本研究选取大兴安岭北部满归地区主要建群树种兴安落叶松和樟子松,基于树木年代学的方法,构建树轮宽度标准年表,研究两个树种径向生长对气候变化的响应。结果表明: 兴安落叶松径向生长主要受温度的限制,与前一年10月和当年3月、5—8月的均温呈显著负相关。樟子松径向生长受温度和降水的共同作用,与当年5月降水和前一年10月、当年5—9月温度呈显著正相关。利用Mann-Kendall检验分析满归地区1960—2021年气温数据,发现该地区年平均气温在1988年发生升温突变。兴安落叶松径向生长在气温突变前后均呈下降趋势,气温突变后其径向生长的下降趋势略微增强。樟子松径向生长变化明显,气温突变前呈下降趋势,气温突变后呈显著上升趋势,且对气温响应有所增强,与当年5月平均最低气温呈显著正相关。滑动相关分析表明,随着该地区的气候变化,兴安落叶松径向生长对气候因子的响应敏感性呈先增强后减弱的变化,樟子松径向生长对气候因子的响应敏感性逐渐增强。

为探究樟子松径向生长对干旱事件的响应,以塞罕坝自然保护区不同林龄(30、40年)、不同径级(大径级20～24.9 cm,中径级15～19.9 cm,小径级10～14.9 cm)的樟子松人工林为研究对象,基于树木年轮宽度指数(RWI),分析径向生长与气候因子的相关性,研究其对干旱事件的生态韧性。结果表明: 30年生小径级樟子松RWI与前一年9—12月和当年2月标准化降水蒸发散指数(SPEI)呈显著正相关;30年生大径级和中径级樟子松RWI与前一年9月至当年6月SPEI呈正相关,但不显著。40年生大径级樟子松RWI与前一年10月和当年6月的月均最高温及当年6月均温呈显著负相关;40年生中径级樟子松RWI与前一年10月的月均最高温、月均温呈显著负相关,与当年7月SPEI呈显著正相关;40年生小径级樟子松RWI与前一年9月至当年6月SPEI呈显著正相关。不同林龄樟子松径向生长对4次干旱事件的抵抗力(40年生显著高于30年生)及恢复弹力整体呈显著下降趋势,但恢复力整体呈显著上升趋势(40年生显著低于30年生)。同一林龄不同径级樟子松对干旱事件的响应存在差异。40年生大径级及中径级樟子松对4次干旱事件的抵抗力及恢复弹力均显著高于40年生小径级樟子松,但其恢复力无显著差异;30年生不同径级樟子松对干旱事件的抵抗力、恢复力和恢复弹力均无显著差异。不同林龄及径级的樟子松径向生长受到不同程度的干旱胁迫,其恢复弹力显著下降,40年生樟子松呈现出高抵抗力,而30年生樟子松呈现出高恢复力,小径级樟子松受干旱胁迫最严重。

树木心腐现象在森林生态系统中广泛存在,对森林健康生长具有潜在影响,也对森林碳汇功能的估算带来了不确定性。然而,目前关于心腐现象对树木径向生长的影响特征还缺乏认识。本研究以藏东南地区色季拉山急尖长苞冷杉为对象,利用海拔3700 m(低海拔)、4000 m(中海拔)和4300 m(高海拔)的心腐和健康急尖长苞冷杉的树木年轮数据,比较二者的径向生长及其与气候要素的关系。结果表明: 快速升温对中、高海拔区域心腐急尖长苞冷杉径向生长的促进作用低于健康急尖长苞冷杉,而对低海拔心腐急尖长苞冷杉生长抑制作用高于健康急尖长苞冷杉,在升温前后2个时段内3个海拔的心腐急尖长苞冷杉径向生长速率均显著低于健康急尖长苞冷杉。相关性分析表明,心腐后温度对低海拔区域急尖长苞冷杉的径向生长由促进作用转为一定的抑制作用,中海拔区域的心腐急尖长苞冷杉对于前一年生长季温度因子的敏感度低于健康急尖长苞冷杉,而林线区域的心腐急尖长苞冷杉对温度的响应敏感性与健康急尖长苞冷杉差异较小。在未来气候变暖的背景下,升温对区域内急尖长苞冷杉的径向生长存在促进作用,心腐急尖长苞冷杉和健康急尖长苞冷杉径向生长速率的差异可能进一步扩大。

近年来我国半干旱地区极端干旱事件发生频率增加,探究植物对干旱和复水的响应机制对该区人工林幼苗选育具有重要意义。本研究以2年生油松幼苗为对象,设置不减雨(对照)、减雨25%(轻度胁迫)、减雨50%(中度胁迫)、减雨75%(重度胁迫)4个处理进行长期干旱胁迫(20个月),然后开展极端干旱处理(连续80 d减雨100%),并在极端干旱第10、40、70和80天进行为期10 d的复水处理,探究上述过程中油松新枝导水率、导水率损失百分比和渗透调节物质含量间的相关关系及对干旱的响应。结果表明: 长期干旱胁迫时,轻度胁迫下油松新枝在导水率损失50%时对应的水势阈值为-2.04 MPa,显著低于其他处理;极端干旱80 d后,油松新枝脯氨酸含量相对于初始值显著增加了19.9%～226.0%。冗余分析表明,脯氨酸对水力功能的解释率为40.4%,是极端干旱时期的主要渗透调节物质。在复水过程中,可溶性糖对水力功能的解释率为29.4%,是该阶段的主要渗透调节物质。干旱及复水过程中油松水力功能差异的原因不同,轻度胁迫提升了油松的抗栓塞能力,极端干旱时油松新枝通过积累脯氨酸以维持正常的水分运输,复水时可溶性糖与导水率呈显著正相关,利于修复栓塞并增强水力功能的恢复能力。

