应用生态学报

第35卷第1期目录

2024, 35(1): 0-0.

摘要 ( 15 )

PDF (17854KB) ( 25 )

论沙丘植被过程的基本生态关系

刘志民, 余海滨, 汪海洋

2024, 35(1): 1-7. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.029

摘要 ( 30 )

PDF (3625KB) ( 48 )

沙丘生态系统常常被认为是一种退化生态系统,自然植被恢复和稳定人工植被构建是沙丘生态系统恢复的基本手段。本文基于对沙丘生态系统长期研究结果,依从对立统一、动态变化哲学原理,结合相关生态学理论,从沙丘生态系统的独特性出发,提出了进行植被塑造过程研究需要注意的若干生态关系。论述了尺度-格局-过程的耦联关系和协同-权衡关系的转化在植被塑造过程研究中的必要性,阐释了区分沙丘流动与沙丘固定、干扰与胁迫、风蚀与沙埋在植被过程研究中的重要性,并探究了生态位法则或中性法则在沙丘植被过程研究中的应用价值,从适沙性与耐旱性、生理与繁殖过程、有性与无性繁殖等方面论述了沙丘植被塑造过程研究应关注的问题,旨在为沙丘生态系统植被自然恢复和稳定植被建设搭建理论构架。

中国从防沙治沙到管沙用沙的演变过程与实现路径

钱贵霞, 王晓欣, 李武, 张倩霓

2024, 35(1): 8-16. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.030

摘要 ( 25 )

PDF (3139KB) ( 16 )

生态文明建设强调“山水林田湖草沙”一体化保护,也是中国干旱区实施防沙治沙工程的重要理念。但过去在防沙治沙的过程中忽略了管沙和用沙,即各环节之间尚未有效衔接,未能实现长效、高效的风沙防治。本文结合钱学森对“沙产业”的理解,从技术和实践的互动、政策指导战略化发展的历史演变视角,综合论述了“久久为功”的中国治沙奇迹,界定了防沙、治沙、管沙、用沙的概念,分析了4个环节之间的耦合协调关系和基于生态产业链发展的科学原理,提出了以高效管沙为核心、防沙为基础、治沙为渠道、长效用沙为根本的政策性和市场化实现路径,以期为创造中国防沙治沙新奇迹提供理论和实践指导。

半干旱风沙区“山水林田湖草沙”建设中防护林营建的原理与方法

吴德东, 刘志民, 曹宇

2024, 35(1): 17-24. doi:10.13287/j.1001-9332.202402.009

摘要 ( 26 )

PDF (2629KB) ( 7 )

本文以半干旱风沙区山水林田湖草沙建设中的“防护林”为核心关注点,确立防护林营建的系统观念,阐述防护林营建必须坚持科学统筹、系统治理的原则,以及符合水资源承载力约束、满足沙尘防控需求、保证绿化美化效果、兼顾经济效益提高的原理。具体应以防护林类型与时空配置为基础,采用防护林营建理论与技术,组合形成不同结构和服务功能的防护林类型,实现防护林的功能目标。围绕人、林、草、田、水、沙关键要素,体现营建防护林的时效性、实用性与科学性,提出农田防护林、草牧场防护林、防风固沙林、环村(城)防护林的营建方法,为高质量建设北方绿色生态屏障提供生产技术支撑。

从科尔沁草原到科尔沁沙地的思考

张铜会, 丛安琪, 连杰, 徐远志, 王宁

2024, 35(1): 25-30. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.032

摘要 ( 18 )

PDF (902KB) ( 13 )

本文首先从定义、空间范围以及土地退化演变等方面对科尔沁草原与科尔沁沙地进行了较为系统的阐述和分析对比,科尔沁草原是一个以蒙古族部落名称命名兼具地理单元特征的区域,但边界不清晰;科尔沁沙地是借用部落名称但具有独立地形地貌单元的区域,边界明确。科尔沁草原与科尔沁沙地既有交叉又有不同的两个空间区域。科尔沁草原区域大、范围广,而科尔沁沙地范围小但区域特色明显,已成为研究土地沙漠化发展与恢复的典型区域。以此为基础, 回顾和总结了多年来科尔沁草原和科尔沁沙地相关的综合治理技术、模式以及取得的成效,整理归纳了今后沙地综合治理的焦点及亟待解决的问题,以期为当前科尔沁沙地歼灭战服务。

科尔沁沙地植被重建对土壤固氮和固碳菌群的影响

王子擎, 张颖, 王扬, 崔娅楠, 曹成有

2024, 35(1): 31-40. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.028

摘要 ( 18 )

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为掌握风沙土固氮和固碳微生物多样性以及人工植被类型对菌群结构的影响,在科尔沁沙地典型植被重建区选择相同年限的小叶锦鸡儿、差巴嘎蒿、小黄柳、山竹岩黄蓍、小叶杨和樟子松人工固沙林以及毗邻的天然榆树疏林为对象,以nifH和cbbL基因为标记,采用高通量测序技术分别研究了不同固沙植被类型土壤固氮和固碳菌群结构和多样性。结果表明: 植被类型对土壤理化性质、生物活性、固氮及固碳菌的多样性和菌群结构均有显著影响;小黄柳和小叶杨固沙林土壤固氮菌多样性显著高于其他植被;而樟子松和小叶杨固沙林土壤固碳菌多样性最高;斯克尔曼氏菌属、慢生根瘤菌属、固氮螺菌属和广泛固氮氢自养单胞菌属等是风沙土固氮菌群的优势菌属,平均相对优势度分别为22.3%、21.5%、20.8%和17.8%;假诺卡氏菌属、中慢生根瘤菌属、贪铜菌属、慢生根瘤菌属等是固碳菌群的优势菌属,平均相对优势度分别为22.4%、18.5%、10.5%和6.0%。小叶锦鸡儿植被区土壤固氮菌、小黄柳和小叶杨植被区固碳菌的群落结构已基本恢复到天然榆树疏林水平。影响固氮菌群结构的主要土壤因子为有机质、NH₄⁺-N和全磷,而影响固碳菌群的为pH、土壤含水率和速效磷。研究结果可为沙地植被重建生态效益的评估提供科学依据。

