为分析红松树高的生长规律,筛选生长优良种源,本研究利用帽儿山实验林场的26个种源234株人工红松树高、胸径和材积的差异对种源进行分组,结合Gompertz、Korf、Richards、Logistic、Schumacher基础模型构建树高生长方程,对比选出最优基础模型,将种源分组作为哑变量引入基础模型,根据确定系数(R²)、均方根误差(RMSE)、赤池信息准则(AIC)、模型预估精度(F_P)对模型进行综合评价,构建基于帽儿山林场红松生长的最优树高生长方程。结果表明: 26个种源的生长性状值在区组间具有显著差异,而在种源间树高和胸径表现为差异显著。综合考虑不同生长性状指标所划分的4组种源生长量分别为A组(五营、鹤北、临江、东方红、桦南、露水河、方正)>B组(爱辉三站、凉水、铁力、清河)>C组(乌伊岭、沾河、亮子河、白河、柴河、草河口、八家子)>D组(桶子沟、大石头、汪清、和龙、延寿、大海林、小北湖、穆棱)。4组的最优基础树高生长模型为Gompertz模型,引入哑变量后模型的拟合精度(R²=0.9353)高于基础模型(R²=0.9303),模型预测精度也有一定的提升。各组种源树高生长曲线均符合“S”形变化规律,但各组存在明显差异,以A组种源表现最好。不同种源的红松生长量在一定程度上具有差异,含种源分组哑变量的人工红松树高生长模型能有效提高模型的预测精度,反映不同种源红松的树高生长差异,可以为红松人工林的选种培育提供科学依据。

本研究以孟家岗林场不同间伐强度的长白落叶松人工林为对象,获取样地内单木点云数据,基于MATLAB平台应用分形分析理论提取盒维数来表征长白落叶松树木结构复杂性,并评估不同间伐强度及树木属性对长白落叶松树木结构复杂性的影响。结果表明: 长白落叶松盒维数在对照(CK:1.68±0.07)、低中强度间伐(处理T₁、T₂、T₃:1.74±0.07)和高强度间伐(处理T₄:1.81±0.06)之间存在显著差异,间伐强度增加了树木结构复杂性。在树干属性中,胸径、树高与盒维数呈显著正相关,高径比与盒维数呈显著负相关;在树冠属性中,树冠体积、表面积、投影面积和冠幅与盒维数呈显著正相关。Hegyi竞争指数与盒维数在对照和低中强度间伐下呈显著负相关,在高强度间伐下相关性不显著。间伐影响了长白落叶松树木结构复杂性,树干属性和树冠属性是长白落叶松树木结构复杂性的主要驱动因素。

气候变暖通过改变植物凋落物产量、质量以及分解者组成和活动来影响分解过程,从而调控生态系统的物质循环。在干旱、半干旱区,气候变暖对混合凋落物分解的影响仍不清楚。本研究利用开顶式增温箱和分解袋法,分析毛乌素沙地黑沙蒿和赖草混合凋落物在450 d分解过程中质量损失和养分的动态变化。结果表明: 凋落叶对增温的响应存在种间差异,增温促进了赖草凋落叶的质量损失和N、P释放,抑制了黑沙蒿凋落叶的质量损失、P释放,但促进了N释放。黑沙蒿和赖草凋落叶混合会抑制分解,增温加强了混合分解的拮抗效应,使混合凋落叶总质量损失减少9%,N和P释放量分别减少4.9%和12.6%。增温处理下混合凋落物质量损失和P释放的拮抗效应随时间逐渐加强,分解150 d时N释放从协同变为拮抗效应。黑沙蒿和赖草凋落叶混合分解产生的非加性效应受温度和时间共同调控,未来的混合凋落物分解研究应该考虑温度和时间的交互作用。

为了解植物群落水分利用过程对生境异质性的适应,2021年4—9月测定乌兰布和沙漠沙丘和戈壁沙冬青群落不同灌木的木质部水和潜在水源(各层土壤水或地下水)的δD和δ¹⁸O值,通过MixSIAR模型量化不同潜在水源的贡献比例,明确各水分来源的季节动态。结果表明: 早春大雨后4月和5月沙丘的沙冬青和旱蒿对10～25 cm土壤水利用较多,黑沙蒿主要利用10～200 cm土壤水;6—8月干旱时,沙冬青对100～200 cm土壤水和地下水的利用增加,旱蒿和黑沙蒿对50～200 cm土壤水的利用增加;9月中雨后沙冬青对各层土壤水和地下水的利用比例类似,旱蒿和黑沙蒿对10～50 cm土壤水的利用增加。戈壁的沙冬青和泡泡刺4月和5月对各层土壤水的利用比例类似,6—8月和9月它们分别主要利用50～150 cm和10～50 cm土壤水;刺旋花则分别主要利用10～50 cm(4—5月)、25～150 cm(6—8月)和10～25 cm土壤水(9月)。两个沙冬青群落不同灌木的水分利用过程存在季节差异。干旱时,沙丘的沙冬青能够利用深层土壤水和部分地下水,而戈壁的沙冬青仅依赖深层土壤水,对降雨更加敏感。

凋落物层作为森林土壤的“皮肤”,具有涵养水源、保持水土的功能。本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系。结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419%、0～0.58 t·hm^-2、0～1.66 t·hm^-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375%、0～6.14 t·hm^-2、0～16.03 t·hm^-2。树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应。最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低。结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力。在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力。

