应用生态学报

第34卷第2期目录

2023, 34(2): 0-0.

摘要 ( 122 )

PDF (14948KB) ( 33 )

中国区域生态恢复和环境治理的生态系统原理及若干学术问题

于贵瑞, 郝天象, 杨萌

2023, 34(2): 289-304. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.030

摘要 ( 382 )

PDF (4901KB) ( 91 )

当代生态学是解决全球可持续发展面临的重大资源、环境和生态问题的分析手段和哲学理念。生态学在其长期发展过程中,不断汲取、融合相关学科营养,形成了与气候系统、生物系统和社会经济系统紧密联系的当代生态学及生态系统科学体系,提出的诸多生态系统原理可直接服务于区域生态恢复和环境治理等社会实践。新阶段的国家需求赋予了生态学新使命,亟需总结凝练宏观生态系统原理,应用于区域生态恢复和环境治理,促进社会经济高质量发展。本文以全球可持续发展面临的多重严峻挑战为背景,系统阐述了生态系统科学的逻辑思维和科学使命,梳理了生态恢复和环境治理的生态系统科学原理体系,讨论了中国区域生态恢复和环境治理的若干学术问题。最后强调指出,中国区域拥有多个具有全球意义的区域性宏生态系统,开展宏生态系统理论和实践研究,不仅是我国生态文明建设的迫切需要,更是生态系统科学研究的前沿阵地,有望为生态学理论发展及全球生态环境治理做出新贡献。

黄土高原刺槐人工林郁闭度对林下植物多样性特征的影响

王依瑞, 王彦辉, 段文标, 李平平, 于澎涛, 甄理, 李志鑫, 尚会军

2023, 34(2): 305-314. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.008

摘要 ( 336 )

PDF (1680KB) ( 95 )

为解决黄土高原刺槐人工林因林木过密而导致林下植物缺乏和物种多样性低等问题,基于野外调查和文献收集数据,开展上外包线分析,确定林冠郁闭度对林下植物多样性的影响。结果表明: 在甘肃省泾川县官山林场的调查中,刺槐林下植物的物种数量(91)高于天然草地(78),其优势种随郁闭度而变化且与天然草地截然不同。对文献数据与本研究调查数据的综合分析表明,在年均降水量<550 mm或>550 mm时,郁闭度增加会导致林下植物的盖度呈先基本平稳后大幅或小幅下降的变化,生物量呈大幅下降或小幅度先升后降的变化;而林下植物的物种丰富度指数、Shannon指数、Simpson指数和Pielou指数都呈先升后降的变化,其变幅也是年降水量低时较大。综合来看,刺槐人工林的林下植物生长特征(盖度、生物量和多样性指数等)受郁闭度影响较大,且年降水量低时更敏感,总体上存在一个0.45～0.6的郁闭度阈值,超过或低于这个阈值范围会使这些林下植物生长特征中的多数指标快速降低。因此,若想将林下植物的上述特征同时维持在较高水平,就需在刺槐林经营中维持郁闭度为0.45～0.6。

火干扰下白桦树干不同高度的树皮性状及其环境解释

孙兴悦, 张雨鉴, 秦倩倩, 白岩松, 刘艳红

2023, 34(2): 315-323. doi:10.13287/j.1001-9332.202301.006

摘要 ( 199 )

PDF (1816KB) ( 56 )

白桦是我国大兴安岭地区森林群落中火干扰后的先锋树种,树皮作为其维管形成层的外部结构,具有重要的保护和运输作用。本研究以大兴安岭天然次生林中的白桦为对象,分析火干扰下白桦树干不同高度(0.3、0.8和1.3 m)处内、外树皮的功能性状,量化林分、地形和土壤3类环境因素的解释度并明确驱动其变化的关键因子,揭示易火环境下白桦的生存策略。结果表明: 火干扰后白桦的相对内皮厚度表现为0.3 m处(4.7%)> 0.8 m处(3.8%)> 1.3 m处(3.3%),与对照(30～35年未发生火干扰)相比分别增加28.6%、14.4%、3.1%;相对外皮厚度及总树皮厚度随树干高度呈现相似的规律。火干扰对白桦其他树皮功能性状具有不同程度的影响。其中,火干扰后白桦3个高度内皮密度与对照相比显著降低了3.8%～5.6%,含水率则显著升高了11.0%～12.2%,而火干扰对内(外)皮碳、氮、磷含量的影响不显著,但火干扰后白桦0.3 m处内皮氮含量(5.24 g·kg^-1)显著高于另2个高度(4.56～4.76 g·kg^-1)。环境因子分别解释了内、外皮功能性状变化的49.6%和28.1%,其中土壤因子的单独解释最高,分别为18.9%、9.9%。胸径是影响内外皮生长的最关键因子。综上,火干扰通过改变环境影响白桦的生存策略,增加其对树皮基部的资源分配,提高白桦在火干扰环境下的防御能力。

沿降水梯度白榆的枝叶性状可塑性与协同变异

赵宇航, 龚雪伟, 宁秋蕊, 张驰, 段春旸, 郝广友

2023, 34(2): 324-332. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.007

摘要 ( 199 )

PDF (2410KB) ( 51 )