为揭示油松植物-土壤生态化学计量特征随林龄的变化规律及其内在联系,以太行山区不同林龄(10、23、39、47年生)油松人工林为研究对象,分析叶片、枝条、土壤不同土层碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比的差异,探究土壤理化性质对叶片、枝条生态化学计量特征的影响。结果表明: 随林龄增加,土壤C、N含量先增后减,39年生时达到最大值,P含量在47年生时达到最大值;23年生林龄土壤C∶P、N∶P显著高于其他林地,油松生长受P限制显著。随土层加深,不同林龄土壤C、N、P、C∶P、N∶P均降低,而C∶N升高,N限制作用增强。各土层土壤化学计量特征在不同林龄间差异显著,在浅层土壤(0～20 cm)最为明显。油松叶片与枝条N随林龄增加先升后降,而P变化呈相反趋势;叶片C∶P、N∶P均在23年生较高,叶片与枝条养分有趋同效应。土壤C与叶片N,土壤C∶N与枝条C∶N均呈显著正相关,且深层土壤(20～60 cm)相关性大于浅层土壤。土壤砂粒含量与N∶P是影响叶片养分的关键因子,土壤P、C含量是影响枝条养分的主控因子,土壤含水量、土壤N、C∶N共同调控叶片与枝条养分变化。与浅层土壤相比,深层土壤N对叶片、枝条养分制约更明显,而土壤含水量影响较小。油松林土壤C∶N(17.0)高于全国平均水平,叶片N∶P(8.2)与枝条N∶P(8.3)均低于14,表明随年限增长N制约加剧。建议在油松林发育中、后期补充P肥和N肥,保证人工林正常发育,并促进植物与土壤的良性养分循环。

为探究粗木质残体分解如何影响土壤碳和养分平衡,本文以亚高山岷江冷杉林为研究对象,以离粗木质残体至少1 m处无粗木质残体覆盖土壤为对照,研究了10～30、30～50 cm径级和Ⅰ～Ⅴ腐解等级岷江冷杉粗木质残体下0～10 cm土壤有机碳、氮、磷含量及其化学计量比特征。结果表明: 粗木质残体显著提高土壤有机碳(114.1%～412.2%)、氮(0.1%～198.0%)含量及碳氮比(61.7%～117.1%)、碳磷比(379.6%～931.1%)和氮磷比(206.3%～532.6%),显著降低土壤磷含量(28.1%～70.9%)。粗木质残体对土壤有机碳、氮、磷含量的显著影响取决于腐解等级和径级。Ⅲ和Ⅳ腐解等级的大径级粗木质残体下土壤有机碳和氮含量显著高于小径级粗木残体质下土壤。Ⅲ腐解等级的大径级粗木质残体下土壤磷含量显著高于小径级粗木质残体下土壤。大径级粗木质残体下土壤碳氮磷生态化学计量比与粗木质残体碳氮磷含量的相关性显著。大径级粗木质残体在分解中后期更有利于维持土壤养分。

土壤有机碳的周转及稳定与氮沉降和凋落物分解密切相关。然而,关于氮沉降驱动下毛竹凋落物分解如何影响土壤不同有机碳组分,还存在较大不确定性。为了探究氮沉降驱动下凋落物分解对土壤有机碳组分的影响,本研究依托浙江农林大学安吉毛竹林氮沉降试验基地,设置氮处理(N,施氮量50 kg N·hm^-2·a^-1;CK,施等量水对照)和凋落物处理(L,凋落物保留;LR,凋落物去除),分析了各处理下凋落物分解的质量损失及土壤理化性质、颗粒态有机碳(POC)、矿物结合态有机碳(MAOC)和土壤胞外酶活性(EEAs)。结果表明: 施氮处理显著降低了毛竹叶凋落物的质量损失。施氮处理可显著增加POC含量,但显著降低了MAOC含量,而凋落物保留可同时显著增加POC和MAOC含量。施氮处理均显著降低了β-葡萄糖苷酶(BG)、β-木糖苷酶(BX)、纤维二糖水解酶(CBH)、N-乙酰-β-D氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(POX)和过氧化物酶(PER)活性,而凋落物保留处理显著增加了BG、POX和PER活性。相关性分析和随机森林分析显示,氮处理下影响毛竹叶凋落物分解的关键因子是BG、PER、pH、微生物生物量碳(MBC)和POX等。冗余分析(RDA)和回归拟合分析表明,POC与凋落物分解的质量损失率、MBC、BG、CBH、POX和PER呈显著负相关,与铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃^--N)呈显著正相关;而MAOC则与凋落物质量损失率、pH、MBC、CBH、NAG、POX和PER呈显著正相关,与微生物生物量氮(MBN)呈显著负相关。综上,氮沉降主要通过降低有关胞外酶活性抑制毛竹叶凋落物的分解,进而增加土壤POC含量,并减少MAOC含量。

