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2022年 第33卷 第7期    刊出日期：2022-07-15

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2022, 33(7):  1728-1728. 

摘要 ( 69 )   PDF (16926KB) ( 19 )  

生物土壤结皮专栏

黄土高原北部水蚀风蚀交错区苔藓多样性及苔藓结皮发育的微生境特征

王彦峰, 肖波, 汪万福, 余星兴, 张雪

2022, 33(7):  1729-1737.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.004

摘要 ( 196 )   PDF (1526KB) ( 126 )  

微生境因子对苔藓结皮的物种分布和发育有重要调控作用。为探明其作用途径和影响程度,以黄土高原水蚀风蚀交错区的苔藓结皮为研究对象,通过样线法调查了8种微生境中苔藓结皮的物种分布和发育特征,结合结构方程模型剖析了植物冠层覆盖、坡向和坡度对苔藓多样性和苔藓结皮发育的影响途径并量化了其影响系数。结果表明: 1)与无冠层相比,冠层覆盖使苔藓的Patrick、Shannon、Pielou和Simpson指数分别降低了63.4%、66.6%、91.0%和68.3%,但使苔藓结皮的厚度、生物量和叶绿素含量分别提高了0.5、0.2和1.3倍;2)北坡样地的4种苔藓物种多样性指数较南坡分别提高了0.6、0.9、5.6和0.9倍,而3种苔藓结皮发育指标分别提高了0.3、0.3和0.6倍;3)坡度从14°增加到34°,4种苔藓多样性指数分别降低了59.8%、84.1%、57.3%和68.0%,而3种苔藓结皮发育指标分别降低了15.2%、25.0%和16.5%;4)3种微生境因子对苔藓多样性和苔藓结皮发育的影响程度为冠层覆盖＞坡向＞坡度,其主要影响途径因微生境因子不同而存在差异。综上,植物冠层覆盖、坡度和坡向分异通过直接和间接途径显著影响了苔藓的物种分布和苔藓结皮发育,因此,在利用苔藓结皮进行荒漠化治理时应充分考虑微生境条件。

黄土高原三种耐干藓营养繁殖的季节差异及机理

郭玥微, 赵允格, 钱煦坤, 万杨卓群, 王闪闪

2022, 33(7):  1738-1746.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.011

摘要 ( 167 )   PDF (3250KB) ( 28 )  

苔藓植物在园林绿化、水土保持等方面的应用日益增加,目前藓类植物营养繁殖的影响因素鲜见报道,限制了其应用研究。本研究以黄土高原常见的耐干藓(扭口藓、土生对齿藓、短叶对齿藓)为对象,研究了3种藓春、夏、秋、冬季营养繁殖能力(以活力指数表征)差异及其叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白质、丙二醛(MDA)含量等生理指标变化,探索了耐干藓营养繁殖的季节差异与其生理特征之间的关系。结果表明: 1)藓类繁殖具有明显的季节差异,3种藓夏季活力指数均低于其他3个季节,平均较秋、冬、春季分别下降56.1%、48.4%、10.1%;相同季节的活力指数具有明显的年际变化。2)3种藓繁殖能力具有明显的种间差异,以短叶对齿藓最高,扭口藓最低,且后者的繁殖能力季节和年际变化最大。3)3种藓不同季节生理特征差异显著,其中夏季MDA含量高于其他季节,可溶性糖和可溶性蛋白质含量低于其他季节。4)耐干藓的营养繁殖季节变化主要与可溶性糖含量有关。本研究明确了藓类营养繁殖能力随季节变化的规律,指出可溶性糖含量是影响藓类营养繁殖的关键因素,可为藓类植物保护和人工培养提供科学依据。

黄土丘陵区两种丛藓科植物展叶时长及关键影响因子

杨晓莉, 赵允格, 郭雅丽, 梁银丽

2022, 33(7):  1747-1754.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.002

摘要 ( 162 )   PDF (3161KB) ( 26 )  

藓类植物是变水植物,展叶时长是影响其生长发育的关键。目前,干旱半干旱区藓类植物野外生长发育动态及其影响因子的研究鲜见报道。本研究以黄土丘陵区常见的土生对齿藓和扭口藓为对象,研究了9月5日—11月25日野外自然条件下两种藓类的展叶情况。结果表明: 9—10月,两种藓类叶片表现出有规律的“展开-闭合-展开”的日动态变化,并且土生对齿藓叶片在上午闭合时间较扭口藓平均提前0.68 h,下午叶片展开时间则推后了1.79 h。两种藓类在雨季时展叶时间较长,土生对齿藓展叶时长为251 min,较扭口藓(361 min)低30.4%。近地表大气相对湿度是影响藓株展叶时长的关键因子,藓种的形态结构也会影响展叶时长;相比于土生对齿藓,扭口藓植株较为低矮,中肋占叶片比例大,茎皮部细胞镶嵌结构更为突出,其展叶时的湿度阈值(54.3%)低于土生对齿藓(60.1%)。展叶时长主要受湿度的影响,扭口藓对环境的适应性更强。

毛乌素沙地区域尺度生物结皮有机碳

庞景文, 卜崇峰, 郭琦, 鞠孟辰, 江熳, 莫秋霞, 王鹤鸣

2022, 33(7):  1755-1763.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.017

摘要 ( 176 )   PDF (1754KB) ( 29 )  

生物结皮在旱区荒漠养分循环和碳氮固存等生态系统功能方面发挥着重要作用,尤其能通过光合作用固定CO₂,从而提高土壤有机碳含量。目前有关区域尺度生物结皮土壤有机碳认知的缺乏在一定程度上制约了土壤碳库的精准预测。本研究选取毛乌素沙地全域(4.22万km²)内45个样地,测算了藓结皮和藻结皮两类典型生物结皮及其下土壤的有机碳含量(SOC)和密度(SOCD),并结合气候、土壤和植被等指标,深入探讨了区域尺度下生物结皮有机碳的空间分布特征及其主控因素。结果表明: 1)与裸沙相比,生物结皮显著提升了土壤有机碳含量和密度,且藓结皮及其下土壤有机碳含量(4.93 g·kg^-1)和密度(0.41 kg·m^-2)均高于藻结皮(1.89 g·kg^-1、0.18 kg·m^-2)。2)区域尺度上,生物结皮的有机碳含量和密度具有明显的空间分布特征,呈现出由东北-中部、西部-东南方向递减的带状分布与块状镶嵌分布。3)生物结皮及其下土壤有机碳含量和密度主要受气候、土壤和植被的综合影响,并因生物结皮类型而异,藓结皮主要受年均最高温和蒸散力的影响,而藻结皮主要受水蒸气分压的影响。

不同降水条件下生物结皮覆盖对沙地土壤有机碳的影响

江熳, 卜崇峰, 郭琦, 鞠孟辰, 庞景文, 莫秋霞, 王鹤鸣

2022, 33(7):  1764-1772.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.033

摘要 ( 188 )   PDF (1957KB) ( 49 )  

