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2021年 第32卷 第1期    刊出日期：2021-01-15

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2021, 32(1):  0-0. 

摘要 ( 130 )   PDF (482KB) ( 103 )  

主编观点

生态学的科学概念及其演变与当代生态学学科体系之商榷

于贵瑞, 王秋凤, 杨萌, 陈智

2021, 32(1):  1-15.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.040

摘要 ( 883 )   PDF (4937KB) ( 491 )  

生态学既是生物学的分支学科,也是环境科学、地球系统科学的重要组成部分,其研究成果可直接服务于植物、动物、微生物的生物多样性保护、生物资源利用及生物产业管理等应用领域。生态系统概念将经典生态学或者基础生态学研究扩展到了生态系统生态学或者生态系统科学的新阶段,奠定了大尺度及全球生态环境科学研究的理论基础,促进了生物学、地理学及环境科学研究的大融合,推动了自然科学与人文科学和社会经济学的学科交叉。在这一大融合的历史过程中,生态学在不断地汲取不同学科营养的同时,提出了许多科学概念或理论学说,并在相关科学研究中得到应用和发展,形成了以认知生态系统与资源环境及人类社会的互馈关系为核心的当代生态学及生态系统科学体系。本文从生态学思想起源与发展、生态学概念的科学内涵及其扩展等方面综合讨论了当代生态学的科学概念、基础理论及其学科体系,并尝试性地对当代生态学的科学内涵、学科范畴、学科体系进行梳理、考察和分析,提出了基础生态学及应用生态学研究的分支学科体系分类方案,期望与学界共同商榷,为完善和重构当代生态学学科体系提供参考。

研究论文

中亚热带不同母质发育森林土壤磷组分特征及其影响因素

肖华翠, 李靖雯, 夏允, 杨柳明, 林燕语, 范跃新

2021, 32(1):  16-22.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.001

摘要 ( 556 )   PDF (1098KB) ( 211 )  

本研究以福建三明砂岩和花岗岩发育的米槠林土壤和杉木林土壤为对象,分析土壤磷组分、铁铝氧化物、微生物生物量以及磷酸酶活性等指标,研究母质和森林类型对土壤磷组分的影响程度和机制。结果表明: 母质和森林类型显著影响土壤不同磷组分含量。总体上,砂岩发育土壤全磷含量、活性无机/有机磷、中等活性无机/有机磷以及惰性磷含量均显著高于花岗岩发育土壤,并且砂岩发育米槠林土壤活性有机磷含量、中等活性无机/有机磷以及惰性磷含量显著高于砂岩发育杉木林土壤,而花岗岩发育米槠林与杉木林土壤磷组分的含量差异不显著。花岗岩发育的2种森林土壤酸性磷酸酶(ACP)活性显著高于砂岩,而砂岩发育米槠林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量磷(MBP)显著高于砂岩发育杉木林土壤。土壤不同磷组分的含量与土壤不同形态铁铝氧化物含量、MBP、MBC呈显著正相关,而与土壤pH、ACP呈显著负相关,表明土壤母质和森林类型可能主要通过土壤铁铝氧化物赋存形态、ACP、MBP等生物及非生物因子影响中亚热带森林土壤磷组分分配特征。

滇中常绿阔叶林凋落物养分释放及生态化学计量特征对模拟N沉降的响应

郑兴蕊, 宋娅丽, 王克勤, 张雨鉴, 潘禹

2021, 32(1):  23-30.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.006

摘要 ( 429 )   PDF (1357KB) ( 127 )  

为研究N沉降下凋落物养分释放及生态化学计量特征,以滇中磨盘山常绿阔叶林为研究对象,利用尼龙网袋法布设凋落物(凋落叶、凋落枝)原位分解试验,设置不同施N处理:对照(CK,0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(LN,5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(MN,15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(HN,30 g N·m^-2·a^-1)。结果表明: 模拟N沉降1年后,凋落叶、凋落枝和土壤的C、N含量均表现为随着N沉降量的增加而逐渐升高,增幅分别为0.3%～8.2%、4.9%～69.0%;C/N则表现为随着N沉降量的增加逐渐降低,降幅为0.8%～37.8%;凋落枝P含量、C/P、N/P在各处理下差异均不显著。处理时间与施N水平均显著影响凋落叶、凋落枝及土壤的N、P含量及C/N、C/P、N/P;1年分解过程中,凋落物C、N、P残留率依次呈释放、淋溶-富集-释放、淋溶-富集的模式,外源N显著抑制了凋落物C、N、P释放过程;土壤C、P含量与凋落物N、P含量呈显著正相关,土壤N含量与凋落物C、N含量呈显著正相关。N沉降下常绿阔叶林凋落物与土壤生态化学计量具有显著相关性,研究滇中常绿阔叶林凋落物分解和生态化学计量特征有助于了解森林生态系统凋落物分解过程对N沉降的响应机理。

根系在凋落物层生长对凋落叶分解及酶活性的影响

许子君, 万晓华, 梁艺凡, 施秀珍

2021, 32(1):  31-38.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.003

摘要 ( 435 )   PDF (1254KB) ( 152 )  

根系向凋落物层生长是森林生态系统存在的普遍现象,研究根系存在对凋落物分解的影响对理解森林生态系统的养分物质循环具有重要意义。在福建三明市楠木和格氏栲林进行1年的凋落叶分解试验,设置有根处理和无根处理(对照),研究根系生长对凋落叶分解速率、养分释放和酶活性的影响。结果表明: 在分解360 d后,有根处理楠木和格氏栲凋落叶干重残留率比对照分别降低8.4%和19.7%;根系在分解前期(90~180 d)对凋落叶分解影响最为显著。在分解360 d后,与对照相比,有根处理凋落叶碳、氮、磷残留率在楠木人工林分别降低6.0%、19.1%和20.6%,在格氏栲人工林分别降低21.3%、23.2%和20.5%。在整个分解过程中,根系生长对凋落叶水解酶活性无显著影响;在分解180 d时,楠木和格氏栲有根处理凋落叶过氧化物酶活性比对照显著升高111.4%和92.4%。碳、氮、磷残留率与纤维素水解酶、β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶和过氧化物酶活性呈显著负相关。根系在凋落物层生长会通过养分吸收和刺激氧化酶活性来加速凋落叶分解和养分释放过程。

水氮胁迫对长白山阔叶红松林优势树种水分利用的影响

赵松实, 林茂森, 王安志, 杨国范, 袁凤辉, 关德新

2021, 32(1):  39-45.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.030

摘要 ( 346 )   PDF (837KB) ( 96 )  

全球氮沉降加剧在影响植物生长的同时可能改变植物水分利用特征,了解氮沉降下植被耗水规律对模拟和预测森林水文循环各分量演变特征意义重大。本研究以长白山阔叶红松林优势树种——蒙古栎、水曲柳和紫椴树为研究对象,通过氢氧同位素示踪法,分析不同氮素添加量(低氮添加组11.8 kg·hm^-2,L_N;高氮添加组23.6 kg·hm^-2,H_N)、不同模拟降水量(添加水量0、400、800和1600 mL,折合单次降雨量0、16、32和64 mm)下植株耗水来源、量值及规律。结果表明: 相对干旱条件下,L_N中蒙古栎、水曲柳和紫椴对土壤水分利用比例为26%、12%和20%,普遍高于H_N;随模拟降水量(16 mm)增加,L_N中蒙古栎、水曲柳和紫椴的土壤水分利用比例均达到最高值,分别为73%、70%和43%,H_N中该比例也达到高值,但小于L_N中的数值;当模拟降水量为32 mm时,土壤含水量近似长白山阔叶红松林生长季均值,H_N中树种平均土壤水分利用比例为39%,高于L_N中的16%;当模拟降水量为64 mm时,土壤水分饱和,L_N中蒙古栎、水曲柳和紫椴的土壤水分利用比例分别为14%、5%和1%,低于对应的H_N中的64%、13%和10%。在降水量较少、土壤相对干旱的条件下,各树种的土壤水分利用比例均较低,且随氮添加量的增加,该比例进一步降低;当降水量较高、土壤湿度高于生长季平均值时,各树种的土壤水分利用比例均较高,且随氮添加量的增加,该比例进一步升高。