辽西北荒漠化区植物群落分异

陈晴, 王佳啸, 王一凡, 王杨, 王艳

2024, 35(1): 41-48. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.002

摘要 ( 18 )

PDF (796KB) ( 10 )

荒漠化区植物群落研究是评价区域生态环境质量和开展荒漠化防治的科学基础,本研究按经度将辽西北荒漠化区划分为东部(122°50′37″—123°49′40″ E)、中部(121°16′41″ —122°35′00″ E)和西部(119°20′03″ —120°02′41″ E)3个区域,对植物群落进行调查。结果表明: 乔木林所占比例及郁闭度自西向东增加;东部区域多为樟子松林和杨树林,中部区域多为油松林和杨树林,西部区域则多为油松林和西伯利亚杏林。灌丛在东部、中部和西部区域占比分别为0、22.2%和28.0%。东部和中部区域的草地多由人为扰动后形成。物种数量为中部区域(110种)＞西部区域(88种)＞东部区域(75种)。东部和中部区域都以一年生植物占比最高,分别为68.2%和66.7%,西部区域则以地面芽植物最占优势(36.3%);小高位芽植物、矮高位芽植物、地上芽植物和地下芽植物的比例从东向西逐渐升高。物种数量、Shannon指数和Simpson指数均以中部区域最高,Pielou均匀度指数则从东向西逐渐升高。β多样性指数显示,东部与西部区域之间的群落相似性最小,中部与西部区域的群落相似性较高。中部区域的群落类型、物种数量、物种构成特征及物种多样性均呈现出了生态过渡带的特征。总体上,辽西北荒漠化区植被状况良好,但存在乔木林垂直结构简单、树种组成单一、人为干扰较为严重等问题。

辽西北沙化土地植被生产力关键影响因素

刘洪顺, 布仁仓, 王正文, 常禹, 熊在平, 齐丽, 高越

2024, 35(1): 49-54. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.009

摘要 ( 13 )

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本研究基于土壤理化性质数据、地形数据、气候数据和植被自身特征,分别从区域尺度、像元尺度和样地尺度分析辽宁省西北部沙化土地的植被生产力,揭示影响沙化土地植被生产力的关键因素。在区域尺度,建立随机森林模型,探究地形因子、气候因子和植被自身特征对植被生产力的影响;在像元尺度,对植被覆盖度与气候因子进行相关性分析;在样地尺度,将234个样本的土壤理化性质与地形因子和植被自身特征相结合,采用随机森林模型计算各因子的重要值。结果表明: 当模型中只考虑土壤养分,不考虑其他因子时,土壤养分能解释24.8%的净初级生产力空间变化;当模型中增加地形因子时,模型可解释40%的净初级生产力空间变化;当模型中增加植被覆盖度和叶面积指数时,模型可解释72.8%的净初级生产力空间变化。综合分析,植被覆盖度、叶面积指数是影响研究区植被生产力最重要的因子,其次为地形因子,气候因子影响较小。

不同培肥模式对辽西北沙化草地土壤改良与植被恢复的影响

张秀颖, 蔡江平, 王聪, 江志阳, 李慧, 王正文, 姜勇, 张玉革

2024, 35(1): 55-61. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.016

摘要 ( 19 )

PDF (1079KB) ( 12 )

培肥是辽宁省西北部风沙区生态恢复的关键措施之一。本研究以辽西北沙化草地为对象,设置施用无机肥(氮磷钾肥)、有机肥、有机肥+无机肥配施、有机肥+生物有机基质(γ-聚谷氨酸)配施处理,以不施肥为对照,分析不同培肥模式下土壤有机质及养分含量、地上植被盖度和生物量的变化特征,以筛选辽西北沙化草地适宜培肥模式。结果表明: 与对照相比,施用无机肥能够快速提升地上植被盖度和生物量,但施用高量无机肥(150 kg N·hm^-2)会导致土壤pH降低及Ca²⁺的淋失;施用有机肥提高了土壤有机质含量,显著提高了土壤交换性K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺含量及地上植被盖度和生物量,以有机肥配施γ-聚谷氨酸处理效果最好。在不加生物有机基质的培肥处理中,低量无机肥(50 kg N·hm^-2)与中量有机肥(30000 kg·hm^-2)配施对天然草地的快速、稳定性恢复效果最好,若配施有机基质(60 kg·hm^-2γ-聚谷氨酸),则能够起到更好的土壤改良与养分调控作用。

晋西北丘陵风沙区柠条锦鸡儿人工林植被和土壤随林龄变化特征

王国华, 王佳琪, 刘婧

2024, 35(1): 62-72. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.004

摘要 ( 25 )

PDF (2517KB) ( 15 )

以晋西北丘陵风沙区不同林龄(6、12、18、40和50年)柠条锦鸡儿人工林为研究对象,分析其土壤养分和植物群落变化特征。结果表明: 土壤有机碳和全氮随着林龄的增加而增加,在40和50年时养分含量显著高于其他林龄,且土壤表层(0～10 cm)有机碳和土壤全氮恢复远快于其他土层,表层土壤养分计量比C∶P、N∶P在不同林龄间存在显著差异。随着林龄的增加,柠条锦鸡儿叶片C、N含量显著增加,在50年时达到最大值;叶片P含量先增加后减少,18年时达到最大值;叶片C∶N先增加后减少,12年时达到最大值;而光合色素含量、C∶P、N∶P均先减少后增加,18年时为最小值。林龄小于40年的柠条锦鸡儿主要受土壤N的影响,大于40年主要受P限制。柠条锦鸡儿林下一年生和多年生草本植物种类数量、密度、盖度均随林龄增加而增加,植物群落逐渐由简单的灌木向复杂的灌草群落演变。柠条锦鸡儿与草本植物生物量随着林龄的增加显著增加,且均与土壤有机碳、全氮含量和N∶P呈显著正相关关系。

