厘清区域生态环境问题的本源是科学推进黄土高原农牧交错区生态建设的关键。 本文总结国内外相关研究最新进展,并结合陕西神木侵蚀与环境国家野外科学观测研究站30余年的观测研究,提出水资源短缺和不合理植被重建是黄土高原农牧交错区生态建设面临的主要问题,而该区域土壤侵蚀主要包括水蚀和风蚀两种形态。针对水蚀问题,植被恢复重建应以地带性植被——草地作为首选,工程措施首选梯田,提升水土保持与水源涵养功能。针对风蚀问题,植被恢复应以低耗水的灌木和草被为主,工程措施应以客土改良作为首选,鼓励引导民间资本投入,“治沙”成土,结合新能源基地建设等来防风治沙,合理发展现代农牧业。黄土高原农牧交错区应按照黄土区与风沙区地貌与水土资源特征进行分类整治,将治理方向放在根源治理上,实现区域生态环境高质量发展。

荒漠化是全球生态环境面临的重大挑战,生态修复是有效的荒漠化治理手段之一。荒漠化过程极其复杂且发生地区生态环境脆弱,仅以植被恢复为单一措施难以获得稳定、持续的治理效果。因此,本研究从复合系统协调性原理出发,将荒漠化地区看作由“山水林田湖草沙”构成的沙区复合生态系统,提出以生态-生产-生活(“三生”)协调稳定发展为目标、以复合系统协调度(CDoCS)为核心度量的沙区“山水林田湖草沙”一体化综合治理方法框架。本研究以涵盖我国96.5%沙地的三北工程区为研究对象,选取沙地、沙漠、沙漠化土地和潜在沙漠化区域(统称“三北沙区”,面积234万km²,占三北工程区52.1%),基于风域概念划定适用于三北沙区“山水林田湖草沙”一体化综合治理的风域层级,即一级风域28个、二级风域169个、三级风域1686个。3个风域层级适用不同尺度的“山水林田湖草沙”一体化综合治理,具有嵌套的空间逻辑关系,其中三级风域是可用于计算和分析CDoCS的最小单元。本研究以三级风域——赤峰市翁牛特旗(1.19万km²)为例,应用CDoCS方法框架,确定了该区“山水林田湖草沙”协调优化方案;优化后,CDoCS从优化前的0.578提升至优化后的0.656,复合系统协调水平从中等提升至中等偏高水平。本研究提出的复合系统协调度和风域划分方法是实现“山水林田湖草沙”一体化和系统治理荒漠化的可行方法。

生态占补平衡以实现生境质量“零净损失”为核心目标,通过对生境价值进行科学核算并建立标准化交易机制,为平衡土地开发与生态保护提供关键政策工具。本文运用案例归纳与逻辑推演方法,系统阐释了生态占补平衡的内涵和国际实践,并着重论证了其与全域土地综合整治在目标导向、项目需求及技术路径层面的协同潜力。将生态占补平衡机制融入全域土地综合整治,能够显著提升整治项目的综合效益和生态环境保护成效。据此,本文提出在全域土地综合整治框架下的生态占补平衡创新机制:首先,亟须完善自然资源产权制度和生态占补平衡的顶层法律框架;其次,应通过科学的国土空间规划,对区域生态空间进行功能分区和差异化管控;最后,依托多样化的生境补偿模式,并结合与生态成效挂钩的指标奖励体系,系统性地实现生态占补平衡。本文旨在为全域土地综合整治实践中深化生态保护、创新生态产品价值实现路径提供理论参考和实践借鉴。

流域作为以水资源为核心的自然地理单元,是统筹国土空间开发保护格局的关键载体。构建基于“水-土”关系变化的生态补偿机制,已成为协调流域生态保护与社会经济发展矛盾的重要途径,对推进流域治理现代化和实现绿色高质量发展具有重要意义。本研究以全国首个跨省生态补偿试点——新安江流域为例,采用情景分析和逻辑推演等综合研究方法,系统梳理其机制演进脉络,诊断现有补偿制度困境,构建了基于“水-土”关系扰动下的流域动态补偿框架。结果表明: 现行补偿机制存在“事后补偿”下的全过程管控缺位与单一补偿模式“造血”功能不足等问题。基于水质“效应值”“实测值”“目标值”三值联动的流域综合评估体系可以突破传统依赖单一实测值的判定局限,实现水土环境问题的精准溯源;基于水土关系诊断结果提供的差异化靶向补偿路径选择有助于提升治理措施的针对性和可持续性;系统构建的动态补偿框架推动了生态补偿机制从“事后补救”向“全过程治理”的制度转型。本研究为流域国土空间统筹治理提供了新的视角、思路和方法。

生态保护修复技术体系及其标准是实现山水林田湖草沙系统治理的关键支撑。本文通过对比分析美国(美洲)、英国(欧洲)和中国的生态保护修复技术体系及标准,评估了我国生态保护修复技术体系及标准建设的现状、问题,并提出优化路径。欧美国家在自然资源保护与生态修复技术体系中表现出高度的系统性、精细化,技术标准覆盖全流程,注重生态效益与生物多样性保护,并强调多利益相关方协同参与。相比之下,我国生态保护修复技术标准在数量、结构、时效性和系统性方面存在不足,表现为技术标准数量偏少、综合建设类技术标准占比过高、管护和精细化生态修复关键技术标准缺失以及对技术实施的生态环境影响考量不足等问题。针对这些问题,本文提出了构建分层分类的技术标准体系、完善基于自然解决方案的技术导则、推动国家重点研发项目成果转化、建立动态修订机制、构建生态保护修复技术数据库和技术实践生态补偿标准等对策建议。

