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2023年 第34卷 第4期    刊出日期：2023-04-15

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第34卷第4期目录

2023, 34(4):  0-0. 

摘要 ( 146 )   PDF (17784KB) ( 42 )  

黑土地保护与农业可持续发展专栏

1980s—2010s东北农田土壤养分时空变化特征

王世豪, 徐新良, 黄麟, 赵广

2023, 34(4):  865-875.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.010

摘要 ( 381 )   PDF (3683KB) ( 231 )  

近年来,东北地区农田土壤“变薄、变瘦、变硬”等退化问题日趋严峻,严重影响了东北农业的可持续发展。本研究基于1980年代(1980s)《中国土种志》和2010年代(2010s)《中国土系志》土壤样点的土壤剖面属性数据,通过大样本统计分析,揭示了30年来东北不同地区、不同土壤类型的土壤养分状况变化规律。结果表明: 1)1980s—2010s,东北地区各土壤养分指标变化程度不同,土壤pH总体下降0.03,土壤有机质(SOM)含量下降最突出,下降了8.99 g·kg^-1,降幅为23.6%,土壤全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量呈现出不同程度的上升趋势,增幅分别为17.1%、46.8%和4.9%。2)各省市土壤养分指标变化表现出较大差异,辽宁土壤酸化最明显,pH降低了0.32,SOM含量下降最明显,降低31.0%,土壤TN、TP、TK含量上升最显著,增幅分别为73.8%、248.1%和44.0%。3)不同土壤类型土壤养分变化差异较大,棕壤和栗钙土pH下降最多,几乎所有类型土壤的SOM含量均为下降趋势,其中棕壤、暗棕壤和黑钙土分别下降了35.4%、33.8%和26.0%,而TN、TP、TK含量上升最多的为棕壤,增幅分别为89.1%、232.8%和48.5%。综上,有机质含量下降和土壤酸化是1980s—2010s东北土壤退化的核心问题,探索合理的耕作方式,制定针对性的保护策略,是保证东北地区农业可持续发展的迫切需求。

基于¹⁵N示踪的东北黑土地保护性耕作农田减氮增产调控机制

苗贺, 袁磊, 杨淼茵, 胡艳宇, 陈欣, 何红波, 张旭东, 解宏图, 鲁彩艳

2023, 34(4):  876-882.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.032

摘要 ( 323 )   PDF (1218KB) ( 163 )  

保护性耕作是退化黑土地培肥地力的重要措施,但地力提升后氮肥减施条件下保护性耕作农田的稳产增产是否具有可持续性尚不明晰。本研究依托中国科学院保护性耕作研发基地的长期免耕定位试验研究平台,设置常规垄作(RT)、免耕无秸秆还田(NT0)、免耕100%秸秆还田(NTS)和连续9年免耕100%秸秆还田培肥后氮肥减施20%(RNTS)4个处理,采用¹⁵N示踪田间微区试验,探究长期保护性耕作培肥地力下氮肥减施对玉米产量和肥料氮转化的影响。结果表明: 经过一个完整生育期,不同耕作方式下肥料氮在东北黑土农田中的土壤残留率、植株利用率和气态损失率平均比例分别为34%、50%和16%;与常规垄作相比,保护性耕作(NTS和RNTS)使肥料氮当季利用效率显著提高了10%～14%。通过氮素来源分析发现,不同耕作方式下植株及各部位(籽粒、秸秆、根和玉米芯)吸收的肥料氮占其总吸氮量的比例均在40%左右,土壤始终是为作物供应氮素的主体;与常规垄作相比,保护性耕作通过降低土壤扰动、增加有机质输入显著提高了0～40 cm土壤全氮储量,有效保障了退化黑土地农田土壤氮库扩容增效。2016—2018年,NTS和RNTS处理玉米产量较常规垄作显著提高。综上,长期实施免耕秸秆覆盖还田耕作方式,可提高肥料氮当季利用效率、保障土壤对作物持续供氮,即使氮肥减施20%,也可实现连续3个生长季玉米稳产高产,同时降低肥料氮损失带来的环境风险,实现东北黑土地农业绿色可持续发展。

