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2018年 第29卷 第4期    刊出日期：2018-04-18

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摘要 ( 245 )   PDF (470KB) ( 93 )  

水文变异与非一致性专栏

非一致性水文频率计算的基因途径Ⅰ:水文基因遗传、变异和进化原理

谢平, 吴子怡, 赵江艳, 桑燕芳, 陈杰

2018, 29(4):  1023-1032.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.017

摘要 ( 661 )   PDF (984KB) ( 322 )  

随机水文过程受到随机性和确定性因素的综合影响,其时间序列不仅具有反映遗传特性的纯随机成分,还含有反映变异特性的确定性跳跃、趋势、周期成分和随机性相依成分,使得随机水文过程表现出复杂的变化形态和演变规律.为了对上述复杂的变化形态和演变规律进行统一认识,本文从随机过程模拟和时间序列分析两个角度描述了非一致性水文序列的遗传和变异特性或规律,同时对非一致性水文频率计算途径进行比较,说明非一致性研究面临的主要问题.在此基础上,本文借鉴生物基因概念来定义水文基因,并分别利用常规矩、权函数矩、概率权重矩、线性矩等描述水文基因的构建和表达过程;同时定义跳跃、趋势、周期、相依和纯随机成分为构成水文基因的5种水文碱基,综合考虑非一致性水文序列的遗传成分和变异成分,并阐述其遗传、变异和进化原理,以揭示水文要素概率分布遗传、变异和进化的演变规律.

非一致性水文频率计算的基因途径Ⅱ:水文基因诊断系统与非一致性常规矩基因方法

谢平, 赵江艳, 吴子怡, 桑燕芳, 陈杰, 李彬彬, 顾海挺

2018, 29(4):  1033-1041.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.010

摘要 ( 519 )   PDF (2088KB) ( 358 )  

非一致性水文频率分析是变化环境下工程水文计算需要解决的主要问题之一.本文从随机水文序列组成的角度,将不同时间尺度下的非一致性水文现象概化为具有遗传、变异与进化特性或规律的水文过程,据此借鉴生物基因理论提出水文基因的概念,并定义常规矩基因为水文序列的各阶原点矩和中心矩.为了识别与检验水文基因的各组成成分,创建了水文基因诊断系统.为了阐述水文基因的遗传、变异与进化原理,以P-Ⅲ分布为例详细描述了常规矩基因的构建与表达过程.以澜沧江流域允景洪站年最小1月流量序列为例,对上述基于常规矩基因的非一致性水文频率计算方法进行了可行性和实用性验证.结果表明: 该方法能以水文基因变异识别为基础,揭示非一致性水文序列的演变规律,不仅为变化环境下工程水文计算提供了新的研究途径,也能为水安全评价提供重要的参考依据.

基于相关系数的水文序列跳跃变异分级原理与方法

吴子怡, 谢平, 桑燕芳, 顾海挺

2018, 29(4):  1042-1050.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.012

摘要 ( 443 )   PDF (651KB) ( 99 )  

跳跃变异是环境变化影响下水文过程发生急剧变化的一种重要表现形式,体现了水文非线性系统对外界干扰的响应.目前研究主要是对序列跳跃变异发生的时间、次数等进行识别和检验,但缺乏对其变异程度进行定量描述和分级,给开展流域环境变化研究及其影响评价带来很大困难.本文选取相关系数作为基础指标,提出了一种理论严密且便于应用的水文序列跳跃变异分级方法,并利用统计试验验证了文中方法对变异点显著性的检验精度,以及跳跃变异分级原理的合理性和分级方法的可靠性.经推导相关系数与跳跃变异相对幅度的关系,选取不同显著水平下的若干典型相关系数值作为分级阈值,将跳跃变异程度划分为无变异、弱变异、中变异、强变异、巨变异5个等级.通过应用于分析我国不同气候区的5个实测水文序列,结合物理成因分析验证了该方法的实用性.

基于Hurst系数与Bartels统计量的水文变异度及其敏感性

雷旭, 谢平, 吴子怡, 桑燕芳, 赵江艳, 李彬彬

2018, 29(4):  1051-1060.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.009

摘要 ( 505 )   PDF (2159KB) ( 345 )  

近年来由于受全球气候变化和频繁人类活动的影响,水文序列的纯随机成分叠加了跳跃、趋势、周期、相依中的任意一种或多种变异成分,急需明确采用何种指标度量它们变异的程度.本文定义了基于Hurst系数与Bartels统计量的水文变异度以衡量其变异程度,采用蒙特卡洛统计试验方法检验并分析了它们对不同变异成分的敏感性.结果表明: 当水文序列存在跳跃、趋势变异时,Hurst变异度和Bartels变异度均能反映其变异状况,但Hurst变异度对微弱的跳跃或趋势变异更敏感;当序列存在周期变异时,仅Bartels变异度能反映序列的周期变异程度;当序列存在相依变异时,Hurst变异度和Bartels变异度均能反映其变异程度,但Bartels变异度能反映更加微弱的相依变异程度;Hurst变异度、Bartels变异度均随着4种成分变异幅度的增大而增大,说明Hurst变异度、Bartels变异度可以衡量水文序列的变异程度.以澜沧江流域各气象站气温序列为例,发现各站气温出现了向上的趋势或跳跃变异,说明整个流域近年来出现了气候变暖的现象,且上、下游气温变异度更高,体现出本文所提方法的实用性.

水文跳跃变异综合加权识别方法——以澜沧江下游戛旧水文站径流序列为例

顾海挺, 谢平, 桑燕芳, 吴子怡

2018, 29(4):  1061-1070.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.016

摘要 ( 508 )   PDF (1206KB) ( 224 )  

跳跃变异是全球气候变化背景下水文过程发生剧烈变异的重要表现形式,其准确识别对认识水文过程发生的变化及开展实际水文水资源工作具有重要意义.针对目前传统方法在样本两端有时检验结果不可靠、多种方法检验结果常常不一致等问题,本文通过对常用的12种变异点检验方法对比研究,基于赋权方式提出了水文跳跃变异综合加权识别方法,并利用Monte-Carlo统计试验验证了该方法的可靠性.结果表明: 12种跳跃变异检验方法的效率受变异点前变差系数(Cv)、变异点前偏态系数(Cs)、均值变幅系数、Cv变幅系数、Cs变幅系数等因素的影响较大,但与序列均值无明显关系.以各方法的性能差异为基础,基于统计试验结果对各检验方法赋予权重.其中,滑动秩和检验法和滑动游程检验法的权重最高,RS检验法的权重最低.通过赋权方式,可以在各方法检测结果不一致时选取综合权重最大的变异点作为最终结果.将该方法应用于澜沧江下游戛旧年径流极大值(1日、3日、5日、7日、1月)序列进行分析,结果显示各个序列均在2004年发生了明显跳跃变异,且与该流域水文过程变化、水利工程建设等物理成因十分吻合,验证了该方法的合理性和可靠性.

基于信息熵的我国日降水量随机性和时空差异性

李鑫鑫, 桑燕芳, 谢平, 刘昌明

2018, 29(4):  1071-1078.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.013

摘要 ( 591 )   PDF (5488KB) ( 43 )  

我国日降水过程呈现明显的随机性与时空差异性,如何准确认识其时空变化规律对洪涝灾害防治等实际工作的影响具有重要意义.本文基于1961—2013年全国520个气象站点的日降水数据,选用信息熵指标研究我国日降水量的随机性.结果表明: 研究期间,我国东南地区日降水量的随机性大于西北地区,且不同等级日降水量随机性的空间分布存在差异,小雨(降雨量0.1～10 mm,P₀)等级日降水量随机性较大,差异不明显,中雨(10～25 mm,P₁₀)、大雨(25～50 mm,P₂₅)等级日降水量随机性最大,差异明显,暴雨及以上(≥50 mm,P₅₀)等级日降水量随机性最小,差异最明显.整体上,日降水的信息熵值呈上升趋势,表明全球气候变化下我国大部分地区日降水量的随机性增大,尤其表现为极端暴雨发生的频次明显增大.日降水信息熵的空间分布及其变化趋势可以很好地综合反映我国日降水量随机性的空间分布格局,可为洪涝灾害防治、农业规划布局、生态环境规划等提供科学依据.

