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2022年 第33卷 第11期    刊出日期：2022-11-15

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2022, 33(11):  0-0. 

摘要 ( 87 )   PDF (15637KB) ( 41 )  

滇西北白马雪山长苞冷杉和大果红杉年内径向生长动态及其对环境因子的响应

张慧, 付培立, 林友兴, 格桑, 杨建强, 格茸取扎, 范泽鑫

2022, 33(11):  2881-2888.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.004

摘要 ( 458 )   PDF (3005KB) ( 105 )  

以滇西北白马雪山亚高山寒温性针叶林的常绿树种长苞冷杉和落叶树种大果红杉为对象,采用高精度生长仪监测了2个树种的年内径向生长动态,分析其径向生长的季节动态特征及其对环境因子的响应。结果表明: 大果红杉和长苞冷杉的径向生长主要发生在4—8月,6月是生长最快的时期。与长苞冷杉相比,大果红杉径向生长的开始时间较早,停止生长时间稍晚,其生长季持续时间明显长于长苞冷杉。大果红杉最大生长速率和年生长量均略高于长苞冷杉。长苞冷杉日生长量与降水量呈显著正相关,与饱和水汽压亏缺、空气温度呈显著负相关;而大果红杉的日径向生长量与降水量呈显著正相关,与土壤体积含水量和饱和水汽压亏缺呈显著负相关。长苞冷杉和大果红杉的径向生长均受到水分的限制,大果红杉对水分条件更敏感。在全球变暖的背景下,植物蒸腾作用和土壤蒸发散的增加,可能进一步加剧土壤水分丧失和植物可利用水分下降,进而导致长苞冷杉和大果红杉更易受到干旱胁迫。

天目山不同海拔毛竹伐除区群落结构变化

王秀云, 张晓红, 庞春梅

2022, 33(11):  2889-2896.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.003

摘要 ( 224 )   PDF (1186KB) ( 58 )  

以浙江天目山不同海拔(480、580、700和800 m)的毛竹伐除区森林植被为对象,基于群落生态学方法研究2017—2020年各海拔群落的结构变化。结果表明: 2017年所有样地木本植物有515株,隶属于27科43属50种。3 年间增加14科23属30种,个体数量增加116.9%,新增物种主要有毛竹、紫珠、山胡椒、山鸡椒、构树等,主要分布在海拔580和700 m处。2017和2020年海拔580、700和800 m的群落中重要值最大的树种不变,分别为杉木、臭椿和枫香树,而海拔480 m群落重要值最大的树种由杉木变为油茶。各海拔群落径阶分布变化明显。海拔480 m群落径阶分布由倒“J”型发展为单峰左偏态,海拔700 m群落径阶结构由倒“J”型发展为指数型,海拔800 m群落径级分布呈正态分布,峰值由24 cm移到30 cm。3年间各植物群落的Simpson优势度指数和Shannon多样性指数提高,均随海拔升高而显著下降。群落β多样性随海拔升高、海拔间距的增加而增大。2020年新增物种为群落天然更新提供了充足的幼苗幼树,但仍未演替到亚热带顶极群落。

干旱和林分因子对树木死亡的影响——以美国德克萨斯州东部国家森林为例

闫明, 刘青青, 刘志萍, 奚为民

2022, 33(11):  2897-2906.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.002

摘要 ( 244 )   PDF (1784KB) ( 55 )  

为探讨不同时间尺度、气候因子及林分因子对森林中树木死亡的影响,本研究以美国德克萨斯州东部的4个国家森林中264个重复调查的森林样地为对象,使用近20年来美国森林清查4个周期的数据,估算其在清查周期和年度水平上的树木死亡率变化,并使用广义线性混合效应模型来分析气候因子(干旱强度、干旱持续时间、年均温和年降水量)、树木大小(胸径)和林分因子(树木胸高断面积、林分密度和林分年龄)对树木存活的影响。结果表明: 在重度干旱当年和重度干旱的清查周期中,森林的树木死亡率分别增加了151%和123%,天气干扰(干旱和飓风)和植物之间的竞争是其主要的影响因素;干旱强度(标准化降水蒸散发指数,SPEI)和干旱持续时间对树木的存活具有显著的负效应,年降水量对树木的存活具有显著的正效应;树木胸高面积对树木存活具有显著的负效应,树木大小、林分年龄和林分密度对树木存活均具有显著的正效应,但是大树比小树更容易受到天气影响而死亡;在重度干旱的清查周期中,松树种组的树木死亡率(2.1%)比阔叶树木种组(3.9%)低,天然林的树木死亡率(3.0%)高于人工林(1.9%)。在分析树木死亡率时,需同时考虑个体树木大小、林分因子与气候因子的相对重要性。

晋西北丘陵风沙区不同种植年限柠条的种子形态特征

缑倩倩, 高敏, 张宇, 王国华

2022, 33(11):  2907-2914.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.006

摘要 ( 198 )   PDF (970KB) ( 34 )  

以晋西北丘陵风沙区不同种植年限(6、12、18、40和50 年)人工柠条的3种大小类型种子为对象,分析不同年限柠条种子形态特征,从繁殖策略的角度探讨人工植被恢复潜力。结果表明:人工柠条的结实量随着种植年限的增加总体呈上升趋势,在种植50年达到最大值(584粒·株^-1);种子长度、种子宽度、种子形状指数随着种植年限的增加总体呈下降趋势,在种植50年达到最小值(5.09 mm、2.76 mm、0.05);种子萌发率随种植年限的增加呈上升-下降-上升的波动变化趋势,在种植12年达到最大值(97.2%)。结实量与种子重量呈显著负相关。种子萌发率与种子重量密切相关,重量小的种子萌发率低,更易于形成持久种子库。相关分析表明,结实量与株高、地上生物量和地下生物量呈显著正相关;种子形状与新枝数呈显著负相关。这表明随着种植年限的增加,柠条繁殖对策由种植前期(6～12年)大种子较多的K策略向种植后期(18～50年)小种子逐渐为主的r策略转变,即柠条既要保证繁殖体数量,又要保证繁殖体的持久性,从而产生了数量更多的小而圆的种子。