近10年来,以“山水工程”、“三北”工程和自然保护地体系建设为代表的生态保护修复活动取得了诸多生态治理经验,为全要素整合、全周期管控等深层“一体化”的实现奠定了良好基础。为推动一体化保护修复的理论深化和模式优化,本研究运用“问题-理论-路径”三位一体的分析框架,基于对其现实问题的归纳总结形成了协同治理逻辑体系和五位一体实施路径。结果表明: 一体化保护修复在目标传导、组织协作与过程控制方面具有亟待填补的结构性裂隙;一体化保护修复可通过耦合生态环境科学、管理学、地理学、系统论和控制论等学科理论,形成“目标协同-组织协同-过程协同”的治理逻辑体系;一体化保护修复的治理形态将从“物理拼合”迈向“有机融合”,在此过程中,“谋划-策划-设计-实施-管理”五位一体的实施路径构成了理论向实践转化的核心枢纽。上述治理逻辑与实施路径有助于一体化保护修复建立健全“统一认知-统一实施-统一管理”的治理模式,为其实践活动的深入发展提供了系统性的理论指导和体系化的模式参考。

多尺度生态安全格局构建作为协调生态保护与经济发展的重要空间途径,对保障区域生态系统的完整性、适应性和可持续性具有重要意义。在国土空间规划体系重构背景下,本研究以洞庭湖生态经济区(区域尺度)、常德市域(市域尺度)和常德市中心城区(城区尺度)为研究对象,集成最小累积阻力模型、ArcGIS空间分析和电路理论等跨学科方法,开展“区域-市域-城区”多尺度生态安全格局构建和优化研究。结果表明: 研究区生态源地传导效率呈显著尺度衰减特征,区域-市域尺度耦合度较市域-城区尺度降低20.1%,其中,15处生态源地在跨尺度传导中成为空间连接空白区。因多元价值认知不足导致生态廊道传导效率低下,18条跨尺度生态廊道中仅4条实现有效连接,需优先修复14条潜在生态廊道以提升连通性。关键生态节点传导效率因尺度关联性不足而出现衰减,区域-市域与市域-城区尺度分别存在4处和5处共有生态夹点,16处共有生态障碍点形成跨尺度阻隔带。运用“格局识别-嵌套诊断-协同优化”的全流程分析方法,在识别上述基础格局潜在问题的基础上提出靶向优化方案,最终构建含38个生态源地、52条生态廊道和158个生态节点的多尺度嵌套生态安全格局。本研究可为洞庭湖生态经济区的生态保护修复、土地资源优化配置及生态系统精确管理提供重要理论支撑和实践指导。

国土空间生态修复分区具有提高生境质量、保障区域生态安全、促进区域可持续发展的重要作用,科学划分生态修复分区并实施差异化策略是当前生态修复研究的重点。现有研究多侧重单一要素或静态分析,从空间优化与生态系统服务功能提升耦合角度进行分区划分的研究不足。本研究以塔里木河流域为对象,基于“空间优化-功能提升”框架,通过评估2000—2023年空间冲突和生态系统服务功能的时空演变,分析空间优化区与生态系统服务功能提升区,结合区域生态系统服务主导功能,划分国土空间生态修复一级区和二级区。结果表明: 塔里木河流域2000—2010年空间格局相对稳定,2010—2023年空间优化需求增大;塔里木河流域生态系统服务功能分布特征分化,水源涵养、土壤保持和生境质量提升区主要集中于中南部荒漠核心区和东北部地区,防风固沙提升区分布于边缘过渡带;基于“空间优化-功能提升”框架,塔里木河流域生态修复可以划分为生态修复关键区、生态系统服务功能改良区、生态自主修复区、生态系统服务功能保持区4个一级区和19个二级区,各分区修复方向和工程措施不同。本研究丰富了国土空间生态修复分区方法,可为塔里木河流域生态修复工程布局和精准施策提供科学依据。

为科学评价干热河谷区高陡岩质边坡不同生态修复技术的修复效果,本研究以白鹤滩水电站高陡岩质边坡为研究对象,对3种典型边坡生态修复技术——植被混凝土(VC)、无土喷播(SPF)及植生槽(VS)进行对比分析,于2022年1—12月开展为期1年的土壤理化指标和植被特征监测,运用最小数据集法计算生态恢复指数(ERI),综合评价各技术的生态修复效果。结果表明: 1)在养护监测期间,3种修复技术的土壤物理指标(容重、孔隙度、含水率)、土壤有机质和化学养分(全氮、全磷、有效磷)含量均随季节呈波动变化趋势,植物指标(株高、株径、植被覆盖度、地上生物量)分别由3.6～9.3 cm、0.98～2.16 mm、0.12～0.61和42.80～163.56 g·m^-2和提升至11.5～14.7 cm、2.85～4.05 mm、0.68～0.98和368.00～421.12 g·m^-2,阳离子交换量由6.13～13.94 cmol·kg^-1提升至13.94～20.42 cmol·kg^-1,pH值则由7.56～8.05下降至7.17～7.51。其中VC在改善土壤结构和促进植物生长方面总体优于SPF和VS。2)最小数据集由株高、有效磷、植被覆盖度、容重、全氮组成,与全数据集呈极显著正相关(R²=0.733),可有效替代全数据集进行生态修复效果评价。3)边坡生态恢复进程呈现“土壤基质构建-植物生长繁育”的恢复路径:3种修复技术下春季土壤对ERI的贡献率为66.3%～70.5%;夏季土壤对ERI的贡献率为43.7%～58.4%,植被对ERI的贡献率为41.6%～56.3%;秋季和冬季植被对ERI的贡献率均超过土壤贡献率,分别为54.7%～64.1%和55.6%～61.0%。4)3种典型边坡生态修复技术的年均ERI值排序为VC(0.576)>SPF(0.549)>VS(0.452),终期值呈现相同趋势(0.676>0.639>0.538),表明VC生态修复效果最佳。

