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    2021年 第32卷 第5期    刊出日期:2021-05-15
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    2021, 32(5):  1530-1530. 
    摘要 ( 36 )   PDF (396KB) ( 0 )  
    主编观点
    试论宏观生态系统科学研究的多学科维度基本问题及其方法体系
    于贵瑞, 陈智, 张维康, 杨萌
    2021, 32(5):  1531-1544.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.040
    摘要 ( 181 )   PDF (4790KB) ( 0 )  
    人类社会对解决区域及全球重大资源环境问题的迫切需求,快速地推进了自然科学与人文科学的多学科交叉融合,推动了宏观生态系统科学(MES)的兴起及科学理论创新,以及大陆和全球尺度的科学研究方法与技术体系发展。本研究以服务大陆及全球尺度的生态系统状态变化及其资源环境效应研究的多学科知识体系及方法论体系的融合发展为应用目标,系统论述了大陆尺度宏观生态系统科学研究的多学科维度基本问题、逻辑关系及前沿性领域,讨论了构建大陆及全球尺度宏观生态系统科学研究方法学体系的理念和内容,并提出了开展大陆尺度的联网观测-联网实验-数值模拟-知识融合技术系统的设想,期望为中国及全球生态系统观测试验研究网络的理论设计提供参考。
    景观生态学专栏
    基于MSPA和MCR模型的秦岭(陕西段)山地生态网络构建
    陈南南, 康帅直, 赵永华, 周煜杰, 闫瑾, 卢雅茹
    2021, 32(5):  1545-1553.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.012
    摘要 ( 129 )   PDF (2063KB) ( 0 )  
    快速的城市化发展破坏了生境斑块的连通性,而在应对此环境变化中,从斑块层构建区域生态网络的研究不足。本研究以秦岭(陕西段)为对象,采用形态学空间格局分析(MSPA)辨别生态源地,利用最小阻力模型(MCR)提取潜在生态廊道,构建秦岭生态网络;基于重力模型对生态网络内部斑块的重要性进行分级,并分析了网络的结构特征及景观构成。结果表明: 秦岭(陕西段)生态网络由10个生态源地、45条潜在生态廊道和38个脚踏石构成,生态源地总面积29686.15 km2;网络闭合度(0.11)、线点率(1.18)、网络连接度(0.42)、成本比(0.99)综合表明,网络结构中潜在生态廊道和生态节点的连通性较好,而源地间的连通程度低,构建网络的成本较高;重要生态廊道主要由林地、草地、耕地等景观类型构成,其中,林地面积最大,为571.00 km2,约占廊道总面积的89.2%,景观结构良好;在生态网络中应加强保护生态源地,优先建立并保护重要生态廊道和生态节点。研究结果可为秦岭生态环境保护与高质量发展提供科学的参考和依据。
    多维视角下天津市生态网络结构演变特征综合评价
    刘祥平, 张贞, 李玲玉, 李明欣
    2021, 32(5):  1554-1562.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.017
    摘要 ( 79 )   PDF (1698KB) ( 0 )  
    以天津市为研究区,在构建2000、2010和2020年天津市生态网络的基础上,运用复杂网络的评价指标和景观格局指数并综合稳定性、均匀性和连通性指数,从源地-廊道-节点-整体多维度对其结构演变进行综合评价。结果表明: 2000—2020年间,天津市生态源地的萎缩退化现象严重且空间分布不均匀,生态廊道也越来越稀疏;景观破碎度和形状复杂度呈先上升后下降的态势;2000和2010年的廊道平均路径长度较短,生物流动效率相对较高;2000、2010、2020年重要度较高的节点数量分别占统计节点数量的35.7%、29.4%和21.4%;2020年的网络连通鲁棒性和脆弱鲁棒性均起伏较大且差异明显,网络稳定性最差;2010年的生态网络具有较高的连接性和较强的复杂程度,2000和2020年则较为一般;2000年的网络均匀程度最好,2010年次之,2020年最差。
    基于PSR模型的陕西省土地生态系统健康评价
    王同达, 曹锦雪, 赵永华, 韩磊, 刘钊
    2021, 32(5):  1563-1572.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.013
    摘要 ( 95 )   PDF (2957KB) ( 0 )  
    基于“压力-状态-响应”(PSR)模型和熵值法对陕西省十市一区的土地生态系统健康状况进行诊断,分析了2009—2017年间土地生态系统健康等级时空变化趋势,以及影响土地生态系统健康变化的驱动因素。结果表明: 2009—2017年间,陕西省土地生态系统健康水平整体提升,其中,2009—2014年间土地生态系统健康程度较低,2014年后健康状况得到明显改善。西安市、宝鸡市、渭南市和汉中市土地生态系统健康等级高且变化幅度大,延安市、榆林市、安康市土地生态系统健康等级较低且变化幅度小,整体呈陕南地区>关中地区>陕北地区。总体来看,陕西省土地生态系统的压力、状态和响应指数均有所增长,但增速趋缓,2014年以后基本趋于平缓,表明在2014—2017年陕西省土地生态系统处于稳定的健康状态。人口增长、城市化水平、单位耕地化肥负荷、森林覆盖率、工业废水排放达标率和工业固体废物综合利用率是影响陕西省土地生态系统健康变化的主要驱动因素。控制化肥农药使用量、优化土地利用结构和提高土地利用效率是陕西省推进生态文明建设、落实生态保护红线的必要措施。
    新时期我国国土空间生态修复理念与模式探讨
    张潆文, 苏腾, 张富刚, 李凯, 刘烜赫
    2021, 32(5):  1573-1580.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.016
    摘要 ( 76 )   PDF (2255KB) ( 0 )  
    国土空间生态修复以地理学、景观生态学理论为基础,是推进生态文明、建设美丽中国的重要举措。我国国土空间生态修复呈现理论体系多学科化、工作模式多元化、技术方法融合化、实践探索多样化的特征,工作总体成效显著与任务艰巨并存。本文基于国土空间生态修复的新挑战,对国土空间生态修复研究的总体框架和技术路径、区域国土空间生态修复的工作机制与模式、国土空间生态修复的内容体系和技术标准进行综述。新时期,我国国土空间生态修复顶层设计应重点围绕工作体系、业务边界和制度体系3项内容,明确各类业务流程的职责边界,从理论、制度、工程、技术全域视角实现工作全链条闭合管理。乡村聚落区、城镇建成区、工矿聚集区、生态功能区、蓝色海洋区是区域尺度国土空间的5大组成要素,分别对应全域土地综合整治、城市更新与城市双修、矿山地质环境修复治理、山水林田湖草系统修复、蓝色海湾修复整治5种差别化生态修复模式。应综合运用“三个集成”(信息、技术、流程)思维,构建一套涵盖调查监测评价、国土空间规划、工程项目实施、工程项目验收、生态系统监测评价一体化的区域国土空间生态修复工作模式。
    基于地形梯度的黄河流域中段植被覆盖时空分异特征——以延安市为例
    韩磊, 火红, 刘钊, 赵永华, 朱会利, 陈芮, 赵子林
    2021, 32(5):  1581-1592.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.014