探究全球植被与极端气候的时空变化和响应特征,对于应对全球气候变化和提高生态系统的稳定性具有重要意义。本研究基于欧洲中期天气预报中心的ERA5气候数据和MODIS归一化植被指数(NDVI)数据,运用Sen’s趋势分析、相关性分析和随机森林回归模型等方法,探究2001—2020年全球5种植被类型(北方森林和温带森林、热带森林、其他木本植被、草原、农田)NDVI对23个极端气候指数的响应特征。结果表明: 研究期间,全球NDVI总体呈增长趋势,增长趋势最显著的植被类型为北方森林和温带森林,最不显著的是农田。极端气候指数方面,除少部分极端高温和低温指数呈降低趋势外,其余指数均呈增长趋势。在不同植被区,对NDVI影响最大的极端气候指数不同。相关性分析表明,在北方森林和温带森林、热带森林、其他木本植被、草原和农田区域,对NDVI影响最大的指数分别为冷昼日数、结冰天数、年降水总量、年降水总量、年降水总量;随机森林结果显示,对各植被区NDVI影响最大的指数分别为冷昼日数、热夜日数、霜冻天数、暖昼日数和寒冷时间持续指数。两种方法结果不同的原因在于相关性分析只反映变量间的线性关系,而随机森林回归模型可以捕捉更复杂的非线性关系。以上研究结果体现了全球植被对极端气候的响应具有显著的区域差异性和复杂性,这种差异性和复杂性可能是不同气候因子交互作用的结果。

环境和遗传分化共同影响植物功能性状的种内变异,其研究对预测物种应对气候变化的适应性以及制定长期的保护策略至关重要。本研究利用同质园试验,分析了14个不同种源鬼箭锦鸡儿幼苗的根、叶功能性状差异及其与种源地气候和地理因子的关系。结果表明: 叶组织密度、比叶面积、叶长宽比、形态因子、叶绿素含量和叶片氮浓度以及根平均直径、比根长、比根面积、根氮浓度均存在显著的种内差异。其中,叶组织密度与根氮浓度是解释种源间叶片功能性状和根系功能性状分化的主要性状指标。根、叶功能性状间存在显著权衡关系,表现为比叶面积与叶组织密度、比根长与根组织密度、叶片氮浓度与根系氮浓度均呈显著负相关。种源地年均降水量、生长季降水量、海拔和地理因子(经度、纬度)是影响种内叶片功能性状变异的主要因素,海拔是影响种内根系功能性状变异的关键因素。

为探究荒漠地区一年生草本植物对生境的适应性,本文以腾格里沙漠东南缘固沙植被区的沙米、百花蒿、虫实、雾冰藜4种常见一年生草本植物为研究对象,采用传统挖掘法收集植物根系,基于量化的根系形态指标,利用几何拓扑学和分形理论分析根构型特征,比较研究区4种一年生草本植物的根构型特征多样性及其适应机制的差异。结果表明: 根冠比和根深宽比表现为沙米＞百花蒿＞虫实＞雾冰藜,比根长和比表面积表现为沙米＜百花蒿＜虫实＜雾冰藜;根系拓扑指数TI和修正拓扑指数q_a、q_b具有相同的趋势,均表现为沙米＞百花蒿＞虫实＞雾冰藜;沙米、百花蒿、虫实、雾冰藜的根系分形维数分别为1.215、1.278、1.387、1.631,根系分形丰度分别为3.528、3.248、2.479、2.451。沙米和百花蒿采取高生长量资源对策,根系结构简单,倾向于鱼尾形分支结构,垂直方向资源获取能力和空间拓展能力较强;而雾冰藜和虫实采取高质量资源对策,根系结构更为复杂,倾向于叉状分支结构,具有更高的资源利用效率。

手参是濒危药用植物。由于气候变化和人为活动影响,再加上手参繁殖能力较低,手参的野生资源量极其短缺,被列入中国国家二级保护植物名录。预测手参的潜在适生分布区域对于手参植物的保护和可持续利用至关重要。本研究基于118个手参分布点,以气候、土壤为环境因子,采用MaxEnt模型结合ArcGIS技术,对未来气候变化下手参在中国的适生区进行预测。结果表明: 受试者工作特性曲线(ROC)下面积(ACU)值为0.808,预测结果良好。影响手参分布的主要环境因子为最热季度的平均温度、季节性降水量、土壤底层(30～100 cm)可交换钠盐、土壤顶层(0～30 cm)砾石体积、土壤底层(30～100 cm)阳离子交换量、年降水量和最干月份降水量。当前,手参在我国的潜在总适生区面积约50.22×10⁵ km²,集中于华北、东北和西南地区,主要包括内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、四川、山西、西藏东南部等地区。在未来不同气候情景下,手参适生区范围将收缩,向西藏、云南、四川等高海拔地区迁移,表明全球变暖可能对手参资源构成威胁。本研究结果可为手参种质资源的生态保护、资源开发与可持续利用策略的制定提供科学依据。