基于边际回归的沈阳市绿化树种人工油松冠形模拟

刘家腾, 赵雪晗, 刘伟韬, 李建荣, 蒋丽娟, 周宇航, 高慧淋, 顾巍

2022, 33(11):  2915-2922.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.008

摘要 ( 158 )   PDF (1547KB) ( 46 )  

构建城市典型绿化树种树冠外部轮廓预估模型,可以为城市绿化树种的空间配置优化奠定基础。本研究以辽宁省沈阳市典型绿化树种人工油松为对象,基于Crown Window装置获取60株样木树冠形状,利用幂函数、分段抛物线方程和修正Kozak方程选取基础模型,通过再参数化引入树冠结构因子(最大树冠半径)和相邻木竞争变量(相邻木平均树高、平均胸径、平均冠幅、相邻木株数,以及样木与其相邻木平均树冠接触高),构建耦合相邻木竞争及树冠结构因子的油松树冠外部轮廓预估模型。结果表明: 修正Kozak方程R_a²最大、均方根误差(RMSE)最小,模型稳定性良好,选取其为构建油松冠形模型的基础模型。通过再参数化在基础模型中引入最大树冠半径和相邻木平均胸径后,模型的R_a²提高0.0693,MSER为14.4%。分析最大树冠半径和相邻木竞争对油松树冠形状的影响发现,最大树冠半径对树冠形状影响较大,树冠半径随最大树冠半径增大而增大;相邻木平均胸径对树冠形状影响相比最大树冠半径较弱,树冠上半部分随相邻木竞争增强而增大,树冠下半部分随相邻木竞争增强而变小。本研究构建的耦合相邻木竞争及最大树冠半径的油松树冠外部轮廓边际回归模型具有良好的拟合优度,能够合理地模拟及预测沈阳市典型绿化树种人工油松的树冠形状。

青藏高原典型人工林幼树生物量模型构建

郑雪婷, 仪律北, 李强峰, 包安明, 王正宇, 许文强

2022, 33(11):  2923-2935.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.009

摘要 ( 178 )   PDF (2982KB) ( 39 )  

森林生物量计算是全球碳储量估算的基础,现已纳入全球国家森林清单项目。普遍的森林碳汇计量采用的材积源生物量法针对胸径5 cm以上的树木,幼树(胸径<6 cm,树高>0.3 m)的碳汇量并未被完整计入其中,导致生态系统碳汇能力被低估。基于青藏高原137株5种典型人工林幼树的实测生物量数据,以地径代替胸径作为预测变量,采用加权广义最小二乘法建立独立生物量模型,选择比例总量直接控制及代数和控制2种结构形式的相容性生物量模型,并通过加权非线性似乎不相关回归进行方程组估算,建立了整株及各组分的相容性生物量方程。结果表明: 二元相容性模型优于一元以及独立模型,对整株生物量来说,R²达到0.90～0.99,两种相容性模型对于不同树种来说各有优势但精度差距可以忽略,从林业生产实践角度考虑,比例总量直接控制生物量模型更有实践意义,从遥感技术的变量提取角度考虑,本研究构建了更适于遥感估算的幼树生物量模型,其整体上拟合精度高,可以准确地进行类似气候环境中的幼树整株和各组分生物量的估算。

亚热带森林降雨季节源头溪流非木质残体钙和镁储量动态特征

金遐, 吴福忠, 胡婉榕, 王源, 赵泽敏, 彭艳, 倪祥银, 岳楷

2022, 33(11):  2936-2942.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.001

摘要 ( 213 )   PDF (1609KB) ( 49 )  

森林源头溪流是联系水陆生境的重要纽带,其非木质残体(凋落叶和<1 cm的小枝)所储存的钙、镁等养分动态直接或间接调控森林生态系统物质循环与迁移等生态过程。本研究以福建三明闽江流域上游集水区森林一条典型源头溪流为对象,于2021年雨季(3—8月)监测了该溪流中非木质残体钙和镁储量的动态特征。结果表明: 降雨季节该溪流单位面积非木质残体钙、镁总储量分别为178.1～890.5 mg·m^-2、13.8～61.6 mg·m^-2。雨季溪流单位面积的非木质残体钙、镁储量呈现出先增加后减少的动态变化,整体上表现为降低趋势,在各河段整体上存在显著差异,特别是溪流源头的储量显著高于其他河段。非木质残体钙、镁储量随降雨量的增加而显著增加,随溪流碱度、温度、溶解氧的增加而显著减少。河岸米槠林与针阔混交林等植被类型变化及有无支流汇入对非木质残体钙、镁储量没有显著影响。降雨季节森林源头溪流非木质残体的钙、镁总储量随时间推移整体上减少,主要受到降雨和溪流特征的共同调控。

土壤微生物群落对枯落物输入的响应

张雅琪, 陈林, 庞丹波, 何文强, 李学斌, 吴梦瑶, 曹萌豪

2022, 33(11):  2943-2953.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.031

摘要 ( 219 )   PDF (567KB) ( 53 )  