长白山群落交错带长白松和鱼鳞云杉径向生长对气候变暖的响应

于健, 陈佳佳, 孟盛旺, 周华, 周光, 高露双, 王永平, 刘琪璟

2021, 32(1):  46-56.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.004

摘要 ( 379 )   PDF (3431KB) ( 118 )  

长白山是典型的温性针阔叶混交林分布区,也是受全球气候变化影响最为显著的地区之一。为了解该区森林生态系统对气候变化的响应,本研究选取该区阔叶红松林与云冷杉林(又称暗针叶林)群落交错带内优势乔木树种长白松和鱼鳞云杉作为对象,获取树木年轮宽度资料建立标准年表,明确限制2个树种径向生长的关键气候因子。结果表明: 长白松和鱼鳞云杉径向生长对气候变化的响应存在差异,长白松较鱼鳞云杉对气候因子的响应更加敏感,更适合用于年轮气候学研究。长白松径向生长具有与平均气温升高相一致的趋势,而鱼鳞云杉径向生长则出现随气温升高而下降的“分离现象”。相关分析表明,长白松径向生长主要受气温限制,尤其是受上年7、8月和当年9月平均气温影响较大。鱼鳞云杉标准年表与大多数月份的平均气温呈负相关,表现为受气温和降水量的综合制约。升温突变后,长白松和鱼鳞云杉径向生长与气候因子相关性较升温突变前减弱,并且在个别月份出现了径向生长与气候因子相关性由正相关向负相关的转变。目前,升温可能并未超过长白松径向生长的临界阈值,对其径向生长仍保持着促进作用。小波分析表明,该地区树木径向生长可能受到一些大尺度的大气-海洋-陆地变化的耦合作用影响。综上,气候变暖有利于增加长白松径向生长量,升温导致的干旱胁迫是限制鱼鳞云杉径向生长的主要原因,如果未来全球气温持续增加,将对鱼鳞云杉产生不利影响。本结果有助于理解长白松和鱼鳞云杉径向生长对未来气候变化的响应,并为在该区使用该树种进行气候重建提供一定的基础数据。

紫穗槐叶片浸提液对长柄扁桃种子萌发和幼苗生长的影响

王秀青, 王进鑫, 马戌, 张玉玉, 王怀彪, 王玉宝, 狄龙

2021, 32(1):  57-65.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.008

摘要 ( 439 )   PDF (4239KB) ( 126 )  

紫穗槐和长柄扁桃是中国西北干旱和半干旱地区的常见绿化植物。为探索紫穗槐搭配长柄扁桃进行绿化建设和生态修复的可行性,采用培养皿滤纸法和土培法测定了5种质量浓度的紫穗槐叶片浸提液(0.025、0.05、0.10、0.15和0.20 g·mL^-1)对长柄扁桃8个品种(YY₁、YY₃、YY₄、YY₅、YY₆、SM₆、SM₇和SM₈)的化感作用。结果表明: 当浸提液浓度为0.025和0.05 g·mL^-1时,长柄扁桃YY₁和SM₆品种的种子萌发和幼苗长势显著优于其他品种。随紫穗槐叶片浸提液浓度升高,长柄扁桃幼苗过氧化氢酶活性呈先升高后降低的趋势。此外,随叶片浸提液浓度升高,过氧化酶和超氧化物歧化酶活性以及可溶性蛋白和叶绿素含量降低,而丙二醛和可溶性糖含量及细胞膜透性呈现逐渐上升的趋势。主成分及聚类分析表明,在紫穗槐化感作用下,长柄扁桃的生长势按照YY₁、SM₆、SM₈、SM₇、YY₆、YY₃、YY₅和YY₄顺序依次降低。综上,低密度紫穗槐与长柄扁桃YY₁和SM₆品种人工搭配混合种植有利于促进长柄扁桃种子萌发和幼苗生长。

不同性别邻体和土壤灭菌对青杨幼苗生物量的影响

蒋皓天, 何恒果, 胥晓, 董廷发

2021, 32(1):  66-72.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.010

摘要 ( 276 )   PDF (1221KB) ( 45 )  

尽管植物邻体关系受到广泛关注,但关于雌雄异株植物性别间邻体关系的研究还较少。本研究比较了雌、雄青杨幼苗生物量的积累对其邻株性别和土壤灭菌的响应差异,并分析了性别间的邻体效应关系及不同性别混栽下生物量的差异。结果表明: 同性邻株模式降低了青杨雌株或雄株生物量的积累,而异性邻株模式在未灭菌条件下促进了雌株的生物量积累;土壤灭菌抑制了雌雄株生物量的积累,尤其是雌株;灭菌对同性邻体效应无显著影响,但异性邻株对雌株的效应由正相关关系变为中性相关,对雄株的效应由中性关系变为负相关;在所有组合中,未灭菌下的雌雄组合生物量最高,而灭菌下的雄雄组合生物量最低。雌雄青杨的生长对邻株性别的响应不同,且邻体效应受土壤微生物的影响。研究结果可为高产杨树人工林的栽培提供支撑。

干旱胁迫对3种灌木不同器官化学计量特征的影响

陈佳瑞, 王国梁, 孟敏, 王润超

2021, 32(1):  73-81.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.002

摘要 ( 410 )   PDF (1658KB) ( 121 )  

采用盆栽控水试验,研究了3个水分处理,即田间持水量(FC)的(75±5)%、(55±5)%和(35±5)%,对丁香、黄刺梅、连翘的叶、茎、极细根(0～1 mm)、细根(1～2 mm)和粗根(>2 mm)化学计量特征的影响。结果表明: 3种灌木相同器官间氮(N)和磷(P)含量以及C∶N、C∶P、N∶P均存在显著差异。随着干旱胁迫的加剧,3种灌木各器官C含量总体上无显著变化;叶片N含量呈增加趋势,茎N含量逐渐下降,极细根和细根N含量均呈先上升后下降的趋势;叶片、茎P 含量呈降低趋势,极细根和细根P含量呈先增加后下降的趋势。3种灌木在干旱胁迫下叶C∶N呈降低趋势,叶和茎C∶P、N∶P均呈增加趋势。干旱胁迫对极细根C∶N和叶C∶P、N∶P影响最大,而对粗根C∶N、N∶P以及极细根C∶P的影响最小。土壤C、N含量与灌木各器官中C、N、P含量无显著相关性,但土壤P含量与叶和根系C、N、P含量均显著相关。土壤中相对缺乏的P是影响灌木器官化学计量特征的最重要因素。干旱对不同灌木不同器官化学计量的影响不同,叶和极细根的化学计量较其他器官对干旱胁迫更加敏感。干旱可能主要通过影响灌木对土壤中养分P的吸收和在不同器官中的分配,进而影响灌木不同器官的化学计量特征,尤其是与P相关的化学计量特征。

种植阔叶树种和毛竹对土壤有机碳矿化与微生物群落结构的影响

方韬, 李永春, 姚泽秀, 李永夫, 王兴萌, 王越, 俞叶飞

2021, 32(1):  82-92.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.033

摘要 ( 400 )   PDF (1794KB) ( 84 )  

为探明种植阔叶树种和毛竹对土壤有机碳矿化与微生物群落特征的影响,本研究通过盆栽试验和室内培养法比较分析种植香樟、木荷、青冈等阔叶树种与毛竹的土壤有机碳矿化速率和累计矿化量,并结合末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)以及荧光定量PCR技术,分析土壤细菌、真菌群落组分与数量特征。结果表明: 与种植阔叶树种的土壤相比,种植毛竹的土壤活性碳组分和碳矿化总量显著提高,且其地下生物量高于阔叶树种。种植毛竹的土壤真菌/细菌丰度比也高于种植阔叶树种的土壤,土壤细菌群落组分对树种的响应比真菌群落更加敏感。种植毛竹的土壤真菌群落多样性显著低于阔叶树种;与细菌群落相比,真菌群落多样性与pH、有机碳含量、碳矿化速率更为相关。与阔叶树种相比,种植毛竹能显著增加土壤碳矿化总量,而毛竹土壤真菌群落结构是导致碳矿化量较高的原因之一。