东北半干旱区外来植物入侵现状评估

张悦, 马巍格, 刘谷娥, 周全来, 郭佳, 曹伟

2024, 35(1): 73-79. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.001

摘要 ( 16 )

PDF (660KB) ( 10 )

外来入侵植物在东北半干旱区早有发现,但总体入侵现状却鲜有报道。本研究通过野外调查、标本采集、查阅标本平台和文献资料,建立了东北半干旱区外来入侵植物数据库。结果表明: 东北半干旱区外来入侵植物共10科26属34种,其中菊科植物居多,有9个属(34.6%)11个种(32.4%);豆科、茄科、禾本科有11个属(42.3%)15个种(44.1%);入侵植物中草本植物有33种,占绝对优势(97.1%)。入侵等级为1级和2级的全国性入侵植物各有7种,均占总数的20.6%;入侵等级为4级的种数最多,有17种,占总数的50%。源于北美洲和欧洲的外来入侵植物最多,占64.7%,而源于南美洲、亚洲和非洲的外来入侵植物共占35.3%。44.1%的外来入侵植物是有意引入,而无意引入的占55.9%。东北半干旱区81.3%的县(市)有外来入侵植物分布,入侵形势十分严峻。

半干旱区植被覆盖时空变化特征及其对气候变化的响应: 以锡林郭勒盟为例

李京忠, 辛振华, 谢潇, 薛冰, 任婉侠

2024, 35(1): 80-86. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.020

摘要 ( 25 )

PDF (3307KB) ( 18 )

定量分析植被覆盖时空特征及其与气候因素的关系,对精准把握半干旱区生态环境、生态文明建设和可持续发展具有重要意义。本研究基于MODIS-NDVI、气温、降水和数字高程模型等数据,采用趋势分析、回归分析以及偏相关分析法,研究了2000—2020年间锡林郭勒盟植被归一化植被指数(NDVI)的时空变化及其对气候的响应。结果表明: 2000—2020年,锡林郭勒盟植被覆盖呈增加趋势,大致表现为稳定波动、快速增长和稳步增长3个变化阶段;锡林郭勒盟植被NDVI均值在空间上由西南向东北呈带状递增分布,并与高程和人口密度有较强的相关性;植被NDVI高值区主要集中在东部,且有明显增加趋势,低值区主要集中在西南部,且有局部退化现象;植被覆盖对气候变化响应的敏感度在空间和时间上各不相同,在空间变化上对气温较为敏感,在年际变化上对年均降水量较为敏感。锡林郭勒盟植被覆盖整体变好,但局部地区存在退化,应制定区域空间差异化、精准化的植被恢复和生态环境保护政策。

东北地区极端大风时空分布特征及其对风蚀量的影响

李方昊, 范昊明, 石昊, 许秀泉

2024, 35(1): 87-94. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.024

摘要 ( 20 )

PDF (3756KB) ( 10 )

气候变化背景下东北地区极端大风事件频发,由极端风蚀事件造成的水土流失逐渐引起了相关学者的广泛关注。本研究使用线性分析、Sen+Mann-Kendal趋势分析、Kriging插值法对2005—2020年东北地区极端大风时空特征进行分析,并使用RWEQ风蚀估算模型计算典型风蚀站点的全年土壤风蚀量和极端大风条件下的风蚀量。结果表明: 2005—2020年间,东北地区极端大风频次呈显著上升趋势,上升幅度为2.9次·a^-1。东北地区极端大风频次的年均值在1～49次·a^-1,频次高值区分布在锡林郭勒西北部、呼伦贝尔高原西部及长白山东北部等地。4个典型风蚀点(锡林浩特、新巴尔虎右旗、嫩江、通榆)极端大风对土壤风蚀量的平均贡献率为31%。

煤矿排矸场对周边土壤种子库及植被分布格局的影响

林雅超, 郭小平, 李文烨, 杨帆, 罗超, 郝嘉航, 吴禹希

2024, 35(1): 95-101. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.005

摘要 ( 19 )

PDF (800KB) ( 8 )

煤矿排矸场的长期占压会破坏周边的生态环境,然而,排矸场如何影响周边土壤种子库和植被的空间分布格局尚不清楚。本研究以宁夏灵武市宁东矿区羊场湾第二排矸场为对象,通过调查排矸场周边不同距离的土壤种子库及地上植被,探究排矸场对土壤种子库及地上植被的植物种类和密度分布的影响机制。结果表明: 土壤种子集中分布在0～10 cm土层,随土壤深度增加而降低。随着与排矸场距离增加,土壤种子库和地上植被的植物多样性和密度随之增加后趋于稳定,排矸场对土壤种子库影响范围达300～500 m,对地上植被影响范围达100～300 m。排矸场对土壤种子库垂直分布格局影响不显著,对土壤种子库及地上植被的水平分布格局影响显著,排矸场植被恢复的重点区域是周边的100 ～300 m范围。

土壤微生物碳泵概念体系2.0

朱雪峰, 孔维栋, 黄懿梅, 肖可青, 罗煜, 安韶山, 梁超

2024, 35(1): 102-110. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.018

摘要 ( 36 )

PDF (892KB) ( 27 )

土壤微生物在陆地生态系统元素循环中扮演着关键角色,对土壤健康、粮食安全和全球气候变化发挥着重要的调节作用。土壤微生物同化代谢产物对土壤碳储存与有机质维持的贡献不容忽视。近年来,以微生物代谢和死亡残体生成过程为核心提出的土壤微生物碳泵概念体系得到了广泛关注,它主要描述了以土壤异养微生物代谢为驱动的土壤有机碳形成和稳定化过程,是目前陆地生态系统碳固存的重要机制体系与研究热点。本文对该体系的研究进展进行了梳理,并提出了引入自养微生物固碳通道与结合土壤矿物碳泵概念的土壤微生物碳泵概念体系2.0,以期丰富和完善现有的微生物介导的陆地生态系统土壤碳循环与固持机制,为实现我国“双碳”目标提供理论支撑。