枯落物分解在陆地生态系统物质循环能量流动中起着关键性作用,明确枯落物输入对土壤微生物群落的影响有助于理解土壤微生物生物多样性和陆地生态系统功能的相互关系。本文采用整合分析方法,以中国为研究区域,以不添加枯落物为对照组,探究土壤微生物(真菌、细菌、放线菌)及微生物生物量碳、生物量氮对枯落物输入的响应。结果表明:与不添加枯落物相比,添加枯落物后土壤微生物生物量碳、生物量氮分别显著增加3.9%和4.4%;土壤真菌PLFA、细菌PLFA及总微生物PLFA分别增加4.0%、3.1%和2.4%。枯落物输入对土壤微生物的影响受到气候条件、年降水量、植被类型及土壤酸碱度等因素的显著影响;不同气候类型下,土壤微生物对枯落物输入的响应呈现出亚热带季风气候区>温带季风气候区>温带大陆气候区的趋势,以及随着年降水量的增加呈现出先升高后降低的趋势;不同植被类型下,土壤微生物对枯落物输入的响应呈现出阔叶林>草地≈混交林>针叶林的趋势。

不同轮作茬口土壤细菌群落及后茬小麦产量

靳海洋, 岳俊芹, 闫雅倩, 张德奇, 杨程, 李向东, 邵运辉, 方保停

2022, 33(11):  2954-2962.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.013

摘要 ( 152 )   PDF (2170KB) ( 51 )  

评估不同轮作模式的生态可持续性和作物生产力,可为调整优化种植结构提供理论依据。设置7个不同轮作作物和周期茬口处理,采用实时荧光定量PCR技术测定不同轮作茬口的土壤细菌群落丰度,采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术分析土壤细菌群落多样性与物种组成,并测定土壤速效养分状况和后茬小麦产量。结果表明: 与夏玉米茬口相比,不同轮作周期夏花生或夏大豆茬口处理降低了土壤有机碳、无机氮和速效钾含量,显著增加了土壤有效磷含量。不同轮作周期夏花生或夏大豆茬口处理的土壤细菌16S rRNA基因拷贝数显著降低,而群落丰富度和多样性有所增加。不同轮作作物显著改变了土壤细菌群落结构和物种组成。与夏玉米茬口相比,不同轮作周期夏大豆茬口显著增加了后茬冬小麦籽粒千粒重和产量。综上,不同轮作周期夏花生或夏大豆茬口有利于增加土壤有效磷含量和细菌群落多样性,显著改变土壤细菌群落结构,其中,夏大豆茬口对后茬冬小麦产量形成具有积极作用。

土壤有机氮组分的年际变化及其对秸秆还田的响应

董姝含, 贺章咪, 王婉琦, 张效琛, 周锋, 何红波, 张旭东, 张威

2022, 33(11):  2963-2970.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.017

摘要 ( 170 )   PDF (2378KB) ( 23 )  

阐明土壤有机氮组分的年际变化特征及其对秸秆还田的响应对合理调控土壤有机氮库和土壤可持续利用具有重要意义。在沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站进行田间微区试验(土壤类型为潮棕壤),设置单施氮肥(200 kg N·hm^-2,下同)、50%秸秆还田配施氮肥和100%秸秆还田配施氮肥3个处理,采用Bremner酸水解法对试验第1、3、6、9年的土壤有机氮组分进行分级。结果表明: 氨基酸态氮含量随着耕作年限的增加逐渐提升,提升幅度为39.8%;酸解未知态氮含量提升幅度为10.8%,且在第3年时最高;土壤总氮和其他有机氮组分含量随耕作年限变化不大。相对容易矿化的酸解总氮占土壤总氮的比例随耕作年限的增加逐渐增加,比较稳定的未酸解态氮占土壤总氮的比例随耕作年限的增加逐渐下降,说明随着耕作年限的增加土壤氮素有效性提高,土壤供氮能力增强。与单施氮肥相比,加入秸秆提高了土壤总氮和各酸解态氮含量,秸秆还田量越多,提升效果越明显。秸秆还田对酸解态氮组分的影响主要发生在试验第6、9年,增加的土壤总氮主要为氨基酸态氮和酸解未知态氮,从而提高了土壤中酸解态氮占土壤总氮的比例。秸秆还田能够提升土壤氮库容,提高土壤保氮供氮能力。

CO₂浓度升高、增温和冬小麦种植对土壤酶活性的影响

魏晗梅, 郑粉莉, 赵苗苗, 王婧, 焦健宇, 王雪松

2022, 33(11):  2971-2978.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.018

摘要 ( 206 )   PDF (1644KB) ( 23 )  

研究农田土壤酶活性对CO₂浓度升高和增温的响应,可为气候变化背景下农田生态系统养分管理提供科学依据。本研究在人工模拟气候室进行盆栽控制试验,设置了4种气候情景,分别为对照(CK,CO₂浓度400 μmol·mol^-1+正常环境温度)、CO₂浓度升高(ECO₂,CO₂浓度800 μmol·mol^-1+正常环境温度)、增温(ET,CO₂浓度400 μmol·mol^-1+增温4 ℃)及CO₂浓度和温度均升高(ECO₂+T,CO₂浓度800 μmol·mol^-1+增温4 ℃),研究有、无冬小麦生长下β--葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、碱性磷酸单脂酶(ALP)和多酚氧化酶(PPO)4种土壤酶活性在冬小麦拔节期(JS)、开花期(AS)、灌浆期(FS)和成熟期(MS)对CO₂浓度升高和增温的响应。结果表明:无冬小麦生长下,ECO₂与CK间4种土壤酶活性差异不显著,而ET和ECO₂+T处理对4种土壤酶活性有显著抑制作用。有冬小麦生长条件下,与CK相比,ECO₂和ECO₂+T处理对4种土壤酶活性均无显著影响;ET处理对土壤ALP和PPO活性有显著影响;ECO₂+T与ET间4种土壤酶活性有显著差异,与ET相比,ECO₂+T处理的土壤βG活性在JS期显著增加,NAG活性在JS期显著降低,ALP活性在AS和FS期显著增加,PPO活性在JS期显著降低,而在AS期显著增加。CO₂浓度升高与增温的交互作用在有、无冬小麦生长下均对土壤NAG和ALP活性有显著影响;无冬小麦生长下,增温和试验时段的交互作用对4种土壤酶活性有显著影响,而在有冬小麦生长下,增温和生育期的交互作用仅对ALP和PPO活性有显著影响;CO₂浓度升高、增温与试验时段的交互作用在无冬小麦生长下对土壤βG、ALP和PPO活性有显著影响,而在有冬小麦生长下CO₂浓度升高、增温与生育期对土壤NAG、ALP和PPO活性有显著影响。冬小麦生长对土壤βG、NAG和ALP活性在前两个生育期(JS+AS期)表现为显著抑制作用,在后两个生育期(FS+MS期)表现为显著促进作用,对土壤PPO活性在全生育期均表现为显著抑制作用。总体上,CO₂浓度升高对冬小麦土壤酶活性的影响不显著,而CO₂浓度与温度均升高对冬小麦土壤酶活性的影响在不同生育期因土壤酶种类不同而不同;此外,有、无冬小麦条件下4种土壤酶活性对CO₂浓度升高与增温的交互作用响应程度不一。