枯水期非一致性最低通航水位的综合历时曲线设计法

赵江艳, 谢平, 桑燕芳, 徐强强, 吴子怡

2018, 29(4):  1079-1088.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.014

摘要 ( 696 )   PDF (2127KB) ( 469 )  

全球气候变化和频繁人类活动导致水文序列的二阶矩变异现象日益凸显,样本的“一致性”内涵发生了变化,只考虑均值一阶矩变异的非一致性水文序列分析方法不再适用于所有的非一致性问题,基于样本一致性的传统最低通航水位综合历时曲线设计方法给枯水期低水位下的船舶通航带来了更大的安全隐患,使得最低通航水位更加不能满足航运设计需求.本文运用水文变异诊断系统分别检验水文序列的均值和方差二阶矩变异,在此基础上,结合时间序列的分解合成原理,提出枯水期非一致性最低通航水位综合历时曲线设计法.并以澜沧江流域的允景洪站为计算实例,比较分析现状与过去远期、过去近期不同时期的设计水位值,以及考虑二阶矩变异、仅考虑均值变异、未考虑变异3种不同情况下的设计水位值.结果表明: 方差变异成分改变了允景洪站设计水位值的变化趋势,并且与仅考虑均值变异的设计水位值的差值低至-1.11 m,与未考虑变异的设计水位值的差值低至-1.01 m,从而揭示了方差变异对设计水位的影响以及二阶矩变异分析在航道规划设计中的重要意义.

基于相关系数的水文相依性变异分级方法——以自回归模型为例

赵羽西, 谢平, 桑燕芳, 吴子怡

2018, 29(4):  1089-1097.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.015

摘要 ( 643 )   PDF (780KB) ( 199 )  

水文过程演变存在时间相依性,含有相依成分的水文序列无法满足水文计算中的一致性假设,给水问题研究带来诸多困难.针对水文序列相依性变异这一现象,以自相关模型为例,提出基于相关系数的水文相依性变异分级方法.该方法通过计算相依成分与原序列之间的相关系数,并选取合理的相关系数阈值,将相依性变异程度分为无变异、弱变异、中变异、强变异、巨变异.通过推导相关系数与序列各阶自相关系数之间的公式,说明相关系数主要取决于1阶到p阶自相关系数的大小,从而阐明分级方法的理论基础.以一阶和二阶自回归模型为例,利用统计试验验证了公式的合理性,并说明了相关系数和自相关系数的联系.将所提分级方法应用于3个实测径流序列进行分析,结果显示水文过程常常存在相依性与随机性并存的现象.

研究论文

毛红椿天然种群有性繁殖适合度及其繁殖更新

黄红兰, 张露, 贾黎明, 梁跃龙, 蔡军火

2018, 29(4):  1098-1106.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.001

摘要 ( 617 )   PDF (563KB) ( 218 )  

以九连山国家自然保护区毛红椿4个天然种群为研究对象,于2006—2016年调查毛红椿有性繁殖和自然更新的情况,分析其繁殖适合度系数和个体水平适合度.结果表明: 九连山毛红椿各地理种群结实单株的初始数量较少(3～9株),经70余年的繁衍发育,现存结实单株的数量仅2～10株,且来源于原始单株或子1～2代.不同种群间有性繁殖差异显著,但结实能力呈逐年下降的趋势;随群落发育成熟,土壤种子库保存与种子萌发的失利,导致能正常生长发育成熟的林木数量近乎为0.毛红椿最佳性成熟年龄为40年,早期优势明显,适合度系数早期快速增长,为2.0～2.8,但急剧减少至0.3～0.5,之后较平稳减速至近乎于0;种群间个体有性繁殖适合度(0～14株·cm²)存在较显著差异,但均较低,甚至低至0;以现有繁殖率计算,有性繁殖与更新的适合度实测值均远低于预估值.总之,受有性繁殖遗传适合度低的影响,不同种群间有性繁殖与更新能力趋同衰退;个体有性繁殖适合度进一步降低且面临更高的投资风险,现有繁殖体系因此失衡并趋于恶化.建议开展繁殖交配、授粉结实及遗传多样性评价研究,同时人为干预林分环境,于结实期清理林地枯落物,在幼苗至幼树生长过渡期适当疏伐.

青藏高原植被生长对PDO响应的季节分异

石芳忠, 李小雁, 吴秀臣, 刘文玲, 裴婷婷, 孔冬冬, 蒋志云, 张瑜

2018, 29(4):  1107-1116.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.002

摘要 ( 697 )   PDF (6927KB) ( 243 )  

利用卫星遥感观测的区域尺度归一化植被指数(NDVI)和格点气候数据,借助Spearman相关分析及基于多变量回归分析的结构方程模型,研究了1982—2015年青藏高原植被生长季节变化对太平洋10年际涛动(PDO)的响应格局及机理过程.结果表明: 青藏高原生长季(4—10月)平均NDVI与PDO指数存在显著的负相关关系,但是PDO与不同季节NDVI之间的关系呈现出明显的季节分异,具体表现为PDO与秋季NDVI的负相关关系强于夏季,且冬季PDO显著影响次年青藏高原夏季植被生长.另外,PDO对青藏高原植被生长的调控过程在季节间存在明显分异,夏季表现为PDO对温度和降水的共同调控,而秋季则以对温度调控为主.

出露基岩生境典型植物树干液流对自然降水和连续干旱的响应特征

张慧玲, 丁亚丽, 陈洪松, 王克林, 聂云鹏

2018, 29(4):  1117-1124.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.021

摘要 ( 509 )   PDF (855KB) ( 331 )  

以西南喀斯特地区常见的出露基岩生境为研究对象,针对该类生境典型乔木类植物菜豆树和圆叶乌桕,应用TDP热扩散探针技术,结合遮雨试验,分析了植物树干液流对自然降水和连续干旱的响应特征.结果表明: 在生长季不同时期,降水后2树种液流密度较降水前均有一定程度的升高,但始终呈现落叶乔木圆叶乌桕高于半落叶乔木菜豆树的特征;连续2个月遮雨条件下,2树种液流密度均无明显降低的趋势,表明2树种均不依赖受近期降水主导的水源;通过对降水前后及连续干旱条件下2树种液流密度与环境因子的拟合关系研究发现,气象因素差异对水分环境变化条件下植物蒸腾耗水的影响较小.自然降水和短时期的连续干旱并未显著改变2树种的蒸腾耗水特征,这可能与出露基岩生境特殊的水分蓄持环境和乔木类植物依赖相对稳定的深层水源有关.