本文研究了广西南丹锑矿生态破坏区植物群落乔木层、灌木层和草本层物种组成、重要值、生态位和种间联结特征,以期为锑矿生态破坏区的生态恢复提供植物选择依据。结果表明: 锑矿生态破坏区有维管植物共23种,隶属13科22属,多为禾本科、莎草科、豆科和菊科。乔木层、灌木层和草本层重要值最大的植物分别是盐麸木(56.7%)、马桑(56.3%)和蜈蚣草(44.0%),而且具有较大的生态位宽度,分别为1.58、1.32和1.57。乔木层盐麸木与乌桕(0.68)、草本层粽叶芦与鬼针草(0.99)生态位重叠值最大,而灌木层物种生态位重叠值较低(0.30～0.42),表明灌木层物种生态位分化程度较大。乔木层和灌木层物种总体呈不显著负联结,主要物种间多数呈负相关(占比分别为83.3%和66.7%),植物群落不稳定;草本层物种总体呈显著正联结,种对间正相关物种对数占比为52.4%,物种竞争较弱。总体而言,锑矿生态破坏区植物群落不稳定,在生态恢复过程中,可以选择补充适宜该区生长且具有正联结的灌木和乔木,如马桑和苎麻、盐麸木和杉木等,促进植物群落正向演替,推动锑矿生态破坏区生态系统重建和可持续发展。

开展氮沉降对森林土壤-微生物-胞外酶化学计量特征影响的研究,可为理解氮沉降对森林生态系统元素循环和养分限制的影响提供理论基础。本研究以云南松林为对象,于2019年开始进行氮沉降模拟试验,设置对照(CK,0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(LN,10 g N·m^-2·a^-1)、中氮(MN,20 g N·m^-2·a^-1)、高氮(HN,25 g N·m^-2·a^-1)4个处理,于2022年9月采集土壤样品(分为0～5、5～10、10～20 cm土层)测定土壤有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳氮磷(MBC、MBN、MBP)以及碳氮磷获取酶活性。结果表明: 与对照相比,氮沉降显著抑制了土壤有机碳含量、C∶N和C∶P,降幅分别为6.9%～29.8%、7.6%～45.2%和6.5%～28.6%;促进了土壤全氮含量和N∶P,增幅分别为10.0%～45.0%和19.0%～46.0%;对土壤全磷含量则无显著影响;除土壤C∶N和C∶P外,土壤养分含量及化学计量比均在0～5 cm土层最高。MN和HN处理显著抑制了土壤MBN,降幅为11.0%～12.7%,氮沉降下土壤MBC和MBP及相关计量比无显著变化;0～5 cm土层的土壤微生物养分含量显著高于其余土层。氮沉降显著抑制了纤维素二糖水解酶和亮氨酸氨基肽酶活性(降幅为14.5%～16.2%和48.7%～66.3%);HN处理促进了β-1,4-葡萄糖苷酶活性(增幅68.0%),但抑制了土壤酶化学计量碳氮比和氮磷比(降幅95.4%和88.4%);LN和MN处理促进了β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性(增幅68.3%～116.6%),但抑制了土壤酶化学计量碳磷比(降幅14.9%～29.4%);碱性磷酸酶活性无显著变化;土壤酶活性均随土层加深而显著降低。相关性分析表明,土壤全氮、全磷、微生物养分与矢量角度(表征微生物氮或磷限制)均呈显著负相关,而矢量长度(表征微生物碳限制)与矢量角度始终呈显著正相关,代表微生物碳限制与磷限制之间协同促进。氮沉降在缓解云南松林微生物氮限制的同时逐渐向磷限制转变,此外,研究区还受到微生物碳限制,且微生物碳和磷限制的关系呈正比。

探索森林土壤中的养分限制对森林抚育和管理具有重要意义,然而目前关于黄土高原刺槐人工林植被恢复过程中微生物受到的养分限制的研究并不充分。本研究为探究黄土高原刺槐林土壤中微生物养分的限制情况,在陕西省永寿县选择不同造林时间(15、25、35、45年)的刺槐人工林以及林地旁边的摞荒坡耕地(对照)为研究对象,分析了不同林龄下土壤有机质、全氮、全磷含量,以及与土壤碳、氮、磷循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CBH)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和磷酸酶(AP)活性的变化特征,通过化学计量和酶计量解析土壤养分限制状况。结果表明: 土壤pH随植被恢复由碱性变为酸性;全磷在刺槐植被恢复的0～25年间逐渐降低;土壤有机碳、全氮和酶活性在0～25年间呈上升趋势。土壤全磷、有机碳、全氮、AP和LAP在25～45年间逐渐降低;NAG、BG、CBH在25～45年间先增加再降低。植被恢复过程中刺槐林的(BG+CBH)/(LAP+NAG)、(BG+CBH)/AP、(LAP+NAG)/AP均高于全球尺度的平均值。本研究区刺槐恢复过程中矢量长度小于1且逐渐增大,表明微生物碳限制逐渐增强;矢量角度大于45°且整体上降低,表明土壤微生物受磷限制且磷限制逐渐减缓,未出现微生物氮限制。刺槐人工林植被恢复过程中土壤理化性质变化明显,造林时间序列影响了土壤微生物的养分限制状况。