生物结皮是干旱半干旱地区重要的地表活体覆盖物,其通过光合固碳影响土壤有机碳、活性碳组分的含量及其稳定性。目前有关生物结皮中有机碳变化特征的研究非常有限。本研究在毛乌素沙地沿降水梯度从西北向东南选择了两类典型的生物结皮(苔藓结皮、藻结皮),直线跨度188 km,通过测定土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒态有机碳(POC)和易氧化有机碳(ROC),探讨生物结皮对土壤有机碳稳定性的作用及其对降水梯度的响应,并基于藓类植物凋落物分解试验解析降水变化对其碳分解过程的影响。结果表明: 1)两类生物结皮覆盖均显著提高了SOC和MBC、DOC、POC、ROC等活性碳组分含量及SOC稳定性,其中,藓结皮对SOC的提升作用为藻结皮的1.6～2.6倍。2)两类生物结皮SOC含量最低点均出现在西北样地(分别为6.43、14.50 g·kg^-1),随降水升高,SOC总体上呈现递增的趋势。3)随降水的升高,藓类凋落物所需的分解时间逐渐减少,研究期内(7月至次年2月)的分解系数在0.010～0.014,显著低于维管植物,自西北向东南3个样地藓类凋落物的碳释放量分别为8.09、10.89、12.88 g·kg^-1。4)典范对应分析显示,水蒸气分压力、实际蒸散量、年均温、地表向下短波辐射、潜在蒸散量、饱和水汽压差等是影响SOC及其活性碳组分含量的关键气候因子,粉粒含量是影响其含量的主要土壤因子。

东北黑土区农田生物结皮的特征及其对表层土壤崩解的影响

张晨晖, 肖波, 李胜龙, 王彦峰, 曹尤淞

2022, 33(7):  1773-1782.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.012

摘要 ( 175 )   PDF (2364KB) ( 55 )  

于作物生长季对东北黑土区典型农田中生物结皮的发育特征(类型、物种、厚度、覆盖度、生物量)进行分析,并使用数显推拉力计测定比较了无结皮土壤与不同生物量(以叶绿素含量表征,分别为5～15、15～25、25～35、35～50 mg·g^-1)生物结皮层中土壤的崩解差异。结果表明: 1)东北黑土区农田中发育有藻和藓两类生物结皮,其中,毛枝藻和细叶真藓最为多见;藻结皮的厚度和生物量显著小于藓结皮,并总体上呈现由藻结皮逐渐向藓结皮演替的趋势。2)农田生物结皮的覆盖度、厚度和生物量与耕作扰动的频率和强度呈负相关,传统耕作农田中其平均覆盖度、厚度和叶绿素含量仅为27.8%、1.52 mm和6.49 mg·g^-1,但在免耕地中可增加至83.5%、2.74 mm和34.16 mg·g^-1。3)生物结皮显著削弱了土壤崩解作用,与无结皮土壤相比,4种生物量下生物结皮的土壤崩解速率分别显著降低了43.1%、50.1%、55.5%和59.8%,土壤最大崩解率分别显著降低了11.4%、17.7%、33.2%和36.6%。4)土壤崩解速率和最大崩解率均与生物结皮的厚度和生物量呈显著负相关,即生物结皮对土壤崩解的影响主要缘于其在发育过程中自身特性的改善及其覆盖后对表层土壤物理性质的改变。综上,随着保护性耕作技术推广后耕作扰动的减少,生物结皮在东北黑土区农田中有较高的发育潜力,它们发育后能削弱表层土壤崩解、提高土壤抗冲性,对农田土壤侵蚀防治具有积极意义。

黄土高原封禁林地藓结皮呼吸速率对放牧踩踏干扰强度的响应

窦韦强, 肖波, 王彦峰, 江子昊, 余星兴, 李胜龙

2022, 33(7):  1783-1790.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.009

摘要 ( 140 )   PDF (2985KB) ( 23 )  

放牧踩踏造成的土壤属性变化是引起土壤呼吸速率和碳固排波动的重要原因,但目前有关不同强度放牧踩踏对生物结皮呼吸的影响尚不明确。本研究针对黄土高原风沙土发育的藓结皮,以未干扰为对照,分别进行强度为10%、30%、50%和70%的模拟放牧踩踏干扰,连续测定了藓结皮呼吸速率的变化,分析了藓结皮呼吸速率对不同干扰强度的响应规律。结果表明: 1)适度干扰会激发藓结皮呼吸速率,而重度干扰则会抑制其呼吸速率。与未干扰相比,干扰10%和30%的藓结皮呼吸速率分别增加了41.1%和22.2%,而干扰50%和70%的藓结皮呼吸速率则分别降低了8.9%和15.3%。2)踩踏干扰显著改变了土壤温度,但对土壤含水量的影响不显著。与未干扰相比,干扰10%和30%的土壤温度分别显著降低了0.4和1.2 ℃,干扰50%和70%则分别显著增加了1.1和1.0 ℃。3)不同干扰强度下藓结皮呼吸速率与土壤温度和含水量分别呈显著指数和线性正相关关系,但与藓结皮基本特性无显著相关关系,土壤温度和水分可分别解释藓结皮呼吸速率动态变化的70.6%～96.3%和49.1%～70.0%。综上,放牧踩踏显著影响了藓结皮呼吸速率,短期适度放牧踩踏会激发藓结皮呼吸速率,而过度放牧踩踏则会抑制其呼吸速率。因此,在未来黄土高原地区土壤碳收支平衡研究中应考虑不同强度放牧踩踏对生物结皮呼吸的影响。

亚热带苔藓结皮对土壤-微生物-胞外酶化学计量特征的影响

张冠华, 易亮, 孙宝洋, 李建明, 沈盛彧

2022, 33(7):  1791-1800.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.029

摘要 ( 135 )   PDF (2749KB) ( 53 )  

生物结皮的形成和发育显著影响土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)循环及其化学计量特征,土壤微生物如何适应环境资源的化学计量变化仍不明确。本研究以三峡库区苔藓结皮为对象,分析结皮盖度(0、1%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%)对土壤理化性质(0～5和5～10 cm土层)、微生物生物量和胞外酶活性[(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)]的影响,探索土壤-微生物-胞外酶C∶N∶P化学计量特征间的协变性。结果表明: 生物结皮发育显著提高了土壤黏粒、水稳性团聚体和土壤C、N、P含量,显著降低了土壤容重和砂粒含量;微生物生物量C、N、P和胞外酶活性均随结皮盖度的增大而显著增加;土层深度对土壤理化性质及C∶N∶P均无显著影响,但显著影响微生物生物量、胞外酶活性及BG∶AP和NAG∶AP。相关分析显示,土壤C、N、P含量与微生物生物量和胞外酶活性呈显著正相关,与BG∶NAG呈显著负相关,与NAG∶AP呈显著正相关,但与微生物生物量C∶N∶P无显著相关性;土壤-微生物、微生物-胞外酶C∶N∶P相关性均不显著,BG∶NAG∶AP随着微生物与土壤间C∶N∶P化学计量不平衡性的增加而逐渐降低。表明微生物养分代谢同时受N和P的限制,且P的限制较强烈,微生物可以通过调整自身生物量以及胞外酶C∶N∶P适应生物结皮发育驱动的土壤化学计量变化,从而维持内稳态。