以亚湿润区、干旱亚湿润区和半干旱区的白榆个体为对象,研究了枝叶功能性状的可塑性及协同变异。结果表明: 从亚湿润区到半干旱区,白榆叶片受到的干旱胁迫显著增加,正午水势降低了66.5%。在干旱胁迫较轻的亚湿润区,白榆的气孔密度较高,叶片较薄,平均导管直径、纹孔开口面积和纹孔膜面积较大,保证了其较高的潜在水分获取能力。在干旱亚湿润区和半干旱区,随着干旱胁迫的增强,白榆比叶重和叶片组织密度提高,纹孔开口面积和纹孔膜面积缩小,其耐旱能力增强。导管与纹孔结构特征的变异存在协同性,而木质部理论导水率与安全性指数之间则表现出权衡关系。枝叶解剖、形态和生理性状的可塑性调整与协同变异是白榆能够成功适应不同水分环境的重要机制。

考虑随机效应的长白落叶松立木生物量模型构建及精度分析

高羽, 谢龙飞, 郝元朔, 董利虎

2023, 34(2): 333-341. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.004

摘要 ( 186 )

PDF (1022KB) ( 53 )

准确评估我国森林生物量对研究全球陆地生态系统碳循环和碳储量控制机制具有重要意义。本研究基于黑龙江省376株长白落叶松生物量数据,采用似乎不相关回归(SUR)方法构建以胸径为自变量的一元生物量SUR模型,并在SUR模型的基础上考虑样地水平随机效应,进而构建似乎不相关混合效应(SURM)模型。根据SURM模型中随机效应的计算不需要全部因变量的实测值的特点,分析以下4类SURM模型在预测生物量时的偏差: 1) SURM1,随机效应根据干、枝、叶生物量实测值计算;2) SURM2,随机效应根据树高实测值计算;3) SURM3,随机效应根据冠长实测值计算;4) SURM4,随机效应根据树高和冠长实测值计算。结果表明: 考虑样地水平随机效应后,枝和叶生物量模型拟合效果改善较为明显,R²均提高20%以上,干和根生物量模型拟合效果改善较小,R²分别提高4.8%和1.7%。当使用随机抽取的5棵树计算样地水平随机效应时,SURM模型的预测表现要优于SUR模型和仅考虑固定效应的SURM模型,尤其是SURM1模型(干、枝、叶和根的平均绝对误差百分比分别为10.4%、29.7%、32.1%和19.5%)。除SURM1模型外,使用SURM4模型预测干、枝、叶和根生物量的偏差小于SURM2和SURM3模型。在实际预测中,SURM1模型的预测精度虽然最高,但需要实测若干株树木地上生物量,使用成本相对较高。因此,本研究推荐使用树高和冠长实测值的SURM4模型预测长白落叶松立木生物量。

大兴安岭地区兴安落叶松的高径比模型

邵威威, 董灵波

2023, 34(2): 342-348. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.005

摘要 ( 174 )

PDF (1974KB) ( 44 )

基于大兴安岭地区翠岗林场兴安落叶松天然林的56块样地数据,以指数衰减函数为基础模型,利用再参数化的方法以林木分级为哑变量构建大兴安岭地区兴安落叶松的高径比模型,为大兴安岭地区兴安落叶松不同等级的树木和林分稳定性的评估提供科学依据。结果表明: 除胸径以外,优势树高、优势胸径、单木竞争指数与高径比有显著相关性,加入后明显提升模型的拟合精度,而且兴安落叶松高径比广义模型的调整系数、均方根误差和平均绝对误差分别为0.5130、0.1703 m·cm^-1和0.1281 m·cm^-1;将林木分级哑变量添加到广义模型的参数₀和₂上时,模型的拟合效果进一步提高,其高径比模型的3个统计量依次为0.5171、0.1696 m·cm^-1和0.1277 m·cm^-1。经过比较分析,以林木分级为哑变量的广义高径比模型拟合效果最好,不仅优于基础模型,且具有较好的预测精度和适应性。

尖峰岭热带森林土壤真菌群落的海拔变化格局及驱动因素

林思诺, 苏延桂, 吕坤, 吴国朋, 黄正谊, 王晶晶, 黄刚

2023, 34(2): 349-358. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.033

摘要 ( 224 )

PDF (1705KB) ( 88 )

真菌是土壤微生物的重要类群,探究其组成和多样性的海拔变化格局与驱动因素是生物多样性与生态系统研究领域的重要议题。本文运用Illumina高通量测序技术,以尖峰岭自然保护区热带森林400～1500 m海拔梯度范围内表层(0～20 cm)和下层(20～40 cm)土壤为对象,研究了真菌群落α和β多样性沿海拔的变化及其环境控制。结果表明: 子囊菌门和担子菌门是尖峰岭土壤真菌的优势菌门,其相对丰度达到90%以上;表层土壤真菌群落α多样性无明显的海拔分异,下层土壤真菌α多样性随海拔增加而下降,在整个海拔梯度上,表层土壤真菌α多样性高于下层土壤;土壤真菌β多样性受到海拔变化的显著影响,温度是驱动表层和下层土壤真菌β多样性海拔变异的主要环境因素;土壤真菌群落相似性随着地理距离的增加而显著下降,而不随环境距离的增加发生明显变化,并且整个海拔梯度上,稀有门(被孢菌门、毛霉门和罗兹菌门)的相似性显著低于丰富门(子囊菌门和担子菌门),说明扩散限制决定着真菌群落结构在海拔梯度上的分异。以上结果说明,尖峰岭热带森林土壤真菌多样性受到海拔的影响,稀有门而非丰富门随海拔梯度的变化是真菌β多样性海拔变异的重要来源。