植物源和微生物源土壤有机碳转化与稳定研究进展

杨阳, 王宝荣, 窦艳星, 薛志婧, 孙慧, 王云强, 梁超, 安韶山

2024, 35(1): 111-123. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.011

摘要 ( 49 )

PDF (2449KB) ( 50 )

土壤有机碳库是陆地生态系统碳汇的重要组成部分,探明土壤有机碳的转化与稳定机制是深入理解陆地生态系统碳汇功能及应对气候变化的关键。近年提出的“土壤微生物碳泵”理论,即:植物残体是土壤有机碳的初始来源,微生物同化产物也是土壤稳定有机碳库的重要贡献者,对土壤有机碳的固存机制提出了新的见解。由于植物残体分解过程的复杂性、多变性以及参与分解过程的微生物种群的高异质性,植物残体和微生物残体向土壤有机碳的转化和稳定机理尚不十分明确。本文阐述了植物残体和微生物残体定量的表征方法以及它们在土壤中的稳定机制,探讨了植物和微生物源残体碳对土壤有机碳的贡献及其在土壤有机碳积累过程中的主要影响因素,最后对该研究领域未来的发展方向和研究重点进行展望,以期为陆地生态系统土壤固碳研究提供科学支撑。

黄土高原不同植被类型土壤微生物残体碳的积累及其对有机碳的贡献

申继凯, 黄懿梅, 黄倩, 徐凤璟

2024, 35(1): 124-132. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.014

摘要 ( 23 )

PDF (1716KB) ( 18 )

微生物残体碳是土壤有机碳的重要来源。黄土高原自退耕还林(还草)以来土壤碳储量显著增加,但不同植被类型土壤微生物残体碳对有机碳积累的贡献及其影响因素尚不明晰。本研究利用生物标志物(氨基糖)技术,测定黄土高原天然草地、柠条灌丛、辽东栎林地0～5和5～20 cm土层土壤中的微生物残体碳含量,并分析其与土壤理化指标的关系,探究不同植被类型土壤中微生物残体碳对有机碳的贡献及其影响因素。结果表明: 1)同一土层,土壤pH值由草地、灌丛至林地依次显著降低,而有机碳、全氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮表现为林地>灌丛>草地,差异显著,且0～5 cm土层显著高于5～20 cm土层。2)土壤微生物残体碳含量在3种植被类型的两个土层中的变化范围为0.69～16.41 g·kg^-1,其中,在0～5 cm土层,细菌、真菌和微生物残体碳含量均由草地、灌丛至林地依次显著增加,林地微生物残体碳含量是灌丛的2.9倍,灌丛是草地的4.2倍;在5～20 cm土层,林地真菌和微生物残体碳含量显著高于灌丛和草地。真菌残体碳含量高于细菌残体碳含量,是细菌残体碳的2.16～10.83倍。3)微生物残体碳对有机碳的贡献在灌丛和林地分别是草地的1.6和1.7倍,其中,真菌残体碳的贡献占15.2%～42.7%。细菌占1.4%～7.4%。4)pH、全氮、微生物生物量碳和微生物生物量氮是微生物残体碳积累的重要影响因素。综上,植被类型的变化改变了土壤养分、微生物活性和土壤pH值,从而使林地和灌丛较草地更有利于由真菌主导的微生物残体碳的形成和积累。

排水对我国两种典型湿地土壤有机碳微生物转化过程的影响

贾娟, 李星奇, 冯晓娟

2024, 35(1): 133-140. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.013

摘要 ( 20 )

PDF (2091KB) ( 20 )

湿地储存了全球三分之一的土壤有机碳(SOC),并受到人为排水的强烈影响。然而,排水引起的水位下降对不同湿地碳循环(特别是微生物转化)过程的影响尚不明确。为此,本研究以我国两种典型湿地(贫营养型的大九湖湿地和富营养型的红原湿地)土壤为研究对象,通过添加¹³C标记葡萄糖的室内培养试验,分析了短期和长期排水对SOC降解、胞外酶活性、微生物碳利用效率(CUE)和微生物碳积累效率(CAE)的影响。结果表明: 长期和短期排水显著提高了两种湿地SOC降解速率(从淹水处理的1.47 μg C·g^-1·h^-1升高到排水处理的2.47 μg C·g^-1·h^-1)、葡萄糖来源的微生物生物量碳(从0.21 mg C·g^-1升高到1.00 mg C·g^-1)和CAE(从0.29升高到0.73),但未改变CUE(变化范围为0.34～0.86)。长期排水提高了大九湖湿地α-葡萄糖苷酶活性,但降低了红原湿地β-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性。综上,排水主要通过增强微生物胞内代谢过程(包括呼吸)提高湿地土壤“微生物碳泵”作用和效率,同时加速了SOC降解。

马尾松纯林混交改造对土壤微生物残体碳和有机碳组分的影响

覃振凯, 刘润红, 何鹏, 王聪, 聂彦霞, 申卫军

2024, 35(1): 141-152. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.015

摘要 ( 27 )

PDF (2157KB) ( 25 )