土壤微生物是连接地上植被和土壤养分循环的关键枢纽,然而对于毛乌素沙地生态恢复过程中植被和土壤对微生物群落的影响还不明确。本研究以流动沙丘为对照(0年),以10、30、50和70年的柠条固沙林土壤为研究对象,将磷脂脂肪酸(PLFA)标记法与灌木、草本植物和土壤因子结合,探究不同恢复年限下土壤微生物群落特征的变化规律及其调控因子。结果表明: 随着恢复年限的增加,生态恢复效应指数显著增加。0、10、30、50和70年的总PLFA含量分别为47.75、55.89、63.53、67.23和82.29 nmol·g^-1。随着生态恢复指数增加,细菌含量和革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌比均显著增加;革兰氏阴性菌群落含量和真菌与细菌比均显著下降。灌木、草本植物和土壤因子能解释土壤微生物群落72.4%的变异,其中土壤因子的贡献高于植被因子。毛乌素沙地土壤微生物群落的总PLFA含量随恢复年限的增加而增加,并且土壤含水量、酸碱度、全氮和土壤有机碳为影响土壤微生物群落特征的主要驱动因子。随着毛乌素沙地柠条固沙林恢复年限的增加,主要由土壤因子驱动的土壤微生物群落结构发生显著变化。

探究风蚀区草地、林地和农田土壤有机碳物理组分及其影响机制,可为风蚀区土地的碳固定与科学利用、防风措施制定以及坡耕地农田肥力修复提供科学依据。本研究在黑龙江省齐齐哈尔市梅里斯区风沙土风蚀区选取相邻近的草地、林地和坡长约350 m、坡度约5°的坡耕地农田(自下而上每100 m分别设为下坡段、中坡段和上坡段),研究0～15 cm土层团聚体有机碳和密度分组有机碳的分异。结果表明: 风蚀区草地、林地和农田土壤>2 mm团聚体均遭到破坏,<0.053 mm团聚体显著高于其他粒级团聚体;与草地和林地土壤相比,农田各粒级土壤团聚体、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均显著减少。农田上坡段>2 mm团聚体被完全破坏,各粒级团聚体及密度分组有机碳含量均随坡面的上升逐渐下降,重组有机碳占比逐渐减小,轻组有机碳占比逐渐增加。土壤有机碳和速效钾是影响团聚体稳定性、团聚体有机碳含量和密度分组有机碳含量的关键因子,且团聚体有机碳的流失使团聚体稳定性下降。综上,相比草地和林地,东北风蚀区农田土壤团聚体稳定性、团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低,坡耕地随坡段的上升,团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低。在风蚀区植树、保护与扩大草原面积、增加坡耕地有机物料施用等是稳固和提高土壤碳储量、改善土壤结构、提升土壤质量的有效途径。

我国北方春季土温回升慢,常使苹果根系遭受亚低温胁迫。糖在根系响应低温胁迫过程中充当着营养成分和信号分子的双重功能。为探究不同外源糖对根区亚低温下山定子生长和养分吸收的影响,本试验设置对照(CK)、根区亚低温(L)、根区亚低温+蔗糖(LS)、根区亚低温+果糖(LF)和根区亚低温+葡萄糖(LG)5个处理,分析了山定子幼苗生长参数、叶片光合特性和不同组织矿质元素含量。结果表明:与CK相比,L处理后山定子株高、根系生长参数、地上部生物量、叶片光合和荧光参数及叶绿素含量均显著降低;除根系钙(Ca)含量显著升高外,山定子幼苗中的氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)含量均显著降低。与L处理相比,外源蔗糖、果糖和葡萄糖处理后,山定子叶片光合和荧光参数、叶绿素含量、生长参数均不同程度升高;根中N和P含量显著增加;茎中N、P和K含量显著增加,茎中Ca含量只在蔗糖处理后显著增加;叶中N、P、K、Ca和Mg含量均显著增加。综上,根区亚低温下外源糖处理可提高山定子叶片光合效率,促进矿质元素吸收,进而缓解根区亚低温对植株生长发育的抑制,且蔗糖处理效果好于果糖和葡萄糖处理。

宽幅精播技术节水高产理论机制仍不明确。本研究于2017—2019年小麦生长季,以‘济麦22'为试验材料,在测墒补灌节水栽培条件下,设置宽幅精播、常规条播两种种植方式和20、25、30 cm 3种行距,研究了种植方式对小麦根系生物量、衰老特性、水分利用特性、棵间蒸发量和籽粒产量的影响,以探索宽幅精播种植方式对小麦根系生理特性、耗水特性及籽粒产量的影响。结果表明: 宽幅精播条件下行距为25 cm处理(K25)0～20和20～40 cm土层根重密度、根系可溶性蛋白含量、根系活力较其他处理分别提高7.2%～23.9%、8.7%～25.1%、10.7%～29.9%和7.3%～27.6%、8.0%～38.5%、15.2%～32.7%;同一行距下,宽幅精播处理土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例显著高于常规条播处理,而灌溉量和棵间蒸发量低于常规条播处理;K25处理开花至成熟期耗水量及耗水模系数显著高于其他处理,籽粒产量、水分利用效率和灌水利用效率也显著高于其他处理。综上,本试验条件下采用基本苗180～270株·m^-2、行距25 cm是黄淮海麦区宽幅精播种植方式下节水高产的适宜种植模式。