耐冬山茶对不同光照和水分的生理生态学响应

刘翠菊, 郭霄, 王奎玲, 刘庆超, 孙迎坤, 姜新强, 刘庆华

2018, 29(4):  1125-1132.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.005

摘要 ( 704 )   PDF (935KB) ( 286 )  

耐冬山茶作为第三纪孑遗植物,是山茶自然分布最北缘的种群,具有丰富的形态特征与独特的遗传特性.以野生耐冬山茶幼苗为对象,设置2个光照梯度(全光照的65%、15%)、3个干旱梯度(田间持水量的75%、50%、25%),研究耐冬山茶在不同光照、水分条件下生理生态学响应机制, 验证现存的4个理论假设是否能够解释耐冬山茶幼苗对遮荫与干旱的响应.结果表明: 15%全光照限制了耐冬山茶幼苗的生长.与65%全光照相比,15%全光照使叶片的净光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量下降,最大降幅分别为63.3%、82.9%和17.5%,显著提高了叶片的比叶面积、叶片含水量和PSⅡ最大光化学效率,最大分别提高了60.3%、8.3%和6.4%.干旱抑制耐冬山茶的生长,使株高、基径下降.随着干旱胁迫的加重,植株叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度显著降低,最小值分别为0.83 μmol·m^-2·s^-1、0.30 μmol·m^-2·s^-1和11.56 mmol·m^-2·s^-1.随干旱胁迫的加重,过氧化物酶和过氧化氢酶含量总体呈下降趋势,而丙二醛和脯氨酸含量显著上升.15%全光照缓解了干旱对耐冬山茶幼苗的消极影响,遮荫与干旱对耐冬山茶幼苗的交互作用符合“促进理论”.耐冬山茶幼苗能够通过多种调节机制适应环境变化,且能适应较大的光照和水分范围.此外,通过改善耐冬山茶生长的光照和水分条件,为其提供理想的生长环境,可以扩大其园林应用.

高山森林林窗和生长基质对苔藓植物氮和磷含量的影响

汤国庆, 吴福忠, 杨万勤, 王壮, 汪沁, 梁子逸, 常晨晖, 李俊

2018, 29(4):  1133-1139.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.003

摘要 ( 650 )   PDF (616KB) ( 364 )  

苔藓在森林生态系统养分富集和循环方面有重要作用,苔藓植物在氮磷循环中的作用可能受到森林更新和生长基质的影响.为理解苔藓在森林生态系统养分循环中的作用,研究了高山森林不同位置(林窗中心、林窗边缘、林下)和不同生长基质(活立木、倒木、枯立木、大枯枝、根桩、地表)上的苔藓植物氮磷含量.结果表明: 地表苔藓氮含量(3.12 mg·g^-1)显著低于其他生长基质上的苔藓,尽管枯立木附生苔藓氮含量高达17.41 mg·g^-1,但倒木、大枯枝、枯立木和活立木苔藓氮含量差异不显著;最高(1.09 mg·g^-1)和最低(0.61 mg·g^-1)的磷含量分别出现在森林地表和枯立木的苔藓,且森林地表的苔藓磷含量显著高于其他生长基质上的苔藓,但倒木、大枯枝、根桩和活立木上的苔藓磷含量差异不显著.林窗位置显著影响了倒木和大枯枝上的苔藓氮、磷含量,林窗内倒木和大枯枝上的苔藓氮、磷含量显著高于林窗边缘.粗木质残体的类型、腐烂等级对苔藓氮、磷含量的影响存在差异,两者交互作用的影响显著;第Ⅴ腐烂等级倒木上的苔藓氮含量显著高于其他腐烂等级;第Ⅲ腐烂等级大枯枝上的苔藓氮含量显著高于其他腐烂等级;第Ⅱ腐烂等级倒木上的苔藓磷含量显著高于其他腐烂等级;第Ⅳ腐烂等级枯立木上的苔藓磷含量显著高于其他腐烂等级.可见,森林林窗更新和粗木质残体腐解过程会影响苔藓植物的氮、磷含量,同时影响森林生态系统的养分循环过程.

干热区小粒咖啡提质增产的灌水和遮荫耦合模式

刘小刚, 李义林, 齐韵涛, 程金焕, 杨启良, 刘艳伟

2018, 29(4):  1140-1146.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.004

摘要 ( 441 )   PDF (505KB) ( 434 )  

通过大田试验研究了灌水量分别为充分灌水的100%(CI)、75% (DI₇₅)和50% (DI₅₀)3个灌水水平和光照强度分别为自然光的100%(T₁₀₀)、70% (T₇₀)、55% (T₅₅)和40% (T₄₀)4个遮荫水平对小粒咖啡生长、产量及品质的影响,并建立了不同灌水和遮荫水平下小粒咖啡产量和品质的综合效益评价模型.结果表明: 与CI相比,DI₇₅增加小粒咖啡干豆中脂肪和绿原酸含量6.0%和10.2%,DI₅₀显著增加咖啡因含量,而降低水分利用效率.与T₁₀₀相比,T₇₀增加干豆产量和水分利用效率27.2%和26.8%,增加干豆中总糖和绿原酸含量6.3%和5.5%.而T₅₅和T₄₀显著减少干豆产量、水分利用效率,以及干豆中咖啡因和绿原酸含量.与CIT₁₀₀相比,DI₇₅T₇₀提高干豆产量和水分利用效率28.0%和44.5%,增加咖啡干豆中总糖、蛋白质、脂肪和绿原酸含量分别为12.2%、14.7%、6.6%和10.0%,而减小咖啡因含量8.3%.综合分析表明,DI₇₅T₇₀(灌水量为充分灌水的75%和70%的自然光照)的产量和品质的综合效益最优,可以实现小粒咖啡的优质高产和节水高效.

林地覆盖经营对雷竹生物量及土壤肥力的影响

翟婉璐, 杨传宝, 张小平, 高贵宾, 钟哲科

2018, 29(4):  1147-1155.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.006

摘要 ( 577 )   PDF (891KB) ( 256 )  

以不同覆盖栽培年限(0、3、6、9和12年)雷竹林为研究对象,分析雷竹林退化过程中林分生长与土壤养分的变化趋势.结果表明: 随着覆盖年限的增加,竹林地上及地下生物量均在覆盖3年时达到最大值,与对照相比增幅分别为14.6%和146.6%,差异显著;土壤养分含量受覆盖年限和土层深度的影响而出现差异性,并逐渐表现出上层富集的现象,土壤有机碳和全氮含量随覆盖年限的增加呈上升趋势,全磷含量在不同土层中均呈先降低后升高的变化趋势,在表层(0～20 cm)和底层(40～60 cm)土壤中覆盖6年时达到最低,亚表层(20～40 cm)土壤中覆盖3年时达到最低,全钾含量在表层土壤中持续增大,在亚表层和底层土壤中则表现为在覆盖0～3年下降、3～12年上升的变化趋势,试验雷竹林间差异显著.覆盖9 年后,土壤肥力综合指数总体得到较大幅度的提高,亚表层土壤肥力优于表层和底层土,但不同覆盖年限间土壤肥力综合指数与雷竹各器官生物量均没有显著的相关性,而在亚表层中,土壤氮含量与竹叶生物量,以及钾含量与竹叶和鞭根生物量呈显著负相关.这表明长期覆盖及大量施用化肥导致的土壤养分过量积累已经对雷竹林的扩繁和生物量积累产生严重的抑制作用,加剧了竹林衰退趋势.

山西翅果油树的适生区预测及其对气候变化的响应

张殷波, 高晨虹, 秦浩

2018, 29(4):  1156-1162.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.011

摘要 ( 621 )   PDF (1660KB) ( 46 )  

研究濒危物种生境在气候变化下的响应对保护物种多样性和保持生态系统功能完整性具有重要意义.本文选取我国特有濒危植物翅果油树为研究对象,以该物种73个野外调查数据和35个环境因子为基础,应用最大熵模型对山西翅果油树当前的适生分布区进行预测;进而结合政府间气候变化专门委员会第五次评估报告发布的气候模式数据,探讨未来不同气候情景下山西翅果油树分布格局的变化趋势.结果表明: 受试者工作特征曲线分析法的AUC值为0.987,表明模型的模拟精度很好且预测可靠性高;刀切法检验结果显示,降水量季节变化、温度年变化范围、年均温、等温线、表层土pH值和年降水量是影响翅果油树分布的主要环境因子,其累积贡献率达到了94.8%;当前,山西翅果油树的适生区主要集中在山西省吕梁山南部和中条山地带;未来不同气候情景下,到21世纪70年代翅果油树适生区面积均有不同幅度的缩减,低浓度情景(RCP 2.6)下呈先增后减趋势,中高浓度情景(RCP 4.5和RCP 8.5)下响应较敏感且呈先减后增趋势.两个不同适生区的空间分布格局对气候变化也有不同的响应,吕梁山南部表现出纬度方向的轻微波动,而中条山地带则是海拔方向的迁移.