混交乡土阔叶树种是马尾松纯林改造的重要措施之一,土壤微生物残体碳和有机碳组分是评价土壤有机碳(SOC)稳定性以及混交效应的重要参数。本研究以马尾松纯林(PP)和混交林龄分别为16年(MP16)、38年(MP38)的马尾松和红锥混交林为研究对象,测定不同土层深度的土壤理化性质、微生物残体碳以及有机碳组分等指标,旨在阐明马尾松纯林混交改造对土壤微生物残体碳和有机碳组分的影响。结果表明: 1)混交改造显著降低了0～20和20～40 cm土层真菌残体碳含量和真菌残体碳/细菌残体碳,但是对微生物残体碳和细菌残体碳含量及其对SOC的贡献没有显著影响;所有林分类型中真菌残体碳对SOC的贡献均大于细菌残体碳。2)所有林分类型中土壤矿物结合态有机碳对SOC的贡献高于团聚体结合态有机碳和轻质颗粒有机碳;混交改造显著提高了0～20和20～40 cm土层中矿物结合态有机碳含量以及矿物结合态有机碳、团聚体结合态有机碳和轻质颗粒有机碳对SOC的贡献;MP38的矿物结合态有机碳在各土层均显著高于PP,在20～40、40～60和60～100 cm土层显著高于MP16,表明混交改造增强了SOC的稳定性,且MP38较MP16的SOC稳定性更高。3)土壤SOC和总氮是驱动土壤微生物残体碳变化的主要环境因子;而土壤总氮和络合态铁铝氧化物是驱动有机碳组分变化的主要环境因子。因此,在马尾松人工林经营过程中引入红锥可以增强土壤有机碳的稳定性。

林龄对马尾松人工林微生物残体碳积累的影响机制

胡建文, 刘常富, 勾蒙蒙, 陈会玲, 雷蕾, 肖文发, 朱粟锋, 斛如媛

2024, 35(1): 153-160. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.041

摘要 ( 21 )

PDF (1235KB) ( 13 )

明晰人工林林分发育过程中土壤微生物残体碳的积累模式及其对土壤有机碳(SOC)的贡献有助于理解土壤碳循环和固碳机制。本研究以亚热带马尾松人工林为对象,分析了幼龄林(6 a)、中龄林(13 a)、近熟林(29 a)、成熟林(38 a)和过熟林(57 a)表层(0～10 cm)土壤氨基糖含量、理化性质和微生物组成等的差异,量化微生物残体碳含量及其对SOC的贡献,并探讨其影响机制。结果表明: 中龄林SOC、全氮、非晶形铁氧化物含量和亮氨酸氨基肽酶活性显著低于成熟林,幼龄林土壤pH和真菌/细菌显著高于其他龄组。在林分发育过程中,微生物、真菌和细菌残体碳的变化范围分别为7.52～14.63、4.03～8.00和3.48～6.63 g·kg^-1,且成熟林显著高于中龄林,受土壤全氮含量的正影响。微生物、真菌和细菌残体碳对SOC的贡献分别为59.7%～72.3%、33.4%～45.6%和24.3%～30.8%。真菌残体碳对SOC的贡献在幼龄林显著高于其他龄组,细菌残体碳对SOC的贡献在中龄林显著高于幼龄林和近熟林,两者受土壤无机氮的影响。真菌残体碳是细菌残体碳的1.2～1.7倍,主导了微生物残体碳的积累。偏最小二乘模型分析表明,真菌残体碳对SOC的贡献受林龄、土壤环境因子(如亮氨酸氨基肽酶、非晶形铁氧化物、pH和全氮)、细菌残体碳、真菌残体碳和细菌残体碳对SOC贡献影响的总效应分别为-0.37、-1.16、0.90、1.09和0.83。综上,林龄促进微生物残体碳的积累,但并未增加其对SOC的贡献。

宁南山区不同恢复年限柠条林地土壤微生物残体碳沿剖面分布特征

张羽涵, 李瑶, 周玥, 刘春晖, 安韶山

2024, 35(1): 161-168. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.017

摘要 ( 22 )

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微生物残体是土壤有机碳(SOC)重要且稳定的来源,已成为评价微生物对SOC转化和积累贡献的重要指标。目前尚不清楚柠条林恢复过程中深层土壤微生物残体的积累及其对SOC的贡献特征。本研究采用生物标志物方法,以宁南山区天然草地为对照,研究了恢复16年、28年和38年的柠条林地沿0～100 cm剖面土壤细菌、真菌、微生物残体碳含量及其对有机碳的贡献特征。结果表明: 1) 沿0～100 cm土壤剖面,随着土层深度的增加,天然草地和柠条林地土壤中真菌残体碳(FNC)、细菌残体碳(BNC)和微生物残体碳(MNC)含量均显著降低;除恢复38年的柠条林土壤FNC/SOC、BNC/SOC和MNC/SOC显著降低外,其余样地FNC/SOC、MNC/SOC总体上呈现先增加后降低的趋势,BNC/SOC则逐渐降低。2) 随着恢复年限增加,柠条林地土壤中FNC、BNC和MNC含量均显著降低;FNC/SOC和MNC/SOC总体上先增后减,BNC/SOC逐渐降低。3) MNC对SOC的平均贡献表现为恢复28年的柠条(35.0%)>恢复16年的柠条(33.5%)>天然草地(31.0%)>恢复38年的柠条(28.6%)。综上,与天然草地相比,当柠条林恢复年限为16年时,土壤微生物残体碳含量及其对SOC的贡献均较高,有利于SOC的固存。

间伐对川西亚高山云杉人工林土壤微生物残体碳积累的影响

井艳丽, 李旭华, 张袁, 张馨月, 刘美, 冯秋红

2024, 35(1): 169-176. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.040

摘要 ( 23 )

PDF (1753KB) ( 7 )

微生物残体是土壤有机碳的重要组分,但长期间伐如何影响微生物残体碳积累特征尚不清楚。本研究分析了未疏伐(对照,4950 株·hm^-2)和间伐(1160株·hm^-2)14年的云杉人工林表层(0~10 cm)和下层(20~30 cm)土壤理化性质、微生物群落、土壤胞外酶活性和微生物残体碳差异,并揭示间伐对微生物残体碳积累的调控机制。结果表明: 与对照相比,间伐显著增加土壤有机碳、全氮、速效磷含量、颗粒有机碳占比、土壤含水量、土壤碳循环水解酶和酸性磷酸酶活性,但显著降低矿物结合态有机碳占比。间伐显著影响真菌残体碳含量、微生物残体碳含量和微生物残体碳对土壤有机碳的贡献,且这些影响与土层无关。间伐处理下真菌残体碳和微生物残体碳含量分别比对照提高25.0%和24.5%。但间伐显著降低了土壤微生物残体碳对土壤有机碳的贡献(降低12.3%),表明土壤有机碳中植物来源碳比例增加。逐步回归分析表明,全氮和含水量是影响真菌残体碳和微生物残体碳积累的关键因子。综上,间伐通过改变土壤性质促进了微生物残体碳的积累,并改变了土壤有机碳来源组成。