肥沃耕层构建对白浆土土壤肥力和玉米产量的影响

陆欣春, 范欣欣, 邹文秀, 严君, 陈旭, 韩晓增, 邓维娜

2023, 34(4):  883-891.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.034

摘要 ( 282 )   PDF (1181KB) ( 130 )  

为探究肥沃耕层构建技术对白浆土土壤肥力和玉米产量的影响,本研究在黑龙江省富锦市的白浆土上进行了3年的定位试验,试验设置常规整地方法(T15)和肥沃耕层构建方法[秸秆深混还田(T35+S)、有机肥深混施用(T35+M)、秸秆与有机肥深混还田(T35+S+M)、深翻35 cm+秸秆深混+有机肥+化肥(T35+S+M+F)]共5个处理。结果表明: 1)肥沃耕层构建处理均比常规对照显著增加了玉米产量,增幅15.4%～50.9%。2)与常规对照相比,肥沃耕层构建前两年对土壤pH值影响不显著,到第3年显著提高了耕层(0～15 cm)土壤pH值;T35+S+M+F、T35+S+M、T35+M处理显著提高了亚耕层(15～35 cm土层)土壤pH值,T35+S处理对亚耕层土壤pH值影响不显著。3)肥沃耕层构建处理(T35+S+M+F、T35+S+M、T35+M、T35+S)可提高耕层和亚耕层土壤养分含量,其中亚耕层土壤有机质、全氮、有效磷、碱解氮和速效钾含量分别显著提高了3.2%～46.6%、9.1%～51.8%、17.5%～130.1%、4.4%～62.8%、22.2%～68.7%,导致亚耕层肥力丰富度指数增加,其养分含量趋近于耕层水平,构建了35 cm肥沃耕层。4)肥沃耕层构建处理第2、3年0～35 cm土壤有机质含量分别增加了8.8%～23.2%、13.2%～30.1%;土壤有机碳储量逐步增加。5)T35+S处理碳转化率为9.3%～20.9%,T35+M、T35+S+M和T35+S+M+F处理碳转化率为10.6%～24.6%;肥沃耕层构建处理土壤固碳速率为815.7～3066.4 kg·hm^-2·a^-1,T35+S处理固碳速率随着时间推移逐渐增加,其他3个处理第二年达到碳饱和。采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥白浆土耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量,从经济效益考虑,实际生产中可采用秸秆、有机肥和化肥深混一次性还田方式结合保护性耕作培肥白浆土。

黑土区农田藻藓两类结皮发育对土壤团聚体稳定性和击溅侵蚀的影响

曹尤淞, 张晨晖, 肖波, 孙福海

2023, 34(4):  892-902.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.018

摘要 ( 223 )   PDF (2461KB) ( 71 )  

为探明农田生物结皮发育对黑土团聚体稳定性和击溅侵蚀的影响及其水土保持功能,于作物生长季采集农田藻、藓生物结皮样品,比较了生物结皮与无结皮土壤的团聚体稳定性差异,测定了生物结皮对雨滴动能的削减作用及其单雨滴和模拟降雨溅蚀量,并分析了土壤团聚体稳定性和溅蚀特征与生物结皮基本性质的相关性。结果表明: 藻、藓结皮中<0.25 mm团聚体的比例比无结皮分别减少了10.5%和21.8%,但5～10 mm团聚体的比例分别为无结皮的4.0和8.8倍;生物结皮的大团聚体含量、平均重量直径和几何平均直径比无结皮分别提高了31.5%、76.2%和33.5%。与无结皮相比,生物结皮使雨滴动能平均削减了0.48 J;藻、藓结皮的击穿雨滴动能分别为无结皮的2.9和26.2倍,高生物量藻结皮削减的雨滴动能为中、低生物量藻结皮的1.3和6.6倍。在单雨滴击溅和模拟降雨条件下,生物结皮使溅蚀量分别减少了47.5%和79.4%;生物结皮溅蚀颗粒中>0.25 mm大团聚体占比为37.9%,比无结皮减少了40.3%,并随结皮生物量的增加而减少。土壤团聚体稳定性、溅蚀量和生物结皮基本性质三者具有显著相关性,其中,团聚体平均重量直径与单雨滴和模拟降雨溅蚀量呈极显著负相关,表明生物结皮提高团聚体稳定性是其减少溅蚀的原因之一;生物结皮的生物量、厚度、含水率和有机质含量等也对团聚体稳定性和溅蚀特征有显著影响。综上,黑土区农田生物结皮能显著提高土壤团聚体稳定性并减少击溅侵蚀,对农田土壤侵蚀防治和黑土地保护与可持续利用具有重要意义。