生物结皮胞外多糖理化特性及菌群结构的季节动态

刘哲, 叶兴旺, 王吉平, 程永韬, 钱隆, 肖敬尚, 吴丽

2022, 33(7):  1801-1809.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.016

摘要 ( 196 )   PDF (2601KB) ( 46 )  

胞外多糖(EPS)是蓝藻重要抗逆物质,也是生物结皮中主要的碳储存形式,对结皮的物质循环、稳定度等具有重要作用。本研究以古尔班通古特沙漠不同季节(1月、4月、7月、10月)生物结皮为对象,对其EPS含量、组成、形貌特征及微生物群落结构进行了动态研究。结果表明: 1)EPS的分泌格局呈现明显的季节动态变化特征。1、4、7、10月EPS含量分别为81.72、52.46、76.77、70.54 μg·cm^-2,叶绿素a含量分别为2.7、4.94、4.2、5.98 μg·cm^-2,说明冬、夏两季蓝藻将固定的有机碳更多地分配给EPS,而春、秋两季则更多地用于自身生物量的积累。2)各个季节的EPS均由7种单糖组成,且葡萄糖和半乳糖的相对摩尔百分比之和为46%～56%,显著高于另外5种单糖;EPS的单糖组分与气温和降水之间具有显著的相关性;各季节EPS的傅里叶红外图谱无明显差别。3)原子力显微镜观测结果显示,7月、10月EPS具有更多的丝状及粗绳状结构,而1月、4月则呈块状结构。4)16S rDNA高通量测序结果表明,4个季节下蓝藻门和微鞘藻属始终为生物结皮优势细菌门和属,其相对丰度显著高于其他细菌门和属。变形菌门的相对丰度与岩藻糖和半乳糖的相对摩尔百分比呈显著正相关关系,说明单糖的百分比组成对结皮中异养细菌影响显著。在荒漠生境中,温度、水分等环境因子随季节变化显著,结皮胞外多糖理化特性及细菌群落的季节性变化受温度、水分、光照等气象因子的共同调控。

沙坡头地区凋落物分解及其对土壤微生物群落的影响

杨贵森, 张志山, 赵洋, 石亚飞, 虎瑞

2022, 33(7):  1810-1818.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.003

摘要 ( 191 )   PDF (2150KB) ( 55 )  

以腾格里沙漠东南缘沙坡头人工固沙植被区典型植物种凋落物(小画眉草、藓类、油蒿叶片)为对象,运用凋落物分解袋法和高通量测序技术,分析了3种植物凋落物分解特征及其对土壤微生物群落的影响。结果表明: 分解时间和凋落物类型均显著影响分解速率,藓类分解最慢,13个月后质量损失比仅为15.4%,油蒿叶片和小画眉草的平均分解速率分别是藓类的4.9和3.4倍。经过11个月的分解,细菌群落的优势菌门为放线菌门和变形菌门,真菌群落的优势菌门是子囊菌门;藓类分解过程中,拟杆菌门和绿弯菌门的相对丰度显著增加,担子菌门的相对丰度显著降低。凋落物分解后,细菌和真菌群落物种多样性和丰富度显著增加,细菌群落组成在凋落物间变化不显著,真菌群落变化显著。凋落物的分解速率与细菌和真菌群落多样性及丰富度均呈负线性变化。植物多糖、全磷和土壤pH、微生物生物量氮、铵态氮含量是影响微生物群落结构的主要因子。凋落物分解改变了土壤微生物群落物种组成和种间相似性,显著增加了土壤中微生物群落的多样性和丰富度,促进了土壤生境的恢复。

黄土丘陵区生物结皮群落组成与水分入渗的关系

王闪闪, 赵允格, 明姣, 张子辉, 郭雅丽

2022, 33(7):  1819-1826.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.007

摘要 ( 171 )   PDF (1259KB) ( 29 )  

黄土丘陵区坡面尺度生物结皮多是由藻、藓和地衣等以不同比例、不同方式组合的一个复杂群落结构,显著影响水分入渗,但目前混合生物结皮水分入渗与其群落结构之间的关系仍不清楚,妨碍了对坡面尺度生物结皮土壤渗透性的评估。本研究测定了藻结皮、藓结皮及藓结皮盖度分别为<15%、15%～30%、30%～45%、45%～60%、＞60% 5个不同藻藓比例的混合生物结皮的稳定入渗速率,采用主成分分析和通径分析揭示混合生物结皮水分稳定入渗速率的影响因素,明确混合生物结皮水分稳定入渗速率与群落结构之间的关系。结果表明: 藻结皮和藓结皮土壤饱和导水率分别为0.66和2.40 mm·min^-1。藓结皮盖度从<15%到>60%的混合生物结皮的稳定入渗速率为0.80～2.30 mm·min^-1。混合生物结皮水分稳定入渗速率主要与藓结皮盖度和藓结皮改善的土壤孔隙结构密切相关,相关系数分别为0.636(P=0.011)和0.835(P=0.000)。通过藻结皮和藓结皮土壤饱和导水率与盖度加权预测的混合生物结皮水分入渗量(y)与混合生物结皮实测水分入渗量(x)具有极显著相关关系(r=0.945),二者拟合的线性函数为y=0.85x(R²=0.98,P<0.05)。本研究明确了混合生物结皮水分入渗与单一组成生物结皮水分入渗之间的关系,为准确评估该区生物结皮水文过程提供了科学依据。

模拟放牧干扰对黄土丘陵区生物结皮坡面土壤水分入渗的影响

谷康民, 赵允格, 张子辉, 吉静怡, 郭雅丽

2022, 33(7):  1827-1834.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.010

摘要 ( 147 )   PDF (1791KB) ( 66 )  

水分是黄土高原地区植被恢复的关键影响因子,该区广泛分布的生物结皮显著影响土壤水分入渗。干扰影响生物结皮土壤水分入渗,但目前不同强度的干扰对生物结皮土壤水分入渗的影响仍不明确。本研究以黄土丘陵区吴起县合沟小流域的生物结皮坡面为对象,模拟羊蹄踩踏干扰,研究10%、20%、30%和40%干扰强度(以生物结皮破损度表征)对生物结皮坡面地表覆被的影响,采用线源入流入渗法观测了不同强度干扰后土壤水分入渗特征,通过结构方程模型和相关性分析,探索了干扰对生物结皮坡面土壤水分入渗的影响机制。结果表明:与对照(不干扰)相比,10%干扰强度下藻结皮盖度显著增加33.6%,20%干扰强度对藻结皮盖度无显著影响,30%和40%干扰强度下藻结皮盖度分别显著降低了36.1%和75.0%;40%干扰强度显著增加了枯落物盖度(34.3%),其他处理无显著影响;10%、20%和30%干扰强度下地表粗糙度分别显著降低了22.3%、11.1%和5.6%,40%干扰强度下增加了8.2%;40%干扰强度下初始入渗率显著增加了77.1%,其他干扰强度无显著影响;不同干扰对土壤稳定入渗率和平均入渗率无显著影响。可见,干扰主要通过降低藻结皮盖度,增加枯落物盖度和改变地表粗糙度,进而促进了土壤水分初始入渗。本研究可为黄土高原退耕地生物结皮管理提供科学依据。