亚热带森林土壤微生物生物量及群落功能特征的城乡梯度变化

何越, 李春涛, 俞元春, 何黄盼, 陶晓

2021, 32(1):  93-102.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.034

摘要 ( 448 )   PDF (1031KB) ( 76 )  

土壤微生物在土壤养分循环以及生物地球化学循环中起着重要作用,土壤微生物对环境变化响应灵敏。为研究城乡梯度环境变化对亚热带森林土壤微生物的影响,本研究选取合肥市大蜀山国家森林公园(城市林)、紫蓬山国家森林公园(远郊林)、六安市万佛山(乡村自然林)为样地,分析比较其微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)及微生物群落功能多样性的城乡梯度差异。结果显示: 土壤MBC表现为乡村自然林(115.07 mg·kg^-1)>远郊林(101.68 mg·kg^-1)>城市林(82.73 mg·kg^-1);土壤MBN表现为乡村自然林(57.73 mg·kg^-1)>城市林(31.57 mg·kg^-1)>远郊林(29.01 mg·kg^-1);土壤微生物碳源代谢活性(AWCD)﹑均匀度指数(U)表现为乡村自然林>远郊林>城市林;城乡森林土壤微生物群落利用的主要碳源为羧酸类、氨基酸类、碳水类,其对多胺类、多酚类碳源的利用能力较弱;土壤微生物对氨基酸类、羧酸类、多聚物类及多酚类碳源的代谢能力具体表现为乡村自然林>远郊林>城市林,土壤微生物群落功能特征在城乡环境梯度上存在明显空间分异,其中吐温80、β-甲基-D-葡萄糖苷是影响城乡环境土壤微生物群落空间分异的特征碳源。相关性分析表明,土壤pH与微生物McIntosh指数、AWCD值呈显著正相关,铵态氮(NH₄⁺-N)与微生物Shannon多样性指数、AWCD值呈显著正相关,微生物Simpson指数与土壤硝态氮(NO₃^--N)呈显著负相关,土壤pH、NH₄⁺-N、NO₃^--N是影响微生物群落多样性指数的主要因素。研究表明,在城乡环境梯度下森林土壤微生物群落特征存在显著差异,城市林土壤微生物群落代谢潜力和功能多样性均弱于自然林。

极小种群植物白果蒲桃种群现状与保护评价

郑世群, 杨皖乔, 方镇福, 郑柠, 刘金福, 林凯琴, 肖丽芳, 李霖

2021, 32(1):  103-112.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.007

摘要 ( 412 )   PDF (887KB) ( 41 )  

白果蒲桃是福建省云霄县特有极小种群植物,对其进行种群现状研究和保护评价。结果表明: 现存白果蒲桃种群只有25株,母树仅1株,除母树和1株小树外,其余均为幼苗幼树,数量稀少,缺乏中树、大树等龄级阶段。幼苗幼树空间分布不均匀,绝大多数分布于距离母树10～25 m的范围内。种群龄级结构不连续,种群发展呈不可持续状态。种群竞争主要来自其他伴生树种,其中,厚壳桂竞争指数占总竞争指数的66.6%,远高于其他种类。本研究构建珍稀濒危暨极小种群植物保护综合评价指标体系,从濒危程度、保护价值和保护优先性3个方面对白果蒲桃进行保护评价。白果蒲桃濒危程度为Ⅰ级(濒危程度指数为4.510),属于极危种,保护价值为Ⅰ级(保护价值指数为4.052),保护价值极大,保护优先性为Ⅰ级(保护优先性指数为4.016),应列为最优先保护级别。

黄土高原草地净初级生产力时空趋势及其驱动因素

刘铮, 杨金贵, 马理辉, 柯增鸣, 胡宇美, 岩晓莹,

2021, 32(1):  113-122.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.017

摘要 ( 488 )   PDF (3329KB) ( 124 )  

草地净初级生产力是生态系统碳循环的关键环节和重要组成部分。本研究使用分段线性回归分析和Pearson相关分析,分析了黄土高原2000—2015年间土地利用类型未改变的草地净初级生产力(NPP)的变化趋势及气候核心因子(年降水量、年强降水量、年有效降水日数、年平均温度、年最高温度、年最低温度)对NPP变化的影响,并借助增强回归树逐像素分析了草地NPP的驱动因素。结果表明: 2000—2015年,研究区草地NPP总体呈增加趋势,显著增加区域占51.3%。年均NPP的变化速率从2000—2004年间的15.23 g C·m^-2·a^-1下降到2005—2015年间的3.58 g C·m^-2·a^-1。黄土高原草地NPP与降水指标呈显著正相关,与温度指标主要呈负相关。年降水量是研究区草地NPP变化最重要的驱动因素且具有最高的平均相对贡献率,年最高温度是高原中部草地NPP的主要限制因素,年最低温度主要影响高原西部高海拔地区的草地生长。

鄱阳湖湿地地下水埋深及其与典型植被群落分布的关系

宋炎炎, 张奇, 姜三元, 郭玉银

2021, 32(1):  123-133.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.018

摘要 ( 437 )   PDF (3533KB) ( 90 )  

地下水位直接影响土壤含水量,进而影响湿地植被生长、分布和演替。本研究以鄱阳湖湿地为研究区,基于2014—2018年地下水位野外定点观测数据,分析湿地地下水年内与年际动态变化特征,构建鄱阳湖湿地地下水数值模型,分析地下水流场空间特征以及地下水埋深分布,结合高斯回归方法分析地下水埋深与典型植被分布之间的关系。结果表明: 年内洲滩湿地地下水位呈明显的动态变化,且地下水位与湖水位变化高度一致。地下水埋深年内变化与降水量季节性分布之间存在1个月的滞后。年际洲滩湿地地下水位由上游向下游呈减小趋势,且上游洲滩湿地地下水埋深变幅较小(0.1～1.1 m),下游洲滩湿地地下水埋深变幅较大(0.1～5.6 m)。研究区地下水流场由上游丘陵地区指向下游地势相对平坦的湖区,其流向与地形高程变化一致。研究区平均地下水埋深为2.07 m,且由远湖区至近湖区,地下水埋深不断减小。苔草、芦苇、茵陈蒿群落生长的最适地下水埋深分别为1.1、3.7、5.7 m;典型植被的分布对地下水埋深梯度的响应差异显著;茵陈蒿群落的生态幅宽大于苔草和芦苇群落;3种植被群落在地下水埋深1.1～5.7 m范围内出现生态位重叠现象,其中,苔草植被分布指数迅速减小,芦苇植被分布指数先增大后减小,茵陈蒿植被分布指数持续增至最大值,在地下水埋深达到5.7 m后开始减小。

基于过程模型CROBAS的全局灵敏度分析方法比较

薛海连, 田相林, 王彬, 孙帅超, 曹田健

2021, 32(1):  134-144.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.005

摘要 ( 274 )   PDF (4549KB) ( 185 )  

过程机理模型在开发过程中常受限于生理学参数无法直接或准确测量。全局灵敏度分析可以评估模型预测结果对于生理学参数变化的响应,为模型结构改进、数据收集和参数校准提供参考。本研究基于过程模型CROBAS,以华山松为例,选取模型中描述树木结构关系的10个参数,以树高和各器官生物量的Nash-Sutcliffe效率(NSE)为目标函数,比较了3种应用较广泛的全局灵敏度分析方法,即Morris筛选法、基于方差的Sobol指数法和扩展的傅里叶幅度检验法(EFAST)。结果表明: 参数灵敏度排序在不同方法中仅略微有所变化,但对于不同目标函数则区别明显。对算法耗时和收敛效率而言,Morris和EFAST性能较高,Sobol效率相对较低。所有模型输出变量均对单位面积年最大光合速率、比叶面积、消光系数敏感,林冠光截留状态对于林木生长量有着关键性影响,意味着光合固碳量是CROBAS在模型校正和林木生长动态模拟中需要优先进行数据收集、验证与测试的模块。灵敏度分析同时表明,碳平衡理论在林木生物量模拟中最为核心部分是树叶生物量模块的计算与验证。对于复杂过程模型的参数灵敏度分析,如需定性研究可选Morris,而量化评估采用EFAST更适合。