农田生态系统受气候变化影响强烈,但全球变暖和降水变化及其交互作用对农田土壤有机碳和酶活性的影响及两者的关系仍缺乏认知。本研究依托开顶式气室(OTC)增温平台和降水控制平台,以陇中黄土高原半干旱春小麦农田为研究对象,研究增温和降水变化及其耦合对土壤有机碳和酶活性的影响。试验共设置6个处理: 对照(CK)、减水30%(-P₃₀)、增水30%(+P₃₀)、增温(W)、增温减水30%(W-P₃₀)、增温增水30%(W+P₃₀)。结果表明: OTC增温显著提高了土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(KMnO₄-C)、溶解性有机碳(DOC)和颗粒态有机碳(POC)含量,而矿物结合态有机碳(MAOC)含量变化不显著。自然温度条件下,增减雨处理均未显著改变土壤有机碳组分含量;而在增温条件下,增加降水量显著提高了DOC和POC含量;增温与降水交互作用显著影响了SOC、DOC和KMnO₄-C含量。增温和增加降水及两者交互增加了碳库管理指数(CMI)、碳库指数(CPI)、土壤纤维二糖水解酶、脲酶、蔗糖酶、N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶活性和作物生物量。土壤温度、土壤水分与土壤有机碳组分和酶活性均呈正相关(除土壤温度和蔗糖酶活性呈负相关外)。随机森林模型分析表明,土壤理化性质、酶活性、温度和含水量解释了SOC、MBC、POC、KMnO₄-C和DOC含量变化的52.4%～71.1%,其中相关重要性较高的5个因子分别为土壤脲酶活性、土壤温度、土壤水分、土壤N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶活性和有效磷。然而,各因子对MAOC含量变化的解释度较低(21.5%)。综上,增温和降水变化会显著影响陇中黄土高原旱地麦田土壤性质、酶活性和作物生物量,从而影响土壤有机碳库。

为了明确大气CO₂浓度升高(e[CO₂])对玉米与花生间作体系中玉米“源-库”特性的影响,本试验以环境CO₂浓度(a[CO₂])为对照,分别在0(P₀)和180 kg P₂O₅·hm^-2(P₁₈₀)两个磷水平下,分析了e[CO₂]下间作玉米的叶“源”量、气体交换参数、群体“源”生产能力、“库”容量、粒/叶、产量和间作优势。结果表明: 与a[CO₂]相比,e[CO₂]提高了间作玉米的叶“源”量和“源”活性,显著增强了群体“源”生产能力;最大花丝数、实际结籽数和有效“库”容分别增加了8.0%～9.3%、10.0%～13.4%和10.4%～20.8%,籽粒平均干物质积累速率显著提高了10.7%～50.4%;粒/叶和收获指数分别增大了3.3%～7.4%和2.4%～7.9%;间作玉米产量和间作优势分别提高了10.8%～48.7%和20.4%～102.7%。施磷能进一步改善间作玉米的“源-库”关系,提高间作玉米产量,增加间作优势。综上,e[CO₂]可增强间作玉米“源”的性能,增大“库”容,促进籽粒灌浆,协调“源-库”关系,从而提高间作产量和偏土地当量比,增加间作优势。

近年来,土壤调理剂在改良盐碱土、促进作物生长方面具有良好效果。为探究土壤调理剂提高玉米盐碱胁迫适应性的效应及其生理机制,本研究于2022年在宁夏平罗县六中村开展田间随机区组试验,以“先玉1255”玉米作为供试材料,设置4个调理剂处理: T₀(不施加调理剂,对照)、T₁(腐殖酸)、T₂(微硅粉+木醋液)、T₃(腐殖酸+木醋液+微硅粉),研究土壤调理剂对盐碱胁迫下玉米抗氧化能力、关键酶活性以及光合荧光特性的影响。结果表明:与对照相比,土壤调理剂可增强玉米叶片的抗氧化能力、关键酶活性及光合荧光特性,其中两个生育期(拔节期-大喇叭期和灌浆期)内各处理叶片的超氧阴离子清除率、超氧化物歧化酶活性均显著增加,丙二醛含量显著降低;拔节期-大喇叭口期各处理叶片的水通道蛋白活性显著增强,T₂、T₃处理叶片的蒸腾速率、净光合速率、气孔导度、非光化学淬灭系数、表观光合电子传递速率、实际光化学效率显著增强,胞间二氧化碳浓度显著降低;灌浆期各处理叶片的羟自由基清除率和初始荧光显著增加;各指标以T₃处理的效果最好。结构方程模型和隶属函数分析表明,土壤调理剂可增强玉米的抗氧化体系和水通道蛋白活性表达,减少膜脂过氧化,促进气孔导度增加,提高玉米光合性能,进而增强玉米盐碱抗性,其中以腐殖酸、木醋液和微硅粉配施效果最佳。