白浆土是东北黑土区一种典型的低产障碍土壤,其表层黑土薄,土体养分含量低,紧实致密的白浆层阻碍了作物根系下扎及水分入渗,土壤通透性差,表层土壤易受旱涝灾害影响,严重制约了粮食产量的提高。消除白浆层障碍、提升作物产量成为白浆土障碍消减的主要目标。本文系统总结了白浆土障碍消减的研究进展,从化学改良、生物改良和机械改良3个方面探讨了现有改良技术的优势与不足,重点分析了各改良技术对白浆土硬度、容重、土壤孔隙结构和团聚体等物理性质,以及有机质含量、养分构成、pH值等化学性质的作用机制和改良效果。针对白浆土障碍消减研究中存在的问题,提出未来研究需聚焦于改土机械的创新优化、政策支持帮扶、现代化改土技术的推广应用,以及气候变化下消障技术应对和后效可持续性评估等4个方向,以期为白浆土改良提供参考。

白浆土是中国东北地区典型的低产障碍性土壤,因障碍土层白浆层土壤结构致密、水气传输受阻,严重制约作物生长和产量形成。本研究以白浆层土壤为对象,设置微区试验,以不施改良剂(CK)为对照,探究复合改良剂(改性膨润土+改性腐殖酸+氧化钙,GL)、改性膨润土(PR)和改性腐殖酸(HA)3种改良剂处理对白浆层土壤物理结构及微生物多样性的调控效应。结果表明: 与CK相比,改良剂处理白浆层土壤容重显著降低3.6%~5.4%,孔隙度提高4.7%~7.0%,团聚体稳定性增加。其中,GL处理通过松散土壤颗粒增强了孔隙的连通性;PR处理短期内可改善土壤的通气性,但团聚体结构的稳定性不足;HA处理通过胶体填充作用提升团聚体稳定性,但对孔隙连通性的改善效果有限。不同改良剂处理改变了白浆层土壤微生物群落组成。GL处理显著提高了细菌多样性,丰富度指数提高12.9%,以变形菌门、拟杆菌门、放线菌门为优势细菌群落;PR处理细菌丰富度提高了17.4%,以放线菌门、变形菌门、子囊菌门为主要优势群体;HA处理显著提高了真菌物种丰富度,真菌Chao1指数较CK提高41.0%,以子囊菌门、担子菌门和被孢霉门为优势真菌群落。相关性分析表明,孔隙度与真菌丰度呈正相关(r=0.62),容重与放线菌门丰度呈正相关(r=0.58)。综上,GL处理具有较好的物理-生物协同效应,更适用于疏松化白浆层土壤,提高土壤透气性;PR处理在短期内可改善白浆层土壤的通气性和微生物活性,但对团聚体结构稳定性的促进作用有限,长期应用可能导致土壤结构松散化;HA处理适合保水需求高且需增强团聚体稳定性的土壤。

白浆土(剖面分层结构:黑土层、白浆层和淀积层)具有低透水性且紧实的白浆层,是黑龙江省典型低产障碍性土壤。混层技术可通过打破白浆层改善玉米根区土壤水分条件。本研究设置表土混层(白浆层和淀积层混合)和心土混层(黑土层和白浆层混合)技术改良白浆土,通过定位监测玉米农田全生育时期土壤含水量的动态特征,探讨两种改良技术对玉米农田土壤水分分布和储量的影响。结果表明: 未改良对照的白浆层容重比黑土层高23.9%,且其土壤饱和导水率(0.0013 cm·h^-1)极低,导致在玉米苗期降雨较少时白浆层阻滞下层水分上移,使黑土层和白浆层较干,而拔节后降雨频繁时期白浆层的低渗透性导致上层土壤水分滞留。改良白浆土后,表土混层和心土混层处理下0～60 cm土层平均饱和导水率分别为12.29和14.09 cm·h^-1,是对照的4.9～5.7倍;相较于对照,两种混层技术在玉米苗期白浆层土壤含水量提高了约93.2%,降雨频繁的拔节中期(7月15—19日)0～30 cm土层土壤平均含水量分别降低10.3%和8.3%,促进了土壤水分入渗;玉米生长季根系层(0～60 cm)储水量均提高5.5%。表明混层技术改善了玉米生长季内白浆土剖面土壤水分分布不均的状况,其中,以心土混层技术效果较好。

白浆土的白浆层存在硬化、酸化等障碍问题,是制约白浆土地区粮食作物产量的关键限制因素。本研究通过田间微区试验,设置石灰(900 kg·hm^-2,C)、石灰分别与4.5(B1)和9 t·hm^-2生物炭(B2)组合作为改良剂,以不加改良剂为对照(CK),探究不同改良剂对白浆土土壤理化性质和玉米生长特性及产量的影响。结果表明: 施用石灰可显著提高白浆层土壤pH值,3个处理较CK增加0.26～0.69个单位;C处理土壤容重较CK增加7.6%,添加生物炭能有效缓解石灰引发的土壤容重增高风险,B1和B2处理土壤容重较C处理分别降低4.6%和3.9%。与CK相比,施用石灰使白浆层土壤全钙含量提高4.7%～22.7%,但同时会降低白浆层土壤有机质含量,C处理有机质含量较CK降低17.6%,而施用生物炭能减轻有机质含量降低风险,较C处理提高15.0%～15.3%。各改良剂处理使玉米株高有增加趋势,但并未对叶片叶绿素含量产生显著影响。C处理玉米籽粒产量较CK提高9%,但差异不显著;而B1和B2处理玉米籽粒产量分别较CK显著提高19.3%和18.0%,B1与B2间差异不显著。Mantel检验分析表明,玉米籽粒产量主要受白浆层土壤pH值的调控。综上,将4.5和9 t·hm^-2生物炭与900 kg·hm^-2石灰配施可有效缓解白浆层酸化,显著提升玉米产量,其中,以4.5 t·hm^-2生物炭与900 kg·hm^-2石灰配施配方最具应用价值。