有机无机肥配施对双季稻轮作系统产量、温室气体排放和土壤养分的综合效应

卜容燕, 李敏, 韩上, 程文龙, 王慧, 孙志祥, 唐杉, 武际

2021, 32(1):  145-153.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.023

摘要 ( 384 )   PDF (742KB) ( 111 )  

本研究开展了连续3年(2017—2019年)的田间试验,通过设置不施肥(CK)、单施化肥(F)、等氮条件下有机肥配施化肥(FM)(有机肥全部于早稻季施用)3个处理,对双季稻轮作系统作物产量、土壤肥力进行分析,并连续2年(2018—2019年)对单施化肥和有机肥配施化肥处理的CH₄和N₂O排放进行监测。结果表明: 施肥可以显著提高早、晚稻产量,其中FM处理的增产效果最好,与F处理相比,FM处理早稻和晚稻分别平均增产5.6%和7.2%,且增产效果随着年限的增加表现为增加趋势。FM处理早稻、晚稻和周年轮作CH₄排放量较F处理分别增加8.2%、4.8%和6.7%;但N₂O排放量分别下降31.4%、5.0%和18.8%。尽管连续2年各处理双季稻轮作系统全球增温潜势差异不显著,但FM处理温室气体排放强度较F处理分别下降6.8%和8.5%。与F处理相比,FM处理土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量分别增加9.7%、4.1%、30.9%和2.5%。综上所述,在本研究条件下,有机肥集中于早稻季施用替代化肥是增加双季稻产量、提高土壤肥力和降低稻田温室气体排放强度的有效措施。

有机肥替代部分化肥对水稻光合速率、氮素利用率和产量的影响

石鑫蕊, 任彬彬, 江琳琳, 范淑秀, 曹英丽, 马殿荣

2021, 32(1):  154-162.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.021

摘要 ( 431 )   PDF (759KB) ( 95 )  

农业生产中合理施用有机肥对实现化肥零增长、提高土壤肥力和保证粮食稳产高产至关重要。本试验在辽宁省沈阳市稻田以‘沈农9816’为供试材料,设置7种不同处理,分别为不施氮肥(CK)、低氮150 kg·hm^-2(LN)、中氮240 kg·hm^-2(MN)、高氮330 kg·hm^-2(HN)、中氮有机肥替代10%(OMN₁₀)、中氮有机肥替代20%(OMN₂₀)、中氮有机肥替代30%(OMN₃₀),研究施肥对水稻光合速率、氮素吸收、氮素利用率和产量等的影响,以探寻最佳有机肥配施方案。结果表明: 提高施氮肥水平能够提高水稻光合速率、生物量和产量,但显著降低了氮肥利用效率。与中氮处理相比,灌浆期OMN₁₀和OMN₂₀处理光合速率显著提高22.9%和9.9%;OMN₂₀处理水稻增产3.8%,差异显著,氮肥农学利用率提高8.1%,氮肥生理利用率提高13.3%。与高氮处理相比,OMN₂₀处理氮肥农学利用率和生理利用率分别提高27.2%和37.2%。有机肥替代处理可以在减少化学氮肥施用的同时,维持土壤肥力,实现高产高效,尤其是有机肥替代20%处理最优,为推荐施肥方式。

灌水量与密度互作对冬小麦籽粒产量和水分利用效率的影响

张秀, 朱文美, 董述鑫, 初金鹏, 费立伟, 郑飞娜, 代兴龙, 贺明荣

2021, 32(1):  163-174.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.025

摘要 ( 400 )   PDF (3658KB) ( 93 )  

为明确协同提高冬小麦产量和水分利用效率的适宜灌水量和种植密度,选用大穗型品种‘泰农18’(T18)和中穗型品种‘山农22’(S22)为试验材料,设置4个灌溉水平(不灌水、每次灌水45、60、75 mm)和4个种植密度,其中泰农18选用135×10⁴、270×10⁴、405×10⁴、540×10⁴ 株·hm^-2,山农22选用90×10⁴、180×10⁴、270×10⁴、360×10⁴株·hm^-2,研究了籽粒产量、麦田耗水特性和水分利用效率对灌水量和密度互作效应的响应。结果表明: 籽粒产量、总耗水量、土壤贮水消耗量和水分利用效率均受到灌溉水平、种植密度及两者互作效应的显著影响。每次灌水量为45 mm,泰农18种植密度为405×10⁴株·hm^-2、山农22种植密度为270×10⁴株·hm^-2时,两品种籽粒产量均达到最高,拔节后棵间蒸发量占阶段农田总耗水量的比例最小,1 m以下土壤水消耗比例、水分利用效率高。种植密度与灌溉量合理组合,有利于降低水分无效损耗,提高水分利用效率。

基于叶绿素荧光参数的小麦叶片叶绿素相对含量估算方法

杨程, 杜思梦, 张德奇, 李向东, 时艳华, 邵运辉, 王汉芳, 方保停

2021, 32(1):  175-181.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.009

摘要 ( 489 )   PDF (904KB) ( 97 )  

叶绿素含量是植物学和农业相关研究领域常用的生理指标。叶绿素含量和叶片光合功能密切相关,但是现有的叶绿素含量的测定方法无法实现叶绿素含量和光合功能的同步测定和关联分析。为解决该问题,本研究通过测定35个小麦品种旗叶的SPAD值和叶绿素荧光诱导动力学曲线,分别使用不同时间的快速叶绿素荧光动力学曲线的荧光值,以及33个常用荧光参数与对应叶片的SPAD值进行相关性分析,建立线性回归模型,并使用室内和大田两组数据对回归模型进行验证。结果表明: 通过叶绿素荧光参数RC/CS_m建立的线性模型能够较好地预测叶片的SPAD值,可以用于非严重逆境胁迫下小麦叶片叶绿素相对含量的估算,从而丰富无损测定小麦叶绿素相对含量的方法,简化试验流程,实现小麦光合功能和叶绿素含量的同步测定与分析。

CO₂浓度升高对大豆干旱胁迫的缓解效应

张小琴, 张媛铃, 李炳言, 冯雅楠, 李萍, 张东升, 王利伟, 郝兴宇

2021, 32(1):  182-190.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.022

摘要 ( 345 )   PDF (1393KB) ( 64 )  

CO₂浓度升高和干旱带来的气候变化势必对大豆的生长造成影响。目前,CO₂浓度升高对干旱胁迫下大豆生理生化的影响研究较少。本试验研究了不同CO₂浓度(400、600 μmol·mol^–1)和水分处理下(正常水分:叶片相对含水量为83%～90%;干旱:叶片相对含水量为64%～70%)大豆开花期的光合能力、光合色素积累、抗氧化水平、渗透调节物质、激素水平、信号转导酶和基因表达量的变化。结果表明: 干旱胁迫下CO₂浓度升高显著提高了大豆叶片蒸腾速率、水分利用效率和净光合速率,但降低了叶绿素b含量。CO₂浓度升高显著增加了干旱胁迫下叶片过氧化物酶活性和脱落酸含量,显著降低了脯氨酸含量,对可溶性糖含量没有显著影响。干旱胁迫下CO₂浓度升高显著增加了钙依赖蛋白激酶含量和谷胱甘肽-S-转移酶活性,并且其基因表达量均显著上调;显著降低了丝裂原活化蛋白激酶和热休克蛋白含量,并下调了其基因表达量。研究结果将有助于了解气候变化对大豆生长和生理生化的影响,为应对未来气候变化下大豆生产采取必要措施。

