保滩护岸,互花米草于1990年被引种至黄河三角洲,随后迅速蔓延,给滨海湿地生态系统带来了严重威胁。为了明晰互花米草入侵对黄河三角洲湿地底栖食物网结构的影响,本研究基于稳定同位素技术,于2020年11月对互花米草入侵区域大型底栖动物的潜在食源、营养级和食物网结构进行了采样分析。结果表明: 调查区域潜在食源δ¹³C平均值的变化规律为沉积物(SOM)>互花米草>底栖微藻>悬浮颗粒物(POM)>盐地碱蓬,潜在食源δ¹⁵N值的变化范围为1.24‰～9.03‰,且不同食源间的δ¹⁵N值存在差异。调查区域大型底栖动物的营养级范围为1.73～4.19,其中双壳类的营养级最低;互花米草及其腐败后的碎屑是大型底栖动物的重要食源之一,但对大型底栖动物的营养级结构没有显著影响。互花米草入侵通过上行效应改变了底栖生物的食源组成,进而可能影响黄河三角洲湿地食物网的结构。

东太平洋浅海长尾鲨母体和胚胎间痕量元素的迁移规律

李泽政, 李云凯

2021, 32(12):  4508-4514.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.039

摘要 ( 142 )   PDF (1185KB) ( 24 )  

大洋中上层鲨鱼多为金枪鱼渔业的兼捕渔获,因其生长缓慢、繁殖力低等生活史特征,极易被过度捕捞,90%种类资源已近危。而作为长生命周期的顶级捕食者,鲨鱼体内某些过高的痕量元素含量不利于资源恢复。本研究选取10尾东太平洋雌性浅海长尾鲨(Alopias pelagicus)及对应的18尾胚胎,测定其肌肉和肝脏中锌(Zn)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、锰(Mn)、硒(Se)、钴(Co)、汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)和砷(As) 11种痕量元素,探寻浅海长尾鲨繁殖过程中母体与胚胎间痕量元素的迁移规律。结果表明: 对于必需元素,胚胎两种组织的Cr、Cu、Se和Mn含量均高于母体对应组织,而Ni和Zn含量在胚胎肌肉中较高、肝脏中较低;对于非必需元素,胚胎两种组织的As、Cd和Hg含量均低于母体对应组织。虽然Hg在母体和胚胎组织中含量均较高,但胚胎组织的Se/Hg均大于1,且其在胚胎中的值均大于母体,表明Se在胚胎中具有显著抑制Hg毒性的作用。肝脏作为鲨鱼胚胎发育的主要能量来源,其元素含量在胚胎与母体之间无显著相关性。由此推测,浅海长尾鲨可能存在特定的元素调控机制,以维持胚胎组织中元素含量的稳定。

东太平洋公海茎柔鱼饵料中鱼类和头足类组成初步分析

操亮亮, 力清影, 刘必林

2021, 32(12):  4515-4522.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.042

摘要 ( 202 )   PDF (1445KB) ( 22 )  

茎柔鱼(Dosidicus gigas)广泛分布于东太平洋海域,在海洋生态系统中扮演着重要角色。本研究根据2019年6—12月我国鱿钓生产船在东太平洋公海采集的62尾茎柔鱼样本,对其胃含物残留的4131个耳石和75个角质颚样本进行鉴定分析。结果表明: 茎柔鱼主要摄食鱼类10种、头足类4种。从摄食饵料的出现频率和数量百分比来看,主要摄食的鱼类饵料为荧串光鱼、朗明灯鱼和墨西哥尾灯鱼,荧串光鱼在不同胴长组的茎柔鱼胃内均有出现,是茎柔鱼最重要的饵料;摄食的头足类主要有茎柔鱼、鸢乌贼和爪乌贼。随着胴长的增大,茎柔鱼摄食的饵料种类不断增加,头足类和灯笼鱼饵料比例增加,且摄食的饵料尺寸增大,摄食营养结构发生改变,摄食营养水平随之提高。研究结果可为评估不同饵料生物在茎柔鱼食性转变过程中的食物贡献提供基础资料。

基于估计准度和调查费用的渔业资源调查采样设计优化

张国晟, 张崇良, 薛莹, 纪毓鹏, 任一平, 徐宾铎

2021, 32(12):  4523-4531.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.034