以花育25号为试验材料,设置单粒随机播种(RS)、胚根朝下(RD)、胚根平放(RF)和胚根朝上(RU)处理,以双粒播种出苗后清棵(QK)为对照,研究单粒定向播种对花生胚轴生长发育、植株光合性能、干物质积累、衰老特性和产量的影响。结果表明: 单粒定向播种条件下,RD能够提高花生下胚轴生长速率,缩短出苗时间,增加出苗率和子叶出土率,具有较快的植株生长速度,较高的花生生育前期叶面积指数,增加了干物质积累量,荚果产量较RF、RS和RU分别提高8.1%、14.4%和18.1%;RD还显著提升了可溶性蛋白含量,增强了超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性,减少了丙二醛(MDA)的积累。与QK相比,不同时期RD的可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性均有不同程度的提高,MDA含量则有所下降,荚果产量无显著差异。研究表明,RD能够缩短出苗时间,减轻株间竞争,促进幼苗出土生长,加快幼苗形态建成,从而建立合理的群体结构,增强群体光合效率和干物质生产能力,有效延缓作物后期的衰老过程,进而提高荚果产量。

土壤盐碱化严重制约着农业的可持续发展,及时掌握土壤含盐量(SSC)和pH信息对盐碱农田的改良及合理利用至关重要。本研究以宁夏银北地区石嘴山市平罗县为研究对象,以野外高光谱信息和表层(0～20 cm)、亚表层(20～40 cm)土壤盐碱指标实测值为数据源,对原始光谱反射率经Savitzky-Golay(SG)平滑后进行0～2阶(间隔0.25)分数阶微分(FOD)变换,并构建9种光谱指数,根据各指数与盐碱指标间的相关性筛选特征参量,然后基于偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)和极端随机树(ERT)3种机器学习算法建立SSC和pH的反演模型。结果表明: 1) 表层光谱反射率始终与亚表层成倍数关系,FOD变换可以有效消除光谱曲线的基线漂移,突出光谱细微信息。2) 表层和亚表层SSC均与差值指数(DI)、最优光谱指数(OSI)和土壤调节光谱指数(SASI)的相关性最强,最优变换阶次分别为1.5和0.75阶,pH则与比值指数(RI)、广义指数(GDI)和归一化指数(NDI)的相关性最强,最优阶次分别为0.5和0.25阶。3) 不同土层盐碱指标均以ERT模型表现最佳。表层SSC反演精度高于亚表层,而pH则相反。表层SSC-1.5阶-ERT模型的验证集决定系数(R_p²)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.980、0.547和5.229,亚表层pH-0.25阶-ERT模型的R_p²、RMSE和RPD分别为0.958、0.111和4.685,精度较高。本研究可为农田盐碱信息的快速获取、反演制图提供技术支撑。

土壤盐渍化是制约农业生产安全的常见问题,快速准确地获取土壤盐分信息,对改良和解决土壤盐渍化具有重要意义。本研究以无人机(UAV)高光谱遥感数据为数据源,针对耕地的不同土地利用现状,根据不同光谱转换数据筛选特征波段集合,最终对比支持向量机(SVR)、反向传播神经网络(BPNN)和随机森林回归(RFR)模型的精度,提出区域耕地土壤盐分的最佳反演模型。结果表明: 采用一阶微分的光谱转换数据与随机森林回归方法结合的反演模型精度最高;针对不同土地利用现状的耕地分别进行特征波段的提取能确保模型整体精度更高,其决定系数为0.885,均方根误差为0.413,相对分析误差为4.208。研究结果可为机载高光谱实现耕地土壤盐分的高精度反演提供参考,为耕地盐碱化防治提供科学依据。

由于自然因素和周边国家影响,中国边境地区植被火频发。为量化边境地区植被火活动,本研究基于MODIS火点数据,深入分析了中国陆地边境线内外2 km缓冲区内植被火的动态特征,即火类型、频率、季节性和空间分布等。结果表明: 2001—2022年间,中国边境地区共发生植被火25918起,主要发生在森林、农田和草原,火点数量占比分别为42.0%、30.4%和14.4%;其中,森林火多发于阔叶林;农田火的发生主要源于传统耕作方式和边民防火意识淡薄,且易烧向周边森林,引发森林火;草原火中,草甸草原火风险最高,且林草交错区草原火易引发森林火。不同区域在火类型和季节分布上差异明显:东北边境区,以草原火、落叶阔叶林火和农田火为主,春和秋季是火发生的主要季节,尤其是4和10月;西南边境区,以常绿阔叶林火和农田火为主,春和冬季为火高发期,尤其是3和12月;西北边境区,以草原火和农田火为主,夏和秋季植被火较多,以9月为高峰。边境线内外两侧2 km范围内,境外火点的数量远大于境内,特别是在内蒙古、吉林、云南和广西的边境地区,导致这些区域发生入境火的危险性很高。火点具有明显的聚集性,主要聚集区有:云南的西双版纳傣族自治州、内蒙古的呼伦贝尔市、黑龙江的呼玛县和佳木斯市、吉林的珲春市的边境区域。应根据不同边境区域植被火发生特点,针对易发生火的植被类型、季节时段和聚集区等制定差异化的防火策略,实施有效的边境地区植被火防控措施。