目标树经营对马尾松人工林不同土层深度土壤线虫群落结构的影响

余安卫, 胡汶廷, 吴思颖, 尹海锋, 范川, 李贤伟

2023, 34(2): 359-368. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.010

摘要 ( 150 )

PDF (784KB) ( 30 )

为研究不同土层深度土壤线虫群落结构及其对目标树经营的响应机制,以马尾松人工林目标树经营样地和对照样地为研究对象,采集了土壤样品(0～10、10～20和20～50 cm)和凋落物样品,分析了土壤线虫群落结构、土壤环境因子及其相互关系。结果表明: 目标树经营提高了土壤线虫数量,其中对0～10 cm土层中线虫数量的影响最显著;采用目标树经营的处理以植食性线虫数量最多,对照以食细菌线虫数量最多。与对照相比,目标树10～20 cm土层的土壤线虫Shannon多样性指数、丰富度指数、成熟度指数和20～50 cm土层Shannon多样性指数显著提高。Pearson相关性分析和冗余分析显示,土壤pH、全磷、有效磷、全钾和速效钾是影响土壤线虫群落结构和群落组成的主要环境因子。目标树经营改善了土壤微环境,有利于土壤线虫生存和发展,推动了马尾松人工林的可持续发展。

关中平原土壤凝结水量及水汽来源特征

贾志峰, 陈丹姿, 王智, 刘鹏程, 刘鹏, 姚聪聪

2023, 34(2): 369-376. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.020

摘要 ( 158 )

PDF (2974KB) ( 22 )

为了明确关中平原土壤凝结水量及水汽来源,探究其在水量平衡中的意义,自制开口、上封、下封3种不同类型的微型蒸渗仪,选取典型试验点,采用称重法在2018年9月下旬—10月底及2019年3—5月进行凝结水野外观测。结果表明: 监测期内,在无降雨天气下凝结水每日均有发生,开口式、上封式、下封式处理观测的最大日凝结水量分别为0.38、0.27、0.16 mm,表明关中地区凝结水来源以土壤孔隙中的水汽为主,而利用开口式微型蒸渗仪对土壤凝结水的测定结果能够真实反映关中平原土壤凝结水量。监测期内,土壤凝结水量为14.94 mm,与同期降雨量(116.4 mm)之比为12.8%,大气水凝结与土壤孔隙水凝结的贡献比为0.59∶1。

白云岩坡地土壤流失空间分布特征及关键影响因子

蒙清梅, 付智勇, 邓羽松, 陈洪松

2023, 34(2): 377-386. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.023

摘要 ( 146 )

PDF (2559KB) ( 48 )

本研究选择典型白云岩坡地,在上、中、下坡各设置3个土壤流失监测微区(投影长2 m、宽1.2 m),连续观测2个水文年(2020—2021年),分析土壤流失量的动态变化及其关键影响因子。结果表明: 白云岩坡地不同坡位的土壤流失量依次为下坡半淋溶土(386 g·m^-2·a^-1)>中坡始成土(77 g·m^-2·a^-1)>上坡新成土(48 g·m^-2·a^-1)。沿坡向下,土壤流失量与土壤表层含水量、降雨量的正相关关系逐渐增加,而与最大30 min雨强的正相关性逐渐降低;影响上、中、下坡土壤流失的气象因子分别为最大30 min雨强、降雨量、平均雨强和表层土壤含水量。上坡土壤侵蚀过程主要由雨滴击溅及超渗产流驱动,而下坡主要由蓄满产流驱动。土壤剖面细土体积占比是控制白云岩坡地土壤流失的关键因子,其解释率达到93.7%。下坡是白云岩坡地土壤流失的关键部位,石漠化治理应基于不同坡位的侵蚀发生机理,因地制宜布设防控措施。

干湿交替条件下喀斯特峰丛洼地土壤裂隙发育规律

罗舒玉, 邓羽松, 陈洪松, 王金悦, 廖达兰

2023, 34(2): 387-395. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.018

摘要 ( 160 )

PDF (2489KB) ( 22 )

选择喀斯特峰丛洼地石灰岩、白云岩发育的耕地、果园、林地土壤模拟干湿交替试验,结合数字图像处理技术,研究了干湿交替条件下土壤表面裂隙发育规律。结果表明: 随干湿交替的进行,裂隙平均宽度以快-缓-慢的速率不断减小,在相同土地利用条件下呈现石灰岩>白云岩,在成土母岩相同的条件下呈现果园>耕地>林地土壤的规律。前4次干湿交替,白云岩发育的土壤破碎化程度、连通度高于石灰岩,裂隙发育玫瑰图存在显著差异;在后续循环中,大部分土样破碎化程度均增加,以母岩主导的差异逐渐减小,裂隙发育玫瑰图趋近,连通度呈现林地>果园>耕地的规律;在第4次循环后干湿交替使土体结构严重破坏,在这之前以毛管孔隙度、非毛管孔隙度等理化性质主导裂隙发育,之后裂隙发育更多取决于土壤的有机质含量及砂粒组成。

大兴安岭多年冻土区流域春季冻融期氮湿沉降与水体氮输出特征

蔡玉山, 王雯倩, 肖湘, 郎明翰, 段亮亮

2023, 34(2): 396-404. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.014

摘要 ( 155 )

PDF (3263KB) ( 42 )