免耕不同秸秆覆盖量对黑土微生物群落及其残留物的影响

吕付泽, 杨雅丽, 鲍雪莲, 张常仁, 郑甜甜, 何红波, 张旭东, 解宏图

2023, 34(4):  903-912.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.033

摘要 ( 273 )   PDF (2488KB) ( 110 )  

为探究免耕和不同秸秆覆盖量下土壤微生物群落组成及残留物的变化规律,依托中国东北黑土区的玉米保护性耕作长期平台(始建于2007年),以传统耕作(翻耕+无秸秆还田)为对照(CT),对免耕结合不同秸秆覆盖量[免耕+无秸秆还田(NT0)、免耕+1/3秸秆覆盖还田(NT1/3)、免耕+2/3秸秆覆盖还田(NT2/3)和免耕+全量秸秆覆盖还田(NT3/3)]下不同土层(0～5、5～10、10～20 cm)土壤理化性质、磷脂脂肪酸和氨基糖的变化特征进行分析。结果表明: 与CT相比,免耕无秸秆还田处理(NT0)对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、含水量、微生物群落及其残留物等均无显著影响;免耕结合秸秆覆盖还田主要影响了土壤表层各指标,与CT相比,0～5 cm土层中NT1/3、NT2/3、NT3/3处理SOC含量分别显著提高了27.2%、34.1%、35.6%,NT2/3和NT3/3处理磷脂脂肪酸含量分别显著提高了39.2%和65.0%,NT3/3处理氨基糖含量(微生物残留物)显著提高了47.2%;免耕不同秸秆覆盖量的土壤理化性质和微生物群落差异随土壤深度增加而减小,5～20 cm土层中几乎无显著差异。SOC、TN、DOC、DON和含水量是影响微生物群落组成和残留物积累的重要因素;相关性分析表明,活体微生物生物量与残留物尤其真菌残留物具有正相关关系。综上,不同秸秆覆盖量处理均能不同程度促进SOC的积累;当秸秆量充足时,建议选择免耕+全量秸秆覆盖的耕作方式,最有利于土壤微生物生物量、微生物残留物和SOC的增加;当秸秆量不足时,可选用免耕+2/3秸秆覆盖还田的方式,可提高土壤微生物生物量和SOC含量。本研究对指导东北黑土区农田生态系统秸秆管理及促进农业可持续发展具有重要意义。

长期免耕对黑土氮磷硫循环微生物功能潜力的影响

高燕, 梁爱珍, 黄丹丹, 张延, 张旸, 王阳, 张士秀, 陈学文

2023, 34(4):  913-920.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.011

摘要 ( 245 )   PDF (1923KB) ( 127 )  

探究不同耕作方式对黑土氮(N)、磷(P)、硫(S)循环功能微生物丰度及组成的影响,对黑土可持续利用具有重要意义。本研究基于吉林省长春市为期8年的定位试验,对免耕(NT)和传统耕作(CT)下不同土层黑土N、P、S循环功能微生物丰度和组成及其驱动因素进行分析。结果表明: 与CT相比,NT显著增加了0～20 cm土层土壤含水量(WC)和微生物生物量碳(MBC)。NT显著增加了0～20 cm土层与N、P和S循环功能相关的编码基因丰度:包括编码氧化亚氮还原酶基因nosZ、固氮酶基因nifH和脲酶基因ureC的丰度,有机磷矿化过程关键基因phnK和phoD、编码吡咯喹啉醌合成酶基因ppqC和外切多聚磷酸酯酶基因ppX的丰度,以及硫氧化过程关键基因soxY和yedZ的丰度。方差分解分析和冗余分析结果表明,土壤基本特性是N、P、S循环功能微生物组成的主要影响因素(总解释率为28.1%),并且耕作方式导致的土壤MBC和WC变化是黑土N、P、S循环微生物功能潜力最主要的驱动因子。综上,长期免耕可通过影响土壤环境间接增加土壤特定微生物功能基因丰度,本研究从分子生物学角度阐明免耕可以作为改善土壤健康和维持农业绿色发展的有效耕作措施。