    摘要 ( 91 )   PDF (4148KB) ( 0 )  
    植被恢复是黄河流域生态保护和高质量发展的关键,深入研究植被的时空分异特征具有重要的现实意义。本研究以4期Landsat TM/OLI为遥感数据源,采用像元二分模型估算植被覆盖度,运用转移矩阵、地学信息图谱和重心迁移模型分析1988—2018年黄河流域中段延安市植被覆盖的时空演变特征;并结合地形数据,利用地形分布指数分析高程、坡度上植被覆盖的空间响应规律。结果表明: 研究期间,延安市植被覆盖呈北低南高的空间分布特征,植被覆盖受政策影响而大幅增高;1988—2018年,延安市植被变化模式以持续向好和稳定不变为主导,有50%的区域植被覆盖情况改善,83%的高植被覆盖区域保持稳定。在各高程和坡度等级上,高植被覆盖的分布优势度随时间变化而增大;在各坡度等级上,植被增加百分比和植被稳定性随坡度增加而增大。延安不同等级植被覆盖的迁移方向与植被覆盖整体的迁移趋势基本一致,总体向北偏西转移。延安植被建设已取得显著成效,但北部植被覆盖状况仍待提高,优化植被类型和结构是未来植被建设的重要方向。
    我国城市大气环境与周边区域二维和三维景观格局关系
    李迪康, 刘淼, 李春林, 胡远满, 王聪, 刘冲
    2021, 32(5):  1593-1602.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.015
    摘要 ( 61 )   PDF (1970KB) ( 0 )  
    城市内部的大气环境受到周边区域景观格局的剧烈影响,小尺度上大气污染状况与周边区域景观格局的关系研究对从城市建设角度减缓城市大气污染有着重要现实意义。本研究以2017年中国30个省会城市的266个大气污染监测站点的NO2、SO2、PM2.5和PM10年均浓度为因变量,选择监测站点周边3 km区域内的10个二维和三维景观格局指数(建筑物数量、建筑物聚集度、建筑物密度、不透水面比例、餐饮数量密度、建筑占地面积、建筑高层比、容积率、建筑面积和建筑物类型Shannon多样性指数)为自变量,利用增强回归树模型研究景观格局对4种大气污染物浓度的影响。结果表明: 4种大气污染物浓度在空间分布上总体呈现出中部和北部城市明显高于东南沿海城市和西南部城市。NO2、SO2、PM2.5和PM10浓度的最大影响因素均为不透水面比例,其相对影响贡献率分别为40.7%、36.3%、51.0%和51.8%。不同区域大气污染浓度最主要影响因子识别结果表明,华东和华中地区为不透水面比例;华南地区为建筑物数量和建筑物密度;华北地区是不透水面比例和建筑物类型多样性;东北地区是不透水面比例和建筑物数量;西南地区是建筑物类型多样性;西北地区是建筑物密度。各区域的主要影响因子差异是气候、地形、城市规划等因素所致。
    川滇生态屏障区景观生态风险评价及影响因素
    高彬嫔, 李琛, 吴映梅, 郑可君, 武燕
    2021, 32(5):  1603-1613.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.018
    摘要 ( 70 )   PDF (3861KB) ( 0 )  
    探究重点生态功能区景观生态风险时空演变特征,揭示人类活动对景观生态风险恶化的潜在影响,对防范和化解景观生态风险、促进区域可持续发展具有重要意义。以2000、2010、2020年土地覆被数据为基础,运用ArcGIS 10.8和Fragstats 4.2等软件,基于景观格局指数和脆弱度指数构建景观生态风险评价模型,借助空间分析方法,揭示川滇生态屏障区景观生态风险时空演变特征,采用地理探测器测度不同区域范围的自然和社会经济因素对景观生态风险的影响。结果表明: 2000—2020年间,研究区人造地表、水体、灌木地面积总体呈上升趋势,林地、耕地、草地、湿地、裸地、冰川永久积雪面积总体呈下降趋势,景观类型转移以林地、草地、耕地间转移为主,其中,耕地转人造地表最显著;景观生态风险平均值有所下降,景观生态风险等级分布与景观类型变化及转移特征较为一致;研究区整体上以低生态风险、较低生态风险和较高生态风险等级为主;景观生态风险的时空演化特征总体受高程、降水等自然因素影响,经济社会及区域可达性对局部风险恶化区的影响较为突出。
    1986—2018年典型矿业城市大同市建设用地景观格局
    韩亚辉, 孙文彬, 付盈, 杨艺
    2021, 32(5):  1614-1622.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.011
    摘要 ( 55 )   PDF (5258KB) ( 0 )  
    剖析矿业城市建设用地景观空间布局与演变特征,不仅有助于解决生态环境问题,而且能为优化城市用地结构、及时采取转型干预措施提供科学依据。以典型矿业城市——大同市为例,基于1986—2018年建设用地空间分布数据,运用景观指标分析法研究建设用地景观的时空分异特征,并通过傅里叶变换和小波变换的图谱检测景观变化周期。结果表明: 研究期间,大同城市建设用地面积不断增加,但增速逐渐放缓,范围由“东北-西南”方向的带状区域向东蔓延。景观格局的破碎度和复杂度不断增加,物理连通性逐渐降低,功能连通性呈高低值交替变化。大同城市的空间扩张及建设用地景观格局的破碎化和复杂化可能均存在大约35年的周期,景观功能连通性的周期长于物理连通性。
    黄土高原林区生态系统服务价值与景观生态风险时空变化及其关联性——以子午岭区为例
    靳甜甜, 张云霞, 朱月华, 巩杰, 燕玲玲
    2021, 32(5):  1623-1632.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.030
    摘要 ( 76 )   PDF (2368KB) ( 0 )  
    当前,人们对自然景观提供的生态系统服务保护意识正在加强,但将生态系统服务价值纳入生态风险管控的研究和实践相对较少。本研究以子午岭区为例,基于2.5 km×2.5 km的评价小区,开展了1980、1990、2000、2010和2017年黄土高原林区——子午岭区景观格局类型格网化和重采样,定量评价了生态系统服务价值和景观生态风险,揭示了二者时空变化及其关联性。结果表明: 1980—2017年,子午岭区生态系统服务价值从其中心地带向外缘递减,总量由123.45亿元增长为126.33亿元;子午岭区景观生态风险从其中心地带向外缘递增,子午岭区的景观生态风险有所降低,生态状况总体好转。子午岭区生态系统服务价值与景观生态风险之间存在显著的负相关关系及明显的负向空间关联性;高价值-低风险区主要为子午岭林区,未来其生态系统服务价值可能会保持不变。
    生态系统服务级联效应研究进展
    张城, 李晶, 周自翔, 刘宪锋
    2021, 32(5):  1633-1642.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.029
    摘要 ( 88 )   PDF (1321KB) ( 0 )  
    生态系统服务级联效应(ESC)将生态系统服务各组成部分与社会价值联系起来,构建了自然科学到社会科学跨学科研究的桥梁,可以帮助决策者更好地将生态系统服务概念融入到决策制定中。本文梳理了生态系统服务级联效应的概念,回顾了级联效应的研究进展。从理论角度看,ESC的理论研究主要集中在如何准确定义各成分及各成分间的因果关系,提高ESC模型的实用性与适用性,以及如何有效连接利益相关者与生态系统服务结构。从应用角度看,ESC在生态系统服务制图、生态系统服务评估及政策制定发挥了巨大作用。当前研究在指标筛选和互馈机制上仍存在较大不确定性。建议未来应从以下几个方面加强研究:更加关注生态系统服务结构过程及分类标准,通过多模型融合和区域调查来弥补ESC对反馈机制描述的不足,结合区域特征为人地耦合和可持续发展提供科学指导。