日光诱导叶绿素荧光(SIF)已被广泛应用于估算森林总初级生产力(GPP)、监测干旱、估算蒸散发和追踪植被物候等。本研究使用基于全球OCO-2的SIF产品(GOSIF)和不同时间尺度(1、3、6和12个月)的标准化降水蒸散指数(SPEI),探究2001—2021年中国东部季风区森林光合对干湿变化的响应。结果表明: 干旱强度和干旱频率在东部季风区的不同地理分区的森林中存在差异。华北和华东地区森林的干旱发生强度较高,西北南部地区较小;华北地区森林的干旱发生较频繁,东北和西南地区的干旱发生频率较低。森林GOSIF与SPEI呈显著正相关关系的区域占比为74.1%,且森林植被光合对1个月时间尺度的SPEI响应最明显。在不同地理分区中,东北地区的森林植被光合对SPEI的响应最敏感,华北地区最弱;西北南部地区的森林耐旱性最强,东北地区最弱。在不同森林类型中,落叶阔叶林对SPEI的响应最敏感,然后依次为混交林、常绿阔叶林、常绿针叶林和落叶针叶林;常绿针叶林抵抗干旱胁迫的能力最强,然后依次为落叶针叶林、常绿阔叶林、落叶阔叶林和混交林。生长季(5—9月),森林植被光合在6月对SPEI的响应敏感性最高,7月最低;森林植被光合主要受1和3个月尺度的干湿变化影响,而在生长季中期(6—8月)和后期(9月),6和12个月尺度的干湿变化对森林植被光合的影响有所增强。

开展绿色“三生空间”协同转型的研究是浙江省山区26县实现跨越式高质量发展的重要任务。本研究基于生态-生活-生产空间视角,采用耦合协调模型、核密度估计、空间马尔科夫链模型和最优参数地理探测器模型等方法,探析2010—2021年浙江山区26县“三生”系统耦合转型的动态演进过程和驱动因素。结果表明: 2010—2021年,研究区“三生”系统绿色转型的耦合协调度显著上升,各县域差距呈阶梯状缩小的演化趋势,2016年出现两极分化现象;“三生”系统绿色转型的耦合协调度呈现“东高西低,北高南低”的空间分布格局,空间指向性特征逐渐明显,空间结构演进表现为协同响应的特征;“三生”系统协调转型存在明显“俱乐部收敛”现象,各趋同俱乐部存在较强的稳定性,耦合协调类型在相邻年份较难实现跨越式转移,仍然存在“路径依赖”和自我增强的“锁定效应”。空间滞后因素对耦合协调类型的影响较大,耦合协调度较高的县域较大概率会带动邻近县域向上转移,而耦合协调度低的县域有可能会抑制周边县域耦合协调度的提升;“三生”系统协调转型在2010、2015、2021年分别以社会文明进步为驱动、对外开放和经济发展为驱动、经济发展和科技发展为驱动的变化特征。研究结果对于协同区域生态、生活、生产空间的绿色转型具有重要的支撑价值。

山地丘陵地区是国家生态安全屏障的主体之一。为避免地形起伏对其生态质量评价产生影响,本研究采用归一化差值山地植被指数(NDMVI)作为绿度生态因子,结合湿度、干度和热度构建基于遥感生态指数(RSEI)改进的山地遥感生态指数(HRSEI),并对典型山地丘陵区福建省龙岩市长汀县和陕西省商洛市山阳县开展生态质量评价,对比HRSEI和RSEI的生态质量等级转移路径,验证HRSEI在山地区域的适用性。结果表明: NDMVI相较于NDVI在山地区域能提取到更多的植被信息,地形起伏越大,NDMVI提取植被信息的能力越强。经过平均相关度和逐步回归方程验证可知,采用HRSEI对山地丘陵区域的生态质量评价具有代表性。HRSEI主要将部分受阴影干扰的植被生态等级从良提升为优,与RSEI的提取结果相比,长汀县和山阳县生态等级为优的面积分别提升了13.75和41.88 km²。结合高分辨率影像可知,生态质量提升的范围对应为被山地阴影影响的高植被覆盖区,说明HRSEI可以有效提升受阴影影响的高植被覆盖区的识别准确度,使其更符合实际。

内陆湖泊是中亚干旱区重要的地表水资源。受到自然和人为因素的叠加影响,位于不同位置的干旱区湖泊在不同时期的水文变化特征存在一定差异。然而,该类地区的实测资料匮乏导致难以针对不同的湖泊来开展精细化、长时序的定量水文情势特征监测。本研究基于谷歌地球引擎平台选取1990—2021年完整覆盖新疆典型湖泊——赛里木湖和艾比湖的Landsat 5/7/8遥感影像数据,使用多遥感指数决策树方法提取长时间序列连续的湖泊面积;然后,结合CryoSat-2和ICESat-2测高卫星提取的湖泊水位构建了湖泊面积-水位关系的库容曲线,并估算了湖泊水量变化信息;最后,联合流域水文、气候和人口因子数据,运用相关分析和随机森林方法对比了赛里木湖与艾比湖的水量影响因素。结果表明: 1990—2021年,赛里木湖和艾比湖的水域面积整体均呈扩张趋势,但两个湖泊的水情变化规律不同。赛里木湖面积仅扩张了1.3%,且年际波动较小,水量共增长1.12 km³,增幅为0.04 km³·a^-1;艾比湖面积扩张了30.1%,且年际波动较大,水量的平均变化速率约为0.01 km³·a^-1。年降水和冰川融水是影响赛里木湖水量变化的主要因素,贡献率分别为33%和27%;温度和降水是影响艾比湖水量变化的主要因素,在艾比湖水量变化过程中的贡献率均为28%。本研究旨在利用遥感技术揭示实测资料匮乏的干旱区湖泊动态变化的趋势特征及其对外部环境的响应差异,以期为干旱区的湖泊生态环境及水资源保护提供参考。