种植模式和施肥对黄土旱塬农田土壤团聚体及其碳分布的影响

李春越, 常顺, 钟凡心, 薛英龙, 苗雨, 王益, 党廷辉

2021, 32(1):  191-200.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.027

摘要 ( 403 )   PDF (2318KB) ( 110 )  

本研究以长武黄土高原农业生态试验站33年长期定位试验处理为研究对象,选取撂荒(R)、小麦连作(CK/W)、小麦玉米轮作(L),小麦连作选取单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、施氮磷肥(NP)、单施有机肥(M)、氮肥配施有机肥(NM)、磷肥配施有机肥(PM)、氮磷肥配施有机肥(NPM)共10种不同种植模式和施肥田间处理,运用干湿筛法和TOC法,分析长期不同施肥和种植模式下黄土旱塬农田土壤力稳性和水稳性团聚体数量、稳定性、各粒级团聚体中全碳和有机碳的分布特征,以及各粒级团聚体对碳分布的贡献。结果表明: 力稳性团聚体以>0.25 mm大团聚体为主,含量>67%,施肥使其减少;连作减少了微团聚体,而轮作增加了微团聚体且其效果大于施肥处理。水稳性团聚体以<0.25 mm微团聚体为主,含量>61%;施肥和耕作均减少了水稳性微团聚体。不同施肥方式和种植模式均降低了团聚体破坏率(PAD),增加了大团聚体(R_0.25)含量。施用有机肥显著提高了力稳性团聚体各粒级中全碳和有机碳含量;连作和轮作增加了各粒级团聚体中全碳含量,但轮作显著降低了有机碳含量。单施氮、磷肥使土壤全碳含量降低,而氮磷复合肥和有机肥使土壤全碳含量显著增加;种植模式对全碳的影响较施肥处理小,连作和轮作使土壤全碳增加。除单施氮、磷肥外,复合施肥和施用有机肥使土壤有机碳显著增加;不同种植模式对土壤有机碳的影响小于施肥处理,轮作使有机碳含量降低。微团聚体对土壤全碳和有机碳的贡献率最大,可达21.2%~33.6%;不同施肥和种植模式使微团聚体全碳的贡献率增加,施肥处理中NP和NPM显著增加了微团聚体的全碳和有机碳贡献率,轮作对微团聚体全碳和有机碳的增加趋势贡献最显著。

黄土高原苹果园土壤水分及水分生产力模拟

王宪志, 赵西宁, 高晓东, 卫伟, 王绍飞, 于流洋, 王嘉昕, 邵主恩

2021, 32(1):  201-210.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.012

摘要 ( 415 )   PDF (1896KB) ( 63 )  

以长武地区为例,采用WinEPIC模型模拟1980—2018年间黄土高原旱作苹果园地深剖面土壤水分和水分生产力变化动态,以期为该区苹果产业的可持续发展提供科学依据。结果表明: 长武地区苹果园年均产量为26.37 t·hm^-2,年均蒸散量为673.66 mm,年均水分生产力为4.07 kg·m^-3,成龄果树水分胁迫天数主要受降雨量影响,果树生长后期年均胁迫天数为46.46 d,深层土壤含水量最早于9龄果树开始接近凋萎湿度。长武地区苹果整个生长周期内供水量是对果园产量影响最大的因素,深层土壤有效水含量降低是制约果树生长中后期产量提高的最主要因素,在降水不足的年份果树会利用更深层土壤水分。当深层土壤可利用水分较少时,过多的降水并未被果树利用,而是转化为浅层土壤水分蒸发。对于成龄果树在年供水量低于500 mm或高于700 mm时都会造成产量的下降。针对不同生长时期的果园,在不同的降雨年份应该调整果园水分管理策略,可以通过补充灌溉、拦蓄集聚雨水、覆盖、修剪枝条等管理措施,降低果树非生产性耗水及自身奢侈性耗水,延缓深层土壤干层的出现时间,在保证果树生长的同时避免水资源的浪费。

不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐分布的影响

成厚亮, 张富仓, 李萌, 郑文慧, 肖超, 李越鹏

2021, 32(1):  211-221.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.029

摘要 ( 315 )   PDF (2222KB) ( 55 )  

针对南疆地区水资源短缺和棉田土壤盐碱化问题,研究不同生育期土壤基质势调控对棉花生长和土壤水盐的影响,为棉田节水控盐和高效生产提供理论依据。通过大田膜下滴灌试验,以棉花灌水时期滴头下方20 cm处土壤基质势下限控制水平-50 kPa为对照(CK),在棉花的苗期(A)、苗期+蕾期(B)、苗期+蕾期+花铃期(C)设置3个基于土壤基质势下限的灌溉水平:W₁(-20 kPa)、W₂(-30 kPa)和W₃(-40 kPa),测定棉花生长、地上干物质量、产量和土壤水盐分布等指标。结果表明:不同生育期土壤基质势调控时,株高、叶面积指数和地上干物质量均表现为:WC>WB>WA>CK;不同土壤基质势水平调控时,随着土壤基质势下限的提高,株高、叶面积指数和地上干物质量也随之增加,其中,W₁C和W₂C处理显著高于其他处理。有效铃数、单铃重和衣分等产量构成要素均随着土壤基质势下限的升高而增加。W₁C和W₂C处理棉花的产量基本一致且显著高于其他处理,W₂C的水分利用效率显著高于W₁C处理。不同生育期土壤基质势均控制在-20或-30 kPa可以改善棉花主根区水分状况。各处理在收获期均表现为浅层积盐(0～40 cm),且膜外大于膜内;土壤基质势越高,膜内主根区(0～40 cm)积盐越少,其中W₁C和W₂C较其他处理减少24%。综合考虑高效生产和节水控盐,建议将当地休作期未淋洗棉田灌水时期土壤基质势控制在-30 kPa为宜。

设施调温模式下叶施低浓度NaCl对黄瓜幼苗生长和生理指标的影响

孟闯, 薛占军, 杨继龙, 李守勉, 高志奎

2021, 32(1):  222-230.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.024

摘要 ( 293 )   PDF (1813KB) ( 30 )  

为了明确设施调温模式下叶施低浓度NaCl对黄瓜幼苗生长和物质积累的影响,本试验在日光温室内加设地膜小棚进行调温,形成中低温(L)区和中高温(H)区,采用0(L₀和H₀)、5(L₅和H₅)、10(L₁₀和H₁₀)、15 mmol·L^-1(L₁₅和H₁₅)的NaCl对2子叶1心期的黄瓜幼苗进行连续21 d的叶面喷洒处理,分析其对黄瓜幼苗生长、干鲜物质及营养物质累积和光合气体交换参数的影响。结果表明: L区和H区叶施NaCl处理下,黄瓜幼苗干物质量分别比对照增加38.6%(L₅)～50.2%(L₁₀)和8.9%(H₅)～23.3%(H₁₀)、植株含水量分别增加20.8%(L₅)～52.2%(L₁₀)和8.7%(H₅)～10.1%(H₁₀),表明10 mmol·L^-1 NaCl处理对植株干物质量和含水量的促进效应比5 mmol·L^-1 NaCl处理更大。然而,L₅处理的归一化壮苗指数(SI)最高,H₁₀处理的SI较高。L₁₀处理对叶面扩展的促进效应高于H₁₀。L₅对气孔导度(g_s)和光合碳吸收速率(P_n)的效应优于H₁₀。两种温度模式下叶施5～10 mmol·L^-1 NaCl均能累积更多的可溶性糖、游离氨基酸和可溶性蛋白质,并优先向茎和根中分配。另外,黄瓜幼苗的干物质量、叶面积、P_n、含水量、SI、g_s和游离氨基酸含量受温度、NaCl浓度的单因素效应影响,而幼苗的含水量、SI、g_s和游离氨基酸含量(叶片除外)还受温度与NaCl浓度的交互效应影响。综合分析表明,叶施NaCl对黄瓜幼苗生长和生理指标的有益效应浓度集中在5～10 mmol·L^-1,L区叶施NaCl的有益效应优于H区,且叶施适宜浓度(L₅和H₁₀)的NaCl对干物质累积的促进效应优于水蓄积的促进效应,更有利于黄瓜健壮秧苗的培育。