黄土高原关中地区植草沟径流水力学特性

曹博召, 王健, 赵娅君, 刘超

2022, 33(11):  2979-2986.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.023

摘要 ( 145 )   PDF (1483KB) ( 53 )  

植草沟被广泛应用于海绵城市建设中,可有效改善城市生态环境。为探究植草沟径流调控作用的机理,通过放水模拟试验,研究了5个坡度(1%、2%、3%、4%、5%)、5个放水流量(20、30、40、50、60 L·min^-1)组合条件下植草沟径流的水力学特性与断面流速分布变化规律。结果表明: 植草沟径流水力学特性主要表现为,随流量和坡度的增加,流速、雷诺数和佛汝德数均逐渐增加,曼宁糙率系数与Darcy-Weisbach阻力系数逐渐减小。流速(V)可以用流量(Q)与坡度(S)的幂函数V=0.3387Q^0.555S^0.6601来表示。雷诺数和佛汝德数变化范围分别为1160.95~6596.82和0.17~1.21,径流流态均为紊流,流型受坡度影响较大。流量和坡度较小时,两者对阻力系数的影响较大,试验条件下水流阻力系数与雷诺数呈负相关关系。植草沟径流断面流速分布表现出关于中心两侧对称分布,最大流速点位于中心水面处,断面流速等值线随流量和坡度的增加而逐渐变密,流速变化梯度增大。本研究可为黄土区海绵城市建设中植草沟的设计应用与水力计算提供理论基础,也可以通过分析植草沟径流水力学特性以探索其径流调控机理。

不同海拔‘凤丹'牡丹籽粒油脂品质形成及代谢相关基因差异表达

史帅营, 丁熙柠, 王占超, 郭香凤, 张改娜, 胡永红, 史国安

2022, 33(11):  2987-2996.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.012

摘要 ( 168 )   PDF (3002KB) ( 30 )  

通过对洛阳地区海拔100、650和1010 m‘凤丹'牡丹籽粒发育过程中形态指标、营养成分和关键基因的表达分析,研究了不同海拔条件下‘凤丹'牡丹籽粒产量性状变化和可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白质与脂肪酸间的转化规律,以及相关酶活性和油脂代谢关键基因差异表达。结果表明: ‘凤丹'牡丹单果籽粒产量性状随海拔的升高而升高,且高海拔‘凤丹'籽粒生长期长于低、中海拔。成熟籽粒中可溶性糖和淀粉含量随海拔的升高而增加,可溶性蛋白质和粗脂肪含量差异不显著。籽粒发育过程中蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性呈现先降后升的趋势,花后90 d活性最低;丙酮酸脱氢酶(PDH)、谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)活性均在花后50～90 d快速增加,花后90 d达到最大值。牡丹籽粒中乙酰CoA羧化酶基因(ACCase)和硬脂酰ACP脱氢酶基因(SAD)相对表达量在花后50 d达到最大值,而ω-6脂肪酸去饱和酶2(FAD2)相对表达量在花后90 d达到最大值。籽粒发育过程中可溶性糖和淀粉与蛋白质和粗脂肪的积累呈负相关;SPS活性与可溶性糖和淀粉呈正相关,与可溶性蛋白质和粗脂肪呈极显著负相关;GPT、GOT与可溶性糖呈负相关,与淀粉呈极显著负相关,与可溶性蛋白质和粗脂肪呈极显著正相关;PDH与可溶性蛋白质、GPT、GOT呈正相关,与可溶性糖呈负相关,与淀粉呈极显著负相关。表明牡丹籽粒发育过程中养分积累是由糖类向粗脂肪和蛋白质的方向转化,SPS、PDH、GPT、GOT等在此过程中起重要作用。籽油中的棕榈酸、硬脂酸和亚油酸与亚麻酸相对增量呈负相关,说明牡丹籽油中脂肪酸去饱和过程是向亚麻酸合成的方向进行。ACCase、SAD和FAD2相对表达量与亚麻酸的相对增量呈正相关,均在亚麻酸合成过程中起重要作用。不同海拔条件下牡丹籽粒油脂品质相对稳定,籽粒生产性能随海拔的升高而升高,故在洛阳中高海拔地区种植油用牡丹是边际土地高效利用的重要策略。

高风险四环素抗性基因在人工湿地中分布和去除的季节变化

范增增, 赵伟, 杨新萍

2022, 33(11):  2997-3006.  doi:10.13287/j.1001-9332.202210.036

摘要 ( 149 )   PDF (6049KB) ( 20 )  