氮(N)的输移过程是流域养分循环的重要组成部分,对全球氮循环有着极为重要的影响。本研究以大兴安岭多年冻土区典型小流域——老爷岭流域为对象,在2021年春季冻融期(4月9日—6月30日)对其降雨和逐日径流氮浓度进行观测,计算了氮湿沉降和径流氮输出通量。结果表明: 在春季冻融期,流域铵态氮、硝态氮和全氮湿沉降通量分别为695.88、448.72和1947.35 g·hm^-2;径流氮输出通量分别为86.37、186.87、1160.78 g·hm^-2;降雨量为氮湿沉降的主要影响因素;冻融循环期(4月9—28日)径流量是河流氮输出通量的主导因素,土层温度主要作用于径流量进而影响氮输出通量;融化期(4月29日—6月30日)氮输出通量受到径流量和径流氮浓度的共同影响;研究期内流域径流全氮输出通量占湿沉降的59.6%,流域具有较强的固氮潜力。研究结果对理解气候变化对多年冻土区流域氮循环的影响有重要意义。

氮输入对罗时江湿地沉积物N₂O生成过程及酶活性的影响

李佳琛, 侯磊, 王艳霞, 梁启斌

2023, 34(2): 405-414. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.012

摘要 ( 139 )

PDF (2203KB) ( 28 )

以洱海上游的罗时江湿地表层沉积物(0～5 cm)为研究对象,设置不同浓度(0、1、5和25 mg·kg^-1)的硝态氮(NO₃^--N)和铵态氮(NH₄⁺-N)输入,采用抑制剂法研究沉积物中硝化作用、反硝化作用、硝化细菌反硝化作用和其他作用对N₂O产生率的贡献,探讨N₂O生成与沉积物中羟胺还原酶(HyR)、硝酸还原酶(NAR)、一氧化氮还原酶(NOR)和氧化亚氮还原酶(NOS)活性的关系。结果表明: NO₃^--N输入显著增加了沉积物N₂O总产生率(1.51～11.35 nmol·kg^-1·h^-1),表现为N₂O释放;NH₄⁺-N输入降低了沉积物N₂O总产生率(-0.80～-0.54 nmol·kg^-1·h^-1),N₂O由释放转为吸收。NO₃^--N输入未改变硝化作用和硝化细菌反硝化作用对N₂O生成贡献的主导地位,其贡献率分别提高至69.5%和56.5%;NH₄⁺-N输入明显改变了沉积物中N₂O生成过程,硝化作用和硝化细菌反硝化作用由N₂O释放转为吸收。沉积物中N₂O总产生率与NO₃^--N输入量呈正相关,NO₃^--N输入显著增加了沉积物中NOR活性,降低了NOS活性,进而促进了N₂O生成;沉积物中N₂O总产生率与NH₄⁺-N输入量呈负相关,NH₄⁺-N输入显著增加了HyR和NOR活性,降低了NAR活性,进而抑制了N₂O生成。不同形态、浓度的氮输入通过影响沉积物中的酶活性,进而改变了N₂O生成的贡献程度及贡献模式,NO₃^--N输入显著促进N₂O生成,表现为N₂O“源”,NH₄⁺-N输入抑制N₂O生成,由N₂O“源”转为“汇”。

2000—2018年湛江通明海红树林破碎化及生态服务价值

唐道斌, 辛存林, 陈宁, 刘向军, 张亮

2023, 34(2): 415-422. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.022

摘要 ( 285 )

PDF (1907KB) ( 48 )

红树林有很高的生态服务价值,人类活动的破坏导致红树林大量减少及破碎化严重,致使生态服务价值受到巨大损失。本研究以湛江通明海红树林为例,基于2000—2018年高分辨率红树林分布数据,分析红树林破碎化特征和生态服务价值,并提出红树林恢复建议。结果表明: 2000—2018年,红树林面积减少1415.33 hm²,减少速率(78.63 hm²·a^-1)居全国第一。红树林的斑块数量和平均斑块大小分别从2000年的283个和1002 hm²变为2018年的418个和341 hm²。2000年最大的1个斑块在2018年变成29个小斑块,破碎化明显,连通性变差;总边缘、边缘密度和平均斑块大小是影响红树林自身服务价值的主导因子;红树林景观生态风险上升,湖光镇片区和东海岛西岸的中部破碎化速度快于其他地区。研究期间,红树林自身服务价值减少13.51亿元,其生态系统服务价值减少14.49亿元,特别是红树林的调节与支持服务价值减少最明显。湛江通明海红树林亟需恢复与保护,必须实施针对易被破坏的红树林斑块(如“孤岛”)的保护与再生计划,退塘还林、滩涂造林是行之有效的方法。本研究结果可为当地政府开展红树林恢复与保护工作、实现红树林可持续发展提供重要的参考。

滨海盐碱区土地利用功能权衡与协同关系及分区——以河北省黄骅市为例

叶静, 关瑜, 陈影

2023, 34(2): 423-432. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.024

摘要 ( 162 )

PDF (4114KB) ( 26 )