氧化石墨烯(GO)作为一种新型纳米材料已经应用于不同领域,但作为叶面肥在农业领域的应用较少。本研究通过盆栽试验,分析了始花期叶面喷施0(CK)、50(T₁)、100(T₂)、150(T₃)和200 mg·L^-1(T₄)GO对芸豆植株形态建成和碳氮代谢的影响,以明确叶面喷施GO的生理效应。结果表明: T₁～T₄处理可不同程度地提高芸豆干物质积累量、光合色素含量和可溶性糖含量,较CK分别显著提高40.7%～43.4%、10.4%～80.7%和6.4%～9.1%,且T₃处理影响效果最佳。与CK相比,T₃和T₄处理下蔗糖磷酸合成酶、酸性转化酶和中性转化酶活性分别显著增加25.7%～45.5%、17.4%～28.6%和14.7%～20.1%,T₂和T₃处理下硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性分别显著增加8.1%～15.2%、11.5%～25.0%和89.7%～93.1%。综上,芸豆始花期叶面喷施适宜浓度的GO可增加光合色素含量,提高植株光合碳、氮代谢水平,进而促进干物质积累,本研究中T₃(150 mg·L^-1)处理的作用效果最好。

生物固氮是生态系统氮素的主要来源,而土壤根瘤菌的多样性及其在大豆上的应用效果还需深入研究。本研究采集了东北黑土大豆种植区8个样点的大豆土壤根瘤样本,共分离出94株菌,经16S rRNA及共生基因(nodC、nifH)分析鉴定,其中70株为根瘤菌,且均属于慢生根瘤菌属。为进一步验证根瘤菌的应用效果,根据系统发育分析结果挑选了7株代表性土著根瘤菌,基于实验室条件开展了菌株与大豆结瘤及促生能力测定试验。结果表明: 与不接种根瘤菌的对照相比,7株土著根瘤菌都具有较好的促生及结瘤能力,其中,菌株H7-L22和H34-L6的表现尤为突出,前者处理的大豆株高显著提高了25.7%,后者处理的大豆根瘤干重比其他土著根瘤菌处理高20.9%～67.1%。选取这两株高效根瘤菌进一步开展大豆根瘤菌接种田间试验,发现接种混合根瘤菌剂的促生效果显著优于单一接种处理,与不接种对照相比,H7-L22处理的大豆增产8.4%,而混合菌剂处理的大豆产量增加了17.9%,同时大豆的四粒荚数也显著提升。综上,根瘤菌菌剂的应用能够显著提升大豆产量,从而减少大豆生产过程中对氮肥的依赖,有助于提升土壤健康水平,促进东北黑土地区农业的绿色发展。

大气氮沉降增加影响着陆地植被群落结构与功能。非固氮型地衣主要依赖大气沉降的无机氮(铵态氮和硝态氮)作为氮源,因此,成为大气氮沉降的生物指示器,但地衣对这两种无机氮的吸收能力差异尚不清楚,这严重限制了利用地衣氮含量解译大气氮沉降水平的准确性。本研究以鹿蕊地衣为对象,在光照和避光条件下对鹿蕊地衣进行单独铵根(NH₄⁺)或硝酸根(NO₃^-)添加以及NH₄⁺和NO₃^-按不同比例混合添加处理,分析地衣氮吸收能力差异。结果表明: 鹿蕊地衣对NH₄⁺和NO₃^-的吸收速率随浓度增加而增加,并呈Michaelis-Menten曲线特征。鹿蕊地衣偏好吸收NH₄⁺,NH₄⁺的亲和力和吸收效率均高于NO₃^-;随着NH₄⁺与NO₃^-混合比例的增加,鹿蕊地衣吸收NO₃^-的速率和总量降低,但吸收NH₄⁺的速率基本不受影响,这表明NH₄⁺增加会抑制鹿蕊地衣对NO₃^-的吸收能力。避光显著降低鹿蕊地衣对NO₃^-的最大吸收速率和效率,但对鹿蕊地衣NH₄⁺吸收能力的影响较小。本研究揭示了地衣具有喜NH₄⁺和亲NH₄⁺的氮吸收策略,因此,在利用地衣监测大气氮污染水平及评价大气氮沉降对地衣生理生态特征的影响时需要考虑大气无机氮沉降的主要类型。

作物水分胁迫指数(CWSI)模型中的下限温度指水分充足时的冠层温度(T_c)或冠气温差(dT),对模型量化植被水分状况精度有较大影响。目前,基于数据驱动方法直接估算下限温度已在大田作物中取得成功,但尚未见其在森林生态系统中的适用性报道。本研究以太行山南麓栓皮栎人工林为研究对象,连续同步观测T_c和气象数据,评估使用多元线性回归模型和BP神经网络模型估算下限温度的可行性,以及CWSI指示人工林水分状况的精度。结果表明: 在不具备灌溉条件的森林生态系统中,将以土壤含水量、风速、净辐射、饱和水汽压差、气温作为输入参数的多元线性回归模型与BP神经网络模型中的土壤水分条件设为饱和,即可获得下限温度;将下限温度与理论公式确定的上限温度结合,对实测T_c或dT进行归一化获得CWSI,可实现对栓皮栎人工林水分状况的无损、快速、自动诊断。其中,基于BP神经网络模型确定的水分充足条件下的dT作为下限温度,并与上限温度结合获得CWSI,最适合精准量化人工林水分状况,与实测水分状况之间的决定系数、均方根误差和一致性指数分别为0.81、0.08和0.90。本研究结果可为森林生态系统水分状况的高效、精准监测提供参考方法。