畜禽养殖废水是抗生素抗性基因(ARGs)的重要贮存库,环境风险不容忽视。本研究考察了夏、冬两季养猪废水中高环境风险四环素抗性基因(TRGs)在水平潜流人工湿地中的分布和去除情况,通过外源添加四环素(TC)和铜离子(Cu²⁺)探究了养猪废水中抗生素与重金属单一和复合污染对湿地出水中TRGs丰度的影响。结果表明: 养猪废水中3种高环境风险TRGs(tetM、tetO、tetW)均有检出,人工湿地可有效消减废水中的TRGs,夏、冬两季时出水中TRGs的绝对丰度较进水分别降低1.1～2.4和1.7～2.9个数量级。TRGs在湿地土壤中的丰度呈现出水端低于进水端、植物非根际低于根际、冬季低于夏季的特征。与对照相比,养猪废水中TC、Cu²⁺单一和复合污染在夏、冬两季均会导致湿地出水中TRGs相对丰度的增加。人工湿地作为一种生态处理工艺可用于控制畜禽养殖废水中的ARGs向环境中扩散。

闽江河口互花米草不同入侵阶段湿地土壤nirK型反硝化微生物群落结构及多样性

陈冰冰, 孙志高, 胡星云, 武慧慧, 王晓颖, 毛立, 厉彦哲

2022, 33(11):  3007-3015.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.016

摘要 ( 162 )   PDF (1133KB) ( 17 )  

为了明确闽江河口互花米草海向不同入侵阶段湿地土壤nirK型反硝化微生物的群落结构及多样性,在鳝鱼滩东部的互花米草分布区,由陆向海方向选择互花米草海向入侵前的光滩(MF)、入侵1～2年(SAN)和入侵6～7年的互花米草(SA)湿地为研究对象,基于高通量测序技术,测定并分析了不同互花米草入侵阶段湿地土壤nirK型反硝化微生物群落结构及多样性的差异。结果表明:互花米草海向入侵降低了土壤中nirK型反硝化微生物群落的多样性及丰富度。不同入侵阶段湿地土壤的nirK型反硝化微生物主要包括变形菌门和放线菌门,其中变形菌门占绝对优势地位。互花米草海向入侵整体改变了湿地土壤中nirK型反硝化菌属的组成特征,MF、SAN、SA湿地土壤中相对丰度最高的nirK基因菌属分别为慢生根瘤菌属、中慢生根瘤菌属和产碱杆菌属。互花米草海向入侵增加了土壤中nirK型反硝化微生物群落组成的空间异质性,尤其是在SAN样地,这主要与样地本身的环境扰动性较大及互花米草海向入侵加大了样地环境因子的空间异质性有关。互花米草海向入侵主要是通过显著改变土壤理化因子(粒度组成、pH值和含水量)和氮养分条件(全氮、NH₄⁺-N、NO₃^--N)来影响nirK型反硝化微生物的群落结构及多样性。本研究结果有助于揭示互花米草海向入侵对湿地土壤反硝化过程影响的微生物机制。

互花米草入侵对红树林底栖甲壳动物和鱼类功能群及生态位的影响

汪钰明, 高新贻, 谢世君, 马禹同, 叶拓辉, 刘家康, 林淼智, 冯建祥

2022, 33(11):  3016-3026.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.030

摘要 ( 249 )   PDF (1078KB) ( 69 )  

为了解互花米草入侵对红树林湿地生态系统底栖甲壳动物和鱼类的影响,本研究利用地笼方式于2020年8月、2021年1月和4月对福建漳江口2个原生红树林样地(白骨壤和秋茄)、2个互花米草入侵样地以及1个光滩样地的底栖甲壳动物和鱼类进行采样调查。采用相对重要性指数、Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数分析底栖甲壳动物和鱼类的优势种及物种多样性,统计其功能群,并计算其生态位宽度和生态位重叠指数。结果表明: 3个季节共采集到底栖甲壳动物和鱼类种类37种,隶属于2门2纲8目17科,其中大多数为暖水性和广盐性物种,且以肉食性和杂食性功能群为主。双因素方差分析和非度量多维尺度分析结果表明,相比光滩,互花米草入侵后,底栖甲壳动物和鱼类的群落多样性指数变化不显著,但功能群发生了显著变化,浮游生物食性功能群以及肉食性和植食性功能群物种均有一定程度的增加。相比红树林样地,互花米草样地内底栖甲壳动物和鱼类物种丰富度更高。优势物种的时空生态位宽度变化范围在0～1.4186,其中棱鮻最高(1.4186),其次是中华乌塘鳢(1.0168)、刀额新对虾(0.9469)、脊尾白虾(0.8922)。

模拟降雨条件下砾石含量对塿土工程堆积体坡面产流产沙的影响

李瑞栋, 王文龙, 娄义宝, 白芸, 康宏亮, 崔志强, 卢正军

2022, 33(11):  3027-3036.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.019

摘要 ( 157 )   PDF (3254KB) ( 22 )  

为探究砾石含量对塿土堆积体坡面产流产沙的影响,采用室内人工模拟降雨试验,以土质坡面为对照,研究5种砾石含量(10%、20%、30%、40%、50%)堆积体坡面在不同降雨强度(1.0、1.5、2.0、2.5 mm·min^-1)下的产流产沙特征。结果表明:不同试验条件下的平均径流率在2.18～13.07 L·min^-1,不同雨强条件下平均径流率均在砾石含量10%(或20%)和50%时分别达到最大值与最小值;平均流速在0.06～0.22 m·s^-1,流速变化复杂,砾石含量越小,流速变幅越大,变异系数也越大,砾石含量10%时平均流速最大。砾石的存在可有效抑制产沙,最大减沙效益可达84.2%,雨强相较于砾石含量对平均产沙率的影响更大。偏相关分析表明,平均径流率、流速、产沙率均与砾石含量呈极显著负相关;平均产沙率与平均径流率、平均流速以及二者交互项均呈极显著线性函数关系,其中,与平均径流率的相关性最强。本研究可为塿土区工程堆积体水土流失治理和侵蚀模型的建立提供参考。