沙棘人工林土壤微生物群落结构及酶活性的季节变化

罗蓉, 杨苗, 余旋, 马梓桐, 郝汝倩, 杨琳

2018, 29(4):  1163-1169.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.035

摘要 ( 676 )   PDF (608KB) ( 406 )  

采用时空互代法,研究了林龄和季节对沙棘人工林地土壤微生物群落结构和酶活性的影响.结果表明: 沙棘人工林磷脂脂肪酸总量、细菌脂肪酸总量、真菌脂肪酸总量均随着林龄的增长而增加,且在成熟林时达到最大值.土壤β-葡糖苷酶、纤维素酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶活性均随着林龄的增长逐渐增加,并于成熟林时达到最大值.雨季的土壤酶活性均显著高于旱季.土壤微生物群落结构及酶活性均与土壤pH、全氮、速效磷含量呈显著正相关.表明林龄和季节对沙棘人工林地土壤微生物群落结构和酶活性有显著影响.在黄土高原,营造沙棘人工林能有效提高土壤肥力.

塞罕坝自然保护区主要植被类型动态及其驱动力

魏士凯, 范顺祥, 张玉珍, 黄选瑞, 张志东

2018, 29(4):  1170-1178.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.008

摘要 ( 1021 )   PDF (1623KB) ( 518 )  

为探讨塞罕坝自然保护区植被景观动态变化规律及其驱动机制,本文基于3期Landsat TM影像数据(1989、2000和2013年),应用随机森林分类算法和Logistic回归模型,借助土地动态度指标,分析了1989—2013年研究区各植被类型的变化及引起其变化的驱动因素.结果表明: 1989—2013年间,灌木林所占比例较小;研究区植被景观变化的主要特征是灌木林的迅速减少和人工林的持续增加,草地和天然次生林变化不明显;不同时期影响各植被类型变化的驱动因素不同,1989—2000年,社会因素如距道路距离、造林总投资是影响各植被类型变化的主要因素,2000—2013年,随着“天保工程”的实施以及自然保护区的成立,自然因素如高程、坡向的影响逐渐加强;社会活动主导了研究区的植被景观动态,而自然因素在一定程度上决定了植被类型的分布格局.

环境选择和扩散限制驱动温带森林土壤细菌群落的构建

马转转, 乔沙沙, 曹苗文, 周永娜, 刘晋仙, 贾彤, 李毳, 柴宝峰

2018, 29(4):  1179-1189.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.039

摘要 ( 874 )   PDF (5979KB) ( 161 )  

环境选择和扩散限制是生态系统中生物群落构建的两个基本过程,而两者相对作用的大小因研究尺度、群落属性和类型等有所不同.目前对温带亚高山森林土壤微生物群落构建的驱动因子和机制尚缺乏了解.本文利用PCR-DGGE技术研究庞泉沟自然保护区内5种典型森林包括华北落叶松林、青杄林、白杄林、油松林以及桦树林的6个森林土壤细菌群落(LpMC1、LpMC2、PwMC、PmMC、PtMC、BMC)的结构特征及其影响因素,分析细菌群落结构与环境因子的相关性,以及土壤因子、植被和空间因素对细菌群落结构的影响.结果表明: 研究区各样地土壤细菌群落的结构和生物多样性具有显著差异,低海拔落叶松和油松土壤细菌群落多样性较高(20条带),白杄林土壤细菌群落(13条带)多样性最低,高海拔落叶松土壤细菌群落多样性最高;土壤环境因子,如pH、土壤含水量、总碳、总氮、土壤有机质、速效磷以及土壤酶活性与土壤细菌群落多样性和结构显著相关;样地土壤细菌群落的beta多样性与群落的空间距离呈显著相关,表明扩散限制对群落结构具有一定的影响;方差分解分析结果显示,6个样地细菌群落结构的驱动因素大小依次为土壤因子(0.27)、空间因素(0.19)和植被(0.15);将区域土壤微生物作为“源群落”,微宇宙试验结果显示,土壤因子是细菌群落结构形成的主要驱动力(0.35),同时源群落丰富的物种多样性对微宇宙土壤细菌群落结构具有显著影响.总之,在局域尺度下,环境选择对温带森林土壤细菌群落结构动态和多样性发挥主导作用,地理距离对群落结构具有显著影响,即确定性过程和随机过程共同决定局域森林土壤细菌群落结构,前者占主导地位.对于土壤细菌群落而言,扩散群落的组成和结构受到源群落的多样性特征和环境因子的双重影响.

链格孢菌粗毒素对菊花‘神马’幼苗生长及生理代谢的影响

张凯凯, 赵爽, 陈慧杰, 倪嘉琪, 姜晓帆, 陈发棣, 房伟民

2018, 29(4):  1190-1196.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.040

摘要 ( 513 )   PDF (721KB) ( 280 )  

由链格孢菌引起的菊花黑斑病严重降低了菊花的品质和产量.链格孢菌在代谢过程中分泌的粗毒素是菊花黑斑病发生的主要致病因子之一.本文从菊花黑斑病发病叶片中分离筛选出致病真菌链格孢菌1株,研究其粗毒素对菊花幼苗‘神马’生长的影响以及测定盆栽幼苗叶片细胞膜相对透性、抗性物质含量、诱导酶活性及代谢物质含量变化.结果表明: 链格孢菌粗毒素对菊花‘神马’幼苗的株高、茎粗、根长均有抑制作用,毒素浓度与抑制效果呈正相关,且粗毒素原液处理14 d后,菊花幼苗株高、茎粗、根长受到显著抑制,分别比对照减少了28.9%、21.4%和23.3%;链格孢菌粗毒素处理菊花‘神马’幼苗后,根系组织细胞膜透性随着毒素浓度的增加而增加,在同一毒素浓度处理下,菊花幼苗叶片细胞膜透性随着处理时间的增加呈先增大后降低的趋势;毒素原液处理菊花幼苗后,菊花幼苗叶片中抗性物质可溶性蛋白、丙二醛(MDA)以及脯氨酸含量均显著提高.链格孢菌10倍稀释液处理对叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性的提高最为显著.链格孢菌粗毒素对切花菊‘神马’幼苗的致病作用主要通过抑制菊花幼苗根、茎的正常生长,增加菊花幼苗叶片细胞膜透性,影响切花菊幼苗叶片中抗性物质代谢以及提高叶片保护酶活性而影响植株正常生理代谢.

地膜覆盖和施氮量对旱作春玉米农田净温室效应的影响

刘建粲, 王泽林, 岳善超, 李世清

2018, 29(4):  1197-1204.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.028

摘要 ( 538 )   PDF (887KB) ( 189 )  

以旱作雨养条件下的春玉米为试验对象,在长武黄土高原农业生态试验站进行田间试验,研究了地膜覆盖和施氮量对农田净温室效应和温室气体排放强度的影响.结果表明: 采用地膜覆盖与增加施氮量都会影响净温室效应与温室气体排放强度,地膜覆盖条件下(FM),不同施氮量的春玉米产量为1643～16699 kg·hm^-2,净温室效应(CO₂当量,下同)为595～4376 kg·hm^-2·a^-1,温室气体排放强度为213～358 kg·t^-1;无覆膜条件下(UM),不同施氮量的春玉米产量为956～8821 kg·hm^-2,净温室效应为342～4004 kg·hm^-2·a^-1,温室气体排放强度为204～520 kg·t^-1.研究表明,对于旱作春玉米农田系统,地膜覆盖可以有效降低温室气体排放强度,增加作物产量,地膜覆盖下施氮250 kg·hm^-2可以实现高产与降低环境代价的双赢.