探究不同结构特征的防护林带的风速流场及空气动力学特征,对合理配置防护林带、减轻风沙灾害具有重要意义。本研究将树冠假设为多孔介质,以总高度(H)为7 m、冠层高度为5.8 m、冠层底部宽度为2 m的日本“築地松”林带为例,考虑5种林带断面形状(矩形、迎风直角三角形、背风直角三角形、等腰三角形和抛物线形)和4种布置形式(单条林带、L型林网、U型林网和矩型林网),采用大涡模拟(LES)湍流模型进行计算流体力学(CFD)数值模拟,揭示不同结构特征的防护林带的平均风速流场及湍流结构,研究林带断面形状和布置形式对防护林带防护距离及防护面积等防风效应指标的影响。结果表明: 数值模拟与野外实测得到的不同高度处的平均风速和湍动能的平均相对误差较小,分别为5.5%和12%,多孔介质冠层模型可成功再现林带背风区的平均风速和湍动能。矩形断面林带冠层体积最大,对气流的阻碍作用最显著,在靠近林带附近的背风区中上部(z≥0.5H,z表示高度)区域,平均风速和湍动能显著降低,防护范围最大;抛物线形断面林带的防护范围其次;断面形状呈迎风直角、背风直角和等腰三角形的林带再次。在林带下游水平距离(x)≥10H的区域,不同断面形状林带的平均风速和湍动能趋于相同。对比单条林带、L型、U型和矩型林网的流场结构特征发现,与来流风速垂直方向的林带越多,林带冠层后的风速衰减越明显,气流需要更长的距离方可恢复至来流风速,而与来流风速方向平行的防护林带的防风效应极为有限,因而,U型和矩型林网比单条林带和L型林网的防风效应更显著。研究结果可为防护林带的结构配置与优化布局提供参考。

厘清植被变化及驱动因素,可为生态修复和社会可持续发展提供参考。本研究基于Google Earth Engine平台获取2000—2020年河南省植被覆盖数据,并结合Theil-Sen Median趋势、Mann-Kendall检验和Hurst指数,揭示河南省及其流域分区(海河流域分区、黄河流域分区、淮河流域分区、长江流域分区)植被分布和变化趋势,并联合因子探测及因子交互,从不同尺度探究了自然和人文因素对植被的影响机制。结果表明: 研究期间,河南省植被覆盖度(FVC)呈南高北低的分布格局,以中高植被覆盖为主,其中,长江流域分区最好。河南省及各分区FVC变化规律一致,呈波动上升趋势,均以明显改善为主,其中,长江流域分区的改善面积最大。基于Hurst指数,河南省未来植被状况除了淮河流域分区可能持续改善外,其他分区均表现为从改善转向退化。河南省及各分区植被变化是人文因子与自然因子综合作用的结果,因子影响力随时间而改变,主导因子存在地域差异,土地利用/覆盖类型和夜间灯光等人文因素的影响强于海拔、坡度、年均低温等自然因素。因素间的交互作用,尤其是人文与自然因素的交互作用,呈非线性增强关系。

野蔷薇原产于东亚,是现代月季的原始亲本之一,也是重要的月季种质资源和砧木。由于抗性强和长势旺,野蔷薇在北美洲等引种地已成为入侵物种。为探究野蔷薇适生区与气候变化的关系,本研究基于1246条分布记录和9个生物气候变量,使用优化后的MaxEnt模型预测了野蔷薇的潜在地理分布。结果表明:最冷季平均温、最冷月最低温、最暖季降水量、等温性是影响野蔷薇潜在地理分布的重要生物气候变量。在当前气候条件下,野蔷薇的自然分布区域主要位于黄土高原以东及以南的平原和丘陵地区。全新世中期分布格局与当前相似,但高适生区主要位于华北平原南部、四川盆地及长江中下游平原的部分地区。而在末次间冰期,适生区总体向南收缩,同时高适生区面积明显扩大,主要分布在四川盆地、长江中下游平原、云贵高原和东南丘陵等地。除自然分布在东亚地区外,由于引种,野蔷薇的全球分布已扩展至欧洲大部分地区及北美洲中东部。2041—2060和2081—2100年间,野蔷薇的分布面积在不同共享社会经济路径(SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5)的3种升温情境下均会扩大,其平均分布中心(质心)将呈现出向高纬度地区偏移的趋势,表明野蔷薇的分布与气候变化密切相关,气候变暖可能会导致野蔷薇分布面积的扩大。上述结果对于理解野蔷薇的生态适应性及预测其未来分布具有重要意义,也可为引种该物种后需采取的监测预警提供理论依据。