白浆层与淀积层混拌可打破白浆土不良的土体构型,而施用秸秆是提高白浆层土壤养分的有效途径。本研究采用室内培养试验,分析白浆层混拌不同比例淀积层土壤(1∶0、2∶1、1∶1和1∶2)并添加1%玉米秸秆后土壤液限、塑性指数、机械组成、水稳性团聚体分布及土壤有机碳含量的变化,探究土层混拌与秸秆添加对白浆土的改良效果,并设置大豆大田试验进行产量验证。结果表明: 随淀积层土壤占比增加,土壤的液限值升高,塑性指数由16.0%分别升高到23.0%、27.0%和31.0%,白浆土的耕作适宜性增强;土壤黏粒含量增加、大于0.25 mm团聚体百分比(R_>0.25)和平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GWD)等团聚体稳定性指标提高,其中,MWD和GWD增幅分别为42.9%、44.9%、46.9%和27.7%、27.7%、29.8%。在同一混拌比例下,秸秆添加后土壤R_>0.25增加,团聚体稳定性增强,土层混拌和秸秆添加及两者互作对土壤R_>0.25、MWD和GMD均存在显著影响;土层混拌比为1∶1同时添加秸秆处理的R_>0.25最高,达66.6%。土层混拌降低了土壤有机碳含量,秸秆添加显著增加了土壤总有机碳和团聚体各粒级有机碳含量。表明土层混拌与秸秆添加后土壤黏粒和有机碳含量提高协同促进了土壤团聚体结构的形成与稳定,进而改良白浆土土壤结构,提高土壤肥力。大田试验证明,应用机械可实现白浆层与淀积层近似1∶1混拌,与常规深松对照相比,大田混层作业同时秸秆全量还田后大豆产量提高7.2%,该模式在白浆土耕地改良中具有显著的推广价值。

白浆土是我国典型低产土壤,土壤有机质含量低,探索玉米秸秆还田对白浆土水溶性有机碳(WSOC)含量的影响,对提升白浆土碳水平及稳定土壤地力具有重要意义。本研究分别向2种白浆土亚类(岗地白浆土和草甸白浆土)土壤10、20和30 cm土层添加玉米秸秆(土壤重量的1%),以不加秸秆为对照,分析添加40、100和290 d后土壤WSOC含量及其荧光特性的变化。结果表明: 玉米秸秆添加到不同深度土壤中均增加了WSOC含量,且随着秸秆添加时间的延长呈增加趋势;添加290 d后,岗地白浆土和草甸白浆土10、20、30 cm深度土壤WSOC含量分别比对照增加了6.4%、15.7%、131.7%和8.6%、25.1%、54.0%。添加玉米秸秆降低了土壤水溶性有机碳/土壤有机碳(WSOC/SOC)比例,SOC库的稳定性增强;荧光指数(1.15～1.79)和自生源指数(0.91～2.63)平均较对照增加5.8%和2.7%,腐殖化指数(0.25～0.62)平均较对照降低15.0%,表明土壤WSOC受外源和内源物质的综合影响,添加秸秆后白浆土腐殖化程度降低。所有土壤WSOC荧光图谱解析出4个组分,属于3种物质,分别为溶解性微生物产物、类腐殖酸和类蛋白质物质;添加秸秆后岗地白浆土类腐殖酸减少,溶解性微生物产物和类蛋白质增加;草甸白浆土类腐殖酸在10和30 cm深度增加、20 cm深度减少,溶解性微生物产物在10和20 cm深度增加、30 cm深度减少,类蛋白质与溶解性微生物产物相反。秸秆还田有利于增加白浆土WSOC含量,促进WSOC溶液中低分子量荧光组分的形成,使结构趋于简单化,提升土壤供肥能力。

针对低产白浆土因物理结构障碍导致的耕作特性较差,不利于机械耕作作业的问题,本研究通过室内模拟试验,以无掺混为对照,设置耕层混拌(TLM,白浆层土按10%～50%掺入表土中)、心土混层(SM,淀积层土按10%～50%掺入白浆层土中)及心土培肥(SF,有机肥、秸秆、生物炭添加梯度2%～10%)3类处理,分析不同改土措施对白浆土可塑性(采用液限、塑限、塑性指数指示)、胀缩性(采用缩限指示)及适宜耕作期(采用收缩指数指示)的差异化调控机制。结果表明: 与对照相比,TLM提升了土壤均质化程度,但显著增强了土壤可塑性,缩短土壤适宜耕作期,导致耕作特性劣化。SM通过提高黏粒含量和优化黏沙比提升了白浆土耕作性能,使适宜耕作期显著延长。SF依托有机质、比表面积、最大吸湿水和有机碳的协同增效,对白浆土耕作特性的改良效果显著优于TLM和SM处理,其中,有机肥通过提升土壤持水能力(塑限增幅为37.5%～58.1%)优化土壤适耕性;秸秆对土壤膨缩性的调控效果最显著(缩限降幅最高达41.1%),秸秆添加量为6%时效果最佳;生物炭则通加多级孔隙结构优化土壤适耕性,在添加量为10%时,液限和塑限分别提升了7.3%、14.9%,塑性指数下降了7.6%,收缩指数增加了12.6%,表明3种培肥物料均可不同程度改良低产白浆土耕作特性。本研究可为白浆土障碍修复与可持续耕作体系构建提供理论支撑。