三峡库区苔藓生物结皮对土壤水分入渗的影响

张冠华, 易亮, 丁文峰, 王一然, 牛俊, 李建明, 孙宝洋

2022, 33(7):  1835-1842.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.001

摘要 ( 179 )   PDF (1053KB) ( 37 )  

在三峡库区王家桥小流域选取以苔藓为优势种的生物结皮样地,以附近无结皮发育的裸地为对照,设计5个盖度水平(1%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%),采用环刀法测定土壤入渗过程,研究生物结皮盖度对入渗过程的影响。结果表明: 与裸地相比,生物结皮发育可显著提高表层土壤粘结力、孔隙度、黏粒含量、水稳性团聚体和有机碳含量,显著降低土壤容重和砂粒含量。生物结皮促进了土壤水分入渗,初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率和累积入渗量可达裸地的2.0倍及以上,土壤入渗性能随结皮盖度的增大呈先增加后减小的变化规律,在40%～60%盖度下最大。通径分析显示,土壤初始入渗率主要受结皮盖度、土壤容重和有机碳含量的影响,稳定入渗率主要受结皮盖度和土壤容重的影响。Horton模型对三峡库区生物结皮覆盖土壤的水分入渗过程拟合效果最佳。

物理结皮和生物结皮的斥水特征及其对水分入渗的影响

钟香艳, 石辉, 李旋, 赵一键

2022, 33(7):  1843-1852.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.013

摘要 ( 225 )   PDF (3734KB) ( 56 )  

土壤结皮是一种常见的自然现象,但由于结皮形成机制的不同,会产生不同的亲水性和斥水性,从而影响土壤的水力学特征与水文循环。本研究利用水滴穿透时间法测定了野外不同植被下物理结皮和生物结皮的斥水特征,利用扫描电镜观测了结皮的表面形态,并用微型入渗装置测定了结皮及其对照土壤的入渗特征。结果表明: 1)物理结皮的平均水滴穿透时间(WDPT)为3.3 s,对照为0.9 s,表现为亲水性;生物结皮的平均WDPT介于20.9～140.9 s,是无结皮的2.8～19倍,其中君迁子和刺槐林下的生物结皮平均WDPT分别为134.5和140.9 s。2)与对照相比,物理结皮累积入渗量、平均入渗速率和吸湿力分别降低了0～4.3%、3.5%～5.1%和27.2%～90.1%,生物结皮分别降低了0～25%、1.4%～28.2%和36.0%～84.9%。3)无论是否存在结皮,利用Philip模型拟合处理入渗数据均存在“曲棍球状”曲线;曲线上斥水性停止时间(WRCT)之前,点源微入渗以水平方向上的扩散为主,WRCT点以后以垂直方向上的入渗为主,土壤结皮的形成延长了该转折点的形成时间。综上,物理结皮是无机矿质颗粒堵塞了表层土壤,不影响斥水性的变化;生物结皮表现为斥水性有机物对土壤结构的影响,增强了其斥水性。物理结皮和生物结皮均会降低土壤的累积入渗量和平均入渗速率,但物理结皮主要影响土壤的吸湿力,对稳定入渗速率影响不大;生物结皮不仅降低了土壤吸湿力,还增加了稳定入渗速率。

生物结皮与草本植物共生坡面的产流-入渗过程特征

淡晨希, 张琼, 刘畅, 郭珍, 刘刚

2022, 33(7):  1853-1860.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.015

摘要 ( 171 )   PDF (2109KB) ( 23 )  

干旱半干旱地区生物结皮与草本植物互生,发挥了重要的水土保持价值,但二者的耦合作用对坡面土壤产流-入渗过程与机理的影响尚不清楚。本研究利用人工模拟降雨试验,设计裸土、生物结皮、长芒草、长芒草+生物结皮4种坡面处理,研究生物结皮与草本植物的产流-入渗过程与径流水动力学特征。结果表明: 2个有生物结皮处理的坡面产流量变化平稳。4种处理的总产流量大小分别为:生物结皮>长芒草+生物结皮>裸土>长芒草,说明生物结皮具有抑制土壤水分入渗的作用,而长芒草可促进土壤水分入渗。在土壤深度为16和24 cm处,生物结皮处理的累计入渗量均小于长芒草+生物结皮处理,且差异显著,说明随着土壤深度增加,长芒草会减小生物结皮抑制水分入渗的作用。除了裸土坡面的弗劳德数(Fr)大于1以外,其余3种处理的Fr值小于1,属于缓流。生物结皮、长芒草和长芒草+生物结皮处理坡面的径流动能比裸土坡面分别减少83.3%、59.5%和88.1%。综上,水动力学参数的变化说明生物结皮调控径流的作用大于长芒草。

毛乌素沙地生物结皮覆盖区土壤水分收支变化特征

岳艳鹏, 成龙, 孙迎涛, 庞营军, 吴波, 石麟, 何金军, 贾晓红

2022, 33(7):  1861-1870.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.014

摘要 ( 151 )   PDF (3009KB) ( 30 )  

探究半干旱生态系统生物土壤结皮对土壤水文过程的影响,并量化生物结皮覆盖下土壤水分收支状况,可为荒漠地区植被恢复与重建提供理论依据。本研究基于2018—2020年生长季(5—10月)对毛乌素沙地不同类型生物结皮(如藻类和苔藓)覆盖区土壤水分的连续观测,以裸沙为对照,分析了生物结皮对0～40 cm土壤水分收支的影响。结果表明: 与裸沙相比,藻类结皮和苔藓结皮显著降低了降雨对40 cm以下土壤水分的补充,增加了土壤水分的蒸发损失。在相对湿润年份(2018年),裸沙和不同类型生物结皮覆盖土壤的水分支出量(渗漏量+蒸发量)均低于降雨量,土壤水分状况为收入;在相对干旱年份(2019和2020年),藻类结皮和苔藓结皮覆盖土壤的水分支出量高于降雨量,土壤水分产生亏缺,但是裸沙相反。可见,生物结皮导致其下覆0～40 cm土壤水分收支不平衡,在相对干旱年份出现了水分亏缺,这可能驱动该区域植被群落向浅根系植物演替。

黄土丘陵区草本植物覆盖下生物结皮对坡面径流流速的削减作用

郭雅丽, 赵允格, 高丽倩, 杨凯, 孙会, 谷康民

2022, 33(7):  1871-1877.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.008

摘要 ( 171 )   PDF (2299KB) ( 15 )  