高温对温室草莓光合生理特性的影响及胁迫等级构建

徐超, 王明田, 杨再强, 韩玮, 郑盛华

2021, 32(1):  231-240.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.028

摘要 ( 400 )   PDF (2708KB) ( 101 )  

以草莓品种“红颜”为材料,采用人工控制试验对草莓苗进行动态高温(32 ℃/22 ℃,35 ℃/25 ℃,38 ℃/28 ℃和41 ℃/31 ℃;日最高温/日最低温)胁迫(2、5、8和11 d)处理,以28 ℃/18 ℃为对照(CK),测定各处理下草莓叶片的光合生理参数。通过主成分分析提取关键参数,并以此计算高温胁迫指数(Z),划分高温胁迫等级。结果表明:1)随着温度的升高,胁迫时间的延长,叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、类胡萝卜素(Car)、光饱和点(LSP)、最大净光合速率(P_max),表观量子效率(AQE)和最大光化学效率(F_v/F_m)呈下降趋势,而光补偿点(LSP)和暗呼吸速率(R_d)呈上升趋势。2)高温阻碍PSⅡ中心类囊体能量的传递(ΔW_OK＞0),加速PSⅠ末端电子受体库的还原速率,在胁迫第11天时,除32 ℃外,其他高温处理下的放氧复合物(OEC)均失活。3)各高温处理下活性氧物质(H₂O₂含量和O₂^-·产生速率)和丙二醛含量(MDA)随胁迫天数增加呈上升趋势。4)各高温处理下保护酶活性和可溶性蛋白含量随着胁迫天数的增加呈现先上升后下降趋势。通过主成分分析提取Chl a、P_max、F_v/F_m和MDA作为关键指标,并计算Z值,将高温胁迫划分为正常(1≥Z>0)、轻度(2≥Z>1)、中度(3≥Z>2)、重度(4≥Z>3)和特重(Z>4)5个等级。研究结果可为温室草莓高温灾害防御及小气候环境优化调控提供依据。

辽宁省玉米复合农业气象灾害判识及特征

于文颖, 纪瑞鹏, 李卓群, 刘东明, 冯锐, 武晋雯, 张玉书

2021, 32(1):  241-251.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.011

摘要 ( 397 )   PDF (3493KB) ( 71 )  

玉米生产过程中常常遭受复合农业气象灾害,为了解辽宁省玉米复合农业气象灾害发生规律和特征,本研究对复合农业气象灾害进行定义和分类,对1961—2017年辽宁省50个气象站玉米生长季的复合农业气象灾害发生情况进行判识,探讨典型年复合农业气象灾害对玉米产量的影响。结果表明: 1961—2017年,大部分年份辽宁省玉米复合农业气象灾害的发生范围大于单一农业气象灾害,大部分地区复合农业气象灾害发生频率高于单一农业气象灾害。最主要的复合农业气象灾害是多个发育期遭遇干旱,其次是干旱与延迟型冷害并发。研究期间,多发育期干旱复合型灾害的发生范围呈现扩大趋势,其他复合类型灾害发生范围均呈缩小趋势。通过分析玉米典型减产年复合农业气象灾害发生情况,发现多发育期干旱复合型和干旱+低温冷害复合型两种灾害出现频率较高。

基于SWCI-NDVI特征空间的县域耕地地力遥感反演

李因帅, 赵庚星, 王卓然, 崔昆, 奚雪, 窦家聪

2021, 32(1):  252-260.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.016

摘要 ( 411 )   PDF (2546KB) ( 79 )  

利用遥感反演县域耕地地力状况,快速、准确、高效地实现耕地定级,是区域耕地资源利用与管理的客观需求。本研究以东平县为研究区,利用Landsat-TM卫星影像和耕地地力评价资料,构建以地表含水量指数(SWCI)、归一化植被指数(NDVI)为特征参量的水分植被地力指数(MVFI),进而优选得到最佳反演模型,并在县域空间上进行推广应用和精度验证。结果表明: MVFI与耕地地力综合指数(IFI)的相关系数为-0.753,能综合反映小麦长势、土壤墒情和地力水平,具有明确的生物物理意义;最佳反演模型为二次模型,反演精度较高;模型适用于县域耕地地力的反演,反演结果与地力评价结果的空间分布规律和均匀程度相似,高、中、低等级耕地的面积差均低于2.9%。本研究提出的基于特征空间理论的耕地地力遥感反演方法,可有效提高县域耕地地力的评价效率和预测精度。

黄土高原人口密集区城镇扩张对生境质量的影响——以兰州、西安-咸阳及太原为例

周亮, 唐建军, 刘兴科, 党雪薇, 慕号伟

2021, 32(1):  261-270.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.019

摘要 ( 401 )   PDF (4157KB) ( 97 )  

快速城镇化过程极大改变了区域生境的空间格局和功能要素,深刻影响生境斑块之间的物质流和能量流,同时对生境和生物多样性造成严重威胁。本研究采用InVEST模型、景观指数及多元线性回归,系统分析了1990—2018年黄土高原全域及人口密集区城镇化对生境质量影响的时空格局特征与因素。结果表明: 黄土高原城镇扩张显著影响生境质量,1990—2018年间建设用地面积增幅49.6%,导致生境斑块的总面积减少5.2%。2010年后,城镇斑块面积上升,斑块密度和破碎度下降,使城镇生境质量呈现出“外高中低”的空间格局。人口密集区城镇扩张速率与生境质量呈现显著负相关,区域内生境质量平均值下降2.7%,生境退化水平上升33.4%。生境质量等级不稳定,高等级生境易转为低一等级,兰州、西安-咸阳和太原转化率分别为12.9%、2.9%和1.7%。本研究所用8个影响因素能有效解释生境质量的空间变化(R²=68.7%),其中,人口密度和距道路距离是导致生境破碎化的主要因素,坡度、GDP及降水对生境空间格局优化具有积极作用。

不同降雨条件下坡长对喀斯特坡面土壤侵蚀的影响

黄凯, 刘瑞禄, 覃莉, 宋涛, 刘忠仙, 李瑞

2021, 32(1):  271-280.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.020

摘要 ( 365 )   PDF (1238KB) ( 54 )  

基于2012—2014年对贵州省石桥小流域布设的5个坡长(5、10、15、20、25 m)径流小区的59次侵蚀性降雨条件下的产流产沙数据,分析不同降雨条件下喀斯特裸坡产流产沙与坡长的关系。结果表明: 研究区坡面产流量随坡长的增加总体呈先减少后增加再减少的趋势,产沙量随坡长的增加先上升后下降。研究区59次侵蚀性降雨按降雨量、降雨历时和平均雨强可分为3种雨型,分别为A雨型(短历时、大雨强、小雨量)、B雨型(中历时、小雨强、中雨量)、C雨型(长历时、中雨强、大雨量)。不同雨型下坡面产流产沙量与坡长的关系存在一定差异,A和B雨型下存在20 m左右的临界产沙坡长,C雨型下产沙量随坡长的增加逐渐加大。不同雨型下,坡长与产流产沙量均存在较好的三次函数关系。不同坡长间产流产沙量的变幅不同,除15~20 m坡长外,C雨型产流产沙量变幅相对较大,尤其产沙量的变幅显著高于其他雨型。不同雨型的坡面产流总量依次为A雨型＞B雨型＞C雨型;B雨型坡面产沙量最小,20 m坡长处A雨型产沙量最大,其他坡长处C雨型产沙量最大。A雨型(研究区常见雨型)下降雨复合因子较降雨单因子与产流产沙量的相关性更好,降雨量(P)、降雨历时与最大30 min雨强的乘积(TI₃₀)、降雨历时与平均雨强的乘积(TI)、降雨量与降雨历时的乘积(PT)与产流产沙呈极显著相关,其中,P和TI与产流量的相关性最强,二者与产流量在不同坡长间的关系可用线性方程和S型曲线表示,各坡长产沙量与其对应的降雨因子均存在较好的3次函数关系。