    基于水体盐度和水文结构的滨海湿地海陆水文连通性
    徐嘉仪, 李玉凤, 邱春琦, 刘红玉, 周奕, 宋庆男, 吴涵
    2021, 32(5):  1643-1652.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.019
    摘要 ( 53 )   PDF (4360KB) ( 0 )  
    以水体盐度作为核心指标,综合水文结构连通指标(沟渠水面率、进出水渠密度、海陆距离以及沟塘距离)构建海陆水文连通性指数。在多尺度空间分析的基础上,选择150 m×150 m网格作为评价单元,对研究区内海陆水文连通性进行空间定量分析和等级划分。结果表明: 研究区海陆水文连通性由海向陆逐渐递减,但递减速率存在差异,这是由于研究区内水体盐度空间分异明显,对水文连通性变化速率造成一定影响。将海陆水文连通性划分为优、良、中、差4个等级,优与良所在区域主要分布在近海地区,土地利用类型以咸水养殖塘和农田为主;中与差所在区域主要分布在内陆地区,土地利用类型以淡水养殖塘和农田为主。滨海湿地的水文过程十分复杂,定量化滨海湿地海陆水文连通性能够为滨海湿地现状评估以及湿地修复提供参考资料。
    苏北平原灌区小水利工程对沟渠水文连通结构的影响
    吴玉琴, 邱春琦, 徐嘉仪, 李玉凤, 刘红玉, 王刚
    2021, 32(5):  1653-1662.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.020
    摘要 ( 27 )   PDF (6335KB) ( 0 )  
    平原灌区的水文情势复杂,且受农村小水利工程及人为管理影响强烈。本研究选取典型平原灌区——苏北阜东灌区作为研究区,构建沟渠网络连通指标及农村小水利工程的影响指标来定量分析水文连通程度,利用自组织特征映射(SOM)分析法,判断小水利工程对研究区沟渠网络结构连通性空间异质性的影响。结果表明: 阜东灌区各区域水文结构连通差异较大。其中,灌区北部连通性最好,灌区中南部连通性最差。研究区共有876个泵站、633个闸点和2420个涵洞。在没有小水利工程影响时,水文结构连通性极差的行政村共有13个,连通性较好和连通性最好的行政村共48个。在小水利工程的影响下,连通性极差的行政村减为8个,连通性较好和连通性最好的行政村增加为53个。由于闸点和涵洞的影响,阜东灌区共有26个行政村的水文结构连通性变差;由于泵站的影响,39个行政村的水文结构连通性得到改善。
    研究论文
    长白山阔叶红松林不同演替阶段林下红松幼苗能量与养分季节动态
    周光, 徐玮泽, 万静, 汪雁楠, 刘丽婷, 刘琪璟
    2021, 32(5):  1663-1672.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.001
    摘要 ( 92 )   PDF (2417KB) ( 0 )  
    为了解林下红松幼苗生长和养分存储季节动态,以长白山原始阔叶红松林(原始林)和次生杨桦林(次生林)林下2年生红松幼苗为对象,研究林下光合有效辐射(PAR)、幼苗生物量、非结构性碳水化合物(NSC)、全氮(N)和全磷(P)等指标的季节变化,分析两林分林下光照的季节动态及其差异对红松幼苗生长和养分积累的影响。结果表明: 原始林和次生林林下月PAR累积量季节变化都呈“双峰”型,夏季为郁闭期,两林分林下光线弱。春季和秋季为阔叶树无叶期,林下光照条件变好,且次生林林下光照明显好于原始林;原始林和次生林红松幼苗的生物量、NSC、全N和全P浓度的季节动态与林下光照的季节变化基本一致,在春季和秋季表现为显著增加,在夏季呈下降趋势。春季幼苗的淀粉浓度增加,夏季淀粉和可溶性糖浓度均逐渐降低,到8月达到最低值,秋季可溶性糖浓度显著升高。春季和秋季次生林林下幼苗的生物量和NSC浓度整体上均显著高于原始林,而夏季两林分差异不显著。因此,春季和秋季的林下光照条件差异是影响原始林和次生林中红松幼苗养分积累和生长更新差异的主要原因。
    黄土丘陵区两典型造林树种生长季树干直径微变化动态及其影响因素
    刘美君, 吕金林, 陈秋文, 杨洁, 李国庆, 杜盛
    2021, 32(5):  1673-1680.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.005
    摘要 ( 64 )   PDF (1776KB) ( 0 )  
    运用DC3型高分辨率树干直径变化记录仪和Granier热扩散探针,对黄土丘陵地区两典型树种辽东栎和刺槐生长季的树干直径微变化和树干液流动态进行连续监测,并同步观测主要环境因子(土壤含水量、太阳辐射、空气温度和相对湿度),分析两树种树干的直径微变化动态特征与蒸腾耗水的关联性及其对环境因子的响应。结果表明: 两树种树干直径和液流通量密度呈现明显的昼夜变化规律,直径日最大收缩量与日均液流通量密度呈显著正相关,树干直径在日尺度上的微变化受当日蒸腾耗水量的影响。对树干直径日最大收缩量和蒸腾驱动因子进行线性拟合,结果显示,树干直径日变化量与主要气象环境因子(日均太阳辐射、日均空气水汽压亏缺、整合变量VT)呈显著正相关。回归曲线斜率表明,辽东栎树干直径日变化量大于刺槐,其直径对气象环境因子的敏感度更大。两树种液流通量密度在较高土壤水分时段高于土壤含水量较低时段,在不同土壤水分条件下辽东栎树干直径日最大收缩量差异显著,刺槐未达到显著水平,这些差异可能与两树种蒸腾调节和树干水分补充等用水策略有关。
    环境和冠层结构对华北落叶松林树干液流的影响
    秦颢萍, 刘泽彬, 郭建斌, 王彦辉, 于松平, 王蕾
    2021, 32(5):  1681-1689.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.007
    摘要 ( 67 )   PDF (1625KB) ( 0 )  
    准确量化环境和冠层结构变化对树干液流的影响,对于深入理解变化环境下的树木水分利用机制具有重要意义。在六盘山香水河小流域于2019年6—9月利用热扩散式探针监测了华北落叶松林的树干液流,同步观测林外气象、林内根系层土壤含水量和冠层结构动态,分析树干液流速率与潜在蒸散(PET)、土壤相对可利用水分(REW)和林冠层叶面积指数(LAI)的关系,并量化各因素对树干液流速率的相对贡献。结果表明: 树干液流速率对PET的响应符合二项式函数,对LAI的响应符合线性增长函数,对REW的响应符合趋于饱和的指数增长函数。将树干液流速率与PET、REW和LAI的单因子响应关系以连乘形式耦合得到多因素影响的树干液流模型,具有较好的模拟精度。基于该模型得到,PET是导致不同天气下树干液流速率差异的主导因素,其平均贡献率在晴天(40.3%)、多云(4.3%)和雨天(-26.3%)下有较大不同;PET和LAI是影响树干液流速率月份变化的主导因素,其在各月贡献率范围分别为-23.1%~16.8%和-12.3%~11.0%。本研究构建的多因素影响的树干液流模型可用于评估和预测树干液流速率,亦可用于量化各主导因素影响,将有潜力成为分析变化环境下树木水分利用的有效工具。
    塞罕坝华北落叶松针叶光响应指标变化规律及其影响因素
    周颖, 张泽文, 温烁, 孙赫, 刘强
    2021, 32(5):  1690-1698.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.002
    摘要 ( 64 )   PDF (1983KB) ( 0 )  