中亚热带米槠人工林土壤微生物残体碳对凋落物和根系碳输入的响应

王翠娟, 刘小飞, 杨柳明, 贾淑娴

2024, 35(1): 177-185. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.012

摘要 ( 23 )

PDF (1514KB) ( 20 )

微生物残体碳(MNC)是稳定土壤碳库的重要来源,探讨亚热带森林土壤微生物残体碳对地上(凋落物)、地下(根系)碳输入的响应对评估全球生态系统土壤碳贮量具有重要意义。本研究以福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站的米槠人工林为对象,设置去除根系(NR)、去除地上凋落物(NL)、无凋落物输入(即去除地上凋落物和地下根系输入,NI)、添加双倍地上凋落物(DL)4个处理,以无处理为对照(CK),7年后采集0~10 cm土层土壤样品,探究凋落物和根系输入变化下MNC含量及MNC对土壤有机碳贡献的变化特征。结果表明: 1)与CK相比,NR处理下MNC、细菌残体碳(BNC)和真菌残体碳(FNC)分别降低了15.9%、20.2%和14.5%,其他处理无显著变化。2)与CK相比,NR、NL、NI和DL处理未对BNC、FNC和MNC的土壤有机碳贡献率产生显著影响。3)相关性分析和路径分析结果显示,植物碳输入变化通过改变土壤中的底物有效性和微生物群落结构直接或间接改变了土壤中微生物残体碳的含量。表明在维持中亚热带人工林土壤MNC方面,根系输入碳比地上植物来源碳更重要。

降水季节性分配对亚热带森林土壤氮矿化的影响

纪永康, 马楠, 张慧, 李翠环, 马元丹, 武启骞, 李彦

2024, 35(1): 186-194. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.008

摘要 ( 20 )

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土壤氮矿化是生态系统养分循环的关键过程,但降水季节性分配对土壤氮矿化的作用机制尚不明确。本研究于2020—2022年在我国长江中下游亚热带森林进行降水控制试验,采用野外树脂芯原位培养法,分别设置对照(CK)、干季更干、湿季极端降水增加(T₁)和干季更干、湿季降水等比例增加(T₂)3种处理,探究降水季节性分配对土壤氮矿化的影响。结果表明: T₁和T₂分别使干季土壤净硝化速率显著降低57.9%和72.5%,净氮矿化速率显著降低82.5%和89.6%,而使湿季土壤净硝化速率显著提高64.3%和79.5%,净氮矿化速率显著提高64.2%和81.1%,且湿季降水等比例增加比湿季极端降水增加更有利于土壤氮矿化进程。此外,结构方程模型表明,降水季节性分配的变化能够通过改变土壤含水量、铵态氮和微生物生物量氮以及土壤C∶N对亚热带森林土壤氮矿化进程产生显著影响。以上结果对研究土壤氮循环等生态过程具有重要的参考意义,有利于更准确地评估未来降水格局变化对亚热带森林生态系统的影响。

杉木幼树光合特性与生长的季节变化及其对土壤增温的响应

张雅婷, 叶旺敏, 熊德成, 吴晨, 黄锦学, 陈仕东, 杨智杰

2024, 35(1): 195-202. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.006

摘要 ( 20 )

PDF (2522KB) ( 10 )

为了解亚热带地区杉木幼树光合特性与生长对全球变暖的响应与适应机制,本研究在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站开展根箱增温试验(较环境温度增加4 ℃),探究土壤增温对亚热带杉木幼树不同季节光合特性与生长的影响。结果表明: 夏季杉木叶片净光合速率(P_n)与气孔导度(g_s)显著低于春季与秋季;土壤增温对各季节杉木叶片P_n和g_s均无显著影响,但增温与季节的交互作用对叶片水分利用效率(WUE)存在显著影响。春季杉木树高与地径生长均显著高于夏季与秋季;增温显著降低杉木地径生长,其中秋季显著降低48.1%;而增温对各季节杉木树高生长均无显著影响。夏季和秋季杉木比叶面积、可溶性糖和非结构性碳水化合物含量均显著高于春季,增温在各季节均未引起叶片功能性状的显著变化。综上,杉木光合作用对土壤增温的响应不显著,其季节差异显著主要受气孔导度调控。杉木通过调节WUE适应土壤增温,且通过提高可溶性糖含量和比叶面积适应夏季高温与干旱胁迫。增温对杉木地径生长的影响主要由土壤含水率驱动;杉木生长的季节差异受杉木光合作用及其对光合产物的利用与储存的权衡影响。

凉山州15种主要经济树种的防火性能

黎书会, 吴艳, 孙志东, 陈继恩, 嬴登宇, 黄跃跃, 晋一棠, 李志超

2024, 35(1): 203-211. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.003

摘要 ( 17 )

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凉山州属四川省三大重点林区之一,也是林火发生的三大重灾区之一。本研究选取当地15种主要经济树种为对象,测定各树种不同器官(叶、枝)的理化性质与燃烧性能,分析不同树种的生物生态学特性、造林学特性及价值特性,研究不同树种的防火性能,旨在筛选适宜凉山州经济林发展的防火树种,有效提升该区域生物防火能力。结果表明: 15个树种之间的7种理化性质和燃烧性能指标均呈显著差异,除粗灰分和木质素外,树叶的含水率、热值、燃点、粗脂肪、粗纤维指标权重均高于树枝,树叶的粗纤维指标(9.6%)和树枝的粗灰分指标(9.9%)分别为2种器官中最高权重指标。基于不同树种的防火性能,可将15种树种分为3类:Ⅰ类为优良防火树种,有胡桃、桑;Ⅱ类为较好防火树种,有乌桕、杧果、余甘子、枇杷、女贞、栗、石榴;Ⅲ类为较差防火树种,有华山松、野八角、杨梅、无患子、木樨榄、油茶。胡桃和桑的防火性能较强,可作为凉山州地区防火经济林的优选树种,建议防火隔离林带营建采用Ⅰ～Ⅱ类防火树种,而Ⅲ类树种大面积栽植后应注意防火。