顺磁物质对土壤低场核磁共振信号特征及含水量测定的影响

马红娇, 马东豪, 刘志鹏, 张佳宝, 姜晓文, 陆荣生

2022, 33(11):  3037-3045.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.026

摘要 ( 159 )   PDF (2951KB) ( 31 )  

核磁共振(NMR)技术由于具有高效快速、不破坏土壤结构且对人体无害等优点,逐渐被应用到土壤学相关领域研究中。然而,土壤中顺磁物质的存在对核磁共振信号特征的影响仍不明确。本研究旨在揭示顺磁物质对不同类型土壤低场核磁共振(LF-NMR)信号特征和土壤含水量测定的影响。结果表明:土壤水的LF-NMR信号量最高可达150左右,土壤矿物、有机质和微生物等固相物质的LF-NMR信号量基本不超过0.3,相对可以忽略。质地和顺磁物质对土壤水的LF-NMR信号量测量有更大影响。LF-NMR仪器存在弛豫时间监测盲区,信号量损失主要是由于顺磁物质加速了水中氢质子的弛豫过程,导致小孔隙中水分反馈的极快的LF-NMR信号不能被监测设备捕获。对于顺磁物质含量较少的壤性潮土(1.2%)和黏壤性黑土(1.3%),LF-NMR信号量损失不大,其与土壤含水量呈线性关系;但对于黏粒含量(45.3%)和顺磁物质含量(4.0%)较高的黏性红壤,测定中会损失一部分LF-NMR信号量,监测到的LF-NMR信号量与土壤含水量不再呈线性关系。此外,外源添加顺磁物质(3.0 g·L^-1的MnCl₂溶液)也会降低黑土和红壤中可被监测的LF-NMR信号量,黑土和红壤的信号量最大损失率分别为41.0%和46.7%,极大地改变其与土壤含水量之间的定量关系。因此,在利用LF-NMR测量富含顺磁物质(>1.3%)或有外源顺磁物质进入的黏性土壤的含水量时,应先通过校正降低顺磁物质等对LF-NMR信号量的影响。研究结果对利用低场核磁共振技术准确分析土壤水分分布及土壤孔隙结构具有重要意义。

冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量评价

滕慧颖, 耿艳楼, 张恒硕, 查同刚

2022, 33(11):  3046-3054.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.015

摘要 ( 177 )   PDF (2353KB) ( 31 )  

为防止北方土石山区的土地和植被在人类活动下进一步退化,为冬奥会赛后制定战略性植被恢复计划,以白桦天然林、落叶松人工林、天然灌草地和弃耕农地为研究对象,基于土壤容重、孔隙度和土壤养分含量等13种土壤理化指标,对冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量进行综合评价。结果表明: 冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量呈现出白桦天然林>天然灌草地>落叶松人工林>弃耕农地。白桦天然林的土壤质量显著高于其他3种土地利用类型,其土壤全氮(3.24±1.42 g·kg^-1)和全磷(0.59±0.10 g·kg^-1)含量较高,土壤养分的长期积累是阻止白桦天然林土壤退化的最主要原因;天然灌草地受到土壤粗粒含量和地形因素的影响,土壤质量仅次于白桦天然林;经过40年植被恢复的落叶松人工林土壤物理性质得到改良,土壤砾石含量显著降低,而土壤养分指标未发生显著变化;弃耕农田土壤质量最低的主要原因是植被覆盖低及低海拔区域较高的人类活动强度。受土壤全氮含量的影响,4种土地利用类型下的土壤质量随海拔升高而增加,且均在1700 m左右达到峰值。综上,建议加强在低海拔生态脆弱区域的封禁管理和生态恢复措施,同时兼顾高密度林分的可持续发展,增强人工林的生态适应性。

土地利用变化的生态环境效应及其时空演变特征——以河西走廊为例

南生祥, 魏伟, 刘春芳, 周俊菊

2022, 33(11):  3055-3064.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.024

摘要 ( 255 )   PDF (6367KB) ( 38 )  

基于河西走廊地区1980—2020年的土地利用数据,运用ArcGIS空间分析方法,计算生态环境质量指数,对1980—2020年长时间序列土地利用类型变化及其生态环境质量的时空演变特征、变化频次、模式、圈层分布和空间聚集特征等进行分析。结果表明: 1980—2020年间,未利用地是研究区主要的土地利用类型,其中,建设用地、林地、草地和水域面积变化较多,土地利用类型之间转换明显。研究区生态环境质量恶化和改善的趋势同时发生,并在一定条件下相互抵消,生态环境质量指数呈先降后升的“U”型演变过程,整体生态环境质量波动变化不大。生态环境质量的空间集聚特征明显,总体分布特征为东南地区较高、西北地区较低,没有出现高频率、大变化;研究区东南象限的生态环境质量最差,西南和西北象限次之,东北象限的生态环境质量最好;生态环境质量类型转换持续下降区的面积大于持续上升区的面积,说明研究期间河西走廊的生态环境保护取得了一定成效。生态环境质量变化热点区域主要分布在河西走廊中部以及西南部,冷点区域主要分布在河西走廊西北部。

建设用地扩张对区域文化景观时空演变的影响——以广东省韩江三角洲为例

邱彩琳, 邱宁, 张天洁

2022, 33(11):  3065-3074.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.021

摘要 ( 166 )   PDF (2804KB) ( 33 )  