水资源是维持生命、推动经济发展和保护环境的重要元素。为查明闪电河流域内地表水和地下水的水化学演变规律、驱动因素和各水体间的转化关系,于2023年5—10月收集降水,8月(丰水期)和10月(枯水期)各采集一次地表水、地下水水样。运用Piper三线图、Gibbs图、离子比值法、氢氧同位素分析法和MixSIAR混合模型等方法对采集的水样进行分析。结果表明: 研究区地下水、地表水普遍呈现出弱碱性,地下水化学组成的主导类型为HCO₃^--Ca²⁺·Na⁺型;地表水由丰水期过渡至枯水期的过程中,地表水主要水化学类型由HCO₃^--Ca²⁺·Na⁺型转变为HCO₃^--Na⁺·Mg²⁺型和HCO₃^--Ca²⁺·Na⁺·Mg²⁺型。不同水体类型的水化学特征受岩石风化作用、水分蒸发浓缩现象以及阳离子交换等多重因素的综合影响。在丰水期,地表水δD和δ¹⁸O同位素值呈现显著富集现象;丰、枯水期地下水始终呈贫化状态。丰、枯水期,地表水线斜率低于降水线斜率;丰水期地下水线斜率近似于降水线和地表水线,表明丰水期各水体间转换关系的复杂性。降水是地表水的主要补给(70%),地下水是地表水的次要补给(30%),枯水期只有地下水补给地表水。本研究可为流域水资源管理与保护提供基础支撑。

大型底栖动物通过储存和再循环C、N、P等营养物质,在海洋生态系统的生物地球化学循环中发挥着重要作用。为了维持自身元素含量的动态平衡,底栖动物通过保持与其资源供应的平衡或改变其化学计量特征以应对环境变化。本文研究了2020年5月和8月黄海北部褡裢岛近岸海域裙带菜藻场盛衰季节优势双壳类——江户明樱蛤、虾夷扇贝、小亮樱蛤和蛇尾类——浅水萨氏真蛇尾、日本倍棘蛇尾、紫蛇尾的生态化学计量特征。结果表明: 6种大型底栖动物C、N、P含量变化范围分别为23.4%～49.8%、4.3%～14.7%、0.1%～1.1%,C∶N、C∶P、N∶P的变化范围分别为3.12～6.75、29.01～410.63、6.32～113.90,其中P含量相比C、N相对变化范围更大,导致C∶P和N∶P变化范围大。双壳类和蛇尾类的元素含量和元素比值差异显著。双壳类3种贝类的化学计量特征指标仅在N含量、C∶N和N∶P上具有显著差异,而3种蛇尾类种间除C含量外均具有显著差异,表明海洋大型底栖动物的生态化学计量特征具有种类间差异。同类群和物种的生态化学计量特征在月份间差异不显著。除C含量与P含量、C含量与C∶P、N含量与C∶P外,各大型底栖动物化学计量特征指标间均具有显著相关性。

为有效判别条石鲷自然群体和养殖群体,本研究基于174尾随机样品(自然群体100尾、养殖群体74尾),利用传统统计分析和神经网络方法对自然和养殖两个群体耳石的6个形状指标和21个框架指标进行研究。结果表明: 形状指标中椭圆率、圆度和幅形比在两个群体间差异显著,框架指标中有12个指标差异显著。判别结果表明,传统统计分析和神经网络方法基于形状指标的判别正确率分别为57.5%和81.4%,基于框架指标的判别正确率分别为69.5%和85.4%。研究表明,与传统统计分析方法相比,基于耳石形态的神经网络判别方法更能有效区分条石鲷自然群体和养殖群体。

黄鲫是浙江南部近海的优势种类,在近海生态系统中起重要作用。基于2020年5月—2021年1月在浙江南部近海采集的847尾黄鲫的胃含物样品,应用胃含物分析方法、聚类分析和典范对应分析等分析了黄鲫的食物组成、摄食习性随季节和个体发育的变化及其与环境因子的关系。结果表明: 浙江南部近海黄鲫摄食的饵料种类有43种,其中虾类、端足类、磷虾类是主要的饵料类群,优势饵料生物为细鳌虾、克氏尖头虫戎和太平洋磷虾。黄鲫的摄食习性随季节和个体发育存在明显变化,全年均大量摄食虾类,夏季摄食较多的鱼类,冬季摄食较高比例的樱虾类。随着黄鲫体长的增加,其主要饵料生物逐渐由小型甲壳类转变为鱼类和虾类。典范对应分析表明,盐度、pH是与黄鲫摄食习性相关性最高的因子,其次为水深、纬度、体长。本研究可为浙江南部近海食物网研究提供基础资料。