    以河北省塞罕坝机械林场华北落叶松人工林为研究对象,比较潜在最大光能利用效率(LUEmax)、潜在最有效光照强度(PARe)、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)在树冠不同垂直位置和不同物候期的差异,并分析其主要影响因素。结果表明: LUEmax在树冠垂直方向随着冠层深度的增加而增大,PARe、LCP和LSP则随冠层深度的增加而减小,表明上层针叶对强光具有更高的利用效率而下层针叶能更高效地适应弱光环境。LUEmax在生长季内随着叶片发育呈现出逐渐增加的趋势,但在7月有所下降;其余指标均呈现出“单峰”的变化趋势。环境因子与光响应指标显著相关,主要原因是叶片气孔对周边环境的应激反应。了解光响应指标的垂直及物候期变化规律对制定科学的经营措施、优化林分结构、改善局部微环境、最大限度提高森林生产力有重要意义。
    青藏高原东缘海螺沟冰川退缩区植被原生演替的氮磷动态
    杨丹荔, 罗辑, 贾龙玉, 石文博
    2021, 32(5):  1699-1708.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.009
    摘要 ( 45 )   PDF (2711KB) ( 0 )  
    在青藏高原东缘海螺沟冰川退缩区植被原生演替序列的典型地段依次设置7个采样点(冰川退缩0、10、30、40、50、80和127年),测定各演替阶段表层土壤与植被各层氮(N)、磷(P)含量及生态系统生物量,分析不同演替阶段N、P养分的积累与循环特征。结果表明:乔木层叶、枝、根的N、P含量随演替下降,而干的N、P含量在演替末期较高,凋落物与土壤O层N、P含量的变化趋势与乔木层叶和枝一致。生态系统的N、P贮量均随演替逐渐增加,演替初期生态系统N的积累主要依靠植被层,演替末期尤其是植被层形成顶极群落以后,土壤成为生态系统中最主要的N库;植被层的P贮量在冰川退缩后的80年样地超过了表层土壤。生态系统N、P养分的积累速率在演替中期较快,且表现为表层土壤>乔木层>林下植被层;演替中期阔叶林阶段N、P养分的循环系数高于演替末期的针叶林阶段,而利用效率则低于针叶林阶段。可见,针叶树种养分循环低但利用率高的机制有利于同其他物种竞争,从而最终形成顶极群落。
    华北落叶松与阔叶树种混合凋落叶分解过程中养分释放和酶活性变化
    王淳, 董雪婷, 杜瑞鹏, 张志东, 黄选瑞
    2021, 32(5):  1709-1716.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.008
    摘要 ( 74 )   PDF (2141KB) ( 0 )  
    森林凋落物是森林土壤的重要组成部分,凋落物分解在调控森林生态系统养分循环中发挥了关键作用。采用凋落物分解袋法,研究河北塞罕坝地区华北落叶松与白桦,华北落叶松与蒙古栎,华北落叶松、白桦和蒙古栎混合凋落叶及纯华北落叶松凋落叶分解过程中分解速率、养分释放和酶活性的变化。结果表明: 经过近2年的分解,混合凋落叶分解速率均显著高于纯华北落叶松凋落物叶;在所有处理中,华北落叶松与白桦混合凋落叶分解速率最高。在凋落叶分解过程中,不同处理养分含量变化一致,凋落叶N、P含量呈上升趋势,C、K含量和C/N呈下降趋势;相对纯华北落叶松凋落叶,各混合凋落叶分解可以促进凋落叶C、K的释放,但对N、P的释放有一定的抑制作用。在凋落叶分解过程中,不同处理凋落叶过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性呈上升趋势,蔗糖酶活性呈下降趋势;凋落叶分解速率与凋落叶过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶活性呈正相关,与蔗糖酶活性呈负相关。总体来看,华北落叶松和白桦、蒙古栎凋落叶混合可以促进华北落叶松凋落叶的分解,且凋落叶中酶活性动态变化与凋落叶的分解密切相关。
    太白山锐齿栎林物种-多度分布格局
    尉文, 宋文超, 郭毅春, 张厚发, 闫琰, 张硕新
    2021, 32(5):  1717-1725.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.010
    摘要 ( 58 )   PDF (1673KB) ( 0 )  
    以太白山1.5 hm2的锐齿栎原始林和次生林样地中环境因子和胸径≥1 cm的木本植物调查数据为基础,采用统计模型(对数正态模型)、生态位模型(Zipf模型、断棍模型、生态位优先模型)和中性模型,拟合了锐齿栎群落的物种多度分布。结果表明: 太白山锐齿栎林物种多度分布格局受到生境异质性的影响。其中,地形因子对原始林物种分布影响较大,在凹凸度较大的生境中,物种分布同时受到中性过程和生态位过程的影响,但中性过程发挥的作用较小;而在凹凸度较小的生境中,中性模型被拒绝,物种的多度分布符合生态位理论的假设。在群落坡度大的区域,群落中生态位过程和中性过程同等重要;而在坡度较小的平缓区域,生态位分化对群落物种分布的影响较大。在次生林中,影响物种分布的因素主要是土壤养分。在次生林土壤速效磷含量高的生境中,生态位过程是影响群落物种分布的主要生态学过程;而在土壤速效磷含量低的生境中,中性过程和生态位过程在群落物种分布中同时存在。太白山锐齿栎林物种多度分布格局存在明显的尺度效应。原始林在20 m×20 m尺度上,生态位模型和中性模型都能预测物种多度分布,而在40 m×40 m和70 m×70 m尺度上,生态位过程可解释物种多度分布格局。在次生林样地20 m×20 m、40 m×40 m、70 m×70 m尺度上,生态位过程和中性过程共同作用于物种的分布,但是生态位过程更为重要。可见,除了尺度和生境异质性外,原始林与受干扰的次生林中的物种多度分布也存在明显的差异。
    典型黑土区主要树种根系构型特征及其对固土能力的影响
    张扬, 李程远, 韩少杰, 陈祥伟
    2021, 32(5):  1726-1734.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.003
    摘要 ( 55 )   PDF (732KB) ( 0 )  
    为量化典型黑土区主要树种根系构型特征,探究其对固土能力的影响,以该区分布较广的榆叶梅、小叶锦鸡儿、白桦、糖槭、红皮云杉、樟子松单株个体为研究对象,采用全根挖掘和WinRHIZO Pro LA2004分析系统相结合对其根系空间分布、几何形态、分形等特征进行测定,同时采用原位整株根系拉拔的方法量化根系垂直拉拔力。结果表明: 榆叶梅以倾斜根为主,小叶锦鸡儿、白桦、糖槭和红皮云杉以水平根为主,樟子松根系在水平和垂直分布上较为均衡;除白桦总根表面积和红皮云杉总根长外,灌木树种总根长、总根表面积显著大于乔木,落叶阔叶乔木总根长、总根表面积显著大于针叶常绿乔木,白桦总根体积显著大于小叶锦鸡儿、糖槭、红皮云杉和樟子松;榆叶梅、小叶锦鸡儿和白桦根系分形维数和分形丰度显著大于红皮云杉和樟子松;榆叶梅、小叶锦鸡儿和糖槭整株根系平均最大垂直拉拔力显著大于白桦、樟子松和红皮云杉。主要受根系总根长、总根表面积和倾斜根数量的影响,榆叶梅、小叶锦鸡儿和糖槭根系表现出较强的固土能力,可作为典型黑土区水土保持植被构建中优先选择的树种。
    不同尺度下荒漠草原建群种短花针茅的空间分布对载畜率的响应
    张峰, 孙嘉伟, 孙宇, 郑佳华, 乔荠瑢, 赵天启, 陈大岭, 赵萌莉
    2021, 32(5):  1735-1743.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.006
    摘要 ( 44 )   PDF (2993KB) ( 0 )  