施磷量与施磷深度对玉米-大豆套作系统磷素利用率及磷流失风险的影响

赵伟, 宋春, 周攀, 王嘉雨, 徐锋, 叶芳, 王小春, 杨文钰

2018, 29(4):  1205-1214.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.026

摘要 ( 567 )   PDF (764KB) ( 191 )  

为充分发挥间套作种植体系磷素高效利用优势、降低土壤磷素流失,采用田间试验分析了3种施磷(P₂O₅)水平(CP:168 kg·hm^-2;RP₁:135 kg·hm^-2;RP₂:101 kg·hm^-2)与3个施磷深度(D₁:集中施在距离地面5 cm处;D₂:集中施在距离地面15 cm处;D₃:于距离地面5、15 cm处各施一半)处理下玉米-大豆套作系统作物地上部生物量、籽粒产量、植株吸磷量、土壤全磷与速效磷含量、磷吸附-解吸特征,以期为优化西南玉米-大豆套作系统磷素管理提供理论依据.结果表明: 与对照不施磷处理(P₀)相比,各施磷处理显著增加了作物地上部生物量、籽粒产量、植株吸磷量、土壤全磷和速效磷含量.相同施肥深度下,处理RP₁与CP相比,作物籽粒产量差异不显著,但显著提高了植株地上部吸磷量,因此RP₁处理的磷素表观利用率显著高于CP处理.相同施磷量下,不同施磷深度间比较,作物地上部生物量、籽粒产量、植株吸磷量、土壤全磷和速效磷含量均以D₂处理最高.依据土壤磷的吸附-解吸特征参数可知,当施磷深度为D₂、施磷量为RP₁时,土壤对磷的固持能力最强,在降低磷素流失上表现出较强优势.因此,玉米-大豆套作系统中适当减少磷肥施用量和加大磷肥施用深度在保证作物产量的同时,有利于提高磷素利用率,减少土壤磷流失.

外源α-萘乙酸对花期干旱大豆碳代谢的影响

邢兴华, 徐泽俊, 齐玉军, 王晓军, 孙东雷, 卞能飞, 王幸

2018, 29(4):  1215-1224.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.022

摘要 ( 668 )   PDF (1435KB) ( 209 )  

以耐旱性大豆品种晋豆21和干旱敏感性大豆品种徐豆22为试验材料,通过盆栽试验,研究α-萘乙酸(NAA)对花期干旱大豆碳代谢的影响.结果表明: 干旱胁迫下,与徐豆22相比,晋豆21净光合速率(P_n)下降幅度较小,光呼吸速率(P_r)和叶片可溶性糖含量增加幅度较小,而叶片蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)(合成方向)活性、根系蔗糖含量增加幅度较大.NAA处理提高了干旱胁迫下P_n,并降低了P_r,进而明显缓解了干旱胁迫对大豆植株的生长抑制;降低了叶片淀粉分解酶、酸性转化酶(AI)和SS(分解方向)活性,从而抑制了干旱胁迫诱导的可溶性糖积累;NAA处理也能增加干旱胁迫下叶片SPS、SS(合成方向)活性、根系蔗糖含量、根冠比,表明NAA处理促进了叶片中蔗糖向根系的转运.总之,在干旱胁迫下,外源NAA能够通过调控碳代谢增强大豆植株对干旱胁迫的耐受性.

基于无人机高清数码影像和高光谱遥感数据反演大豆典型生育期氮平衡指数

李长春, 陈鹏, 陆国政, 马春艳, 马潇潇, 王双亭

2018, 29(4):  1225-1232.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.020

摘要 ( 669 )   PDF (2186KB) ( 366 )  

氮平衡指数(NBI)是反映作物长势的重要指标之一.通过测量NBI可以快速监测作物氮肥盈亏状况,为农业生产和管理提供精准信息.本文以无人机高清数码影像和高光谱遥感数据,以及地面实测大豆NBI数据为基础,分析大豆从开花期到成熟期,原始光谱和红外、近红外波段的导数光谱与NBI的相关性,筛选敏感波段并计算植被指数.采用经验模型法构建NBI反演模型,通过分析验证模型的决定系数(R²)和均方根误差(RMSE),得出最佳反演模型.结果表明: 大豆NBI与导数光谱反射率的相关性好于与原始光谱反射率的相关性;本文筛选的14个植被指数中,除了导数光谱光化学植被指数与大豆NBI呈不显著相关外,其余13个植被指数与大豆NBI呈极显著相关;利用13个植被指数构建NBI反演模型,并分析模型反演精度,结果显示,利用导数光谱差值植被指数构建NBI反演模型的精度最高,R²和RMSE分别为0.771和3.077,利用该模型生成大豆典型生育期NBI分布图,能够反映大豆的长势状况.通过多载荷无人机获取的高清数码影像和高光谱遥感数据进行NBI估算,能够实时、动态、非破坏性、快速有效地监测大豆氮素营养状况,可为大豆氮肥精确管理提供简便实用的方法.

灌水模式对冬小麦光合特性、水分利用效率和产量的影响

马富举, 杨程, 张德奇, 岳俊芹, 王汉芳, 邵运辉, 方保停, 李向东

2018, 29(4):  1233-1239.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.030

摘要 ( 566 )   PDF (657KB) ( 166 )  

试验于2013—2014和2014—2015年连续2个生长季在自动控制干旱棚内的隔离池中进行,拔节期设3个灌水梯度,灌水量分别为0(J₀)、37.5(J₁)、75 mm(J₂),扬花期设3个灌水梯度,灌水量分别为0(F₀)、37.5(F₁)、75 mm(F₂),灌浆期所有处理均按75 mm灌溉,共9个处理,研究不同灌溉模式对小麦中后期不同生育阶段植株生长、耗水量、水分利用效率、光合特性和产量构成因素的影响.结果表明: 拔节期干旱(0和37.5 mm)显著降低了小麦扬花期的净光合速率和拔节后的叶面积,扬花期的灌水量直接影响扬花期后的旗叶净光合速率;拔节期干旱扬花期补水和扬花期干旱灌浆期补水都可以有效提高植株的干物质量;拔节期灌水量越多,全生育期耗水量越大;除J₁F₂外,全生育期灌水量越大,耗水量越大,产量也越高;J₁F₂处理产量和水分利用效率最高.扬花期充足的灌水量使J₁F₂处理具有较高的花后旗叶净光合速率,此期补偿性灌溉加快了干物质积累,也保证了较高的穗粒数,使其最终产量高于J₂F₂处理或与之持平,同时J₁F₂拔节期较低的灌水量降低了小麦生育中后期的耗水量,其水分利用效率也显著高于其他处理.综上,J₁F₂是小麦生育中期理想的水分处理组合.

有机无机肥配施对旱地冬小麦产量和硝态氮残留淋失的影响

马臣, 刘艳妮, 梁路, 翟丙年, 张昊青, 王朝辉

2018, 29(4):  1240-1248.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.023

摘要 ( 651 )   PDF (703KB) ( 294 )  

针对渭北旱塬氮肥施用不合理的问题,通过不同氮肥用量(0、75、150、225、300 kg N·hm^-2)与有机肥(30 t·hm^-2)配施,明确渭北旱塬麦田配施有机肥条件下合理的氮肥用量以及配施有机肥的减氮增产作用和对硝态氮残留淋失的影响.结果表明: 与单施化肥处理相比,有机无机肥配施可以在减少27.1%的氮肥用量情况下,提高14.7%的小麦籽粒产量,其中,施氮量150 kg·hm^-2配施有机肥处理的产量最高;有机无机肥配施可以促进小麦籽粒氮素吸收,氮肥利用率提高20.2%,尤其当氮肥用量为150 kg·hm^-2时,氮肥利用率达到最高值(42.0%);配施有机肥还能减少氮肥当季残留量和小麦生育期硝态氮向深层土壤淋溶,降低夏闲期淋失层硝态氮的淋失比例,当施氮量低于115 kg·hm^-2时,配施有机肥可以降低夏闲期硝态氮淋失量.基于本研究,推荐渭北旱塬在配施有机肥30 t·hm^-2的基础上,氮肥用量150 kg·hm^-2左右可实现小麦高产,提高氮肥利用率,防止氮肥过量残留.