不同水平氮添加下华北盐渍化草地根际土壤阴阳离子特征

常婕, 居新, 伊李凯, 宁亚楠, 刁华杰, 郝杰, 王常慧, 董宽虎

2024, 35(1): 212-218. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.007

摘要 ( 18 )

PDF (2589KB) ( 4 )

以华北农牧交错带重度盐渍化赖草草地为对象,研究不同水平氮处理(0、1、2、4、8、16、24、32 g N·m^-2·a^-1)下根际土壤、非根际土壤以及根际与非根际混合土壤的阴阳离子含量,分析外源氮输入影响盐渍化草地土壤理化特征的过程及机理。结果表明: 随着氮添加量的增加,根际、混合和非根际土壤的pH值均显著降低,与对照相比,32 g N·m^-2·a^-1处理下3种土壤pH值分别下降1.2、0.9和0.6,根际土壤的pH值比非根际土壤降低0.44。根际、混合和非根际土壤的Na⁺含量显著降低,NO₃^-含量显著升高。与对照相比,32 g N·m^-2·a^-1处理下根际土壤Na⁺含量占可溶性总盐含量的比例减少14%,非根际土壤减少12%,而根际土壤的NO₃^-含量占可溶性总盐含量的比例增加了29%,非根际土壤增加26%。pH值与土壤NO₃^-含量呈显著负相关,与Na⁺含量呈显著正相关。32 g N·m^-2·a^-1处理下根际土壤的可溶性总盐含量比对照显著减少31.5%,氮沉降可以降低土壤pH值和根际土壤可溶性总盐含量,减轻盐碱胁迫。

盐胁迫对白及根际细菌群落组成及多样性的影响

李菁, 张小飞, 张惠雯, 文嘉庆, 张焱, 徐玲玲

2024, 35(1): 219-228. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.010

摘要 ( 17 )

PDF (1323KB) ( 11 )

盐渍化环境不仅会影响植物正常的生长发育,还会对植物根际微生物群落产生影响。为探究盐胁迫条件下白及根际土壤细菌群落的演替模式,采用细菌16S rRNA高通量测序技术测定不同盐胁迫浓度下白及根际土壤细菌群落组成及多样性,分析盐胁迫对白及植株生长发育和土壤理化性质的影响以及白及根际菌群组成与土壤因子间的相关关系。结果表明:与对照相比,盐胁迫环境使白及植株生长速度和长势下降,土壤中有机质、氮、磷含量显著降低。盐胁迫处理后白及根际土壤细菌物种多样性和均一度呈现先下降后升高的变化趋势。在门和纲水平上白及根际土壤细菌优势类群的相对丰度和变化趋势在对照与盐胁迫处理间差异显著。盐胁迫浓度和胁迫时间均显著影响白及根际土壤细菌群落组成;土壤有机质、速效氮和总磷含量是影响根际细菌群落结构的关键环境因子。与细胞骨架、细胞运动、物质代谢及信号转导机制相关的功能基因可能参与了菌群对盐胁迫的适应及应答。本研究将为盐渍地区白及的栽培管理提供理论基础和参考依据。

3种啮齿动物抗生素抗性基因多样性比较

初鹏飞, 邢洁, 王声泽, 李婷, 乔征磊, 原宝东

2024, 35(1): 229-236. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.031

摘要 ( 17 )

PDF (1552KB) ( 13 )

抗生素抗性基因(ARGs)作为全球新型污染物受到广泛关注,其产生的原因主要是抗生素的滥用。为探究大林姬鼠、棕背鼠平和黑线姬鼠的抗生素抗性基因多样性,采用宏基因组测序分析来自黑龙江牡丹峰的17只大林姬鼠、17只棕背鼠平和三道关的9只黑线姬鼠的抗生素抗性基因多样性。从3种啮齿动物中共检测到19种类型及248个亚类的ARGs。棕背鼠平和黑线姬鼠差异显著的ARGs有7个,差异极显著的有5个;大林姬鼠和黑线姬鼠差异显著的ARGs有7个,差异极显著的有4个;棕背鼠平和大林姬鼠差异显著的ARGs有4个,差异极显著的有5个。3种啮齿动物丰度较高的抗生素抗性基因大类为大环内酯类、林可酰胺类、四环素类、β-内酰胺类。ARGs已广泛存在于3种啮齿动物体内,不同物种之间抗生素抗性基因的多样性存在显著差异,产生差异的原因可能是由于3种啮齿动物的分布区不同并存在食性分化。本研究可以为啮齿动物抗生素抗性基因的后续研究提供依据,并加深对ARGs传播危害的认识。

基于复杂网络理论和电路模型的酒泉市生态网络优化

石晶, 石培基, 王梓洋, 万雅, 程番苑, 王丽蓉

2024, 35(1): 237-246. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.021

摘要 ( 24 )

PDF (2665KB) ( 16 )