    为探讨不同尺度下短花针茅种群密度空间分布对载畜率的响应特点及差异,本研究以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原建群物种短花针茅为对象,分析了不同尺度(1 m×1 m小尺度和5 m×10 m中尺度)下对照、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4种处理短花针茅种群的空间异质性。结果表明: 与小尺度相比,中尺度的对照与轻度放牧下短花针茅种群密度显著降低。在2种尺度下,与对照相比,放牧使得短花针茅种群密度显著增加。通过半方差函数进行模型拟合, 小尺度下,对照、轻度放牧、中度放牧及重度放牧样地短花针茅种群分布分别符合线性、指数、指数和指数模型,中尺度下分别为高斯、指数、高斯和指数模型。不同尺度和放牧强度下短花针茅种群空间结构发生改变,小尺度下,对照样地短花针茅分布格局较简单、空间结构较好;而重度放牧样地短花针茅分布格局较复杂、空间结构较差;中尺度下,重度放牧样地短花针茅分布格局较简单、空间结构较好,而中度放牧样地短花针茅分布格局较复杂、空间结构较差。中、小尺度下,中度和重度放牧使得短花针茅种群空间异质性降低且分布更为均匀;此外,对照、中度和重度放牧下中、小尺度短花针茅种群空间分布趋势基本一致,而轻度放牧则有所不同。
    鬼箭锦鸡儿叶片和土壤碳稳定同位素特征及其影响因素
    艾喆, 徐婷婷, 李媛媛, 马飞
    2021, 32(5):  1744-1752.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.004
    摘要 ( 42 )   PDF (2326KB) ( 0 )  
    为探究高海拔地区的植物碳(C)循环过程与其生境的关系,以生长在高山地区的豆科灌木鬼箭锦鸡儿为研究对象,沿着横跨我国东西部山区的样带采集35个样点的鬼箭锦鸡儿叶片和土壤样品,分析了鬼箭锦鸡儿叶片碳稳定同位素组成(δ13C)、土壤δ13C、叶片和土壤δ13C差值(Δδ13C)在不同采样点的特征及其与气候因子、叶片和土壤元素的关系。结果表明:鬼箭锦鸡儿叶片δ13C的变化范围为-30.9‰~-27.1‰,平均值为-28.4‰,土壤δ13C的变化范围为-26.2‰~-23.2‰,平均值为-25.3‰,Δδ13C的变化范围为2.0‰~7.7‰,平均值为3.1‰;叶片δ13C显著低于土壤δ13C,且随着叶片δ13C增加,土壤δ13C先降低后升高;叶片δ13C与生长季均温和叶片C含量呈显著负相关,土壤δ13C与相对湿度和最暖月均温呈显著负相关,与土壤碳∶氮(C∶N)呈显著正相关,随土壤C含量的增加土壤δ13C先降低后升高,Δδ13C与叶片C含量、土壤C含量和土壤C∶N呈显著正相关;气候因子对叶片δ13C和Δδ13C具有直接影响,同时也通过对叶片和土壤元素的影响,间接导致叶片δ13C、土壤δ13C和Δδ13C的改变。高海拔地区的气候因子、叶片和土壤元素共同影响鬼箭锦鸡儿的C循环过程。
    耕作和培肥对豫中区小麦-玉米轮作系统土壤氮平衡和温室气体排放的影响
    张黛静, 胡晓, 马建辉, 郭雨欣, 宗洁静, 杨雪倩
    2021, 32(5):  1753-1760.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.027
    摘要 ( 60 )   PDF (1840KB) ( 0 )  
    豫中区作为黄淮海平原粮食的主产地,节能、减排和增效是该区农业发展的重要方向。本研究基于2010年耕作与培肥定位试验,在2018—2019年探究了3种耕作方式(深耕、浅耕和免耕)和2种培肥模式(氮肥和氮肥+有机肥)对土壤氮平衡和温室气体排放的影响。结果表明: 增施有机肥能增加土壤全氮积累量;在小麦和玉米成熟期,0~60 cm土层土壤全氮积累量在浅耕+有机肥处理下最高,分别为8058.53和8299 kg N·hm-2,较其他处理高3.2%~27.4%和4.3%~7.2%。分析土壤氮素投入与输出可知,增施有机肥处理氮素均表现为盈余,浅耕+有机肥处理盈余量最高,为13.57 kg N·hm-2,比深耕+有机肥和免耕+有机肥分别高9.52和0.18 kg N·hm-2;氮损失以硝态氮淋溶为主,占总损失的73.4%~76.9%,其中深耕+有机肥处理硝态氮淋溶量最高,为48.37 kg N·hm-2,较其他处理高18.9%~35.1%。2018—2019周年全球增温潜势在深耕+有机肥处理下最高,为33070 kg N·hm-2,较其他处理高6.6%~26.8%;增施有机肥增加了N2O和CO2的排放,降低了CH4的吸收。作物周年产量在深耕+有机肥处理下最高,较其他处理高5.0%~17.1%;但作物收获指数在浅耕+有机肥处理下最高。综上,在保证作物产量、维持氮素平衡和降低温室气体排放方面,推荐的种植模式为浅耕+增施有机肥。
    丛枝菌根真菌对豆科作物生长和生物固氮及磷素吸收的影响
    刘云龙, 钱浩宇, 张鑫, 郑成岩, 邓艾兴, 江瑜, 张卫建
    2021, 32(5):  1761-1767.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.022
    摘要 ( 59 )   PDF (727KB) ( 0 )  
    本研究以大豆为材料,采用盆栽和田间试验,探讨丛枝菌根真菌(AMF)对豆科作物生长的影响。盆栽试验设置了接种(+AMF)和不接种(-AMF)丛枝菌根真菌处理,田间试验设置了AMF菌丝非限制与限制处理。盆栽试验结果表明: 接种AMF显著提高了大豆地上部生物量(16.5%)和大豆根瘤数(131.4%),地上部磷含量、磷吸收量、氮含量和氮吸收量也显著增加。田间试验中,AMF菌丝非限制处理下大豆的地上部生物量、根系生物量、根瘤数量分别比限制处理下显著提高了123.6%、61.5%和212.5%,地上部和根系磷吸收量、氮含量、氮吸收量均显著高于限制处理,大豆根际土壤速效氮和有效磷含量也均显著高于限制处理。本研究可为进一步认识豆科作物与AMF的共生关系及田间磷肥高效利用提供理论参考。
    铁胁迫下大豆光合和磷/铁性状对磷素的响应
    赵婧, 孟凡钢, 于德彬, 张鸣浩, 饶德民, 丛博韬, 闫晓艳, 张伟, 邱强
    2021, 32(5):  1768-1776.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.025
    摘要 ( 39 )   PDF (488KB) ( 0 )  
    为了明确低铁胁迫下磷素用量对大豆光合和磷/铁性状的影响及基因型差异,为磷、铁肥的合理施用提供理论依据,以前期筛选的6个磷高效基因型和6个磷低效基因型大豆为供试材料,设4个P∶Fe配比处理,分别为0∶30、30∶30、150∶30和300∶30(μmol·L-1),对大豆叶绿素荧光特性和磷、铁利用率进行了测定,利用单株粒重建立逐步回归方程并进行通径分析,通过因子得分综合评价磷高效和磷低效基因型对不同P∶Fe处理的响应。结果表明: 基因型效应、P∶Fe处理效应和两者互作效应对始花期(R1)光系统Ⅱ的相对电子传递速率(ETR)、光系统Ⅱ吸收的能量用于耗散为热量的比例(NPQ)、光系统Ⅱ吸收的能量用于进行光化学反应的比例(qL)的影响均达显著水平。典型相关分析表明,磷高效大豆基因型完熟期(R8)籽粒磷利用率与R1期光合速率呈负相关;磷低效大豆基因型R8期籽粒铁利用率与R1期NPQ呈正相关关系,而与R1期qL呈负相关关系;R1期PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)与磷高效基因型呈负相关,而与磷低效基因型呈正相关,这表明R1期ΦPSⅡ可以作为鉴定低铁条件下不同磷效率大豆基因型的一个重要指标。利用因子得分综合评价发现,磷高效基因型表现为随着磷水平的上升而先降后升,而磷低效基因型则为先升后降,但两者拐点均出现在P∶Fe为30∶30处理下,这表明在低铁条件下P∶Fe为30∶30可以作为鉴定不同磷效率基因型的一个临界值。因而,在低铁地区种植磷高效大豆基因型时,磷肥的施用量至少要大于1∶1 (P∶Fe);而种植磷低效基因型时,磷肥的施用量不宜超过1∶1 (P∶Fe)。