分析土地利用多功能演变有助于解决土地利用功能间关系表征混乱与土地利用结构不合理等问题。本研究以生态安全为视角,在对各项土地利用功能定量评估的基础上融合多源数据,采用波段集统计模型与双变量局部Moran I相结合的方法测度河北省黄骅市2000—2018年土地利用功能间权衡-协同关系演变特征,并划分出土地利用功能区。结果表明: 研究区生产功能-生活功能表现为权衡协同关系交替演变,多发生于南部地区等中心城镇区。生产功能-生态功能以协同关系为主,多发生于西部传统农业区域。生活功能-水源涵养功能协同程度先升后降,协同程度呈现明显区域差异。生活功能-土壤健康功能、生活功能-生物多样性功能以权衡关系为主导,多发生于西部盐碱地以及沿海区域。多项生态功能间表现为权衡、协同关系相互转化。黄骅市国土空间可划分为农业生产区、城镇发展核心区、城乡优化发展区、整治改良区、自然保护区、生态修复区6个类型区,各分区土地功能主导模式及优化对策存在差异。研究结果可为明晰土地功能关系以及优化国土空间开发格局提供科学参考。

放牧压力表述的分异及其适用场景

谷昌军, 张镱锂, 刘林山, 魏博, 宫殿清, 崔伯豪

2023, 34(2): 433-441. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.003

摘要 ( 150 )

PDF (1080KB) ( 23 )

高强度放牧被认为是造成草地退化的重要原因。放牧活动对草地生态系统影响的研究众多,但是对于放牧活动本身,特别是放牧压力的量化方法和梯度划分的研究相对不足。本研究检索了包含“放牧压力”“放牧强度”等关键词的中英文文献,并筛选出明确放牧压力具体量化方法和划分标准的中英文文献141篇,梳理了放牧压力的定义、量化方法和分级标准。结果表明: 当前研究中对于放牧压力的定义可以归结为两类:一是仅从放牧牲畜量的角度考虑当前草地生态系统中所承载的牲畜数量;二是从生态系统响应的角度考虑放牧对当前草地生态系统的影响或带来的后果。小尺度控制试验主要通过控制牲畜数量、放牧时长、放牧面积等方式量化和划分放牧压力,生态系统对放牧活动的响应也通过上述指标折算;大尺度的数据空间化方法则仅考虑单位面积的牲畜数量。遥感反演的方法则侧重于生态系统的响应,即放牧活动对草地的影响,但难以剥离气候因素。不同草地类型区放牧压力的量化标准存在较大的差异,即使相同草地类型区也存在较大的差异,这种差异与草地生产力直接相关。

生物炭和氮肥配施对夏玉米-冬小麦轮作体系耕层土壤质量的影响

史多鹏, 叶子壮, 李惠通, 吕慎强, 王林权, 周春菊

2023, 34(2): 442-450. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.013

摘要 ( 219 )

PDF (1299KB) ( 29 )

通过2年大田试验研究了氮肥和生物炭配施对西北旱地耕层土壤质量的影响。本试验为双因素裂区设计,主处理为5个施氮水平: 0、75、150、225和300 kg N·hm^-2;裂区处理为2个施生物炭水平: 0和7.5 t·hm^-2。在冬小麦-夏玉米两年轮作后采集耕层0～15 cm土壤样品,测定土壤理化性质和生物性质,并利用主成分分析和相关分析建立最小数据集(MDS),分析土壤质量对氮肥和生物炭的响应。结果表明: 氮肥和生物炭配施能够改善0～15 cm土壤物理性质,增加大团聚体含量,降低土壤容重,提高土壤孔隙度;二者均对土壤微生物生物量碳、氮影响显著。施用生物炭能够提高土壤脲酶活性及0～15 cm土壤养分和有机碳含量。从16个与土壤质量相关的指标中筛选出脲酶、微生物生物量碳、全磷、全氮、pH和速效钾6个指标构成MDS,并计算了土壤质量指数(SQI),其变化范围为0.14～0.87;225和300 kg N·hm^-2配施生物炭处理的SQI得分显著高于其他处理。施用氮肥和生物炭均可显著提高土壤质量指数,且二者具有交互效应,在高施氮量条件下二者的配施效果较佳。

节水补灌下施磷量对小麦不同茎蘖光合和衰老特性及产量的影响

惠凯善, 吴召汉, 张永丽

2023, 34(2): 451-462. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.015

摘要 ( 162 )

PDF (4934KB) ( 54 )

为明确节水补灌下小麦不同茎蘖籽粒产量对施磷量响应的生理机制,探明适宜的磷肥用量,以‘济麦22'小麦品种为供试材料,在节水补灌(W₇₀,拔节期和开花期将0~40 cm土层土壤含水量均补灌至田间饱和持水量的70%)和不灌水(W₀)条件下设置3个施磷量处理:低磷(90 kg P₂O₅·hm^-2,P₁)、中磷(135 kg P₂O₅·hm^-2,P₂)和高磷(180 kg P₂O₅·hm^-2,P₃),以不施磷为对照(P₀),研究了小麦不同茎蘖光合和衰老特性、各茎蘖籽粒产量及水分利用效率和磷肥利用效率。结果表明: 节水补灌和不灌水条件下,P₂的主茎、Ⅰ和Ⅱ蘖(着生于主茎第1、2片真叶叶腋中的一级分蘖)旗叶叶绿素相对含量、净光合速率、蔗糖含量、磷酸蔗糖合成酶活性、超氧化物歧化酶活性和可溶性蛋白质含量均高于P₀和P₁,这是其主茎、Ⅰ和Ⅱ蘖穗粒重较高的主要生理原因,但均与P₃无显著差异。节水补灌下,P₂较P₀和P₁提高了主茎、Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ蘖(着生于主茎第3片真叶叶腋中的一级分蘖)籽粒产量,较P₃提高了Ⅱ和Ⅲ蘖籽粒产量,公顷籽粒产量比P₀、P₁和P₃分别高49.1%、30.5%和8.9%,水分利用效率和磷肥农学效率最高;不灌水下,P₂较P₀和P₁提高了主茎、Ⅰ和Ⅱ蘖籽粒产量,较P₃提高了Ⅱ蘖籽粒产量,公顷籽粒产量、水分利用效率和磷肥农学效率均高于P₀、P₁和P₃。各施磷处理下节水补灌的小麦公顷籽粒产量、磷肥农学效率和水分利用效率均高于不灌水处理。节水补灌下中磷施磷处理(135 kg·hm^-2)是本试验条件下高产高效的最佳处理。