典型黑土区春玉米茎流特征及其环境影响因素

朱向明, 彭伟, 冉恩华, 富美玲, 郑月姮, 张于

2023, 34(4):  921-927.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.027

摘要 ( 193 )   PDF (2782KB) ( 76 )  

明确典型黑土区春玉米茎流变化规律,探究影响春玉米茎流速率的主控因素,对深入了解该区域春玉米蒸腾耗水特性以及调控田间水分管理具有重要参考价值。本研究采用包裹式茎流计和TDR探针对典型黑土区春玉米灌浆期至成熟期茎流速率及耕层土壤水热状况进行连续监测,并结合试验区自动气象站同步采集数据,分析不同时间尺度下茎流速率与环境因子的相关关系。结果表明: 典型黑土区春玉米茎流速率具有明显的昼高夜低变化特征,白天瞬时茎流速率峰值最高可达139.9 g·h^-1,夜间仍有微弱茎流。与晴天相比,阴天、雨天条件下春玉米茎流启动、结束时间以及峰值均受到显著抑制。小时尺度下,太阳辐射、饱和水汽压差、相对湿度、空气温度和风速均与茎流速率呈极显著相关;日尺度下,仅太阳辐射、饱和水汽压差和相对湿度与茎流速率呈极显著相关,相关系数绝对值在0.7以上。由于观测期内土壤含水量较高,本研究中耕层水热状况与茎流速率相关性不高(绝对值均小于0.1)。无水分胁迫条件下,无论小时尺度还是日尺度,太阳辐射、饱和水汽压差以及相对湿度始终是该区域影响春玉米茎流速率的3个主要因素。

研究论文

经营强度对毛竹林土壤团聚体稳定性和碳氮磷分布的影响

倪惠菁, 储昊煜, 苏文会, 范少辉

2023, 34(4):  928-936.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.002

摘要 ( 245 )   PDF (1648KB) ( 66 )  

土壤团聚体是土壤有机质分解、腐殖质形成的主要场所,不同粒径团聚体的组成特征可以衡量土壤肥力状况。为了探明经营强度(施肥、垦复频次)对毛竹林土壤团聚体的影响,以粗放经营毛竹林为对照,以中强度(每4年施肥、垦复一次)和高强度(每2年施肥、垦复一次)集约经营毛竹林为对象,利用干筛和湿筛结合的方法分离毛竹林0～10、10～20和20～30 cm土层土壤水稳性团聚体,分析不同土层中各粒径团聚体有机碳、全氮和有效磷的分布情况。结果表明: 经营强度对毛竹林土壤团聚体组成、稳定性以及有机碳、全氮、有效磷含量有显著影响。与对照相比,中、高强度集约经营降低了0～10 cm土层土壤大团聚体比例和团聚体稳定性,增加了20～30 cm土层土壤大团聚体比例和团聚体稳定性,减少了大团聚体有机碳含量以及微团聚体有机碳、全氮和有效磷含量,说明中、高强度经营不利于0～10 cm土层土壤大团聚体的形成和大团聚体对碳的固存,减少人为干扰有利于土壤团聚体对有机碳的积累以及微团聚体对氮、磷的积累。大团聚体质量分数和大团聚体有机碳含量与团聚体稳定性均呈显著正相关,且二者对团聚体稳定性的影响解释最强,因此,大团聚体和大团聚体有机碳含量是影响团聚体形成及稳定性的最重要因素。综上,适当减少对土壤的扰动有利于表层土壤大团聚体的积累和对有机碳的固定以及微团聚体对氮、磷的固定,从提高土壤团聚体稳定性的角度来看,有利于改善土壤质量及毛竹林的可持续经营。