    不同形态微生物菌剂对不结球白菜生长和品质的影响
    温丹, 王晓, 孙凯宁, 王克安, 高建伟, 张伟, 杨宁
    2021, 32(5):  1777-1782.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.021
    摘要 ( 42 )   PDF (1163KB) ( 0 )  
    合理施用微生物菌剂可显著改善蔬菜土壤环境,增加产量,提升品质。本试验以不结球白菜为供试材料,在设施条件下设置不施微生物菌、施用液态和固态微生物菌剂处理,研究不同形态微生物菌剂对不结球白菜生长和品质的影响。结果表明: 施用液态和固态微生物菌剂均能显著提高土壤脲酶活性,增加植株全氮含量,增大叶面积,显著提升叶片SPAD值,提高叶片净光合速率,产量比不施微生物菌剂处理分别增加26.9%和34.4%。同时,施用微生物菌剂可提高不结球白菜的总酚和抗坏血酸含量,显著降低硝酸盐含量。可见,合理施用微生物菌剂可促进不结球白菜产量的提升和品质的改善。不同形态微生物菌剂中,液态微生物菌剂时效快,固态微生物菌剂长效性好,可根据土壤肥力情况酌情配施有机肥或无机肥以促进蔬菜的优质高产。
    根系分泌物对紫云英油菜间作的响应
    王亚君, 王腾琦, 侯志洁, 王学浩, 苏高杰, 刘义强, 周泉
    2021, 32(5):  1783-1790.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.024
    摘要 ( 42 )   PDF (1619KB) ( 0 )  
    根系分泌物是植物与土壤进行物质交换和信息传递的重要载体,也是间作体系中作物-土壤-微生物互作的重要调控者。为进一步揭示间作体系中作物之间的互作机制,本研究通过紫云英单作、油菜单作和紫云英油菜间作,重点分析了紫云英油菜间作下根系分泌物的响应特征。结果表明: 共检测到紫云英和油菜根系分泌物391种,定性93种,包括了9种代谢物类型,其中有机氧化物含量最高,主要是以核糖醇的形式存在。不同种植模式中,紫云英、油菜的根系分泌物含量差异显著,紫云英油菜间作时根系分泌物特征与油菜单作相似,与紫云英单作差异较大。不同种植模式的差异根系分泌物中,仅9-芴酮1与其他差异分泌物间呈负相关关系。不同种植模式的差异根系分泌物主要为苯系物、脂类和类脂分子、有机酸及其衍生物、有机氧化物等,其中苯系物、脂类和类脂分子是表征紫云英、油菜根系分泌物变化的重要类型。可见,紫云英油菜间作改变了作物的根系分泌物特征,其变化特征与苯系物、脂类和类脂分子关系密切。
    紫云英配施化肥对水稻氮素吸收利用和紫云英氮在水稻-土壤体系分配、残留的影响
    刘春增, 张成兰, 李本银, 吕玉虎, 聂良鹏, 张琳
    2021, 32(5):  1791-1798.  doi:10.1328/j1001-9332.202105.026
    摘要 ( 41 )   PDF (493KB) ( 0 )  
    明确紫云英配施化肥条件下水稻对氮素吸收利用和紫云英氮在水稻-土壤体系的吸收利用、分配及残留规律,能够为豫南稻区合理施肥提供依据。本研究利用原状土柱模拟和15N示踪技术,研究等氮条件下不施肥(CK)、化肥+22500 kg·hm-2紫云英(FM1)、化肥+30000 kg·hm-2紫云英(FM2)、化肥+37500 kg·hm-2紫云英(FM3)、化肥+22500 kg·hm-2紫云英+石灰(FM1+CaO)、化肥+30000 kg·hm-2紫云英+石灰(FM2+CaO)、化肥+37500 kg·hm-2紫云英+石灰(FM3+CaO)对水稻氮素吸收利用、水稻-土壤体系氮素养分平衡和紫云英矿化分解的氮在水稻各部位吸收利用、分配及残留的影响。结果表明: 与CK相比,施肥显著提高了稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和氮素表观损失量、氮素盈余量。稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和水稻氮利用率随紫云英翻压量增加呈先升高后降低趋势,氮素表观损失量和氮素盈余量随紫云英翻压量增加呈先降低后上升趋势,均以翻压30000 kg·hm-2紫云英配施化肥处理效果较好。增施石灰可提高水稻稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和水稻氮利用率,降低氮素表观损失量和氮素盈余量,以FM2+CaO处理效果最好。各施肥处理水稻吸收的氮来源于紫云英的比例为6.3%~13.2%,来源于土壤和肥料的比例为86.8%~93.7%;水稻对紫云英氮的当季利用率为23.8%~33.6%,水稻各部位对紫云英氮的利用率表现为籽粒>茎叶>根;紫云英氮在土壤中的残留率为37.6%~62.4%,损失率为7.8%~38.6%。综合考虑水稻氮素吸收利用、水稻-土壤体系氮素养分平衡和紫云英氮在水稻中的分配状况,该研究区以FM2+CaO处理为最优。
    活性焦对晋北盐碱地土壤性质和两种植物生长的影响
    秦文芳, 宋慧平, 范远, 程芳琴
    2021, 32(5):  1799-1806.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.028
    摘要 ( 38 )   PDF (1328KB) ( 0 )  
    固废基改良剂是盐碱地改良的有效手段之一。活性焦作为一种多孔废弃物,应用于盐碱地预期可以起到改善土壤性质、减缓植物盐碱胁迫的作用。为了阐明活性焦对晋北盐碱地的改良效应,本研究设置不同用量活性焦(CK, 0 g·kg-1;A10, 10 g·kg-1;A20, 20 g·kg-1;A50, 50 g·kg-1),分析其对盐碱地土壤性质和植物生长的影响。结果表明: 施用活性焦能显著提高土壤的水稳性团聚体含量,并降低土壤盐分含量、pH值和电导率。与CK相比,种植碱茅和玉米土壤的团聚体平均重量直径增加5.1%~32.2%,pH值降低0.4%~4.1%,钠吸附比(SAR)降低4.8%~18.7%,电导率降低7.4%~8.2%。施用适量活性焦能够降低植物细胞的质膜损伤,提高叶片叶绿素和Ca2+含量,从而有效促进植物生长,碱茅和玉米的生物量均在A20处理达到最大。表明盐碱土施用20 g·kg-1活性焦(A20)可改善根际土壤环境,提高植物对Ca2+等的选择性吸收,从而降低盐分对植物细胞的损伤,促进盐碱生境中植物的生长。
    交替根区滴灌下不同施氮量对葡萄干物质积累、分配和产量的影响
    陈丽楠, 刘秀春, 孙占祥, 荣传胜, 周晏起, 束良佐
    2021, 32(5):  1807-1815.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.023
    摘要 ( 40 )   PDF (932KB) ( 0 )  