实时评估干旱半干旱区的生态环境质量,对我国干旱半干旱区生态环境可持续发展具有至关重要的意义。本研究以阴山北麓典型地区内蒙古武川县为研究区,利用谷歌地球引擎,耦合绿度、湿度、干度、表土粒度、热度5个指标,构建表土遥感生态指数(TRSEI),对武川县1990—2020年生态环境质量进行评价,并采用一元线性回归、多元回归残差分析以及Hurst指数等方法揭示生态环境质量的时空演变及其驱动因素。结果表明: 研究区TRSEI的第1主成分贡献度超过70%,特征值均值达0.148,表明TRSEI能有效集成各生态指标信息,引入的表土粒度指标对干旱半干旱区生态环境质量评价有重要意义。1990—2020年,研究区TRSEI波动范围在0.289～0.458,整体呈轻微恶化趋势;耕地及退耕区生态环境质量有所改善,改善区域面积占总面积的47.9%,而草地、裸地、城建区恶化,恶化区域面积占总面积的52.1%。未来,36.9%区域的生态环境质量将持续改善,而41.4%区域可能持续恶化。人类活动是研究区生态环境质量变化的主要驱动因素,面积占比88.6%;气候变化同样有显著影响,面积占比11.4%。TRSEI能够有效评估干旱半干旱区生态环境质量,可为干旱半干旱区生态保护建设提供科学依据。

生态安全格局是维持生态过程和保障生态系统功能稳定的重要空间途径。随着景观规划和决策的开始实施,亟需考虑生态安全格局构建的差异化方法及其空间输出的一致性,以及研究对象的匹配性和适用性。本研究从整合视角出发,以黄土高原退耕还林工程主要实施区域延安市安塞区为对象,结合地域地形地貌和景观特征,融合形态学空间格局分析和生态系统服务重要性评价结果识别生态源地,构建安塞区生态安全格局。结果表明: 结构型与功能型构建方法在空间保护优先级识别上的一致性较低,面向整合集成的方法可形成互补,能实现结构连通与功能提升双重目标;研究区共有202个生态源地,总面积391.58 km²,约占研究区总面积的13.3%,整体呈现碎片化分布特征,主要分布于北部和南部;研究区共有110条生态廊道,总长度599 km,主要围绕河道分布,呈现出“南北部短窄密集、中部长宽疏朗”的分布特征。本研究提供的结构-功能整合方法为国土空间生态修复规划工作提供新见解,并能推进景观格局、过程和服务的研究。

明晰生态系统服务供需的匹配程度和权衡/协同关系,对科学划分生态管理分区和城市的可持续发展具有重要意义。本研究基于多源数据,以街道为尺度单元量化了太原市生态系统服务供给及需求量,借助Getis-Ord Gi^*工具和相关性分析方法探究了6种生态系统服务供需比冷热点区域及供需间的权衡/协同关系,并根据自然资源特征及社会经济情况提出了生态管理分区及管控建议。结果表明: 太原市生态系统服务供需分布具有空间分异性,在供给方面,固碳量、空气净化、热环境调节、休闲服务在东西部较高,土壤保持西部较高,产水服务南部较高;在需求方面,固碳量、热环境调节、产水和休闲服务呈现出中部及东南部高、四周低的特点,空气净化需求南部和北部较高,土壤保持需求西部较高。生态系统服务供需不匹配特征明显,6种服务供需风险等级总体呈现由汾河向东西两山递减的规律。供给方面,产水服务与其他5种服务呈现为权衡关系;需求方面,空气净化和土壤保持与其他4种服务呈现为权衡关系。本研究提出了“保护优先-调控为主-协同治理”的分区框架,将研究区分为3个一级分区和8个二级分区,并提出了差异化管护策略。本研究可为平衡生态系统服务供需关系、促进城市可持续发展提供参考。

研究都市圈生态系统服务权衡协同关系对城镇空间扩张的响应,对区域城镇空间格局优化和高质量发展具有重要意义。本研究以广佛都市圈为研究区域,基于2000—2020年土地利用数据及自然生态环境等相关数据,选取景观格局指数测度城镇空间的规模、分布、形态维度的扩张特征,利用InVEST模型计算降温服务、生境质量、自然游憩和水源涵养4项主要生态系统服务,采用耦合协调度模型量化多元生态系统服务间的权衡协同关系,并通过多尺度地理加权回归模型探究其对城镇空间多维扩张的响应。结果表明:2000—2020年,广佛都市圈城镇用地规模持续增加,且2010—2020年间的增速加快,中心区城镇用地平均斑块面积增加和东北部小斑块的城镇用地增加,都市圈由“双中心”向“单中心”演化。广佛都市圈城镇用地斑块间距离较小,分布较为紧凑,新增城镇用地间距离较小,但近年来逐渐增大。城镇用地斑块形态整体较规整,复杂度较小,新增城镇用地的形态复杂度逐渐增加。广佛都市圈生态系统服务权衡协同关系变动较为剧烈,协同关系减少,权衡关系增加,且极度权衡关系逐渐占主导地位。广佛都市圈生态系统服务协同对城镇用地规模变化的响应最剧烈且具有空间异质性,对城镇用地分布和形态变化的响应存在阶段性差异。

识别和量化海湾水体硝态氮污染,对管理海湾水体环境至关重要。东山湾是福建省东南沿海重要的半封闭海湾,湾头漳江河口和湾口分别存在红树林和珊瑚礁生态系统,同时也伴随着海水养殖等人类活动影响。本研究通过测定海湾表层水体理化参数、稳定同位素(δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-和δ¹⁵N-NH₄⁺),结合MixSIAR同位素混合模型等统计方法,定量化分析漳州东山湾表层水体硝态氮污染。结果表明: 东山湾表层水体叶绿素a和溶解无机氮浓度呈现较为明显的梯度变化,表现为由漳江河口向东山湾湾口方向逐渐下降,叶绿素a、NH₄⁺、NO₃^-和NO₂^-浓度的最大值分别为45.2 μg·L^-1、52.67 μmol·L^-1、379.2 μmol·L^-1和3.93 μmol·L^-1;表层水体NH₄⁺和NO₃^-的氮、氧同位素值则表现为明显的空间异质性。MixSIAR模型结果显示,东山湾表层水体潜在氮源主要来源于漳江河口的淡水输入、养殖废水以及地下水等,其中漳江河口淡水输入的贡献最大,占25.2%,养殖废水、地下水以及城市污水分别占24.6%、19.0%和15.1%。可见,漳江河口淡水输入是东山湾表层水体硝酸盐最主要的来源。