渭北旱塬苹果园不同水肥管理模式下的土壤水分差异

赵志远, 郑伟, 刘杰, 马鹏毅, 李紫燕, 翟丙年, 王朝辉

2018, 29(4):  1249-1258.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.027

摘要 ( 555 )   PDF (745KB) ( 224 )  

为了探究渭北旱塬苹果园不同水肥管理模式下的土壤水分差异,于2013—2016年在地处渭北旱塬的陕西省白水县田家洼村进行了田间试验,设置了3个不同果园水肥管理方式:农户模式(单施化肥,FM)、现有模式(推荐施肥配合地膜覆盖,EM)、优化模式(有机无机肥配施配合双元覆盖,OM),并对0～300 cm土层土壤水分进行了测定.结果表明: 优化模式可以显著提高0～200 cm土层土壤贮水量,0～100 cm土层土壤含水量在干旱季节较农户模式和现有模式分别增加5.6%和15.3%,优化模式200～300 cm土层土壤水分相对亏缺指数低于现有模式,在干旱年份可以提高降雨入渗,降雨入渗达到300 cm,同时优化模式可以提高果园0～300 cm土层土壤降水补充量,稳定土壤水分变化,有效缓解了深层土壤干燥化程度.优化模式4年平均产量较农户模式和现有模式分别提高36.6%和22.5%.综上,优化模式可以通过提高土壤有效含水量,改善浅层和深层水分状况,提升土壤水分利用效率,在提高产量的同时,缓解土壤深层干燥化程度.

丹江口库区覆膜土壤不同土层氮素矿化速率及其影响因素

于兴修, 徐苗苗, 赵锦慧, 张家鹏, 王伟, 郭亚丽, 肖娟花

2018, 29(4):  1259-1265.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.025

摘要 ( 627 )   PDF (728KB) ( 72 )  

以丹江口库区五龙池小流域玉米黄棕壤为例,利用原位土壤氮矿化试验,研究覆膜条件下0～10、10～20、20～30 cm土层土壤氮素矿化速率及其影响因素.结果表明: 玉米生长期内,土壤氨化速率随土层加深呈逐渐降低的趋势;土壤硝化速率在苗期、拔节期、抽穗期表现为10～20 cm＞0～10 cm＞20～30 cm,在成熟期随土层加深呈逐渐升高的趋势;土壤氮矿化速率在苗期、拔节期、抽穗期随土层加深呈逐渐降低的趋势,在成熟期随土层加深呈逐渐升高的趋势.与无覆膜相比,覆膜会加快0～10 cm土壤氨化过程,也会提高拔节期、抽穗期和成熟期0～10、10～20 cm土层土壤硝化速率和氮矿化速率,但苗期覆膜土壤硝化速率、氮矿化速率均低于无覆膜土壤.逐步回归分析显示,土壤含水量和全氮含量是0～10 cm土壤氮矿化速率的主要影响因子,土壤温度、含水量、全氮含量是10～20 cm土壤氮矿化速率的主要影响因子,土壤温度是20～30 cm土壤氮矿化速率的主要影响因子.

整合分析氮磷添加对土壤酶活性的影响

范珍珍, 王鑫, 王超, 白娥

2018, 29(4):  1266-1272.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.024

摘要 ( 1018 )   PDF (683KB) ( 570 )  

本文通过整合分析(Meta-analysis)的方法分析了氮、磷添加对土壤碳、氮和磷素循环水解酶以及土壤氧化酶活性的影响.结果表明: 氮添加显著增加了碳、氮和磷循环水解酶的活性,增幅分别为6.9%、5.6%和10.7%;与氮添加相比,在氮磷同时添加下,3类土壤酶的活性增加更为显著,增幅分别达13.4%、37.4%和13.3%.然而,对于土壤氧化酶,氮以及氮磷的添加都使其活性降低,分别降低了6.1%和0.4%.不同生态系统类型、氮肥类型、施肥速率和施肥试验时间都对土壤酶活性具有影响.在全球大气氮沉降与磷添加逐渐增加的背景下,土壤微生物活性和酶的变化将会对土壤生物地球化学循环过程和土壤生态系统功能产生重要影响.

施用生物质炭和羊粪对宿根连作茶园根际土壤微生物的影响

李艳春, 李兆伟, 林伟伟, 蒋宇航, 翁伯琦, 林文雄

2018, 29(4):  1273-1282.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.036

摘要 ( 589 )   PDF (838KB) ( 57 )  

茶树长期宿根连作会导致土壤酸化严重、土壤营养不平衡、根际土壤微生态结构恶化.研究生物质炭、羊粪对宿根连作茶树生长以及土壤微生物群落结构和功能的影响,探讨其对宿根连作茶树土壤环境的调节效果,可为宿根连作茶园土壤微生态的改善提供理论依据.本研究以宿根连作20年的茶园土壤为对象,利用Biolog技术和磷脂脂肪酸(PLFA)方法,研究施用生物质炭(40 t·hm^-2)和羊粪替代部分化肥对连作茶树产量和品质、土壤化学性质、根际土壤微生物群落功能和结构的影响.结果表明: 施用生物质炭、羊粪1年后酸化茶园土壤的pH和土壤养分显著提高,并提高了茶叶产量.与常规施肥相比,施用生物质炭、羊粪替代部分化肥处理显著提高了茶树根际土壤微生物的碳源代谢活性和微生物多样性,对胺类、碳水化合物和聚合物的相对利用有所增加.生物质炭和羊粪处理的根际土壤总PLFA含量分别比常规施肥处理提高了20.9%和47.5%,羊粪处理还显著降低了总饱和/总单一不饱和脂肪酸比例.生物质炭和羊粪可改善茶园土壤酸化状况和土壤肥力,对宿根连作茶树的生长具有促进作用,两种措施均不同程度地增加了土壤微生物的代谢活性和微生物量、提高了多样性指数、改善了微生物群落结构.施用生物质炭和羊粪可作为调节宿根连作茶园根际土壤微生态的有效措施.

黄土丘陵区踩踏干扰对生物土壤结皮有机碳组分及碳矿化潜力的影响

杨雪芹, 许明祥, 赵允格, 高丽倩, 包天莉, 任伟, 杨巧云

2018, 29(4):  1283-1290.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.032

摘要 ( 574 )   PDF (523KB) ( 33 )  

以黄土丘陵区近20年的封禁地为研究对象,采用野外调查结合室内分析,研究了不同强度的踩踏干扰对半干旱生态系统下生物结皮盖度、有机碳、易氧化碳和有机碳矿化量、矿化速率的影响,并应用一级动力学方程模拟了踩踏干扰下各层次生物土壤结皮有机碳矿化潜力的变化特征.结果表明: 干扰后藻结皮和藓结皮盖度呈现逐渐降低的趋势,干扰度间差异显著;与不干扰处理相比,藻结皮盖度降幅在264%～339%,藓结皮盖度降幅在46%～127%.与不干扰处理相比,干扰显著降低了生物结皮层有机碳含量,降幅在211%～300%,干扰度间差异不显著;干扰增加了生物结皮层易氧化碳含量,增加量在1.5～3.4 g·kg^-1,30%、40%和50%干扰度处理与不干扰处理间差异显著.干扰显著增加了生物结皮层的有机碳累积矿化量,但未改变其日均矿化速率;40%干扰度下的累积矿化量较不干扰处理显著增加77%.干扰显著增加了生物结皮层的有机碳矿化潜力,对0～2和2～5 cm土层无显著影响;40%干扰度下有机碳矿化潜力较不干扰处理显著增加4.7 g·kg^-1;主成分分析结果显示,有机碳、易氧化碳、累积矿化量、矿化速率可以解释生物结皮层土壤有机碳矿化潜力变化的76.7%.干扰可能是诱发研究区生物结皮层有机碳矿化潜力增加的因素之一.