生物结皮是干旱半干旱地区的常见地被物,与植物共同影响坡面径流及流速。迄今鲜有研究关注植物和生物结皮共同覆盖对流速的影响,是干旱半干旱地区坡面侵蚀驱动因素研究的薄弱环节。本研究以黄土丘陵区退耕草地为对象,通过野外模拟降雨试验,研究草本植物覆盖下有无生物结皮及不同组成生物结皮(多藻少藓、多藓少藻和藓)对径流流速的影响。结果表明: 植物和植物+生物结皮覆盖显著降低了流速,植物覆盖较裸土降低70.7%,植物+生物结皮覆盖较裸土降低83.1%;植物和生物结皮共同覆盖下,植物和生物结皮对径流流速的削减效益分别为70.7%和12.4%。植物覆盖下生物结皮对流速的影响程度与其组成有关,多藻少藓结皮、多藓少藻结皮和藓结皮对流速的削减效益分别为11.5%、12.4%和19.4%。流速与藓盖度呈显著负相关,与藻盖度呈显著正相关,藓结皮盖度(x)与流速(y)的关系式为:y=-2.081x+0.03(R²=0.469)。当植物盖度一定时(40%±10%),生物结皮组成中藓盖度是影响共同覆盖坡面流速的关键因子。综上,草本植物覆盖下生物结皮有显著减缓流速的作用,且作用程度与其组成有关。表明在研究退耕草地坡面侵蚀动力机制时,生物结皮的作用应予以考虑。

黄土丘陵区生物结皮空间分布的代表性景观指数

吉静怡, 赵允格, 张万涛, 谷康民

2022, 33(7):  1878-1884.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.005

摘要 ( 195 )   PDF (1298KB) ( 45 )  

景观指数可量化表征生物结皮的分布特征,但景观指数存在数量众多、冗余度较高的问题。本研究以位于典型黄土丘陵区的陕西省吴起县合沟小流域不同分布格局的58个样方的生物结皮为对象,计算其15个常用景观格局指数,基于相关分析、因子分析和敏感性分析,筛选出可描述生物结皮景观格局、具有特定生态学意义的代表性景观指数,并以陕西省定边县杨井镇鹰窝山涧小流域退耕地不同盖度的生物结皮为例,检验所选景观格局指数的可靠性和合理性。结果表明: 15个景观指数中,10个指数之间具有显著相关关系,而边缘长度(TE)和边缘密度(ED)分别与斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、丛生度(CLUMPY)和散布与并列指数(IJI)无显著相关性。斑块占景观比例(PLAND)、ED、斑块连结度(COHESION)和分离度(SPLIT),分别从盖度、长度、连通度和破碎度方面描述了生物结皮空间分布特征,其代表的3个公因子在刻画生物结皮空间分布格局时累计贡献率达91.6%。本研究确定了可量化生物结皮空间分布复杂性的代表性景观指数,为研究生物结皮格局变化及其与生态过程的关系提供了理论依据。

土壤微生物膜生理生态功能研究进展

阿拉萨, 高广磊, 丁国栋, 张英, 曹红雨, 杜宇佳

2022, 33(7):  1885-1892.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.006

摘要 ( 296 )   PDF (947KB) ( 78 )  

土壤微生物膜是由土壤细菌及其分泌物积聚形成的生物群落,是生物土壤结皮的初始形态和重要组成部分。作为土壤细菌生命过程中最典型的生存形式,土壤微生物膜不仅能保护基质内细胞生存,还可黏附于土壤颗粒和植物根系表面,发挥重要的生态功能。本文在解析土壤微生物膜结构与组成的基础上,从土壤质量与植物健康两个方面总结分析了土壤微生物膜生理生态功能:土壤微生物膜代谢活性高于游离细胞,可高效分泌胞外聚合物并且具有更强的有机物质转化速率,在提升土壤肥力,吸附、固持和降解土壤污染物和促进土壤团聚体形成方面具有重要意义;土壤微生物膜可通过多种微生物间协同作用、促进分泌多种促生物质与胞外聚合物以发挥固持作用等改善植物养分利用状况,增强植物抗逆性。揭示土壤微生物膜生态功能的微观机制、筛选和应用功能性土壤微生物膜是未来重要的发展方向。

研究论文

天山林区雪岭云杉和异果小檗夏季水分来源

古丽哈娜提·波拉提别克, 常顺利, 巴贺贾依娜尔·铁木尔别克, 张毓涛

2022, 33(7):  1893-1900.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.032

摘要 ( 163 )   PDF (1983KB) ( 59 )  

天山雪岭云杉针叶林内乔灌木水分利用模式尚不明确,水分利用动态缺乏定量分析。本研究对雪岭云杉和伴生灌木异果小檗茎杆木质部水及各潜在水源的氢氧稳定同位素组成进行测定,运用IsoSource模型定量分析两树种夏季对各潜在水源的相对利用比例。结果表明: 7月,土壤含水量充足时,雪岭云杉和异果小檗主要吸收利用60 cm以上土壤水,相对利用比例分别为73.8%和63.2%。8月,土壤含水量相对较低时,雪岭云杉水分来源保持稳定,对60 cm以上土壤水的相对利用比例为69.5%;异果小檗则转换至利用更深层的水源,对0～20 cm浅层土壤水的相对利用比例降至14.3%,主要吸收利用中层(20～60 cm)和深层(60～100 cm)土壤水,相对利用比例为67.7%。9月,随着0～20 cm浅层土壤含水量升高,两树种恢复对浅层土壤水的吸收利用,相对利用比例达95.0%。综上,雪岭云杉表现出典型的浅根系特征,其吸收利用的水源主要来自浅层土壤水;异果小檗则能够在0～100 cm的土壤各层吸收利用水分,同时随土壤含水量的变化灵活转换其水源,从而应对环境水分变异。

褪黑素对盐碱复合胁迫下黄瓜幼苗光合特性和渗透调节物质含量的影响

吴鹏, 吕剑, 郁继华, 刘娜, 李金武, 金莉, 金宁, 王舒亚

2022, 33(7):  1901-1910.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.028

摘要 ( 244 )   PDF (2139KB) ( 64 )  

为明确外源褪黑素(MT)对黄瓜盐碱胁迫的缓解效应,以‘新春四号’黄瓜为试材,采用复合盐碱(NaCl∶Na₂SO₄∶Na₂CO₃∶NaHCO₃=1∶9∶1∶9)模拟胁迫,测定外源根施MT和盐碱胁迫下黄瓜叶片光合特性和渗透调节物质含量。结果表明: 与正常生长黄瓜幼苗相比,在40 mmol·L^-1盐碱胁迫下,外源施加10 μmol·L^-1 MT能够显著增加黄瓜幼苗叶片的叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白质含量,提高净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、光系统Ⅱ最大光化学效率、实际光化学效率、表观光合电子传递速率和光化学淬灭系数,而胞间CO₂浓度、非光化学淬灭系数、蔗糖、果糖、淀粉和脯氨酸含量减小了11.1%、13.8%、12.7%、27.5%、1.3%和32.8%,同时,碳同化关键酶核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶、果糖-1,6-二磷酸酯酶活性显著升高,且Rubisco亚基(CsrbcS和CsrbcL)、CsFBA、CsRCA、CsFBPase、CsTK的mRNA水平均下调表达。综上,外源MT能够提高盐碱胁迫下黄瓜幼苗的叶绿素、渗透调节物质含量、光合化学效率和碳同化关键酶活性,增强幼苗光合能力,减轻复合盐碱胁迫对植株的伤害。研究结果可为抗盐碱栽培提供理论依据。