干旱荒漠区煤矸石山覆土区土壤水分物理性质的空间异质性

党倩楠, 王进鑫, 姚丽霞, 吕国利, 张瑞琦

2021, 32(1):  281-288.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.014

摘要 ( 357 )   PDF (1273KB) ( 62 )  

基于网格取样(20 m×20 m),采用经典统计学和地统计学相结合的方法,研究了干旱荒漠区煤矸石山表层(0~5 cm)土壤水分物理性质的空间异质性和分布格局。结果表明:研究区土壤容重、毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度、饱和含水量表现为弱变异,土壤含水率表现为中等变异。除土壤容重的最佳拟合模型为高斯模型外,其余指标的最佳拟合模型均为指数模型;土壤容重和含水率的块基比[C₀/(C₀+C)]较小,空间自相关性强烈;土壤毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度和土壤饱和含水量则表现为中等的空间自相关性;土壤容重与毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度、饱和含水量呈极显著负相关,土壤含水率与其余指标没有显著的相关关系;土壤毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度及饱和含水量两两之间呈极显著正相关关系;Kringing等值线图表明,土壤毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度和饱和含水量分布类似,高值集中在坡中部及下部左侧,土壤容重则与之相反,土壤含水率的大小主要受坡位的影响,由坡上向坡下增大。建议干旱荒漠区煤矸石山覆土区在人工植被恢复时应采取整地措施,疏松根区土壤;在植被恢复初期,应适当提高坡上部的灌水量,以改善煤矸石山覆土区土壤水分状况,为植被恢复营造均一、良好的土壤水分物理条件。

基于三温模型的南宁市蒸散量估算及其影响因素

韦钧培, 杨云川, 谢鑫昌, 廖丽萍, 田忆, 周津羽

2021, 32(1):  289-298.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.013

摘要 ( 386 )   PDF (3150KB) ( 87 )  

蒸散发是水文能量循环和气候系统的关键要素。研究蒸散发的时空变化特征及其响应气候、土地利用的变化规律,对理解城市流域水循环和生态过程效应具有重要意义。本研究基于三温模型和MODIS影像,估算并分析2001—2018年南宁市的蒸散量时空演变特征,并探讨了主要气候要素、土地利用类型对蒸散量的影响规律和驱动模式。结果表明: 2001—2018年,南宁市年均蒸散量在495.7～781.1 mm,年际相对变化率为-22.5%～23.1%,整体呈上升趋势;区域蒸散量呈南北高、中间低的分布格局,市区蒸散量显著低于郊区。南宁市蒸散量与气候因子呈显著的复相关性,气温对蒸散量的影响大于降水,在郊区呈气温驱动型,而市区则存在多种驱动类型复合现象。南宁市各土地利用类型的平均蒸散量大小依次为:林地(823.4 mm)>草地(675.6 mm)>耕地(582.9 mm)>建设用地(346.6 mm)。土地利用类型的转变是导致区域蒸散量发生显著变化的主要下垫面因素。

侧孢芽孢杆菌Bl13对番茄早疫病防治效果及机制

孙一凡, 刘喆, 李海洋, 郑泽浩, 纪成隆, 郭俏, 来航线

2021, 32(1):  299-308.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.036

摘要 ( 375 )   PDF (2311KB) ( 38 )  

以对番茄早疫病原菌有良好拮抗效果的侧孢芽孢杆菌Bl13为研究对象,采用盆栽试验,通过测定番茄株高、茎粗、番茄早疫病病情指数、叶片内防御酶活性以及根区土壤微生物多样性、微生物群落结构组成等指标,探究侧孢芽孢杆菌Bl13防治番茄早疫病的效果及机制。结果表明: 接种Bl13可显著降低番茄早疫病的病情指数,提高叶片内多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)等防御酶活性,降低病害对植物地上部分及根系生长发育的影响。同时,改善番茄根区土壤微生物群落结构,使芽孢杆菌属、假单胞菌属等常见有益菌属相对丰度显著提高,油壶菌属、血赤壳属相对丰度显著降低。侧孢芽孢杆菌Bl13可通过提高番茄叶片内防御酶活性并增加根区中有益微生物的数量来增强植物对番茄早疫病的抗性,从而实现对番茄早疫病的防治。

利用雨养泥炭沼泽及湖泊沉积物重建多氯联苯污染时空变化趋势

金宇斌, 周旭东, 谢雨初, 于志国

2021, 32(1):  309-316.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.035

摘要 ( 270 )   PDF (1647KB) ( 27 )  

为了重建不同历史时期多氯联苯(PCBs)的沉降速率以研究其污染的时空变化趋势,本研究分析了PCBs在泥炭芯和湖泊沉积柱芯中浓度和沉降速率的变化规律,并评估了泥炭芯和湖泊沉积柱芯用于PCBs沉降变化研究的适用性。对采集柱芯进行定年分析发现,泥炭沼泽可以很好地记录PCBs历史沉降变化,并且泥炭中的PCBs没有出现降解情况,因此采用泥炭地研究PCBs沉降变化是可行的。本研究中泥炭地11种多氯联苯同系物(∑₁₁PCBs)的重建时间为19世纪初至21世纪初,对泥炭中PCBs含量检测发现,每个沼泽的3个泥炭芯中∑₁₁PCBs的单位面积埋藏量均值在(37.0±5.4)～(47.2±27.8) μg·m^-2之间变化,标准偏差在14.6%～58.9%,∑₁₁PCBs的最高浓度可达6.8 ng·g^-1DW,重建的PCBs沉降最大速率可达989.7 ng·m^-2·a^-1。沉降速率的变化趋势为先增后减,1980年后明显下降,这与美国在1979年禁止生产PCBs相符。对沼泽附近湖泊的沉积物取样分析发现,湖泊沉积物柱芯各深度所对应的浓度和最大沉降速率与附近沼泽相近。但湖泊沉积物剖面中2～7阶PCBs同系物的浓度分布均匀,表明湖泊沉积物无法用于分析低阶PCBs的历史沉降变化。本研究重建了不同历史时期大气环境中PCBs的时空变化规律,可为评价区域环境质量提供基础资料。

聚苯乙烯微塑料对黑藻生长及生理生化特征的影响

张晨, 简敏菲, 陈宇蒙, 陈晴晴, 何旭芬, 丛明旸, 阳文静

2021, 32(1):  317-325.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.037

摘要 ( 709 )   PDF (1438KB) ( 116 )  

为探讨淡水环境中微塑料的污染对沉水植物产生的生理生化影响,选择典型沉水植物黑藻为供试材料,以粒径3 μm的聚苯乙烯微塑料颗粒(PS-MPs)为外源胁迫污染物,通过添加不同浓度的PS-MPs(5、10、30、50、100 mg·L^-1)设置不同暴露组及对照组,测定沉水植物的株高、生物量、叶绿素含量、抗氧化酶活性、光合荧光参数及荧光成像的变化特征。结果表明: 50～100 mg·L^-1PS-MPs下黑藻的株高显著下降;较低浓度下(如5 mg·L^-1)黑藻的鲜重显著升高,但随着PS-MPs暴露浓度进一步增加,黑藻鲜重降低,干重无显著变化。黑藻叶绿素总量、叶绿素a和叶绿素a/b均随PS-MPs浓度的增加呈显著下降趋势,叶绿素b无明显变化。PS-MPs处理下超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均随胁迫浓度的增加呈先上升后下降的趋势,叶绿素荧光参数(F_o、F_m、F_v/F_m)均呈下降趋势,而稳态下的PSⅡ反应中心关闭程度(1-Q_p-Lss)总体呈上升趋势,这可能与PS-MPs抑制黑藻PSⅡ反应中心有关。黑藻的荧光成像强度随PS-MPs浓度的增加而降低,在PS-MPs浓度为10 mg·L^-1及以下时,黑藻叶片表现出正常的光合活性;当PS-MPs为30 mg·L^-1及以上时,叶片边缘的光合强度小于茎秆及其周边,叶片呈现发黄、残叶等现象。推测黑藻基本能适应低浓度PS-MPs(0～30 mg·L^-1)的污染水域,而在PS-MPs高于30 mg·L^-1的污染水域中其生长和光合作用将受到抑制。