新疆棉田土壤质量综合评价方法

郑琦, 王海江, 吕新, 董天宇, 史晓艳, 刘悦

2018, 29(4):  1291-1301.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.029

摘要 ( 780 )   PDF (987KB) ( 199 )  

以新疆主要棉区为研究对象,测定了哈密、博乐、昌吉、奎屯、石河子、阿克苏及喀什棉田土壤耕层的pH、盐分、有机质、全氮、速效磷、速效钾及Cr、Cu、Zn、As、Pb 共计11个指标,综合分析土壤理化性质和重金属含量,采用土壤质量综合指数(SQI)对新疆主要棉区棉田土壤质量进行综合评价.结果表明: 新疆棉区棉田土壤呈碱性,pH均值为7.87,盐分含量均值为3.44 g·kg^-1,为轻度盐化土壤,有机质和全氮含量均偏低,速效磷、速效钾含量较为丰富,与第二次全国土壤普查数据相比,土壤pH、盐分含量、有机质和全氮均呈下降趋势,土壤速效磷明显增长,部分地区土壤速效钾呈现出不同程度的升高趋势;Cr、Cu、Zn、As、Pb 5种重金属含量分别为45.88、40.66、68.30、12.88、16.68 mg·kg^-1,均未超过国家二级标准,但与新疆土壤元素背景值相比,Cu、Zn、As均有累积现象.当重金属内梅罗综合污染指数(PN)小于0.5时,土壤理化性质越好,土壤综合质量越好.土壤有机质、全氮、Cu、Zn和As是影响新疆棉区棉田土壤质量的重要因素.新疆棉区棉田土壤质量总体属于中等水平,昌吉、奎屯质量最高,SQI为0.52,阿克苏质量最低,SQI为0.31,不同棉区土壤质量呈现为:北疆>东疆>南疆.

RCPs气候情景下挠力河流域耕地水土资源平衡效应模拟

周浩, 雷国平, 杨雪昕, 赵宇辉, 张继新

2018, 29(4):  1302-1312.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.019

摘要 ( 453 )   PDF (2853KB) ( 32 )  

气候变化背景下,如何耦合水土资源是当前土地资源利用亟待解决的关键问题之一.为揭示挠力河流域耕地水土资源平衡态势,本文以Landsat影像、数字高程模型(DEM)数据和气象台站数据为基本信息源,结合遥感和GIS技术,运用未来土地利用模拟模型定量模拟RCPs气候情景下耕地的水分盈亏状况.结果表明: 挠力河流域耕地内部结构差异性变化导致水土资源呈现阶段性的平衡特征,1990年耕地水分盈亏状况良好,旱改水农业结构调整导致当地水田迅速扩张,2002年中度和重度缺水区大量增加,水分亏缺态势急剧恶化,至2014年耕地整体水分亏缺状况趋于缓和;通过对比不同空间分辨率及时间尺度下的模拟精度,确定最优模拟空间分辨率为200 m,最优模拟时间点为2038年;模拟结果显示,未来挠力河流域耕地整体呈现出明显的水分盈亏极化特征,即正常缺水、重度缺水和严重缺水区面积将进一步扩大,轻度缺水和中度缺水区呈现收缩态势,高水分盈亏程度指数区分布更加集中,局部高水分亏缺区面积进一步扩大.未来需针对该地区采取针对性的农田水分灌溉措施及耕地调整,以实现水土资源平衡利用.

不同盐度对闽江河口沉积物硝化作用的影响

孙启元, 李家兵, 赖月婷, 张党玉, 邱文康, 吴春山

2018, 29(4):  1313-1320.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.038

摘要 ( 597 )   PDF (732KB) ( 78 )  

选择闽江河口鳝鱼滩湿地与道庆洲湿地为对象,采集湿地沉积物在室内进行沉积物硝化培养,分析不同盐度水平对湿地沉积物硝化作用的影响.结果表明: 闽江河口湿地沉积物硝化速率普遍较低,鳝鱼滩湿地沉积物最高硝化速率只有0.193 mg·kg^-1·d^-1,而道庆洲湿地沉积物硝化速率最高不超过0.050 mg·kg^-1·d^-1.盐度的升高会抑制闽江河口湿地沉积物的硝化作用.低盐度时(5),硝化速率下降的主要原因是硝化细菌活性受到抑制;随着盐度的升高(10),硝化速率略有上升但仍低于初始值,这是由于随着盐度的升高,盐度对好氧氨化细菌活性的抑制程度有所加强,导致系统产生NH₄⁺-N的速率下降,从而造成好氧氨化细菌对表观硝化速率下降的贡献减少.沉积物硝化活性对于盐度的响应存在地域差异.咸水湿地(鳝鱼滩湿地)沉积物中的微生物对盐度的变化适应性较强,从而使该湿地沉积物硝化活性在高盐度条件下仍然较高.淡水湿地(道庆洲湿地)沉积物对盐度变化的适应性较弱,导致其沉积物硝化活性在高盐度条件下低于中等盐度.闽江河口鳝鱼滩与道庆洲的短叶茳芏湿地沉积物硝化作用较低的主要原因是沉积物呈酸性及淹水状态下的缺氧条件弱化了沉积物的硝化作用.两处湿地的硝化速率与硝化活性随时间的变化趋势为先升高后下降,这是由初始NH₄⁺-N浓度、氧气含量和反硝化共同作用造成的.

城市污泥应用于边坡植被恢复对地表水环境的影响

甄晨光, 冷平生, 刘丽娟, 窦德泉, 胡增辉

2018, 29(4):  1321-1327.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.018

摘要 ( 509 )   PDF (592KB) ( 40 )  

将城市污泥应用于生态恢复因能避开粮食作物食物链而具有良好前景,但其对地表水环境影响仍不十分清楚.本文将城市污泥与建筑垃圾按1∶1体积比混合为生长基质,覆盖在模拟的煤矸石边坡上,播种8种乡土木本植物,对生长季植物生长情况以及坡面地表水和下渗水的电导率、pH、氮磷钾、重金属、多环芳烃等含量进行分析.结果表明: 坡面植物生长良好,平均覆盖度达60%;地表水和下渗水的pH值近中性,变化不大,而电导率、氮磷钾、重金属和多环芳烃含量均较高,其中,氮、磷含量在整个生长季超过国家地表水环境质量Ⅴ类水质标准;7月重金属含量最高,其中,As含量只达地表水环境质量Ⅳ~Ⅴ类标准,其余重金属含量多达Ⅱ~Ⅳ标准;随着夏季雨水淋洗增加以及植物-土壤系统对化学物质的吸收、降解和固着作用,地表水和下渗水的电导率、氮磷钾、重金属和多环芳烃含量均显著下降,生长季后期重金属含量达到地表水环境质量Ⅱ~Ⅲ类标准,多环芳烃含量减少约一半.将城市污泥直接应用在煤矸石边坡生态恢复中有利于植物生长,植物-土壤系统使得生长基质中的有害物含量逐渐降低,对地表水环境的负影响主要表现为氮、磷的富营养化,但总体上其环境安全性可控.