    本试验采用盆栽的方法,在避雨栽培条件下,研究不同的灌溉方式和供氮水平对葡萄干物质积累与分配、产量和水氮生产效率的影响,以探讨北方鲜食葡萄生产最佳的水氮耦合管理模式。灌溉方式包括常规灌溉100%灌溉量(CDI)、单侧固定根区灌溉50%灌溉量(FDI)和双侧根区交替灌溉50%灌溉量(ADI);土壤施氮浓度设置0.4(N1)、0.8(N2)、1.2 g·kg-1(N3) 3个水平。结果表明: 与CDI模式相比,ADI和FDI总修剪量降低了34.8%和11.2%;随着施氮量的增加,生长冗余增加;CDIN3处理葡萄树体冗余生长最高。ADI干物质积累量最高,分别比CDI、FDI提高5.1%和12.8%;N2和N3处理的树体总干物质量显著高于N1处理。与其他灌溉模式相比,ADI模式下叶果比显著降低,收获指数显著提高;施氮量对各项指标影响不显著。所有组合中,ADIN2处理冗余生长量与当年生物量比值最低。葡萄产量表现为ADI分别比CDI和FDI平均提高6.0%和10.4%,同一灌溉模式下,产量随着施氮量的增加而增加,以ADIN2、ADIN3耦合处理葡萄产量最高。与其他灌溉模式相比,ADI模式显著提高了葡萄水分利用效率,以ADI与N2、N3水平的耦合处理水分利用效率较高;不同施氮水平下,氮素利用效率表现为ADI>CDI>FDI,并随施氮水平的增加而降低。综合分析认为,ADIN2处理能够减少葡萄冗余生长,有利于干物质向果实积累,产量较高,水氮生产效率较高,是较适宜北方葡萄生产的水氮组合模式。
    盐度对滨海土壤细菌多样性和群落构建过程的影响
    陈瑞蕊, 张建伟, 董洋, 林先贵, 冯有智
    2021, 32(5):  1816-1824.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.039
    摘要 ( 65 )   PDF (1236KB) ( 0 )  
    滨海盐土是重要的农业土地后备资源。微生物是土壤中物质循环的关键动力,然而盐度对土壤微生物群落特征影响的研究还很缺乏。本研究采集滨海地区的土壤样品,研究非盐、轻盐和高盐3组不同盐度对土壤细菌数量、多样性和群落构建的影响。结果表明: 与非盐和轻盐土壤相比,高盐土壤的脱氢酶活性和细菌数量显著降低,而细菌α多样性没有变化,细菌群落结构发生分异。利用零模型反演群落构建过程,发现盐度是细菌群落构建过程的主控因子,盐度主导的高确定性过程控制了滨海盐土细菌的群落结构。说明在现有的盐度范围内,高盐土壤中同样含有丰富的微生物种质资源,具有盐土改良的生物学基础,然而由于高确定性的群落构建机制,外源物种很难定殖于滨海盐土。因此,在利用微生物技术改良滨海盐土时,应尽可能筛选耐盐的土著菌种,提高定殖效率。
    黄土高原半干旱区不同苜蓿-作物种植方式下土壤线虫群落组成及代谢足迹
    霍娜, 黄菁华, 耿德洲, 王楠, 杨盼盼, 赵世伟
    2021, 32(5):  1825-1834.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.033
    摘要 ( 56 )   PDF (839KB) ( 0 )  
    线虫群落在土壤生态系统物质循环和能量流动过程中起着重要的作用。本研究以宁夏南部山区3种苜蓿-作物种植方式[苜蓿连作(A-A)、苜蓿-玉米轮作(A-C)、苜蓿-马铃薯轮作(A-P)]为对象,探讨不同种植方式下土壤理化性质、线虫群落组成结构及代谢足迹特征,评价黄土高原半干旱区苜蓿-作物种植方式对土壤食物网结构和功能的影响。结果表明: 1)与苜蓿连作相比,苜蓿-玉米和苜蓿-马铃薯轮作方式下土壤有机碳含量分别增加了4.6%、7.4%,全氮含量分别增加了4.0%、5.2%,土壤微生物生物量碳和氮也有显著提高;2)在苜蓿连作方式下,线虫总多度为211 条·100 g-1干土,植食线虫为优势营养类群(35.7%),而在苜蓿-玉米和苜蓿-马铃薯轮作方式下,土壤线虫总多度较苜蓿连作有所增加(分别增加49.5%、93.7%),捕-杂食线虫成为优势营养类群(所占比例分别为45.7%、37.6%);3)相较于苜蓿连作,苜蓿-作物轮作方式下,植物寄生线虫指数(PPI)显著降低,表明植物寄生线虫在土壤食物网中的危害减轻;而线虫通路指数(NCR)有所增加,表明苜蓿-作物轮作方式下,土壤有机质分解过程中细菌分解作用进一步增强;4)苜蓿-作物轮作方式下,土壤线虫成熟度指数(MI)及其复合足迹、富集足迹、结构足迹均显著提高,土壤线虫的生产力和代谢活性显著增强,线虫群落的结构和功能更为成熟稳定。研究表明,相比苜蓿连作,苜蓿-作物轮作改善了土壤养分状况,使得土壤食物网的资源输入和能量利用效率均有所增加,受干扰程度显著降低,土壤生态系统更为稳定健康,因而有利于农业的可持续发展。
    镉胁迫对吊兰及银边吊兰生长及镉富集特性的影响
    王菲, 肖雨, 程小毛, 黄晓霞
    2021, 32(5):  1835-1844.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.031
    摘要 ( 41 )   PDF (1406KB) ( 0 )  
    选择吊兰和银边吊兰为试验材料,采用水培法研究其在不同Cd2+处理浓度(0、20、80、200 μmol·L-1)下生长及生理特性的变化。结果表明: 20 μmol·L-1镉对两种吊兰的影响较小,单叶面积、总叶面积、叶绿素(Chl)a含量、总叶绿素[Chl (a+b)]含量、类胡萝卜素含量、Chl a/Chl b值、胞间二氧化碳浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)与对照(CK)基本无显著差异;80 μmol·L-1镉胁迫下两种吊兰叶片初始荧光(Fo)和非光化学淬灭系数(NPQ)升至最高水平;200 μmol·L-1镉胁迫下,两种吊兰生物量、叶绿素含量、最大净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、最大光化学量子产量(Fv/Fm)、实际光化学量子产量Y(II)、转移系数(TF)以及各部分生物量均降至最低水平,而两种吊兰的过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及过氧化氢酶(CAT)活性和银边吊兰的丙二醛(MDA)含量均有不同程度的增加。随着镉处理浓度的增加,两种吊兰各器官Cd含量持续升高,且主要富集在根部;吊兰各器官Cd含量及富集系数(BCF)在胁迫处理下均高于银边吊兰。研究表明,两种吊兰对镉具有一定的耐性,其中吊兰对Cd的耐受能力强于银边吊兰,可考虑作为绿化植物用于修复镉污染水体或土壤。
    长期砷胁迫下大屯海浮游植物群落的季节性特征及其驱动因子
    尚丽, 陈丽, 张涛, 郑昕, 赵帅营, 孔令阳, 陈光杰
    2021, 32(5):  1845-1853.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.032
    摘要 ( 37 )   PDF (1867KB) ( 0 )  
    重金属是影响湖泊水质和生态健康的重要胁迫因子,系统识别生物对长期污染胁迫的响应模式是开展污染湖泊生态修复的重要基础。本研究以经历持续砷污染的大屯海为研究对象,于2017年6月—2018年3月对水体浮游植物和环境因子开展季节性调查。结果显示: 大屯海的浮游植物群落主要由蓝藻门组成,与已有研究反映的长期砷胁迫下浮游植物组成以蓝藻门等耐受属种为主的特征一致。相似性和方差分析结果表明,浮游植物群落结构和生物量存在显著的时间差异而空间差异不显著。Pearson相关分析表明,浮游植物总生物量与溶解性正磷酸盐和砷呈显著正相关,与砷对藻类生长产生的低促高抑效应一致,同时磷酸盐的增加可能降低了砷对藻类的毒性效应。冗余分析显示,溶解性营养盐和砷是影响浮游植物群落变化的显著因子。方差分解结果表明,营养盐和水温分别单独解释了群落结构变化的17.6%和3.8%,且与砷产生了较强的相互作用(15.1%);而砷对浮游植物的群落构建无显著的独立作用,反映了现有优势藻类具有对砷较强的耐受性从而对砷浓度的变化不敏感。因此,大屯海的优势浮游植物以耐砷藻类为主,砷对藻类产生的低促效应是污染湖泊修复中需要重点关注的生态效应之一。