水分胁迫下冬小麦脯氨酸含量高光谱监测

谢永凯, 宋晋瑶, 刘敏, 孟万忠, 冯美臣, 王超, 杨武德, 乔星星, 杨晨波

2023, 34(2): 463-470. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.021

摘要 ( 175 )

PDF (1994KB) ( 31 )

干旱灾害频发会严重影响冬小麦的生长发育。通过干旱灾害的模拟,进行不同水分胁迫处理(田间持水量的80%、60%、45%、35%、30%),测定冬小麦游离脯氨酸含量(Pro),研究水分胁迫下冬小麦Pro含量对冠层光谱反射率的响应,通过相关分析法和逐步多元线性回归(CA+SMLR)、偏最小二乘法和逐步多元线性回归(PLS+SMLR)、连续投影算法(SPA)对Pro高光谱特征区域及波段进行提取,使用偏最小二乘回归(PLSR)和多元线性回归(MLR)方法建立Pro预测模型。结果表明: 水分胁迫下,冬小麦Pro含量出现了一定积累,冠层光谱反射率在不同波段范围内发生了规律性变化,说明冬小麦Pro含量对水分胁迫响应敏感。相关分析发现,Pro含量与冠层光谱反射率红边区域的相关性较高,且754、756和761 nm波段对Pro含量变化敏感。构建的PLSR模型表现较好,MLR模型次之,但均有着较好的预测能力和较高的预测精度,说明利用高光谱技术对冬小麦Pro含量进行快速无损监测是可行的。

果树-覆盖作物可持续种植体系土壤碳氮固存及其影响因素

李文慧, 林妍敏, 南雄雄, 王芳, 朱丽珍

2023, 34(2): 471-480. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.017

摘要 ( 146 )

PDF (4296KB) ( 42 )

基于1990—2020年间已发表的文献数据,应用荟萃分析综合量化种植覆盖作物对中国果园土壤碳氮储量的影响,并分析其影响因素。结果表明:与清耕相比,种植覆盖作物能显著增加土壤碳氮储量,增加效应分别为31.1%和22.8%。与非豆科作物相比,种植豆科作物使土壤有机碳和全氮储量分别提高4.0%和3.0%;覆盖年限为5～10年时对土壤碳氮储量的增加效应最显著,分别增加58.5%和32.8%。土壤基础条件较差的地区(初始有机碳<10 g·kg^-1,初始全氮<1.0 g·kg^-1)土壤碳氮储量增加效应最高,分别达32.3%和34.1%;此外,黄河中下游年均温度(10～13 ℃)和年均降水(400～800 mm)条件适宜的地区土壤碳氮储量增加效应更明显。综上,果园土壤碳氮储量的协同变化关系受到多种因素的影响,果树间套作覆盖作物是提升土壤碳氮固存的有效途径。

有机肥替代部分化肥对芒果丛枝菌根真菌群落的影响

江尚焘, 栗晗, 彭海英, 梅新兰, 陈廷速, 徐阳春, 董彩霞, 沈其荣

2023, 34(2): 481-490. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.011

摘要 ( 172 )

PDF (1655KB) ( 48 )

农业生产施肥造成的养分富集会降低丛枝菌根真菌(AMF)的多样性。为了探究有机肥替代部分化肥对AMF的影响,本研究开展两年的芒果田间试验,以单施化肥为对照,设置两种有机肥(普通商品有机肥和生物有机肥)与12%(低)和38%(高)有机肥替代化肥处理,采用高通量测序技术比较不同施肥措施对芒果根内和根际土壤AMF群落特征的影响。结果表明: 在总养分投入相当的情况下,有机肥替代部分化肥对芒果产量和品质有一定的改善作用。施用有机肥可以有效增加芒果AMF的物种丰富度,且AMF的多样性与部分果实品质指标呈显著正相关。与单施化肥相比,高有机肥替代比例能够显著改变芒果根内AMF群落,但对根际土壤AMF群落没有显著影响。生物有机肥处理较普通商品有机肥处理能够富集更多的AMF物种,并形成更复杂的AMF共发生网络。综上,高比例有机肥替代化肥能够在改善芒果产量和品质的同时维持AMF的物种多样性,并且有机肥对AMF群落的改变优先在根内发生。

不同城市功能区实施屋顶绿化的雨洪调控效应比较

凌子尧, 彭立华, 文慧

2023, 34(2): 491-498. doi:10.13287/j.1001-9332.202303.019

摘要 ( 149 )

PDF (870KB) ( 29 )