不同炭化温度制备的蚕丝被废弃物生物炭对重金属Cd²⁺的吸附性能

计海洋, 汪玉瑛, 吕豪豪, 刘玉学, 杨瑞芹, 杨生茂

2018, 29(4):  1328-1338.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.034

摘要 ( 544 )   PDF (1943KB) ( 47 )  

以蚕丝被废弃物为原料,在300、500和700 ℃高温缺氧条件下热解炭化制备成3种生物炭(BC300、BC500和BC700).利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪等对其理化性质进行表征,并研究了不同温度下制备的生物炭对溶液中Cd²⁺的吸附特性.结果表明: 随着炭化温度上升,BET比表面积、pH、灰分均增大,生物炭表面形态结构越来越不规则.XRD结果显示:不同温度下获得的生物炭中均含有一定量的方解石,FT-IR光谱图上的峰主要为-OH和方解石典型的吸收峰;pH对生物炭吸附Cd²⁺的影响不大;Langmuir方程能更好地拟合3种生物炭对Cd²⁺的吸附等温过程,其最大吸附量分别为25.61、52.41和91.07 mg·g^-1.3种生物炭对Cd²⁺吸附过程均更符合准二级动力学方程,且BC700对Cd²⁺的吸附效果最佳.进一步研究离子浓度及阳离子共存对BC700吸附Cd²⁺的影响,结果显示: NaCl浓度越高,对Cd²⁺的吸附抑制越明显;共存阳离子中,Ca²⁺和Mg²⁺对Cd²⁺的吸附抑制更明显,而K⁺几乎无影响.因此,以蚕丝被废弃物制备的生物炭作为去除水体中Cd²⁺的吸附剂具有较强的应用潜力.

崂山湾人工鱼礁区星康吉鳗摄食生态及食物网结构

刘鸿雁, 孙彤彤, 曾晓起, 张沛东, 李文涛, 张秀梅

2018, 29(4):  1339-1351.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.031

摘要 ( 609 )   PDF (2127KB) ( 106 )  

根据2015年4月至2017年1月于崂山湾人工鱼礁区地笼网和延绳钓捕获的279尾星康吉鳗样本,从胃含物组成、食性类型、摄食等级、营养生态位和营养级等方面对其摄食生态进行研究,同时结合海区许氏平鲉、大泷六线鱼、斑头鱼、褐菖鲉、花鲈等9种鱼类的胃含物分析结果,构建人工鱼礁区鱼类关键种的简化食物网模型.食性研究结果表明: 星康吉鳗共摄食7类30余种饵料,虾类是其最主要的饵料类群,其次为鱼类和头足类,大泷六线鱼、方氏云鳚、鹰爪虾、玉筋鱼和日本鼓虾等是其优势饵料.星康吉鳗的饵料生物组成随肛长和季节发生显著变化.四季均以鱼类和虾类为主,春季胃含物中包括头足类,秋季包括头足类和蟹类,冬季亦有蟹类出现.肛长≤120 mm的星康吉鳗主要摄食鱼卵和鹰爪虾,120～130 mm肛长组主要摄食玉筋鱼和日本鼓虾,肛长＞130 mm的星康吉鳗主要摄食大泷六线鱼和方氏云鳚.其摄食强度也随季节和肛长而变化,空胃率的季节性差异显著,平均胃饱满系数的季节性差异不显著,不同肛长组的空胃率和平均胃饱满系数均不存在显著差异.人工鱼礁区简化食物网结构显示: 鱼类关键种的营养级均在3级以上,星康吉鳗的营养级为4.636,处于海区食物网的最顶端.虾类、蟹类、端足类和软体动物等是鱼类关键种的主要饵料,甲壳类、方氏云鳚、大泷六线鱼和玉筋鱼是高营养级鱼类花鲈和星康吉鳗的主要饵料.

浙江南部近海小黄鱼资源分布及其与环境因子的关系

戴黎斌, 田思泉, 彭欣, 高春霞, 叶深, 杜晓雪, 刘攀

2018, 29(4):  1352-1358.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.033

摘要 ( 529 )   PDF (1253KB) ( 124 )  

根据2015—2016年浙江南部近海4个航次的底拖网资源调查数据,利用广义可加模型分析了调查期内小黄鱼资源的分布特征及其与环境因子的关系.结果表明: 浙江南部近海的小黄鱼资源主要集中在鱼山渔场,夏季为小黄鱼资源的高产期,站点平均资源密度达到500.74 kg·h^-1·km^-2.不同季节影响小黄鱼资源密度及其分布的环境因子各不相同.其中,环境因子对秋季小黄鱼资源密度的影响效果并不显著.春季,小黄鱼主要分布于水深较浅的高盐水域;夏季,水温和盐度均与小黄鱼资源密度呈负相关关系,小黄鱼主要分布于中温高盐的鱼山海域;冬季,水温与资源密度呈正相关,小黄鱼栖息于水温适宜的外侧站点水域.总体上,小黄鱼资源的分布特征符合其洄游习性,但个别环境因子与资源密度的关系难以解释,仍需进一步研究.研究结果有助于了解浙江南部近海小黄鱼群体的生活习性,以及对小黄鱼资源的养护和管理.

不同斜生栅藻密度下布洛芬浓度对多刺裸腹溞生命表统计学参数的影响

谷静, 席贻龙, 胡晓燕, 江慧

2018, 29(4):  1359-1366.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.037

摘要 ( 556 )   PDF (590KB) ( 28 )  

以多刺裸腹溞为受试生物,在较低(0.5×10⁶ cells·mL^-1)、中等(1.0×10⁶ cells·mL^-1)和较高(2.0×10⁶ cells·mL^-1)的斜生栅藻密度下研究了不同浓度(0、0.45、0.9、1.8、3.6、7.2 和14.4 mg·L^-1)的布洛芬对多刺裸腹溞生命表统计学参数的影响.结果表明: 在较低和较高的食物密度下,布洛芬浓度分别对多刺裸腹溞的种群内禀增长率和生命期望具有显著性影响;但在3个食物密度下,布洛芬浓度对多刺裸腹溞的世代时间、净生殖率和总生殖率均无显著性影响.与对照组相比,在较低的食物密度下,暴露于0.45、0.9、3.6和14.4 mg·L^-1布洛芬溶液中的多刺裸腹溞的种群内禀增长率显著降低;在较高的食物密度下,暴露于3.6 和14.4 mg·L^-1布洛芬溶液中的多刺裸腹溞的生命期望显著延长.表明在较低的食物密度下,布洛芬对多刺裸腹溞的种群增长具有不利的影响;但在中等和较高的食物密度下其不利影响消失.在较高的食物密度下,布洛芬对多刺裸腹溞的存活具有促进作用;但在较低和中等食物密度下其促进作用并未出现.布洛芬对多刺裸腹溞部分生命表统计学参数的影响因食物密度的不同而异.

综合评述

FQA:一种基于物种保守性的植物区系质量评价方法

曹丽娟, 何萍, 王汨, 徐杰, 任颖

2018, 29(4):  1367-1372.  doi:10.13287/j.1001-9332.201804.007

摘要 ( 674 )   PDF (406KB) ( 59 )  

植物区系质量评价法(FQA)是一种利用植物物种对特定生境的保守性和植物群落的物种丰富度快速评估栖息地质量的方法.基于样方物种组成和专家赋值的植物物种保守系数,运用简单的公式即可计算出样方的植物区系质量指数(FQI).该指数能够反映植被的完整性和退化程度,可以用于对栖息地质量进行时空对比,已经在美国、加拿大等十余个国家广泛应用.本文介绍该方法的原理、计算公式和应用案例,为生态管理工作者和研究人员提供一种简单、可重复、可对比的生境质量评估工具.