煤气炮和声波驱鸟器有效距离的评估

金麟雨, 李舒萌, 赵小英, 刘泰杉, 范陈, 李东来

2021, 32(1):  326-332.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.038

摘要 ( 463 )   PDF (524KB) ( 45 )  

鸟击事故主要发生在机场区域,通过使用驱鸟设备减少机场鸟类活动是预防鸟击的主要措施之一。本研究以家鸽和红隼两种高危险鸟类作为受试对象,选择沈阳桃仙国际机场使用的煤气炮和定向声波驱鸟器,观察在设备正常运行期间鸟类位于不同距离上的行为反应,探究两种驱鸟设备的有效作用距离以及效果。结果表明: 家鸽和红隼在距离煤气炮驱鸟器10、30 m时的警戒、逃跑行为显著高于对照,而在50 m处的各种行为次数与对照没有显著差别。家鸽和红隼在距离定向声波驱鸟器50、100 m时能够显著引起警戒和逃跑行为,在300 m处仍能显著引起红隼的警戒行为。可见,煤气炮的有效驱鸟距离为30 m,定向声波的有效驱鸟距离可达300 m,即定向声波的驱鸟效果要强于煤气炮。本研究可为机场引进驱鸟设备以及合理使用提供依据。

浙江南部近海小黄鱼生长和性成熟特征的异质性

裴如德, 高春霞, 田思泉, 麻秋云, 范青松

2021, 32(1):  333-341.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.031

摘要 ( 400 )   PDF (1556KB) ( 51 )  

鱼类生长和性成熟是渔业资源生物学研究的基础内容。为分析小黄鱼的生物学特征,本文以2015年11月—2018年11月浙江南部近海13个渔业资源季度调查航次获得的4920尾小黄鱼样品为研究对象,使用线性混合效应模型(LMEM),研究了小黄鱼生长和性成熟特征的异质性。结果表明: 小黄鱼体长范围为13～215 mm,优势体长组为110～154 mm,体重范围为0.5～182.2 g,优势体重组为20～55 g。体长和体重关系方面,加入季节、性别和年份随机效应的LMEM模型AIC值和RMSE值最小,拟合效果最好,季节对小黄鱼体长和体重关系的影响最显著。小黄鱼体长(L)和体重(W)关系为W=4.22×10^-5L^2.79,在体长大于160 mm后,小黄鱼体重增长率春季、夏季最快,冬季次之,秋季最慢,2015年体重增长率最快,其次为2017和2018年,2016年最慢,雄性体重增长率快于雌性。小黄鱼样品中,性腺成熟度为Ⅱ期的未性成熟小黄鱼比重最高,占50.4%,达到性成熟的仅占19.6%。加入季节、年份随机效应的LMEM模型对于小黄鱼体长和性成熟概率关系的拟合效果最好,AIC值和RMSE值最小。模型结果表明: 季节对小黄鱼性成熟概率和体长关系的影响最显著,50%的性成熟体长(L_50%)值在冬季最小(124.6 mm),其他季节差异不明显,冬季性成熟速度最快。本研究表明,线性混合效应模型能较好地反映小黄鱼的生物学异质性,小黄鱼生长和性成熟具有显著的季节变化,在进行渔业资源评估和管理时应予以充分考虑。

浙江乐清湾浮游动物空间生态位

张亚洲, 张琳琳, 印瑞, 栾会妮, 刘志坚, 陈坚, 蒋日进

2021, 32(1):  342-348.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.039

摘要 ( 318 )   PDF (676KB) ( 59 )  

基于2016年5月至2017年2月在乐清湾进行的4个航次浮游动物调查数据,计算乐清湾浮游动物优势种的优势度指数(S)、平均拥挤度(X^*)、生态位宽度(B_i)及生态位重叠值(Q_ik )。结果表明: 乐清湾海域浮游动物优势种(S＞0.02)共17种,生态位宽度值差异较大,优势度指数与生态位宽度值呈极显著正相关。浮游动物的生态位重叠值极低,Q_ik＞0.6的种对有25对。冗余分析表明,温度和盐度是影响乐清湾海域浮游动物优势种分布的重要因素,浮游动物优势种在这些环境因子上存在生态分化现象。

综合评述

城市道路绿地对局地空气污染扩散的影响研究进展

胡杨, 马克明

2021, 32(1):  349-357.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.015

摘要 ( 407 )   PDF (595KB) ( 86 )  

城市道路绿地对局地污染物扩散的影响研究近年来比较活跃,获得了大量研究结果,但因缺乏总结梳理,尚难切实指导城市绿地建设实践。本文对道路及绿带类型进行归类,以实地监测和数值模拟两种常用方法为分类前提,对相关研究涉及的污染物浓度指标、植物特征因子及其他影响因子进行系统回顾,总结了道路绿地对局地污染扩散的影响规律,进而指出未来应在拓展研究对象、综合考虑多种生态过程、融合两种基本方法、提高数据的精度和丰富度等方面加强研究。

微生物种间直接电子传递研究进展

兰建英, 蒋海明, 李侠

2021, 32(1):  358-368.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.032

摘要 ( 1262 )   PDF (1187KB) ( 226 )  

一直以来氢气和甲酸被认为是微生物间电子传递的中间电子传递体。近年来的研究发现,微生物之间可以通过种间直接电子传递(DIET)来替代氢气/甲酸传递。DIET作为一种新发现的微生物间电子传递途径,其电子传递效率要高于传统的种间氢气/甲酸传递。DIET这一新发现改变了微生物互营生长代谢必须依赖氢气或甲酸等电子载体的传统认识,为今后研究微生物互营现象打开了新视角。虽然DIET研究取得了很大进展,但是目前对能够进行DIET的微生物种类、DIET机制及影响DIET的因素尚缺乏深入研究。本文首先概述了能形成DIET的微生物,然后重点分析了能够进行DIET的电子供体微生物胞外电子传递的机制和电子受体微生物直接利用胞外电子的分子机制,最后阐述了导电材料对DIET的影响,并提出了DIET今后的研究方向,旨在为DIET研究提供参考。

盐渍化条件下土壤团聚体及其有机碳研究进展

魏守才, 谢文军, 夏江宝, 梁爱珍

2021, 32(1):  369-376.  doi:10.13287/j.1001-9332.202101.026

摘要 ( 743 )   PDF (520KB) ( 193 )  

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,对改善土壤结构和增加土壤固碳具有重要作用。盐渍化导致的特殊土壤性质,如高盐分离子(主要为Na⁺)浓度、低有机质含量和较差的微生物条件等因素,对团聚体的形成和稳定产生障碍作用,因此探讨盐渍化土壤团聚体特征更具有重要性和特殊性。滨海湿地和内陆盐渍化沼泽湿地是盐渍化生态系统的重要组成部分。本文系统整理和总结了国内外盐渍化土壤团聚体及其有机碳的研究进展,并对上述两种盐渍化湿地生态系统中土壤团聚体研究进行了综述。土壤有机无机改良剂添加、耕作方式、植被类型、秸秆还田以及微咸水灌溉等农业措施对盐渍化土壤团聚体及其有机碳形成和稳定具有积极影响。最后提出了目前盐渍化土壤团聚体及其有机碳研究存在的问题和不足,并对未来的研究方向和热点进行了展望,为全面了解盐渍化土壤团聚体研究的最新成果和发展方向提供参考。