    粪甲虫对绢蒿荒漠春秋两季牛粪分解的影响
    郭亚亚, 曹佳敏, 车昭碧, 杨寒珺, 黄星宇, 鲁为华
    2021, 32(5):  1854-1862.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.034
    摘要 ( 37 )   PDF (1632KB) ( 0 )  
    为明确绢蒿荒漠草地牛粪的分解规律,分别在5月(春季)和9月(秋季)设置不同堆置时间点(0、7、29、48、58 h),明确粪便理化性质变化规律,同时设置不同开口的网笼(无网笼、上下开口、上开口、全封口),探讨各生态功能类群粪甲虫对粪便分解的影响。结果表明: 春季的粪甲虫种类数显著高于秋季,秋季的粪甲虫数量显著高于春季。春季粪便的水分、全碳、全氮、全磷下降主要集中在0~29 h,堆置29 h时粪便的水分、全碳、全氮、全磷分别降低39.4%、13.9%、32.1%、26.7%。堆置58 h时粪便的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维分别显著降低8.0%和16.0%。秋季粪便的水分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维在0~7 h内下降速度最快,堆置7 h时分别降低85.6%、10.2%和20.2%。7~58 h内中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维上升,58 h时粪便的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维分别升高20.0%和13.7%。全碳、全氮和全磷的分解主要集中在0~29 h内,堆置29 h时分别降低17.5%、55.0%和64.8%。不同开口的网笼有效阻止了相应生态功能类群粪甲虫的进驻,随着粪甲虫生态功能类群的增加,粪便分解速度加快,无网笼状态下的粪便分解速度显著高于其它处理。粪甲虫种类、数量以及粪便堆置时间均显著影响牛粪的分解过程。
    闽江口-平潭海域有机解磷菌多样性及群落特征
    佘晨兴, 林洪, 苏玉萍, 张勇, 林婉珍, 兰瑞芳
    2021, 32(5):  1863-1872.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.038
    摘要 ( 48 )   PDF (1570KB) ( 0 )  
    有机磷的微生物矿化是海洋磷循环的重要环节,开展有机解磷菌研究有助于揭示富营养化海域有机磷矿化的微生物驱动机制。以phoX为标志基因,采用Illumina高通量测序技术分析了闽江口-平潭海域2019年4月(春季)及7月(夏季)有机解磷菌的多样性及群落特征。结果表明: 表层海水样品中有机解磷菌的Shannon指数介于3.21~7.91,各站位多样性春季均大于夏季;沉积物样品中有机解磷菌的Shannon指数介于2.04~8.70,各站位多样性夏季大于春季。春季各站位表层海水有机解磷菌的Shannon指数均高于沉积物,而夏季则相反。表层海水中检测到9个门类的有机解磷菌,主要为变形菌门和蓝细菌门;沉积物中则检测到12个门类,主要为变形菌门和拟杆菌门。在属水平上,有机解磷菌的群落组成呈现时空变异特征。表层海水样品中,春季以雷辛格氏菌属、褐杆菌属、深海球菌属和假单胞菌属等属为主,夏季则以聚球藻属、Halioglobus属、玫瑰变色菌属、褐杆菌属、亚硫杆菌属和生丝单胞菌属等属为主。在沉积物样品中,春季主要菌属包括雷辛格氏菌属、褐杆菌属、弧菌属和亚硫杆菌属;夏季主要菌属包括固氮螺丝菌属、氨基杆菌属、Sulfurifustis属、伯克氏菌属和Thiohalobacter属。此外,在表层海水和沉积物样品中均检测到大量未分类的有机解磷菌。冗余分析显示,溶解氧、水温、pH、可溶性无机氮、亚硝态氮、硝态氮等对闽江口-平潭海域表层海水有机解磷菌群落分布影响较大。表层海水和沉积物中存在的丰富有机解磷菌可能在该海域的磷循环中发挥重要作用。
    基于内壳的西非乌贼日龄与生长特性
    瞿俊跃, 周敏华, 韩霈武, 方舟, 陈新军
    2021, 32(5):  1873-1880.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.035
    摘要 ( 52 )   PDF (1866KB) ( 0 )  
    乌贼主要分布在北大西洋东部及非洲沿岸海域,是拖网渔业的重要捕捞对象,也是大西洋乌贼科最重要的商业种。本研究根据2015年7—8月西非沿岸采集的乌贼样本,测量了283 尾乌贼内壳外部形态参数,结合内壳日龄信息,对不同性别乌贼生长特性进行了研究。结果表明: 不同性别乌贼胴长和体重存在显著差异。通过读取内壳日龄,发现雌雄性优势日龄组均为80~100 d。内壳外部形态与日龄的拟合函数中,Logistic函数的拟合效果最佳。雌性个体内壳外部形态参数的最大似然估计值均大于雄性。雄性和雌性乌贼内壳长和内壳宽的绝对和瞬时相对生长率分别在110~120 d 和100~110 d 达到峰值。雄性和雌性的初次性成熟日龄分别为111 d和104 d。不同性别乌贼的生长差异可能与栖息环境密切相关。
    西北印度洋鸢乌贼角质颚外形变化的影响因素
    何静茹, 陆化杰, 陈炫妤, 刘凯, 王洪浩, 陈新军
    2021, 32(5):  1881-1889.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.037
    摘要 ( 34 )   PDF (1924KB) ( 0 )  
    根据2019年冬春季(2—5月)中国灯光罩网渔船在西北印度洋生产调查期间采集的1009尾鸢乌贼样本,分析了其角质颚外部形态变化的影响因素。结果表明: 角质颚外形特征参数在不同性别、不同胴长组和不同性腺成熟度间均存在显著差异。胴长组201~250 mm以及雌性个体性腺成熟度Ⅱ期和雄性个体性腺成熟度Ⅲ期的各特征参数增幅达到峰值。除上翼长与上脊突长比值(UWL/UCL)和下头盖长与下脊突长比值(LHL/LCL)存在性别间显著差异外,其余特征参数与脊突长的比值均无性别间显著差异,各特征参数与脊突长的比值在不同性腺成熟度、不同胴长组间也无显著差异,比值保持稳定,表明角质颚各区域生长保持一致。研究表明,201~250 mm可能是西北印度洋鸢乌贼角质颚外部形态在胴长上的生长拐点,雌性个体性腺成熟度Ⅱ期和雄性个体性腺成熟度Ⅲ期可能对应角质颚外部形态在性腺成熟度上的生长拐点。
    综合评述
    丛枝菌根真菌对植物根腐病的抑制效应及其机制
    黄咏明, 蒋迎春, 王志静, 宋放, 何利刚, 田瑞, 吴黎明
    2021, 32(5):  1890-1902.  doi:10.13287/j.1001-9332.202105.036
    摘要 ( 74 )   PDF (1722KB) ( 0 )  
    根腐病是一类危害严重的土传病害,常常导致作物产量和品质降低。丛枝菌根(AM)真菌是一类重要的土壤微生物,通过与植物根系建立共生体而发挥重要的生理生态功能。研究表明,AM真菌通过调节宿主植物一系列生理生化响应,诱导植物增强根腐病抗性。当前,利用AM真菌开展根腐病等土传病害的生物防治是植物与微生物互作领域的研究热点。本文全面梳理了AM真菌对宿主植物根腐病病原物的抑制效应,系统总结了AM真菌改变宿主植物根系形态结构、改善植物营养水平、与病原物竞争生态位点、激活植物防御体系、调节根系分泌物等方面的研究结果,分析了AM真菌抑制根腐病危害的作用机制,展望了AM真菌抑制根腐病危害的潜在机制和AM真菌高效利用面临的现实问题,旨在为利用AM真菌开展植物根腐病的生物防治提供理论依据。