构建科学合理的生态网络是优化国土空间开发保护格局的关键,对保障区域生态安全和促进生态系统良性循环具有重要意义。既有研究在生态网络“鲁棒性”评价中多采用节点攻击法(破坏生态源地),而现实中生态廊道相比源地更脆弱,节点攻击法尚缺乏合理性。本研究以酒泉市为研究区,基于电路模型构建生态网络,采用复杂网络理论中的随机增边、节点度和节点介数低者优先增边3种策略对生态网络进行拓扑结构优化,并构建了边攻击策略对优化前后的生态网络“鲁棒性”进行对比,遴选最佳网络优化策略。结果表明: 酒泉市共识别出生态源地65个,总面积20275.15 km²,草地占源地面积的89.5%。识别生态廊道179条,全长6387.16 km。识别生态障碍点共158个,总面积1385.5 km²,未利用地占障碍点总面积的92.2%。识别生态夹点63个,主要集中在源地边缘及廊道交汇处。其中,11处障碍点与夹点的空间分布位置较一致,是生态网络优化中需重点修复的区域。3种优化策略均显著提高了酒泉市生态网络的稳定性,按度增边优化策略的生态网络在随机攻击和蓄意攻击模式下最大连通子图相对大小和边连通率均最稳定,是酒泉市生态网络的最佳优化方案。

以自然保护地为主体的广州市域生态网络构建

黄俊达, 黄金玲, 陈超劲

2024, 35(1): 247-254. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.023

摘要 ( 18 )

PDF (3025KB) ( 10 )

在国家生态安全发展战略背景下,如何构建以自然保护地斑块和生态廊道为关键要素的区域生态网络已成为我国自然保护地体系建设中亟需探讨的问题。本研究以加强自然保护地斑块间生态联系为视角,以广州市域为例,通过Invest模型、连通性分析、电路理论模型、图论网络结构评价等方法识别生态资源斑块、生态廊道与生态节点,构建以自然保护地为主体的广州市域生态网络。结果表明: 研究区域共识别生态资源斑块52处,斑块总面积为1450.01 km²,其中,自然保护地面积占比76.4%,为生态资源斑块的主体部分;识别出生态廊道115条,总长度为900.56 km,平均长度为7.83 km;识别72个生态关键点,生态关键点区域总面积为17.57 km²;生态断点区域81处,总面积为35.9 km²;网络结构指数α=0.65、β=2.21、γ=0.77,网络结构较为合理,连通性良好。本研究探讨了自然保护地体系下区域生态网络构建路径,丰富了电路理论模型生态网络构建,可为区域生态安全和生物多样性保护提供科学依据。

基于开发保护综合效益的洞庭湖生态经济区“三生空间”格局优化

万鼎, 王志远, 谭勇, 李灿斌, 陈超, 贺寒辉

2024, 35(1): 255-267. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.019

摘要 ( 19 )

PDF (5883KB) ( 9 )

“三生空间”优化是促进区域国土空间高质量发展的重要基础。以洞庭湖生态经济区为例,以提升“三生空间”开发和保护综合效益为视角,耦合GMOP-FLUS模型,提出将“三生空间”情景配置和“三生空间”底线保护相结合的优化方法,比较分析3种优化情景(经济优化情景、生态优化情景和多目标优化情景)并协调两线冲突区域,明确洞庭湖生态经济区“三生空间”综合优化方案。结果表明: 2010—2020年,洞庭湖生态经济区呈现生产、生活空间增加和生态空间减少的特征,导致国土生态环境效益部分丧失;经济优化情景促进区域经济快速增长但损害了区域生态安全,生态优化情景抑制了区域经济发展,多目标优化情景则实现了“三生空间”经济效益和生态效益的双提升,分别提升2.0%和1.3%,是3种情景中的最佳优化情景;将最佳情景和两线冲突区域协调本底叠加得到2030年综合优化方案,该方案的生产、生活和生态空间面积分别为25777.18、2062.94和32552.68 km²;基于自然和社会条件,综合优化方案对各“三生空间”类型提出不同的管控建议。研究结果可为洞庭湖生态经济区合理编制国土空间规划、制定生态环境与社会经济协调发展政策提供参考。

发展新时代的乡村生态学

薛冰, 李宏庆, 刚爽, 任婉侠, 王永生, 方兰, 李勇进, 赵雪雁, 陈欣, 李天来

2024, 35(1): 268-274. doi:10.13287/j.1001-9332.202312.033

摘要 ( 19 )

PDF (2788KB) ( 6 )

乡村生态学是以乡村社会-生态-经济系统为客观对象并强调空间载体治理的综合性学科。发展新时代的乡村生态学,是对习近平新时代中国特色社会主义思想的人与自然和谐共生、乡村振兴、绿色发展和全面建设社会主义现代化国家等核心理念的综合贯彻和落实。在中国式现代化目标下,乡村生态学出现了新的不同以往的特征,如研究对象的综合性、基础理论的交叉性、技术方法的计算性和成果出口的导向性。因此,需要充分思考研究范式革新、数据质量提升和综合技术集成等系列问题,为面向现代化的科学服务国家乡村发展的新需求、全面做好乡村可持续发展的中国叙事以及乡村系统安全的根本保障提供学科支撑。

生态系统水源涵养服务功能定量评估方法研究进展

刘亦晟, 侯鹏, 王平, 朱健

2024, 35(1): 275-288. doi:10.13287/j.1001-9332.202401.022

摘要 ( 22 )

PDF (1288KB) ( 40 )

生态系统水源涵养服务功能可以直观地反映区域对降水的调节作用和对降水的重新分配功能及生态水文价值,是区域系统中至关重要的生态服务功能之一。随着模型综合评估方法的发展和水源涵养服务功能研究的不断深入,相关评估计算流程也发生了明显变化。如今,在进行水源涵养服务功能评估时,不仅需要计算和评估相关的指标,还需要对特定参数进行本地化和对模型进行有效性分析,以更好地适用于具体的研究区域。然而,当前综述文献普遍缺乏对模型评估方法的系统性汇总,同时,缺少关于水源涵养研究的模型有效性验证和显著性分析方法、参数本地化等结果验证及适用性分析方法的综述性文献。本文梳理了典型的生态系统水源涵养服务功能评估方法的研究进展,并重点介绍近年来发展迅速的模型评估法。同时,汇总了目前该领域研究中常见的参数本地化方法、模拟结果的有效性检验方法和敏感性分析方法,并探讨了当前研究存在的问题和未来发展方向。

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