不同磷水平配施生物炭对土壤磷有效性

邝曦芝, 邓伟明, 唐乐乐, 黄期, 蔡昆争, 田纪辉

2022, 33(7):  1911-1918.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.018

摘要 ( 282 )   PDF (448KB) ( 43 )  

生物炭在提高土壤磷素有效性及促进作物生长方面具有显著作用,但其效果因土壤类型不同存在较大差异。试验以赤红壤(pH 4.91)和褐土(pH 7.24)为供试土壤,设置3种磷肥水平(0、30、90 kg P·hm^-2,分别以不施磷、低磷、高磷表示)配施稻秆生物炭(0、4%)的大豆盆栽试验,研究了不同磷水平下配施生物炭对土壤磷有效性、磷酸单酯酶活性和植株磷吸收的影响。结果表明: 不同磷水平配施生物炭显著提高了两种土壤的速效磷和全磷含量,且低磷水平添加生物炭处理速效磷增幅最大,在赤红壤和褐土的增幅分别为192.6%和237.1%。与低磷相比,赤红壤中低磷配施生物炭处理的碱性磷酸单酯酶活性显著增加78.9%,活性有机磷含量降低39.3%,同时显著促进了植株生长与磷吸收;生物炭添加显著降低了褐土活性有机磷含量,但不同处理对土壤磷酸单酯酶活性和植株生长无显著影响。土壤活性有机磷含量与速效磷含量均呈显著负相关。综上,生物炭对土壤磷有效性的作用因土壤类型和磷肥水平差异而不同,其在赤红壤上对植株生长和磷吸收的促进效应强于褐土,且在低磷条件下效果更佳。本研究为生物炭在减施磷肥和促进大豆磷吸收,特别是在赤红壤上的应用提供了科学依据。

施用南荻生物炭对不同类型土壤氨挥发的影响

胡旺, 赵杭, 周旋, 王艺哲, 张含丰, 张玉平

2022, 33(7):  1919-1926.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.031

摘要 ( 199 )   PDF (2280KB) ( 38 )  

在洞庭湖区农田施用秸秆生物炭不仅能实现秸秆资源化利用,还可降低环境污染压力。本研究于2020年采用水稻盆栽试验,研究了不同南荻秸秆生物炭施用量对土壤氨挥发速率、累积氨挥发量、表面水pH值和NH₄⁺-N浓度的影响。供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥和花岗岩发育的麻砂泥水稻土,设置6个南荻秸秆生物炭添加处理,即分别以土柱0～20 cm土壤重量的0%、1%、2%、4%、6%和8%比例添加生物炭,每盆施用复合肥200 kg N·hm^-2。结果表明: 施用生物炭导致两种土壤之间或不同生物炭处理之间的氨挥发速率和累积量均存在显著差异。麻砂泥施用生物炭处理在施肥后第2天出现氨挥发峰值,且较不施生物炭处理峰值降低了23.6%～53.4%;红黄泥氨挥发峰值出现在施肥后第7～13天,且其峰值随着生物炭添加量的增加而升高。整体上,麻砂泥土壤的氨挥发速率均高于红黄泥。麻砂泥土壤＜4%生物炭添加量能抑制土壤氨挥发速率及累积量,其中以2%处理降幅最大(46.9%),但生物炭添加对水稻生长前期表面水pH值的影响不显著;红黄泥土壤随着南荻生物炭用量的增加,表面水中pH值和NH₄⁺-N浓度增加,导致氨挥发速率及累积量增幅达1.3～10.5倍。回归分析显示,生物炭添加量是影响两种土壤氨挥发的关键因素。Elo-vich方程能较好地拟合两种土壤的氨挥发累积量随时间的变化动态,各施炭处理的相关系数均达极显著水平。总体上,对于偏中性的麻砂泥土壤,施用一定量的南荻生物炭对氨排放有一定的抑制作用,而对于酸性的红黄泥土壤,增施南荻生物炭会通过提高表面水的pH值和NH₄⁺-N浓度促进氨挥发,因此针对不同类型土壤施用南荻秸秆生物炭应注意选择适宜用量,以降低氮素损失。

黄土高原不同降水量区苹果园土壤干燥化效应及生产水足迹模

温慧娴, 赵西宁, 高飞

2022, 33(7):  1927-1936.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.030

摘要 ( 188 )   PDF (2900KB) ( 37 )  

为探明黄土高原地区旱作苹果园深层土壤干燥化效应和生产水足迹动态变化,选择半湿润区洛川和半干旱区米脂两个典型苹果种植区,采用WinEPIC模型定量模拟分析两个区域1980—2020年旱作苹果园0～15 m土壤水分动态变化和苹果生产水足迹演变规律。结果表明: 洛川和米脂成龄果园年产量大致呈“S”型趋势变化,年均值分别为24.64和18.42 t·hm^-2;年均蒸散量分别为623.82和458.97 mm,年均干旱胁迫日数分别为20.4和52.73 d,年均水分过耗量分别为167.94和121.15 mm。洛川1～25龄、米脂1～23龄果树土壤有效含水量下降趋势明显,土壤干燥化速率分别为64.6和68.03 mm·a^-1;洛川和米脂深层土壤干层形成的时间为第13年和第7年,并分别于第23年和第22年后达到稳定,降水量高的地区形成和达到稳定土壤干层的时间较晚,如果土壤水分长期处于亏缺状态,最终会形成不可逆转的土壤干层。洛川和米脂苹果生产水足迹均呈前期低后期高的特征,年均生产水足迹值分别为0.187和0.194 m³·kg^-1。苹果产量和生产水足迹受降水影响,在水资源短缺的黄土高原地区,为了苹果产业能够持续健康发展,建议苹果树最佳种植年限为23年左右,最多不应超过25年。

基于贝叶斯似乎不相关回归方法的天然蒙古栎生物量模型构建

谢龙飞, 李凤日, 董利虎

2022, 33(7):  1937-1947.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.019

摘要 ( 173 )   PDF (3279KB) ( 36 )  