摘要 ( 193 )   PDF (2175KB) ( 35 )  

合理的调查采样设计及优化可以降低调查费用,确保调查数据的准确性,实现调查采样效益的最大化。本研究量化了调查费用,在考虑估计准确度基础上,将调查费用作为评价指标加入到采样设计优化中,应用计算机模拟重抽样方法和模拟退火算法进行航线规划。基于2013—2015年春、秋季海州湾渔业资源底拖网调查数据,使用克里金插值法模拟了该海域星康吉鳗(Conger myriaster)、方氏云鳚(Enedrias fangi)和大泷六线鱼(Hexagrammos otakii)在春、秋季的相对资源量分布,作为其分布的“真值”。应用分层随机抽样模拟不同样本量下的调查采样,估计各目标鱼种的资源量指数,以相对偏差(RB)的绝对值来评价目标鱼种资源量指数估计的准确度,以调查费用、超标概率作为费用评价指标,以综合评价指标(IEI)作为衡量准确度和费用的综合指标。结果表明: 各鱼种资源量指数估计的RB值随样本量增加而降低,但各鱼种的RB值不同。不同评价指标确定的最优站位数不同,按RB值确定的最优站位数较高,调查费用超过预算;按调查费用确定的站位数较低,但无法有效保证资源量指数估计的准确性;按IEI确定的最优站位数处于中间水平,能兼顾调查费用和资源量指数估计准度。综合考虑调查费用和航线规划的采样设计不仅能确定最优站位数,还可以确定调查设计的站位空间位置、站位调查顺序和调查费用。调查者可以根据实际费用预算,从模拟方案中选择费用低、RB低的理想采样设计方案开展调查。

基于线性混合效应模型的日本鳀幼鱼叉长-体重关系异质性

朱文斌, 朱海晨, 王雅丽, 张亚洲, 卢占晖, 崔国辰

2021, 32(12):  4532-4538.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.032

摘要 ( 170 )   PDF (1103KB) ( 23 )  

为了研究日本鳀幼鱼生长的异质性,本研究根据2019年4—6月在浙江沿岸海域进行专项特许捕捞中采集的日本鳀幼鱼样品,采用拟合广义线性模型和9个线性混合效应模型,分析日本鳀幼鱼叉长与体重关系的异质性。结果表明: 本次采样的日本鳀幼鱼叉长范围为14～74 mm,平均叉长为33 mm,优势叉长组为21～50 mm;体重范围为0.01～2.96 g,平均体重为0.28 g,优势体重组为0.01～0.50 g。根据赤池信息准则,具有月份和水域对生长参数a、b随机效应的线性混合效应模型的拟合效果最优;交叉验证结果也证明了其预测效果最优。在最优模型中,生长参数a的固定值为0.24×10^-5,其估计值波动不明显,b的固定值为3.246,估计值范围为3.206～3.272,表示日本鳀幼鱼为正异速生长。这说明月份和水域对日本鳀幼鱼叉长与体重关系具有显著影响。

综合评述

收敛交叉映射方法及其在生态学中的应用

王丹雨, 朱媛君, 杨晓晖

2021, 32(12):  4539-4548.  doi:10.13287/j.1001-9332.202112.036

摘要 ( 861 )   PDF (1899KB) ( 317 )  

收敛交叉映射(CCM)是一种分析非线性系统中时间序列变量间因果关系的方法。其不同于传统的线性系统分析方法,是通过对变量进行状态空间重构来获取变量的历史信息,随着时间序列不断增长,当其估计性能呈现收敛的性质时,可以判断因果关系的存在。本文介绍了CCM的发展史及其较传统的格兰杰因果检验的优点,详细阐明了CCM的原理、算法过程和实现途径。CCM作为一种针对变量间具有弱到中等强度耦合关系的系统分析方法,可以用来有效地解决非线性生态系统多变量间复杂的因果关系问题。将该方法应用于具有空间信息的多点位时间序列变量间因果分析时,应充分考虑点位间的空间自相关性,与可以去除变量及序列间空间相关性的方法相结合,从而确保CCM对变量因果关系的分析更加准确,结果也更具有信服力。