酸雨和根系去除对杉木和火力楠人工林土壤有机碳的影响

王娇, 关欣, 黄苛, 段萱, 陈波翰, 张伟东, 杨庆朋

2023, 34(4):  937-945.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.016

摘要 ( 188 )   PDF (1857KB) ( 75 )  

酸雨是我国严重的环境问题之一,近年来其类型逐渐由硫酸型(SAR)向混合型(MAR)和硝酸型(NAR)转变。根系不仅是土壤有机碳的来源,也在土壤团聚体形成过程中发挥重要作用。然而,酸雨类型的转变和根系去除如何影响森林土壤有机碳并不清楚。本研究在杉木和火力楠人工林中进行为期3年的不同类型酸雨(硫酸∶硝酸为4∶1、1∶1和1∶4)模拟并结合断根处理,分析土壤有机碳和理化性质的变化,并进行团聚体粒径分级及平均重量直径的测定。结果表明: 根系去除使两林分土壤有机碳库分别显著降低16.7%和21.5%,使土壤惰性有机碳含量分别显著降低13.5%和20.0%;根系去除显著降低了火力楠土壤团聚体稳定性、大团聚体比例和有机碳含量,而对杉木林无显著影响。不同类型酸雨对杉木和火力楠人工林土壤有机碳库和土壤团聚体结构均无显著影响。综上,根系在土壤有机碳的稳定中起关键作用,且根系对有机碳稳定性的贡献因森林类型而异,而短期内不同类型酸雨对土壤有机碳的稳定性无显著影响。

增温对亚热带格氏栲天然林凋落物可溶性有机质数量和结构的影响

张宇辉, 陈娟, 胥超, 熊德成, 杨智杰, 陈仕东, 毛超

2023, 34(4):  946-954.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.006

摘要 ( 219 )   PDF (2262KB) ( 147 )  

凋落物层淋溶析出的可溶性有机质(DOM)是土壤DOM的重要来源,其对气候变暖的响应会影响土壤碳排放和氮周转等森林碳氮循环过程。本研究以格氏栲天然林为对象,依托野外增温实验平台,原位收集凋落物层淋溶析出液,结合紫外可见光谱和荧光光谱分析,探究增温对亚热带常绿阔叶林凋落物层DOM数量和化学组成的影响。结果表明: 凋落物层可溶性有机碳和可溶性有机氮含量呈现明显的月变化特征,峰值出现在4月,月均值分别为1.02和0.15 g·m^-2。同时,凋落物层DOM具有较高的荧光指数和较低的自生源指数,表明凋落物层DOM主要以微生物来源为主,微生物可利用性较低。凋落物层DOM的主要成分包括类腐殖质酸组分和类色氨酸组分。增温未显著影响凋落物层DOM的含量、芳香性、疏水性、分子量大小、荧光指数、自生源指数和腐殖化指数,表明温度升高未改变DOM的数量和化学组成。增温也未显著影响凋落物层DOM主要成分的相对贡献率,表明温度变化未影响微生物降解作用。总的来说,增温未显著改变亚热带格氏栲天然林凋落物层淋溶液的DOM数量和结构,温度变化对凋落物层DOM向土壤输入的影响较为微弱。

喀斯特常绿落叶阔叶林土壤有效中微量元素空间异质性

连子文, 杜虎, 谷俊锟, 曾馥平, 彭晚霞, 尹力初, 隆庆之, 刘坤平, 孙瑞, 谭卫宁

2023, 34(4):  955-961.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.008

摘要 ( 197 )   PDF (2091KB) ( 56 )  