文化景观是自然和人文因素复合作用下产生并随人类行为而不断变化的产物,探索建设用地扩张对文化景观造成的影响是理解人类活动干预文化景观形式内涵、价值特征的关键。本研究对韩江三角洲文化景观进行分类,并运用景观指数定量描述1980—2018年该地区文化景观时空演变特征,最后,通过空间面板计量模型分析建设用地扩张对文化景观的空间效应。结果表明: 在区域层面共识别出7种文化景观类型。1980—2000年,研究区文化景观格局变化较大,破碎度上升、不规则程度加深、多样性增强。区域建设用地面积占比由14.8%提升至29.9%,建设用地扩张速度以2000年为分界点,这与文化景观变化时序吻合。建设用地扩张与文化景观变化之间存在空间依赖性。随着建设用地扩张,沿海区沙堤沼泽处的蔓延集聚型城镇景观成为优势类型,洪泛低地、潟湖低地处的历史村镇与湿地水田面临消亡。建设用地不仅影响本地景观格局,对邻近地区也具有空间溢出效应。建设用地扩张使同一类型景观的斑块融合程度提高,景观集聚效应加强;使不同类型景观斑块间的蔓延度降低,不规则性增加,趋于破碎化。研究结果可为韩江三角洲区域的人文历史传承、生态格局优化提供参考。

贵州省生态系统服务价值时空演变及其对景观格局变化的响应

文疆回, 李瑞

2022, 33(11):  3075-3086.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.020

摘要 ( 176 )   PDF (9785KB) ( 55 )  

贵州省是我国生态文明试验区,也是世界上岩溶地貌发育最典型的地区之一,探明其生态系统服务价值变化及其与景观格局在空间上的相关性分布特征,有利于因地制宜地制定生态环境治理和保护措施。本研究分析了2005—2018年间贵州省景观格局和生态系统服务的时空变化,并构建二者之间的地理加权回归模型,探讨其相关系数在空间上的变化。结果表明: 2005—2018年间,贵州省景观类型的转移主要发生在建设用地、森林、水域、草地和农田5种景观之间,景观破碎度和多样性增加;生态系统服务价值逐年增长,森林是贵州省生态系统服务价值的主要贡献者,生态系统服务以调节服务为主;对于高价值景观类型而言,多样性提升和破碎度降低有利于生态系统服务价值增长;而在低价值景观类型集中的区域,则呈现出相反的影响效果。应根据贵州省不同区域的生态环境特征,调整景观转移方向和不同景观类型的多样性和破碎度空间分布,从而实现生态系统服务价值增长。

子午岭区生态系统服务权衡与协同变化及其影响因素

汪仕美, 靳甜甜, 燕玲玲, 巩杰

2022, 33(11):  3087-3096.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.027

摘要 ( 171 )   PDF (2368KB) ( 37 )  

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,可指征生态系统服务间权衡或协同关系。辨析服务簇内部的权衡与协同关系,有助于实现基于服务簇的生态分区与管理政策制定。基于InVEST模型,综合运用相关分析、聚类分析、主成分分析和冗余分析等,本研究揭示了子午岭区生态系统服务的空间群聚特征,探究了服务簇内部权衡与协同关系及生态系统服务的影响因素。结果表明: 2000—2017年,子午岭区生态系统服务整体得到改善。除土壤保持高值区在研究区北部较为集中外,其余生态系统服务高值区均在中部和南部较为集中。根据聚类结果将研究区在像元尺度上划分为4个生态系统服务簇,其中,核心保护簇内,产水服务与土壤保持存在较强权衡;粮食生产簇内,生境质量与产水服务、粮食生产存在较强权衡;生态过渡簇和生态脆弱簇内,服务间的协同关系广泛。生态系统服务同时受到自然本底条件和人类活动的影响,植被覆盖、降水和高程对研究区生态系统服务以积极影响为主,而温度、建设用地占比、人口密度等以消极影响为主。

基于胃含物和碳、氮稳定同位素研究浙江南部近海蓝圆鲹的摄食生态

徐雯, 杨蕊, 陈淦, 高春霞, 叶深, 韩东燕

2022, 33(11):  3097-3104.  doi:10.13287/j.1001-9332.202212.029

摘要 ( 168 )   PDF (1016KB) ( 24 )  

蓝圆鲹是浙江南部近海的重要经济鱼类。本文根据2020年5月、8月、11月和2021年1月在浙江南部近海进行的底拖网调查,应用胃含物分析和碳氮稳定同位素分析对浙江南部近海蓝圆鲹的摄食习性进行研究。结果表明: 浙江南部近海蓝圆鲹δ¹³C平均值为(-16.55±0.60)‰,范围为-17.76‰～-15.25‰,与叉长呈显著负相关;蓝圆鲹δ¹⁵N平均值为(11.76±0.88)‰,范围为9.06‰～13.03‰,与叉长呈显著正相关。根据δ¹⁵N值计算浙江南部近海蓝圆鲹的平均营养级为3.89±0.26。胃含物分析表明,浙江南部近海蓝圆鲹的主要饵料类群为鱼类、虾类、蟹类、头足类、多毛类和小型甲壳类。稳定同位素分析表明,虾类对浙江南部近海蓝圆鲹的营养贡献率最高(40%～84%),其次为多毛类、小型甲壳类、蟹类、头足类和鱼类。蓝圆鲹的摄食习性有明显的生长变化,随着蓝圆鲹叉长的增加,其倾向于摄食更高营养级的饵料生物。

综合评述

植物入侵机制的主要假说

侯清晨, 冯燕楼, 周玉洁, 敖玉梅, 陈春晓, 邢亚娟, 王庆贵, 闫国永

2022, 33(11):  3105-3115.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.005

摘要 ( 335 )   PDF (1326KB) ( 122 )  

植物入侵是最严重的全球问题之一,严重破坏生态系统的结构和功能。随着植物入侵现象日益严峻,要控制和解决外来植物入侵问题,了解和掌握植物入侵机制尤为重要。本文概述了植物入侵的多种机制及不同机制间的协同作用,阐述了植物入侵过程中的化感作用、植物-土壤反馈机制、互惠共生关系,以及植物功能性状和表型可塑性对入侵过程的影响,并对多种机制协同与植物入侵轨迹的关系进行综合分析。根据分析结果将外来植物在侵入地的入侵时间轨迹分为引入、定植、建立和侵入4个阶段,把遇到的各种阻碍和促进因素融入其中,提出外来植物入侵曲线图,有助于未来对入侵植物及其影响的研究和管理。对现有的植物入侵研究方法进行分析,提出现阶段研究的不足以及未来的研究方向和目标。