有机物料深混是改良土壤的有效措施。本研究以典型白浆土为对象,设置常规耕作(CT)、深翻(DT)、秸秆深混还田(DS)、有机肥深混还田(DM)及秸秆-有机肥深混还田(DSM)5个处理,通过2年田间定位试验,探究深混不同有机物料还田对白浆土微生物生物量、胞外酶活性及其化学计量比的影响。结果表明: 有机物料深混(DS、DM和DSM)各处理均显著提高了0～15和15～35 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP),其中,DSM处理增幅最大,在0～15 cm土层较CT分别提高72.8%、61.6%和147.7%,在15～35 cm土层较CT分别提高78.7％、136.7％和248.4％。胞外酶活性均随土层加深显著降低,添加有机物料处理显著提升了各土层土壤酶活性,其中,DSM处理增幅最大,在0～15 cm土层碳(β-1,4葡萄糖苷酶)、氮(β-1,4-N-乙酰葡萄糖苷酶+亮氨酸氨基肽酶)和磷获取酶(酸性磷酸酶)活性较CT处理分别提高了11.6%、65.3%和50.4%,在15～35 cm土层分别提高了68.9%、37.4%和31.1%。酶向量模型表明,白浆土各土层微生物群落普遍受到碳磷双重制约,有机物料深混可显著改善这一养分限制状态。相关性分析与随机森林模型结果显示,土壤胞外酶活性受到MBC、MBN、MBP的调控。有机物料深混还田可提升白浆土土壤微生物和酶活性,促进养分循环,其中,秸秆配合有机肥深混还田效果最佳。

土壤氮矿化、硝化和反硝化等氮素转化过程是氮素生物地球化学循环的重要环节。以往关于氮沉降对森林土壤氮素转化过程影响的研究大部分仅采用林下模拟氮沉降,忽略了林冠的截留作用,无法真实反映氮沉降的影响效应。本研究以进行了3年的野外模拟林冠-林下氮沉降毛竹林土壤为对象,设林冠氮沉降(CN,施氮量50 kg·hm^-2·a^-1)、林下氮沉降(UN,施氮量50 kg·hm^-2·a^-1)、林冠对照(CCK,与模拟氮沉降溶液等量的水)和林下对照(UCK,与模拟氮沉降溶液等量的水)4个处理,测定土壤净氮矿化和净硝化速率及土壤反硝化速率,探究不同氮沉降方式对土壤氮素转化关键过程的影响机制。结果表明: 林冠和林下氮沉降均能显著增加土壤净氮矿化、净硝化和反硝化速率,其中,CN较CCK的增幅分别为43.4%、44.9%和33.0%;UN较UCK的增幅分别为48.6%、48.7%和41.2%。氮沉降背景下土壤净氮矿化速率的增加主要是由土壤可溶性有机氮和微生物生物量氮(MBN)及脲酶活性增加所致;净硝化速率的增加主要归因于氨氧化古菌丰度、硝化酶活性和MBN的增加;反硝化速率的增加是由于氮沉降促进了氮矿化和硝化作用的进行以及增加了反硝化功能基因(nirK)丰度。此外,CN和UN处理下土壤净氮矿化和净硝化速率无显著差异,但UN处理的土壤反硝化速率显著高于CN,这主要与前者的nirK基因丰度较高有关。

幼苗幼树作为林下植被重要的组成部分,其生物量的准确估算对森林生态系统碳储量的量化评估具有重要科学意义。本研究基于帽儿山101块阔叶混交林样地林下色木槭、山杨、裂叶榆、水曲柳、蒙古栎和暴马丁香6种幼苗幼树的620株实测数据,以基径、株高、冠面积为自变量,构建幂函数生物量模型,并筛选出最优模型作为基础模型。在此基础上,采用似然分析法评估基础模型的误差结构,进而利用似乎不相关回归(SUR)方法建立6种幼苗幼树的生物量方程组,并采用“刀切法”对模型进行检验。结果表明: 在6种幼苗幼树中,除水曲柳以基径为自变量的一元生物量模型,暴马丁香以基径、株高和冠面积为自变量的三元生物量模型为最优外,其余幼苗幼树均以基径和株高为自变量组成的二元生物量预测模型效果最佳,调整后的决定系数(R_a²)介于0.716～0.990,均方根误差(RMSE)介于0.060～6.403,且各模型参数均显著。各树种不同组分及总生物量的误差结构均表现为相乘性(ΔAICc>2),采用对数转换后的线性生物量模型分别构建6种幼苗幼树的SUR生物量模型,各模型均具有较高的R_a²(0.713~0.987)和较低的RMSE(0.062～7.408),可对林下幼苗幼树生物量进行准确估算。

本研究以宁夏罗山国家级自然保护区互叶醉鱼草、拧条锦鸡儿、虎榛子、刺旋花、准噶尔栒子和蒙古扁桃6个典型灌丛群落为对象,通过野外植被调查、分层土壤采样及室内萌发试验,探究土壤种子库特征及其与土壤理化性质的关系。结果表明: 6个灌丛群落的土壤种子库共发现植物43种,隶属17科35属,以菊科、禾本科和豆科植物为主,占总物种数的58.1%,生活型以多年生草本植物占绝对优势,其中,莎草最为常见。6个灌丛群落的土壤种子库密度在1033～7000粒·m^-2,且其密度随土层加深而显著递减,70%以上种子集中于0～10 cm表层土壤。虎榛子群落土壤种子库的Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数以及Margalef丰富度指数均高于其他群落,刺旋花群落最低。各灌丛群落土壤pH值均呈碱性,不同灌丛群落间土壤含水率、全氮、速效钾和速效磷含量均存在显著差异,其中,准噶尔栒子群落的土壤含水率显著高于其他群落,虎榛子群落次之,刺旋花和拧条锦鸡儿群落的土壤含水率最低。土壤种子库物种多样性指数与土壤速效磷、含水率呈显著正相关,与pH值呈负相关。土壤理化性质未改变种子库垂直分布的表聚特征,但种子库的水平分布格局受土壤速效磷、含水率、全氮及pH异质性驱动。土壤种子库灌木稀缺,植被恢复难度大,未来建议聚焦种子库薄弱区调控关键因子,实施精准生态修复。