研究土壤有效中微量元素在喀斯特地区的空间变异性可为喀斯特生态系统土壤养分管理提供参考。基于网格(20 m×20 m)采样法采集表层0～10 cm土壤样品,运用经典统计学和地统计学方法分析了喀斯特常绿落叶阔叶林25 hm²(500 m×500 m)动态样地土壤中微量元素的空间异质性及其影响因素。结果表明: 土壤交换性Ca、Mg及有效Fe、Mn、Cu、Zn、B平均含量分别为7870、1490、30.24、149.12、1.77、13.54、0.65 mg·kg^-1,变异系数范围为34.5%～68.8%,均属中等强度空间变异。半变异函数最佳拟合模型决定性系数除有效Zn为0.78外,其他均大于0.90,表明模型能够对各中微量元素进行很好的拟合;块金系数均小于50%,表现出中等及以上的空间自相关性,结构性因素作用更大;变程变化范围为60.3～485.1 m,其中有效Zn的变程最小,更趋向破碎化。土壤交换性Ca、Mg和有效B的空间分布格局相似,低值区在洼地,且其含量在洼地显著低于其他生境;有效Fe、Mn、Cu低值区则在高海拔区域,且山顶含量显著低于其他生境。喀斯特森林土壤中微量元素空间变化特征与地形因素密切相关,海拔、坡度、土壤厚度和岩石裸露率对其空间分布影响较大,在喀斯特林地土壤养分管理中应着重考虑。

北江中下游不同林分类型土壤C、N、P生态化学计量特征

许窕孜, 叶彩红, 张耕, 张中瑞, 朱航勇, 何茜, 丁晓纲

2023, 34(4):  962-968.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.001

摘要 ( 241 )   PDF (1316KB) ( 126 )  

选取北江中下游阔叶林、针叶林、针阔混交林3种类型林分为对象,研究0～80 cm土层土壤的有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量及其生态化学计量比的垂直分布特征。结果表明: 3种林分类型的土壤C、N、P含量分别为12.17～14.25、1.14～1.31、0.27～0.30 g·kg^-1,C、N含量随土层深度增加呈降低的趋势。各土层土壤C、N含量表现为针阔混交林>针叶林>阔叶林;P含量在3种林分类型间差异不显著,在垂直剖面上无明显的规律性变化。3种林分类型土壤C/N、C/P、N/P分别为11.2～11.3、49.0～60.3、4.5～5.7,土壤C/N在3种林分类型间差异不显著,土壤C/P、N/P均以针阔混交林最高,且显著高于阔叶林和针叶林。土壤深度和林分类型对土壤C、N、P含量及其化学计量比无显著的交互作用,但C与N、N与C/P在各林分类型和土层中均呈显著正相关。土壤C/P和N/P对林分类型的生态指示作用更明显,针阔混交林受P限制较强。

不同植茶年限土壤-微生物生物量碳氮磷化学计量特征

张冠华, 牛俊, 易亮, 孙宝洋, 李建明, 肖海

2023, 34(4):  969-976.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.015

摘要 ( 249 )   PDF (982KB) ( 138 )  

退耕还林(草)等生态建设工程的实施引起土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)循环及其化学计量特征发生变化,继而对土壤微生物生物量的化学计量造成潜在影响,然而,土壤-微生物C∶N∶P化学计量的时间动态及协调关系仍不明确。本试验选取三峡库区小流域退耕地——茶园为研究对象,以玉米地为对照,探索土壤-微生物生物量C、N、P随植茶年限(<5 a、5～10 a、10～20 a、20～30 a和>30 a)的变化特征,分析其化学计量比、微生物熵(qMBC、qMBN、qMBP)、化学计量不平衡性(土壤C、N、P计量比与微生物生物量C、N、P计量比的比值)之间的关系。结果表明: 随着植茶年限增加,土壤和微生物生物量C、N、P、土壤C∶N和C∶P均显著升高,而土壤N∶P整体下降,微生物生物量C∶P和N∶P呈先升后降的变化趋势,微生物生物量C∶N变化不显著。此外,茶树种植年限对土壤、微生物间的化学计量不平衡性以及微生物熵均存在显著影响,随着植茶年限增加,qMBC先降低后升高,qMBN和qMBP呈波动上升;碳氮化学计量不平衡性(C∶N_imb)和碳磷化学计量不平衡性(C∶P_imb)显著增加,氮磷化学计量不平衡性(N∶P_imb)呈波动上升。冗余分析显示,qMBC与土壤N∶P和微生物生物量化学计量(C∶N、C∶P、N∶P)两两呈正相关,而与微生物化学计量不平衡性和土壤C∶N、C∶P呈负相关,qMBN和qMBP则相反;微生物生物量C∶P与qMBC关系最密切,C∶N_imb、C∶P_imb对qMBN和qMBP的影响较大。