鱼类栖息地作为水生生态系统中的重要组成部分,对于维持水生生态系统、保护物种多样性和维护渔业可持续发展至关重要。为揭示金沙江下游支流黑水河短须裂腹鱼生境因子适宜性及栖息地分布规律,基于2018—2019年黑水河短须裂腹鱼渔获物数据及同步采集的16个环境因子数据,应用Spearman相关性单尾检验筛选栖息地指示因子,使用随机森林算法和加权平均法计算鱼类栖息地适宜性指数。结果表明: 短须裂腹鱼关键生境因子最适栖息水温范围为16.3～16.8 ℃,水深范围为35～60 cm,海拔范围为637～816 m。从黑水河上游至下游短须裂腹鱼栖息地适宜性呈纵向增加趋势,栖息地质量低于良好标准的比例为70%,达到良好及非常好标准的比例仅为30%。短须裂腹鱼适宜栖息地主要分布在河道水文联通性高、水深较浅、饵料生物充足、流速较缓的自然流水河段,其栖息地适宜性表现出的明显空间分布差异可能是由小型水坝等人为干扰所导致。

林木根际是根系与土壤的交界面,是由林木根系代谢物、生物及其他理化因子互作而形成的微生态系统。受林木根系活动的影响,根际微生物具有特异性群落结构和功能,对林木生长发育和土壤生态过程产生广泛而复杂的效应。近年来随着高通量测序技术的发展,林木根际微生物的促生、抗逆机制研究突破菌群培养困难的限制,在群落结构和功能以及其与林木互作机制方面的研究取得明显进展,但是在林木代谢调控根际微生物群落构建机制以及靶向性合成菌群研发方面仍有提升空间。本文总结近年来林木根际微生物研究现状,论述了根际微生物群落在调控林木生长及抗逆的功能作用,并简述了林木根际微生物的合成菌群研究,进一步探讨了生物和非生物作用对林木根际微生物的影响;最后在全球气候变化的背景下对林木根际微生物组学及菌群研究发展潜力进行展望,以期为微生物资源在森林健康和林业可持续经营中的应用提供理论支撑。

植被碳汇研究多关注大尺度自然植被,少数研究关注城市人工绿地碳汇,且鲜有研究总结城市荒野的碳汇功能,而城市荒野是探索城市生态系统碳增汇与生物多样性的协同提升的潜在研究方向。本文对现有文献进行分析总结,从植被和土壤两方面比较了城市荒野与城市人工绿地的单位面积碳储量。城市荒野比人工绿地在植被层面的单位面积碳储量上有显著优势。不同类型城市荒野中,林地/湿地区在植被和土壤层面的单位面积碳储量均显著高于废弃或闲置的棕地区及工商业住宅区的人工绿地,而与公园休闲区的人工绿地差别不显著。为提高城市碳储量,应适当保护城市荒野,尤其是林地/湿地,并开展人工绿地再野化。未来可进一步探索城市荒野与人工绿地在植被特征和土壤性质方面的区别,深化对城市荒野不同类型地块碳储量的研究。

退牧还草被认为是恢复退化草地结构和功能的最有效措施,在提高生态系统固碳能力方面发挥着重要作用。阐明退牧还草后土壤有机碳的固持动态及其驱动机制,是全球变化下碳循环研究的热点和前沿问题。本文综述了退牧还草地土壤有机碳固定动态及其驱动机制,剖析了退牧还草地土壤有机碳固持动态,探讨了退牧还草地植物碳输入和微生物群落对土壤有机碳固持的影响机制,分析了光合碳输入和凋落物分解对土壤有机碳固持的影响,以及植物和微生物残体碳对土壤有机碳固持的贡献。长期退牧还草通过增加植被碳输入,改善微生物的结构和功能,提升土壤稳定性有机碳(如矿物结合态有机碳、植物和微生物残体碳等)含量或比例,进而减少土壤有机碳矿化效率和提高微生物碳利用效率,从而促进土壤有机碳库的积累。退牧还草受初始有机碳水平的影响,土壤有机碳固定整体呈“增加、稳定”和“降低、增加、稳定”两种变化趋势。未来应加强在土壤有机碳组分动态、土壤有机碳输入的碳流过程、土壤有机碳的分解过程及其微生物驱动机制等方面的研究。

植物基因组大小是指某一物种内一套完整单倍体DNA含量的总和,是生物特征中的一个重要方面,真核生物具有丰富的基因组大小多样性。植物基因组大小与从细胞核到个体水平的一系列功能性状密切相关,在塑造植物功能性状中起着重要作用,并对环境变量具有不同的响应策略。本文综述了植物基因组大小与细胞大小、气孔大小和密度、光合功能性状、细胞周期、种子重量等植物功能性状的关系,及其对温度、降水、海拔、养分、重金属污染等环境变量的响应与适应机制。最后,提出将基因组大小、功能性状和环境适应性相结合,深入探讨全球变化背景下植物对环境变化的响应和适应机制。