全球气候变化及城市地表硬质化加剧了城市雨洪风险,屋顶绿化作为一种低影响开发措施,可有效削减暴雨径流,为雨水进入城市管网树立第一道屏障。本研究采用CITYgreen模型,模拟分析南京新、旧居住区和商业区实施屋顶绿化对地表径流等水文参数的影响,比较不同功能区屋顶绿化的雨洪调控效应差异,分析功能区内部不同屋顶绿化之间以及屋顶绿化与地面绿化的雨洪效应差异。结果表明: 南京市典型老居住区、新居住区及商业区实施屋顶绿化可使透水面比例分别增加28.9%、12.5%和49.2%。在一次重现期2年历时24 h(雨量72 mm)的降雨事件中,3个样区所有建筑实施屋顶绿化可使地表径流量减少0～19.8%、洪峰流量下降0～26.5%,相当于建造了容量为223～2299 m³的调蓄设施。3个样区实施屋顶绿化的雨洪调控效应排序为:商业区>旧居住区>新居住区;草坪型屋顶绿化的单位面积雨洪调控量相当于花园型的78.6%～91.7%;屋顶绿化的单位面积雨洪调蓄量为地面绿化的31%～43%。研究结果可为基于雨洪管理的屋顶绿化选址、可持续设计及激励措施制定提供科学指导。

辽宁省碳排放影响因素及情景预测

牛乐, 张丽霞, 郗凤明, 王娇月

2023, 34(2): 499-509. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.001

摘要 ( 278 )

PDF (831KB) ( 62 )

辽宁省是用能与碳排放大省,其碳排放管理对我国碳达峰与碳中和目标实现至关重要。为明晰辽宁省碳排放驱动因素及排放趋势,本研究以辽宁省1999—2019年碳排放数据为基础,运用STIRPAT模型,分析人口、城镇化率、人均GDP、第二产业增加值占比、单位GDP能源消耗量和煤炭消费量占比6个因素对辽宁省碳排放量的影响,分别将各因素设置高、中、低3种发展模式,组合得到9种情景,预测不同情景下辽宁省碳排放变化趋势。结果表明: 辽宁省碳排放的主要驱动因素是人均GDP,主要抑制因素是单位GDP能耗;9种情景下,辽宁省碳达峰年在2020—2055年之间波动,碳排放峰值在5.44~10.88亿吨。中增长高减排情景下,辽宁省可通过优化能源结构和控制能源消费强度,在不影响经济发展的前提下实现2030年碳达峰目标,达峰年二氧化碳碳排放量为6.11亿吨,是辽宁省的最优碳排放情景。本研究可为辽宁省碳减排工作寻求最佳路径,为实现碳达峰与碳中和目标提供参考依据。

盐城滨海湿地獐栖息地选择的季节变化

陈国远, 王成, 陈浩, 苏越, 於冉, 徐晓华

2023, 34(2): 510-518. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.026

摘要 ( 160 )

PDF (2698KB) ( 78 )

盐城滨海湿地是野生獐主要的栖息地和繁殖地之一。本研究基于GPS-GSM跟踪数据,利用栖息地选择指数和MaxEnt模型模拟分析獐在不同季节适宜的栖息地分布以及主要影响因子。结果表明: 獐主要利用芦苇沼泽作为栖息地,春夏季和秋冬季利用率分别为52.7%和62.8%;MaxEnt模型在春夏季和秋冬季模拟的受试者工作特征下面积值分别为0.873和0.944,显示出较高的预测精度;春夏季,獐栖息地次适宜和最适宜类型以芦苇沼泽、农田和坑塘水面为主,秋冬季以芦苇沼泽和坑塘水面为主,面积仅相当于春夏季的5.7%和8.5%;定位点到芦苇距离、到米草距离、生境类型、到水面距离和到居民地距离是影响春夏季獐分布的主要环境变量,上述5个变量以及植被高度是影响秋冬季獐分布的主要环境变量。本研究为后续盐城滨海湿地獐种群保护以及栖息地精细化管理提供了重要参考。

黄海南部及东海黄鮟鱇时空分布

袁兴伟, 姜亚洲, 高小迪, 杨林林, 刘尊雷, 程家骅

2023, 34(2): 519-526. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.034

摘要 ( 143 )

PDF (2286KB) ( 33 )

为探究黄鮟鱇栖息地时空分布特征,根据2018年11月(秋季)和2019年1月(冬季)、5月(春季)、8月(夏季)在黄海南部和东海开展的近海渔业资源大面定点底拖调查资料和同步采集的底层水温、底层盐度、底层溶解氧及水深数据,利用提升回归树(BRT)模型确定各环境因子的权重,分别选用算术平均法(AMM)和几何平均法(GMM)构建不同季节黄鮟鱇栖息地适宜性指数(HSI)模型,并通过交叉验证对模型输出结果进行比较分析。结果表明: 2018—2019年黄鮟鱇最适栖息地存在季节差异。春季,黄鮟鱇最适栖息于49 m以浅的长江口及江苏近海浅水区;夏、秋季最适栖息于底层水温8.9～10.9 ℃的黄海东南部深水区;冬季最适栖息于9.2～12.7 ℃的黄海南部和东海北部深水区。BRT模型分析结果显示,春季对黄鮟鱇总偏差贡献率最大的是水深,其余3季贡献率最大的均为底层水温。交叉验证发现,除夏季外,运用AMM算法且赋予权重的HSI模型拟合效果更优。黄海南部和东海黄鮟鱇的时空分布特征与其生态习性及环境因子密切相关。

基于耳石和鱼体形态的东海海域两种方头鱼判别

玄文丹, 谢玉, 朱凯, 朱文斌, 李鹏飞, 赵艺翔

2023, 34(2): 527-534. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.031

摘要 ( 134 )

PDF (907KB) ( 31 )