以胸径和树高作为自变量,基于多元似然分析、似乎不相关回归等方法研建了黑龙江省天然蒙古栎可加性生物量模型系统。结果表明: 树高显著提高了树干生物量模型的效果,决定系数(R²)从0.953提高到0.988,均方根误差(RMSE)减小14 kg,对树枝、树叶和树根生物量的影响并不显著。单变量(仅含胸径)和双变量(胸径、树高)幂函数形式的生物量模型系统的误差结构均为相乘型,表明对数转换后的线性模型形式更合适。树干、树枝、树叶、树根生物量模型的R²分别为0.953～0.988、0.982～0.983、0.916～0.917、0.951～0.952,RMSE分别为13.42～27.03、6.84～7.00、1.95～1.97、9.71～9.84 kg。与广义最小二乘法(FGLS)相比,贝叶斯估计产生了相似的模型拟合效果,却提供了不同变异大小的参数估计值。FGLS各参数标准误为0.054～0.211,而使用Jeffreys不变先验的两种贝叶斯估计方法(DMC和Gibbs1)产生相似的参数变异(标准差为0.055～0.221);使用均值向量为0、方差为1000且协方差为0的多元正态先验(Gibbs2)和使用来自栎属树种生物量模型历史研究汇总的先验(Gibbs3)产生了更大的变异(标准差为0.080～0.278),使用自身数据获取的先验(Gibbs4)估计得到的各参数变异小于其他方法(标准差为0.004～0.013)。当使用Gibbs4法建立模型时,两类模型不仅能提供最窄的95%预测区间,还能产生更小的预估偏差,树干、树枝、树叶、树根和总生物量在单变量模型中的平均绝对偏差百分比(MAPE)分别为19.8%、24.7%、24.6%、29.0%和13.1%,树干和总生物量在双变量模型中的MAPE分别减小到10.5%和9.8%,其他组织MAPE未改变,表明Gibbs4法能提供更准确的生物量预测值。与传统回归方法相比,准确的先验信息使贝叶斯统计在估计稳定性和不确定性减小方面具有优势。

基于GF-1 WFV与MODIS时空融合的南方森林植被类型识别

徐丽, 欧阳勋志, 潘萍, 臧颢, 刘军, 杨凯

2022, 33(7):  1948-1956.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.022

摘要 ( 172 )   PDF (2439KB) ( 46 )  

我国南方地区地形条件较为复杂且多云雨,较难获取长时间序列高空间分辨率遥感影像,而时空融合技术能够同步获取高时空分辨率遥感数据,对提取其森林植被类型信息具有重要意义。以江西省兴国县为研究区,基于增强型时空自适应反射率融合模型(ESTARFM)分别将高空间分辨率的Landsat8 OLI、GF-1 WFV影像与高时间分辨率的MODIS09 A1影像进行融合,重构增强型植被指数(EVI)8 d步长的ESTARFM_Landsat8 EVI与ESTARFM_GF-1 EVI时序数据,获取物候(PH)特征信息,并利用随机森林分类模型识别森林植被类型。结果表明: 融合生成的ESTARFM_Landsat8 EVI、ESTARFM_GF-1 EVI与真实影像的相关系数均大于0.7,且在空间分布上具有较好的一致性,可用于补充缺失的高空间分辨率数据。不同组合方式的随机森林分类提取精度为EVI+PH>EVI>PH,且GF-1融合数据分类精度高于Landsat8融合数据。筛选出43个变量作为优选特征变量进行分类,总体精度与Kappa系数分别为95.6%和94.9%,其中,包括37个时序EVI值和6个物候特征信息,其时序EVI数据对森林植被类型识别的贡献程度更高,物候特征信息有利于分类精度的提高。ESTARFM融合算法适用于GF-1与MODIS数据,在一定程度上可解决长时间序列高空间分辨率影像不足的问题;GF-1时序融合影像在多云雨、地形条件复杂的南方地区森林植被类型识别中具有较高精度。

2001—2020年川西北高原归一化植被指数演变特征及其对极端气候的响应

王鑫, 王明田, 冯勇, 邹雨伽, 郭斌

2022, 33(7):  1957-1965.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.020

摘要 ( 199 )   PDF (3481KB) ( 95 )  

川西北高原是典型的生态气候敏感区,其植被状况与气候变化密切相关。本研究基于2001—2020年MODIS-NDVI数据集和气象数据,采用最大值合成、地理探测器模型、线性趋势分析、相关分析等方法,研究川西北高原生长季归一化植被指数(NDVI)的变化趋势及其对气候因子的响应机制。结果表明: 研究期间,川西北高原植被覆盖度整体状况良好,86.8%的区域植被稳定,12.6%的区域NDVI呈弱持续性上升趋势,0.6%的区域NDVI呈下降趋势,全区生态环境呈稳中向好的发展趋势。研究区植被覆盖度空间差异大,总体呈由西南向东北上升的趋势,并有显著的立体变化。海拔1350 m以下,NDVI随海拔升高而上升;海拔1350～3650 m,NDVI无显著变化;海拔3650～5900 m,NDVI随海拔升高而下降,在4750～5900 m快速下降;海拔5900 m以上,几乎无植被。川西北高原的NDVI受多种自然因子交互作用影响,热量因子(月最高气温极大值、月最低气温极小值、植物生长期、年均温、生长期均温)是主导气候因子,除月最高气温极大值外,其余温度因子对NDVI均以正贡献为主。NDVI对气温指数的响应高于降水指数。在气候变暖背景下,极端气温暖指数对川西北高原植被生长尤其是高海拔地区植被生长及改善以促进作用为主。

地市尺度气候调节服务评估——以福州市为例

邴龙飞, 王娇月, 尹岩, 郗凤明, 张文凤, 马铭靖, 牛乐

2022, 33(7):  1966-1974.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.021

摘要 ( 183 )   PDF (2964KB) ( 45 )  

生态系统服务是衔接生态系统功能和人类福利的桥梁,气候调节服务在生态系统服务中占有极其重要的地位。对气候调节服务发生的全过程进行评估,对科学开展生态系统服务评估具有重要意义。本研究以福州市为案例,开展地市尺度气候调节服务评估,分析气候调节服务在行政单元、地类尺度上的时空变化特征。结果表明: 2015、2018年,福州市气候调节服务总实物量分别为4.01×10¹² MJ(价值量6139.44亿元,GDP为5618.08亿元)和4.66×10¹² MJ(价值量7140.02亿元,GDP为7856.81亿元),气候调节服务价值大致与当年GDP相当。主要的土地利用/覆被类型是森林、耕地、水域,分别占福州市国土面积的57%、15%和9%;水域对福州市气候调节服务贡献最大,2018年贡献度超过60%,高于林地(12%)及耕地(13%)。建成区、东部农耕区域气候调节服务价值较低。2015、2018年,福州市土地利用/覆被变化面积为1805.5 km²,变化最大的用地类型是耕地、林地,主要的土地利用转移方向是耕地与林地、林地与园地、耕地与城镇村及工矿用地之间的转化;气候调节服务总实物量变化了6.74×10¹¹ MJ,相应的价值变化量为1035.8亿元;气候调节服务变化集中在闽侯、闽清、永泰等中西部地区,以及罗源、福清等西部山区;水域的气候调节服务变化最剧烈,水域类型转化会产生极为强烈的气候调节服务变化,远高于其他用地类型转换的效果。

黄土高原极端气温变化特征及其与平均气温的相关性

刘盼, 赵西宁, 高晓东, 于流洋, 任敏

2022, 33(7):  1975-1982.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.024

摘要 ( 199 )   PDF (1351KB) ( 90 )  