鼠害型秃斑是反映草地鼠害的重要表征。利用无人机遥感技术识别高原鼠兔危害型秃斑对于评价其危害情况具有重要意义。本研究基于无人机可见光影像,使用最小距离(MinD)、最大似然(ML)、支持向量机(SVM)、马氏距离(MD)和神经网络(NN)5种监督分类算法对高原鼠兔危害地特征进行分类识别,并采用混淆矩阵对5种分类方法精度进行评价。结果表明: 相较于其他3种方法,NN和SVM对高原鼠兔危害地特征进行识别分类的效果更好。其中,NN对草地与秃斑2种目标地物的制图精度分别为98.1%和98.5%,用户精度分别为98.8%和97.7%,模型总体精度为98.3%,Kappa系数为0.97,像元错分、漏分现象较低。经实践验证,NN表现出较好的稳定性。综上,神经网络方法是高寒草甸鼠害型秃斑识别的优选方法。

为了查明高寒地区建植一年生禾本科人工草地的土壤节肢动物群落动态,2019年4月在青藏高原东缘红原县境内建植了黑麦草和燕麦两种一年生单播人工草地,并以天然草地为对照。2019—2022年每年9月下旬对土壤节肢动物群落、植物群落和土壤理化性质开展观测。结果表明: 1)土壤节肢动物的群落组成结构在3种草地及年际间差异显著;2)土壤节肢动物密度、类群数、Shannon指数和均匀度指数在3种草地间差异不显著;3)随着年限增加,3种草地的土壤节肢动物密度显著波动;黑麦草和燕麦草地土壤节肢动物类群数和Shannon指数显著降低,均匀度指数仅在第4年显著降低;天然草地的Shannon指数呈显著波动,均匀度指数无明显变化;4)草地的地上和地下生物量、土壤全磷、全钾、有效氮含量是影响土壤节肢动物群落的主要因子。研究表明,在高寒地区种植一年生禾本科牧草对土壤节肢动物群落的组成结构有显著影响,对密度及多样性指数影响不显著;种植年限对群落组成结构、密度和多样性指数影响显著。

传粉服务是人类社会持续存在与发展所依赖的重要生态系统服务之一,野生蜂作为重要的传粉者易受到气候变化、农业集约化、景观转变导致的自然生境丧失等因素的影响。通过种植蜜源植物营建传粉昆虫栖息地是一项重要生态系统传粉服务调控手段。本研究于苹果花期调查北京市昌平区22个苹果园内野生蜂现状和地表开花植物及其特征,分析野生蜂多样性对果园内开花植物物种丰富度、花色丰富度、花序类型丰富度、开花植物盖度、草本层盖度、不同花色盖度的响应,以期为野生蜂栖息地营建的蜜源植物选择提供参考。结果表明: 苹果花期共在研究区捕获野生蜂3517头,分属5科13属49种;调查到与苹果园花期重合的地表开花植物共21种,统计花色5种,花序类型9种;总野生蜂群落Shannon多样性指数、均匀度指数、社会性蜜蜂丰富度与开花植物物种数呈显著正相关关系;总野生蜂群落丰富度、社会性蜜蜂丰富度、地下筑巢蜜蜂丰富度与花色丰富度呈显著正相关关系;隧蜂科蜜蜂多度与花色丰富度呈显著负相关关系;总野生蜂群落Shannon多样性指数、均匀度指数与花序类型丰富度呈显著正相关关系;切叶蜂科蜜蜂丰富度与白色花盖度呈显著负相关关系;切叶蜂科蜜蜂丰富度、社会性蜜蜂多度、地上筑巢蜜蜂丰富度与紫色花盖度呈显著正相关关系。其余不同科、不同生活方式、不同筑巢类型野生蜂群落与果园内开花植物物种丰富度、花色丰富度、花序类型丰富度、开花植物盖度、草本层盖度、不同花色盖度暂未发现显著相关性。本研究表明,苹果园花期果园开花植物及其特征多样性的增加能够提升果园野生蜂多样性,增加紫色花盖度有利于促进切叶蜂科蜜蜂、社会性蜜蜂、地上筑巢蜜蜂的多样性。