种类判别是渔业资源评估的基础,为了有效区分东海海域日本方头鱼和白方头鱼,根据2021年8—10月在27°30′—30°00′ N、123°00′—126°30′ E海域获取的399尾方头鱼样品(日本方头鱼187尾、白方头鱼212尾),利用框架测量法测得耳石形态的28个可量性状和鱼体形态的55个可量性状,并对其进行差异性分析和逐步判别分析。差异性分析结果显示,两种方头鱼的耳石形态在前端、后端、腹侧和背侧存在差异,鱼体形态在鱼的头部、躯干部和尾部存在差异;逐步判别分析结果显示,基于耳石和鱼体形态参数的判别正确率分别为85.1%和94.0%,而基于两种形态参数的综合判别正确率达到98.0%。研究表明,利用耳石或鱼体形态特征均可对两种方头鱼进行有效判别,且结合多种形态特征参数进行判别将进一步提升判别的准确性。

乌贼类产卵附着基的类型、功能和应用

梁君, 吴天, 周永东, 胡扬杰, 徐开达, 张涛

2023, 34(2): 535-546. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.032

摘要 ( 158 )

PDF (2951KB) ( 22 )

乌贼类受精卵为黏性卵,乌贼亲体偏好于将卵产在附着基上,适宜的附着基有助于提高亲体产卵数量和受精卵孵化率。在没有充足附着基的情况下,乌贼类产卵数量将会减少甚至推迟产卵。随着海洋自然保护地建设和人工增养殖技术研究不断推进,国内外专家学者围绕乌贼类资源增殖,对不同类型和不同构型的附着基进行了研究。本研究基于乌贼类的产卵繁殖习性,依据附着基的来源,将乌贼类产卵附着基分为天然和人工两种类型,通过对比分析,从相同点、不同点与优劣势角度对全球范围内近海常见经济乌贼类产卵附着基进行总结,梳理了两种不同类型附着基的功能,并论述了乌贼类产卵附着基在天然产卵场修复和人工增养殖中的实际应用。在全面了解乌贼类附着基的同时对未来研究方向提出了几点思考,旨在为乌贼类的生境营造、增养殖以及渔业资源的可持续发展提出合理建议。

我国生态脆弱区生态技术分类体系研究进展

张鹏, 吴春生, 朱毕生, 刘芳, 路荣荣, 赵忠旭

2023, 34(2): 547-554. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.019

摘要 ( 185 )

PDF (2579KB) ( 59 )

生态技术是生态脆弱区生态环境治理和恢复的核心,合理的分类方法是对生态技术归纳和总结的基础,其在归类解决生态环境问题和评价生态技术实施效果方面具有重要的意义,然而目前仍没有关于生态脆弱区生态技术分类的统一标准。本文从生态技术分类的视角出发,概述了生态技术的概念及相关分类方法,针对生态技术相关分类体系的现状及不足,提出了一个适合我国生态脆弱区生态技术界定和分类的体系,并分析了该体系的实用性及应用前景,以期为我国生态技术分类管理和推广应用提供参考。

城市生态系统碳汇固碳能力计算方法与影响因素研究进展

石铁矛, 王迪, 汤煜, 李沛颖, 初亚奇

2023, 34(2): 555-565. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.002

摘要 ( 463 )

PDF (1510KB) ( 138 )

实现碳中和目标是当前我国一项紧迫、复杂和艰巨的任务,如何有效发挥城市生态系统的固碳功能,提升城市生态系统碳汇的固碳能力成为了迫切需要解决的问题。与其他陆地生态系统类型相比,频繁的人为活动导致城市生态系统碳汇要素更加丰富,影响其固碳能力的因素也更加复杂。目前,基于多个时空尺度的研究,从不同的角度提出了影响城市生态系统碳汇固碳能力的关键因素。本文阐述了城市生态系统碳汇的构成与特征,总结了城市生态系统碳汇固碳能力核算的方法及其特点,揭示了不同碳汇要素固碳能力的影响因素以及人为活动影响下城市生态系统碳汇的综合影响因素。随着对于城市生态系统碳汇认识的不断提高,应当进一步完善人工碳汇系统固碳能力核算方法,探寻综合碳汇固碳关键影响因素,研究方法由全局向空间加权转变,探明人工与自然碳汇系统的空间耦合关系,找到实现固碳能力提升的最优人工-自然空间配置,从而突破城市生态系统碳增汇的瓶颈,助力城市碳中和目标的实现。

降水氢氧稳定同位素景观图谱方法与应用

王圣杰, 王立伟, 张明军

2023, 34(2): 566-576. doi:10.13287/j.1001-9332.202302.016

摘要 ( 367 )

PDF (580KB) ( 48 )

降水氢氧稳定同位素景观图谱将同位素示踪技术与空间视角相结合,有助于认识水体在不同区域的源汇关系,理解大气、水文和生态过程中的同位素分馏,揭示地球表层水循环的格局、过程和机制。本文回顾了降水同位素景观图谱制图数据和制图方法的发展,梳理了降水同位素景观图谱的应用领域,提出了未来的研究方向。目前降水同位素景观图谱的主要制图方法可以分为空间插值法、动力模拟法和人工智能法,尤其以前两种方法应用比较广泛,应用领域则主要涉及大气水循环、流域水循环、动植物溯源和水资源管理4个方面。未来应重视同位素观测数据的整编及数据时空代表性的评估,加强长时间序列产品的研发和不同水体之间空间关联的定量研究。

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