本研究以荒漠草原典型人工固沙灌木黑沙蒿为研究对象,基于2021和2022年生长季穿透雨、植被特征、气象因子以及冠层内外0～60 cm浅层土壤水分的野外定位观测,探究黑沙蒿灌丛穿透雨的空间分布特征,并使用增强回归树(BRT)模型量化了各主要影响因素的相对贡献率,分析了黑沙蒿灌丛冠层投影区内外浅层土壤水分的补给特征。结果表明: 研究期间共观测到有效降雨事件31次,总降雨量为333.15 mm。在次降雨事件中,黑沙蒿灌丛的平均穿透雨量为8.03 mm,平均穿透雨率为69.9%,穿透雨产生的次降雨阈值为0.69 mm。穿透雨空间格局表现为“雨极”分布在灌丛外缘、“旱极”分布在灌丛中部的特点。BRT模型显示,黑沙蒿灌丛的穿透雨形成过程中非生物因素占主导地位,其中降雨量(相对贡献为89.8%)是最重要的变量,其次是相对湿度和风速,而生物因素的影响占比相对较小(相对贡献<3%)。黑沙蒿灌丛冠层下0～60 cm平均土壤水分补给量(2.88 mm)和平均土壤水分补给速率(3.6%·h^-1)均高于冠层外(2.69 mm和3.3%·h^-1),增幅分别为6.6%和9.1%,但差异不显著,表明降雨对黑沙蒿冠层下的浅层土壤水分的补给效果更好。降雨量和穿透雨量是影响黑沙蒿冠层下浅层土壤水分补给量的两个关键因素。

研究不同土壤发育厚度条件下典型乔木根系吸水来源构成变化,明确典型乔木对浅薄土壤生境的适应性,对人工林生态系统可持续建设与管理具有重要意义。本研究以鲁中南花岗岩山丘区不同表土层厚度条件下的刺槐林(表土层厚27和20 cm)和黑松林(表土层厚20和10 cm)为对象,测定其木质部水、土壤水、地下水和降水的氢氧稳定同位素(δ²H和δ¹⁸O)组成,利用MixSIAR模型量化不同表土层厚度下两种乔木水分利用来源构成变化。结果表明: 干旱期,两种林型下的土壤含水量为0.018～0.108 cm³·cm^-3,刺槐和黑松以利用地下水为主,利用率均超过50%,且土层较薄条件下两者对地下水的利用率均较高;湿润期和较湿润期,土壤含水量分别为0.053～0.194和0.032～0.124 cm³·cm^-3,刺槐、黑松以利用土壤水为主,利用率分别在70%、60%以上(除2021年7月黑松仍以地下水为主),且土层较薄条件下两种乔木分别对0～40、0～20 cm层土壤水的利用率更高。相同土层厚度条件下,干旱期刺槐对地下水的利用比例较黑松高,而湿润期刺槐对土壤水的利用比例较黑松高,较湿润期黑松对土壤水的利用比例高于刺槐,且湿润期初刺槐即以土壤水为主要水源,而黑松仍主要利用地下水。因此,刺槐对浅薄土层土壤水分变化更敏感,黑松对鲁中南花岗岩山丘区较薄土壤条件的适应性更强。

为揭示地理隔离与人类活动对中国西北地区胡杨遗传格局的影响,本研究利用12对高多态性SSR引物,对横跨青海、甘肃、新疆和内蒙古4省区的6个胡杨天然种群(样本量为159)进行了遗传多样性和种群遗传结构分析。结果表明: 在物种水平上,胡杨种群维持着较高的遗传多样性(期望杂合度为0.62),但种群间存在显著遗传分化(遗传分化指数为0.38),并聚类成青海谱系、敦煌谱系及混合谱系3个相对独立的遗传谱系。昆仑山脉与祁连山脉的地理阻隔分别塑造了独特的青海谱系和敦煌谱系,而古丝绸之路沿线的胡杨种群则可能因人类活动介导的基因交流,形成了跨越地理距离的混合谱系。本研究明确的三大谱系应被视为独立的保护管理单元,这一发现为制定针对性的胡杨资源保护与管理策略提供了关键的遗传学依据。

为研究南果梨在东北地区的分布特征及其在气候变化背景下的响应模式,本研究运用最大熵模型,基于南果梨在东北地区(黑龙江省、吉林省、辽宁省)的分布数据,以及当前(1970—2000年)、2030s(2021—2040年)、2050s(2041—2060年)时期的环境数据(包括气候因子、地形因子和土壤因子),剖析影响南果梨分布的主导因子,模拟不同时期南果梨在东北地区的分布。结果表明: 模型经受试者工作特征曲线检验,训练集的平均受试者工作特征曲线下面积为0.925,在预测南果梨气候适宜性方面有较高的可信度。在可能影响南果梨分布的50个因子中,得到包括气候、地形和土壤3方面的共17个主导因子。其中,气候因子的贡献率最显著,累计占比达78.5%。当前,南果梨的高适生区分布在辽宁鞍山中部、辽阳中部、营口东部、锦州中部、朝阳、葫芦岛、阜新等地,高适生区面积为0.78×10⁴ km²。未来气候情景下(2030s、2050s),南果梨的适生区范围将呈现出扩大且向北迁移的趋势,高适生区面积在2050s将达到峰值,为7.9×10⁴ km²。

湖泊在全球碳循环中发挥着关键作用,但水产养殖以及“退养还湖”生态恢复措施对湖泊碳源汇特征的影响尚不明确。本研究基于涡度相关法,对东太湖水产养殖区在2018年养殖阶段和2019—2020年生态恢复阶段的CO₂通量进行连续观测,以明确退养还湖对湖泊CO₂通量的影响及其驱动因素。结果表明: 无论在养殖阶段还是生态恢复阶段,该湖区CO₂通量的季节变化均表现出生长季(5—10月)吸收CO₂,非生长季(12月—次年3月)CO₂通量接近于零的特征。在生长季,CO₂通量还存在日间吸收、夜间排放的日变化动态,并且退养还湖后日间CO₂吸收通量显著增加,而夜间CO₂排放通量小幅增强。退养还湖后,外源有机碳输入减少,水生植物群落由沉水植物向浮叶植物转变,这显著提升了东太湖的CO₂吸收能力,生长季CO₂吸收量从2018年水产养殖阶段的182.03 g CO₂·m^-2提高至生态恢复阶段2019和2020年的384.17和629.19 g CO₂·m^-2。湖泊CO₂通量日变化动态受太阳辐射控制,并且退养还湖后水生植物光能利用效率和光合作用能力均提高。在日尺度上,养殖阶段湖泊CO₂通量受温度、太阳辐射和风速调控,退养还湖后风速对CO₂通量变化的影响不再显著,日间CO₂吸收对温度变化的敏感性Q₁₀由2018年的2.44增加至2019年的3.16和2020年的3.03;而夜间CO₂排放对温度变化的敏感性Q₁₀则由2018年的10.20降低至2019年的1.17和2020年的5.14。在月尺度上,养殖阶段,总氮浓度是湖泊CO₂通量的主控因子,归一化植被指数(NDVI)是湖泊日间CO₂通量的主控因子;退养还湖后,太阳辐射、温度成为湖泊CO₂通量的主控因子,并且湖泊日间CO₂通量对NDVI变化响应的敏感性增加。