本研究选取半湿润常绿阔叶林的代表性分布区——滇中高原地区8处天然森林群落作为调查取样对象,定量评估半湿润常绿阔叶林现存斑块中的鸟类物种多样性及其组成与分布的特点。野外观测集中于2023年4—8月,采用样线-样点法,共布设3～4 km长调查路线8条。结果表明: 1)调查共记录鸟类1286只次,隶属7目30科102种。种类最丰富的前3科分别是鹟科(含14种)、噪鹛科(含9种)、柳莺科(含7种);2)东洋界物种占81.4%,古北界物种占4.9%,广布种占13.7%;3)森林斑块中调查到的平均鸟类物种数为32.0±3.5;鸟类Shannon指数在火后恢复的半湿润常绿阔叶林(1.536±0.110)中低于原生森林群落(2.037±0.100);4)不同斑块间存在共同的优势种(红头长尾山雀、蓝翅希鹛、灰腹绣眼鸟)和常见种(西南冠纹柳莺、蓝喉太阳鸟、棕头雀鹛),稀有种则各不相同,导致不同斑块中鸟类物种成分有很大不同;5)基于食性划分生态种组,食无脊椎动物和杂食的鸟类占84.3%,植食性鸟类占11.8%,肉食性鸟类占3.9%。食性相近的鸟类主要通过分割占用森林的垂直取食空间,稀释种间竞争,维持物种共存。对于鸟类物种多样性维持而言,现存的原生性半湿润常绿阔叶林斑块都具有重要的保护价值。

研究土壤养分生态化学计量特征有助于判断土壤质量和认识养分之间的耦合关系。在湿地系统,关于候鸟活动对湿地土壤养分及其化学计量关系的影响仍缺乏了解。本研究选择典型候鸟栖息分布区域——鄱阳湖东湖苔草洲滩,基于候鸟大集群性特征和前期调查,将候鸟集群中心区域、边缘区域和临近天然草滩作为重度、轻度和无候鸟活动(对照)区,分析不同候鸟活动强度下0～100 cm剖面土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)及其化学计量比。结果表明: 候鸟活动仅对0～30 cm土壤养分含量影响显著,候鸟轻度活动显著增加了0～30 cm土层的SOC和TN,候鸟轻度和重度活动均显著增加了0～30 cm土层的TP;无、轻度和重度候鸟活动下0～100 cm剖面土壤C/N分别为10.0、10.8和9.9,C/P分别为23.5、30.0和22.7,N/P分别为2.3、2.7和2.3,仅0～30 cm土层的C/N、C/P和N/P在轻度候鸟活动下显著增加,而所有土层化学计量比在重度候鸟活动下均无显著变化。土壤化学计量比与土壤理化性质具有显著的相关性,SOC、TN和TP等是候鸟活动下影响鄱阳湖湿地土壤碳氮磷化学计量比的主要因子。综上,候鸟活动对鄱阳湖湿地土壤碳氮磷化学计量比的影响存在深度阈值(约30 cm),且这些影响多符合“适度干扰假说”,研究结果为湿地与候鸟的保护提供了新的视角。

生态系统突变是指生态系统在受到超过临界值的干扰后,系统由一种状态急剧变为另一种状态的过程。尽管寒旱区常见的土地沙漠化、草地退化属于渐变过程,但当干扰持续时间或干扰强度超过一定阈值时也可能发生突变。研究生态系统突变对寒旱区生态系统管理具有重要意义。本文综述了生态系统突变的内涵演变及预警研究的进展,分析了寒旱区常见的土地沙漠化和草地退化的问题,阐明了系统状态对不同胁迫的多种响应方式,提出了针对干旱荒漠区雨养人工固沙系统和高寒草甸演变过程及突变特点的研究框架。最后指出,未来需要甄别生态系统突变不同阶段的关键驱动因素,并确定相应阈值;重视极端气候事件诱发的水分限制型突变的发生机制和预警;推动突变研究成果在寒旱区生态系统管理中的应用。

野生动物资源是国家的战略性资源,对其开展资源调查是有效保护和利用管理的关键性工作。我国自1990年代以来共开展了两次全国性野生动物资源调查,在一定程度和范围上掌握了国内资源状况。但由于全国性野生动物调查的复杂性和困难性,尚未能在整体上及时有效地把握国内野生动物资源本底及其动态。野生动物资源调查成效将直接影响野生动物保护相关决策的制订。根据《中华人民共和国野生动物保护法》和《中华人民共和国陆生野生动物保护管理实施条例》要求,结合生态文明建设国家战略,开展第三次全国野生动物资源调查势在必行。本文的目的在于及时总结历史经验,进一步完善调查方案和技术方法,为全国陆生野生动物资源调查服务,以期获取更全面、可靠的野生动物资源数据,掌握我国野生动物资源发展态势,为我国野生动物保护与管理提供有力支撑。

植物有效吸附和移除空气中的颗粒物的同时也遭受着由颗粒物带来的不利影响,探明植物与大气颗粒物的互作效应是深入理解生态平衡、微环境气候及改善环境质量的关键。目前系统阐述植物对大气颗粒物的吸附作用及响应机制的综述性文献较少。基于此,本文梳理和归纳了大气颗粒物的成因和组成,以及植物对大气颗粒物的吸附方式和影响因素,并阐述了植物响应大气颗粒物胁迫的表型特征、生理特性和分子机制。最后,针对现存问题展望了未来研究方向:1)选择适应能力强、滞尘量大的植物物种,综合考虑植物群落结构、街道形态、栽种空间等因素,提出普适性强的绿化滞尘方案;2)未来应该将研究范围从城市延伸到农牧区的多种复层植物群落结构,系统分析不同植物配置群落的综合滞尘能力;3)应将植物滞尘量与其自身抗性有效结合,探索植物响应大气颗粒物胁迫的生理、分子机制,建立完善的评价体系和评判标准;4)利用原位标记检测技术从细胞水平上灵敏地示踪、量化大气颗粒物在植物有机体内的动态过程。