生物炭对土壤中抗生素抗性基因的阻控潜力及机制研究进展

王玉洁, 唐宇嘉, 张亚平, 张妙月, 储双双, 仇荣亮

2022, 33(11):  3116-3126.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.014

摘要 ( 315 )   PDF (1292KB) ( 103 )  

土壤中抗生素抗性基因(ARGs)污染是全世界面临的重大环境和健康挑战,开发有效技术以减少其负面影响对维护土壤和人类健康至关重要。生物炭具有高碳含量、大表面积、良好的吸附性能和经济优势,可能是一种非常合适的阻控材料。其对ARGs的阻控作用可能归因于以下3种机制: 1) 吸附某些污染物,如抗生素和重金属,减弱ARGs的共选择性压力;2) 通过改变土壤理化特性影响微生物种群结构,从而限制细菌之间ARGs的水平转移;3) 通过吸附或破坏质粒、转座子、整合子等水平转移载体,直接减弱基因水平转移能力。但生物炭对ARGs的阻控效果取决于生物炭的物料来源、热解工艺和添加水平等。此外,生物炭的老化可能会降低其阻控ARGs的效果。生物炭的内源性污染物,如多环芳烃和重金属,也可能导致环境中特定抗生素抗性细菌的富集或诱导水平基因转移。在后续研究中,应根据土壤环境选择合适的生物炭种类,并采取生物炭老化控制措施,以进一步提高生物炭对ARGs的阻控作用。

街谷绿化消减机动车排放污染物的研究方法与进展

肖乾坤, 成雅田, 李思韬, 林姚宇, 程维金, 吴昌广

2022, 33(11):  3127-3136.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.022

摘要 ( 132 )   PDF (2934KB) ( 60 )  

随着街道两侧建筑群向高密度、高层化发展,传统“树越多越好”的绿化模式在应对城市街谷空气污染时是否适用受到广泛关注。明晰街谷绿化植物特征及其种植设计模式对机动车排放污染物消减的调控机理是发挥其提升街谷空气品质的重要前提。本文通过对近年国内外相关文献的梳理,比较分析了现场观测、风洞试验和数值模拟3种研究方法的适用性及局限性,详细剖析了行道树、绿篱两类绿化模式对街谷空气污染物扩散与沉降的影响机制,提出了一套面向空气质量提升的街谷绿化适应性设计工作框架。最后,分别从典型街谷绿化设计图示语言研制、街谷空气污染暴露评估技术指南编制、计算机流体力学模型中街谷绿化效应物理过程参数化方案优化等方面进行探讨,以期为后续研究提供思路和借鉴。

基于韧性理念的中国城市雨洪管理研究热点与趋势

陈娜, 向辉, 马伯, 黎璟玉

2022, 33(11):  3137-3145.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.025

摘要 ( 217 )   PDF (2741KB) ( 109 )  

在中国洪涝灾害频发的背景下,海绵城市等雨洪管理实践有助于灾害的缓解,提高城市应对雨洪的“韧性”。韧性城市作为应对灾害风险的城市规划理念,已被应用于一些国家的雨洪风险管理中。本文基于韧性理念,运用科学计量分析工具CiteSpace梳理中国雨洪研究现状,从生态、工程、社会雨洪韧性3方面分析了雨洪管理热点与相关技术,发现在跨领域的雨洪系统管理、区域到街区间不同空间尺度用地调蓄管理方面存在不足,提出未来应构建以“生态-工程-社会”为核心,涵盖“区域-城市-街区”尺度,多技术集成为支撑的自适应韧性雨洪管理体系。

昆虫单个感觉器记录技术研究进展

唐加菜, 魏成梅, 赵婧, 严乃胜, 董文霞

2022, 33(11):  3146-3158.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.010

摘要 ( 367 )   PDF (810KB) ( 174 )  

单感器记录技术是一种昆虫细胞外电生理技术,可以测量昆虫单个感受器对刺激物的电生理反应。该技术有助于探明昆虫嗅觉和味觉感受器对不同信息化合物的电生理响应机制,将单感器记录技术与其他技术相结合,不仅可以阐明昆虫嗅觉反应的分子机制,还可以研制昆虫行为调节剂、检测挥发性有机化合物的生物传感器。本文介绍了单感器记录仪的结构和昆虫单感器记录的原理,并对单感器记录技术在昆虫学研究方面的应用进行了综述,以期为探明昆虫感受化学信息物质的机理和应用提供依据。

“海洋生态系统工程师”及其生态作用

安鑫龙, 顾继光, 黄凌风, 郑梓瑶, 李雪梅,

2022, 33(11):  3159-3168.  doi:10.13287/j.1001-9332.202211.028

摘要 ( 195 )   PDF (588KB) ( 22 )  

“海洋生态系统工程师”是能够塑造栖息地并使其他海洋生物受益的海洋生物种类。海洋中的植物、动物和微生物中均存在为其他生物种类塑造栖息地的“海洋生态系统工程师”,它们的生态作用是其发挥生态功能的基础。本文基于国内外相关文献,系统阐述了“海洋生态系统工程师”生态作用的相关研究进展,并对今后的主要研究方向和内容提出建议。“海洋生态系统工程师”能够在特定的海洋环境中发挥积极作用,但一旦成为入侵种可能会对入侵海域产生负面影响;有些“海洋生态系统工程师”在发挥积极作用的同时也会在不同程度上带来负面影响。今后,应加强海洋生物床、海洋生物礁、海洋生物膜和复合生态系统工程等研究,有效利用“海洋生态系统工程师”的积极作用并防控其负面影响,实现对海洋的综合开发利用和保护。