针对卫星遥感在城市和城郊异质景观中物候监测的局限性,本研究以二球悬铃木为对象,基于2020年南京城市和城郊物候相机观测站点的图像数据,提出了一种新的基于像素的感兴趣区域(ROI)内目标植被的提取方法,通过计算相对绿度指数(GCC),采用 Klosterman 曲线拟合与 Gu 物候参数提取法,获取返青期、成熟期、衰老期和休眠期4个关键物候期,分析城市和城郊二球悬铃木的物候特征,并在日尺度上探讨了气象因素对城市和城郊二球悬铃木物候期的影响。结果表明: 本研究提出的基于像素的ROI内目标植被的提取方法,可显著降低建筑、林下植被等干扰物的影响。在物候期的识别上,本研究结果与卫星遥感结果具有良好的一致性,比传统基于像素的ROI整体平均的方法更为稳健合理。城市与城郊二球悬铃木的物候期差异显著,2020年南京城市二球悬铃木的返青期比城郊提前5.5 d,而衰老期延迟9.1 d。气温和短波辐射是影响研究区城市和城郊二球悬铃木物候变化的主要因素,而降水的影响不显著。本研究建立的基于像素的ROI内目标植被提取技术可有效提升城市景观物候观测精度,为城市化对植被物候影响的研究提供方法支撑。

城市热岛效应和城市大气污染一直是政府和民众关注的热点问题。本研究利用2018年12月1日至2019年11月30日沈阳9个气象站、10个环境监测站、1个辐射监测站的温度、PM_2.5浓度和向下长波辐射资料,根据站点的位置和距离等,将气象站和环境监测站分为城市站和郊区站,采用城郊差值法计算相对于西南和东北郊区的沈阳城市热岛强度和污染岛强度的季、月、日变化,并探讨了城市热岛强度和污染岛强度与向下长波辐射之间的关系。结果表明: 研究期间,沈阳的季、月、日温度均表现为城区>西南郊区>东北郊区,相对于西南郊区,基于东北郊区的沈阳城市热岛强度更高,季、月、日热岛强度最大值分别出现在冬季(城区分别比东北和西南郊区高2.82和 1.75 ℃)、1月(城区分别比东北和西南郊区高3.04和 1.87 ℃)、00:00(城区比东北郊区高3.09 ℃)或01:00(城区比西南郊区高2.20 ℃)。沈阳季、月、日PM_2.5浓度均为东北郊区最低,夏季、6—8月、11:00—17:00城区PM_2.5浓度高于西南郊区,其他季节和时段均为西南郊区高于城区。城市热岛强度与污染岛强度呈显著负相关。向下长波辐射与城市污染岛强度在昼夜均呈显著相关,但与城市热岛强度仅在夜间呈显著相关。向下长波辐射通过温度和PM_2.5影响城市热岛强度和污染岛强度。

菌根在介导土壤磷转化过程中发挥重要作用,间作和施磷影响菌根和根际酶活性,但间作下红壤磷活化的菌根介导作用尚不明确。本研究基于连续7年的红壤田间定位试验,设置玉米单作和玉米//大豆间作2种种植模式,在4个施磷水平(0、26.2、39.3、52.4 kg P·hm^-2)下,分析玉米//大豆间作对玉米产量、红壤磷组分、菌根特征、根际碱性磷酸酶活性的影响,探究间作促进红壤磷活化的菌根介导作用。结果表明: 玉米//大豆间作显著提高了玉米产量、红壤活性磷库比例和含量,促进了红壤磷活化和菌根定殖。在4个施磷水平下,与对应单作相比,间作玉米产量分别提高了21.1%、60.0%、58.5%和44.3%,土壤活性磷库占比分别显著提高了27.3%、18.2%、10.6%和9.2%,其中树脂膜浸提态磷(Resin-P)含量分别增加13.7%、31.3%、22.9%和18.4%,碳酸氢钠提取态无机磷(NaHCO₃-Pi)含量分别增加15.9%、28.8%、16.1%和6.9%,碳酸氢钠提取态有机磷(NaHCO₃-Po)含量分别增加23.8%、19.5%、11.8%和2.6%,红壤磷活化系数(PAC)分别提高36.7%、51.4%、19.8%和14.1%。间作玉米菌根侵染率分别提高35.2%、42.9%、28.8%和25.9%,菌丝密度分别提高21.7%、67.5%、27.5%和6.0%,孢子密度分别提高30.8%、35.7%、28.2%和21.9%,总球囊酶素分别提高8.3%、30.2%、25.1%和17.3%,碱性磷酸酶活性分别提高20.6%、24.6%、16.8%和13.8%。随机森林模型分析表明,对红壤磷活化贡献最大的为活性磷库(Resin-P、NaHCO₃-Po、NaHCO₃-Pi),而影响红壤活性磷组分的重要贡献因子依次为总球囊酶素、碱性磷酸酶活性、菌丝密度、菌根侵染率、孢子密度。结构方程模型进一步揭示,玉米//大豆间作通过提高菌根定殖与根际碱性磷酸酶活性,提高了红壤活性磷含量和比例,从而促进了红壤磷活化。