近几十年来,黄土高原极端气候频发,研究和预测极端气候的发生显得尤为重要。目前,关于极端气候的研究多关注事件本身的变化特征,而忽略了平均气温与其变化趋势的相关分析。本研究基于1986—2019年黄土高原79个气象站的逐日最高气温、最低气温和平均气温资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall检验、滑动t检验以及Pearson相关分析方法,对黄土高原地区极端气温的变化趋势及其与平均气温的相关性进行研究。结果表明: 研究期间,黄土高原地区极端气温暖指数呈显著上升趋势,冷指数呈显著下降趋势,极端高温事件发生频率增加;大多极端气温指数在20世纪90年代中后期和2012年发生突变,且极端气温在1998—2012年整体呈现下降趋势,较好地响应了全球变暖停滞现象;平均气温在西部黄土高塬沟壑区、土石山区及河谷平原区的上升趋势较其他区域明显,且极端气温指数大幅变化趋势的站点几乎都发生在平均气温大幅上升的区域;平均气温的小幅上升显著增加了极端高温事件发生的频率,其中,极端低温的变化幅度和速率大于极端高温,气候变暖对极端气温指数产生了不同影响,平均气温的微小变化使得黄土高原整体气候分布向着更易发生热浪的方向转移。

基于网络分析的城市生态空间结构优化——以常州市为例

吴倩莲, 李飞雪, 张启舜, 李满春

2022, 33(7):  1983-1992.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.023

摘要 ( 161 )   PDF (3292KB) ( 31 )  

经济社会的高速发展带来城市的快速扩张,造成城市生态空间的萎缩和生态功能的下降,城市生态安全受到严重威胁。系统研究城市生态空间结构,提出针对性保护和优化措施,对于城市的可持续发展具有重大意义。本研究以常州市为研究区,考虑城市生态空间的自然生态功能和社会服务功能两方面,构建基于自然生态的“源地-廊道”与基于人文生态的“供给-需求”两类生态网络,对于源地廊道生态网络,主要从节点重要性、网络连通性与稳定性进行定量分析,对于供给需求生态网络,主要从节点重要性、供需均衡与稳定性进行定量分析。结果表明: 常州市主城区源地廊道生态网络的连通性与稳定性水平不高,供给需求生态网络的稳定性水平一般且存在服务供给与需求的空间错位。从连通性与稳定性提升角度,提出新增12个源地节点与57条廊道的源地廊道生态网络优化方案;从供需均衡与稳定性提升角度,提出新增22个供给节点的供给需求生态网络优化方案。对比初始源地廊道生态网络,优化网络连通性水平提升10%,稳定性提升0.05;对比初始供给需求生态网络,优化网络的服务水平提升4%,网络稳定性提升0.10。最后,综合两类生态网络,分别针对现状保护斑块与新增节点两类对象,提出了保护与管理实施方案。

珠三角城市群地表热环境与生态系统服务价值解耦的时空特征

黄卓男, 陈颖彪, 吴志峰

2022, 33(7):  1993-2000.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.025

摘要 ( 184 )   PDF (3699KB) ( 37 )  

珠三角城市群是我国城市化高度发展的区域,城市化气候效应尤其是热岛效应对城市生态系统及其生境产生重大影响。本研究基于2000、2005、2010、2015和2019年MODIS地表温度(LST)数据和土地覆被数据,定量测度地表热环境和生态系统服务价值(ESV),并借助解耦分析模型,分析珠三角城市群2000—2019年LST与ESV之间的解耦状态,揭示两者之间的权衡关系,进而对城市群内部LST与ESV之间协同状态的时空分异进行分析。结果表明: 2000—2019年,珠三角城市群地表热环境空间格局时序变化相对稳定,但呈现出核心区高位波动、外围区低位波动的空间分异;珠三角城市群ESV呈现空间分布稳定而时间序列下降的趋势,城市群区域内9座城市ESV降幅均超过9%;珠三角城市群地表热环境与总体ESV,以及与供给、调节、支持服务价值之间呈现的解耦状态以弱负解耦和强负解耦为主,显示出较为明显的权衡关系,表明珠三角城市群生态系统仍然受到城市化环境特征的显著影响,解耦状态的时空分异与城市化水平在城市群内部的空间分异有关。珠三角城市群未来生态政策的制定须考虑城市群内部城市化水平差异以及城市化环境特征与生态系统之间的权衡状态的分异,精准制定生态管控和修复方案,提高生态规划效率和实施效果。

基于生态足迹-净初级生产力的珠三角城市群经济与生态的关系

奥勇, 张梦娜, 赵永华, 王晓峰, 白召弟, 蒋嶺峰

2022, 33(7):  2001-2008.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.027

摘要 ( 150 )   PDF (1850KB) ( 51 )  

随着区域经济一体化进程加快,人类活动对区域可持续发展的影响越来越重要。本研究利用MODIS遥感数据,基于净初级生产力的生态足迹法(EF-NPP),对珠三角城市群6大生物生产性土地面积的均衡因子和产量因子进行计算,分析研究区2000—2020年的人均生态足迹、生态承载力、自然资源利用效率和生态适度人口的变化。结果表明: 2000—2020年,珠三角城市群人均生态足迹不断上升,化石能源用地的生态占用最高,人均生态足迹呈现出西部高、中部低、东北部较高的空间变化特征;人均生态承载力高值集中分布在肇庆市、江门市,低值集中分布在深圳市、东莞市、佛山市、中山市;生态适度人口与区域实际人口的差距随时间呈增大趋势,其中,2020年生态适度人口与区域实际人口的差距达3062万人,区域实际人口数远大于生态适度人口数,人口压力大;三大产业自然资源利用效率高,人均生态足迹所能创造的经济效益在研究期间增加3.68 万元·hm^-2,年均增速为0.18万元·hm^-2,且第三产业的增加速度最快。研究结果能为中小尺度区域自然资源利用效率的研究提供一定的借鉴与参考。

长三角区域经济社会与生态环境协调发展时空特征及相关性

孔凡斌, 袁如雪, 徐彩瑶

2022, 33(7):  2009-2016.  doi:10.13287/j.1001-9332.202207.026

摘要 ( 162 )   PDF (2206KB) ( 26 )  

地区间发展不平衡是制约区域协调发展战略落实的重要障碍之一。基于2010—2019年长三角区域41个地级市的面板数据,构建了包含经济发展、科教事业、基础建设、人民生活、资源环境5个子系统的区域协调发展指标体系,借助GeoDa和ArcGIS软件,运用区域协调发展测度模型、探索性空间数据分析等方法,探讨区域协调发展的时空演变特征及各要素内部相关性。结果表明: 从区域发展的角度来看,长三角区域的发展协调性逐年增强。2010—2019年,上海市、苏州市等地区的经济发展、科教事业水平领先于其他城市,皖西北地区、舟山市、黄山市发展协调程度较弱。从空间自相关的角度来看,长三角区域各子系统平均自相关程度依次为人民生活＞经济发展＞资源环境＞科教事业＞基础建设。其中,经济发展与科教事业的全局莫兰指数呈下降趋势,科教事业没有呈现出显著相关性,基础建设的莫兰指数基本处于较低水平,不同年份浮动程度较大,人民生活在空间上具有明显的高-高与低-低集聚特征,资源环境的全局莫兰指数呈现“V”字形分布。经济建设和科教事业是与区域协调发展相关性最强的两种因素。