生态产品价值实现是经济高质量发展和产业绿色转型的新路径。本研究基于生态产品及其价值内涵,构建涵盖供给类、调节类、文化类的三维指标体系,测度2013—2022年中国除香港特别行政区、澳门特别行政区、台湾省、西藏自治区之外的其余30个省区生态产品价值实现水平,综合运用核密度估计法、基尼系数及σ、β收敛模型,解析中国生态产品价值的时空演进、地区分异和动态收敛特征。结果表明: 2013—2022年,中国30个省区生态产品价值实现率总体持续增强,均值由0.25升至0.68,区域间具有显著的梯级差异;在空间上呈现东高西低的分布格局。核密度估计结果表明,全国层面和三大地区(东部、中部和西部)生态产品价值指数均呈上升趋势,东部和中部地区内省际间生态产品发展水平差异较小,西部地区内省际发展不平衡。基尼系数及其分解结果表明,区域间差异是中国生态产品价值实现率差异的主要来源,东、中、西三大地区的地区内差异均呈小幅上升趋势。各地区生态产品价值实现率仅在2017—2021年具有σ收敛,2013—2022年全国及东部、中部地区存在β收敛,但收敛速度较缓慢。研究结果有助于精准识别生态产品价值实现的空间非均衡性,可为全国及三大地区制定差异化生态政策、促进区域协同发展提供科学依据。

以舟山群岛枸杞岛贻贝筏式养殖区为研究区域,于2022年8月(夏季)、10月(秋季)和2023年2月(冬季)、5月(春季)进行样品采集,分析舟山群岛枸杞岛浮筏海藻群落结构及其对藻栖端足目生物(钩虾和麦秆虫)附生偏好的影响。结果表明: 1)养殖区近岸侧浮筏海藻物种数及生物量均高于离岸侧,且存在一定的季节性波动,其中,夏季海藻物种数最多(19种),冬季最少(15种);物种丰富度指数亦表现为夏季高(2.65)、冬季低(2.38)。2)钩虾和麦秆虫附生密度在各季节间存在极显著差异,且均呈现夏高冬低的季节变化。钩虾多分布于养殖区近岸侧,麦秆虫多分布于离岸侧。3)钩虾和麦秆虫均偏好枝状和叶状海藻,附生密度最大的叶状海藻均为角叉菜;枝状海藻中,钩虾倾向附生于结构复杂、颜色相近的岗村蜈蚣藻上,麦秆虫则倾向附生于表面粗糙、质地坚硬、结构稳定的珊瑚藻。除季节外,分枝数量、表面粗糙度、结构复杂性等形态特征也是影响钩虾和麦秆虫附生偏好的主要因素。研究结果有助于理解端足目生物的生态适应策略,可为筏式养殖区的生态管理和海藻多样性保护提供理论基础和数据支持。

溶磷菌作为化学磷肥的绿色替代品,能够以环境友好的方式提高作物对磷的利用效率,增加农作物产量。为解决溶磷菌剂应用及推广过程受菌种资源和活菌数制约的问题,本研究从洛阳市郊区农田中分离得到一株潜在溶磷菌H9,培养6 d后发酵液中可溶性磷含量最高可达71.17 mg·L^-1。根据形态学特征和16S rDNA测序,H9被鉴定为苜蓿中华根瘤菌。采用高密度发酵优化试验探讨H9的最佳发酵工艺,结果表明,在乳糖48.32 g·L^-1、酵母粉11.32 g·L^-1、氯化钠3.29 g·L^-1、初始pH为7.0、装液量为20 mL、接种量为3％,摇床设置为34 ℃、180 r·min^-1条件下,H9的实际活菌数达到最大,为(1.491±0.05)×10¹⁰ CFU·mL^-1。本研究筛选的苜蓿中华根瘤菌可作为溶磷菌剂的优质菌株资源,具有较大的农业应用潜力。

土壤盐碱化是全球农业与生态系统面临的重大挑战,选育耐盐植物是实现盐碱地可持续利用的关键策略。满江红是一类具有重要生态与农艺价值的水生蕨类植物,其与固氮蓝藻形成的专性共生体系在盐碱环境的可持续治理中具有较大潜力。本文系统综述了满江红耐盐性评价、耐盐种质筛选及耐盐机制的研究进展。现有研究初步建立了基于生长、形态及生理生化指标的多维度评价方法,并揭示出不同种质间耐盐性存在显著差异。满江红的耐盐机制涉及离子稳态调控、渗透调节与代谢重塑、抗氧化防御以及宿主-共生蓝藻互作的适应性调整等多方面协同响应。当前研究在评价标准的统一性、耐盐遗传基础解析及复合胁迫的研究与机制探索等方面存在局限,未来应重点整合基因编辑、合成生物学及多组学技术,以深入阐明耐盐机制与共生互作分子网络,建立耐盐种质与共生蓝藻协同筛选体系,加强复合胁迫研究,并系统评估其田间应用潜力与生态效益。

光伏产业的迅速发展推动了能源转型,但同时也对西北地区的沙漠和盐碱地等脆弱生态系统产生了深远影响。本文综述了光伏项目对微气候、土壤、植被和生物土壤结皮的影响。光伏项目通过遮阴、增湿和防风等作用改善了当地环境,促进了植被恢复和生物土壤结皮的发展,但同时也可能引发热岛效应,进一步改变生物群落结构。这些生态响应表现出明显的时空变异性。生态系统的恢复过程对光伏发电的效率和运行稳定性产生反馈作用,共同形成了“光伏-气候-土壤-生物”耦合系统。目前,长期监测和深入的机制分析仍存在不足。未来的研究应优先开展跨尺度和跨学科的调查研究,为脆弱的干旱/半干旱地区光伏基地建设与生态保护的协调发展提供科学依据。