红松和水曲柳叶生态化学计量及养分重吸收特征的地理变异

闫媛媛, 郭琪, 管俊泽, 刘志, 王东男, 谷加存

2023, 34(4):  977-984.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.004

摘要 ( 217 )   PDF (1125KB) ( 91 )  

以我国东北地区4个纬度针叶树种红松和阔叶树种水曲柳为对象,研究两树种成熟叶碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征和养分重吸收率及其相关性,分析气候和土壤因子对叶化学计量特征及养分重吸收率的影响。结果表明: 叶化学计量特征的地理变异存在种间差异,随着纬度的升高,水曲柳叶C、N含量显著增加;水曲柳C∶N、红松N∶P均与纬度呈显著负相关,而水曲柳N∶P与纬度呈显著正相关。红松磷重吸收率与纬度呈显著正相关。相关分析表明,红松和水曲柳叶的生态化学计量特征主要受到气候因子(年均温和降水量)的影响,而养分重吸收率仅受少数土壤因子(pH和全氮)的影响。主成分分析表明,红松和水曲柳磷重吸收率与N∶P均呈显著负相关,与P含量呈显著正相关;氮重吸收率仅在红松中与P含量呈显著正相关,与N∶P呈显著负相关。水曲柳相比红松更倾向于具有快速投资-收益型特征。

施硅对夜间增温下南方水稻生长、产量和品质的影响

娄运生, 于玉洁, 刘燕, 杨蕙琳, 周东雪

2023, 34(4):  985-992.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.013

摘要 ( 182 )   PDF (950KB) ( 57 )  

气温增幅夜间大于白天是全球气候变暖的显著特征之一。夜间增温引起南方单季稻减产,而施硅可提高水稻产量。本研究通过田间模拟试验,分析了施硅对夜间增温下水稻主要生育期植株分蘖数、生物量等生长指标以及产量和品质的影响。增温设2水平:常温对照(CK)和夜间增温(NW),采用被动式夜间增温方法,即夜间(19:00—6:00)用铝箔膜覆盖植株冠层以模拟夜间增温;硅肥(钢渣)用量设2水平:不施硅(Si₀)和施硅(Si₁,200 kg SiO₂·hm^-2)。结果表明: 与常温对照比,夜间增温使水稻生长期冠层和5 cm土层夜间平均温度分别升高0.51～0.58 ℃和0.28～0.41 ℃。夜间增温使分蘖数和叶绿素含量分别较CK降低2.5%～15.9%和0.2%～7.7%;而施硅使分蘖数和叶绿素含量较不施硅分别提高1.7%～16.2%和1.6%～16.6%。与CK相比,夜间增温下施硅显著提高了灌浆-成熟期地上部干重、全株干重和产量,增幅分别为64.1%、55.3%和7.1%;显著增加了精米率、整精米率和淀粉含量,增幅分别为2.3%、2.5%和41.8%。夜间增温引起水稻有效穗数、结实率和千粒重下降,空秕粒增加,进而使水稻减产;而施硅可使水稻有效穗数、每穗实粒数、结实率和千粒重增加,空秕粒减少,进而使水稻增产。综上,施硅可有效减轻夜间增温对南方单季稻生长、产量和品质的不利影响。

减氮配施秸秆生物炭对双季稻产量和硅、氮营养的影响

宁川川, 陈悦桂, 柳瑞, 李彤欣, 陈海浪, 田纪辉, 蔡昆争

2023, 34(4):  993-1001.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.009

摘要 ( 214 )   PDF (2217KB) ( 78 )  

氮和硅都是水稻重要的营养元素,但实际生产中经常过量施加氮肥而忽视硅肥的补充。秸秆生物炭含有丰富的硅,可作为一种潜在的硅肥。本研究通过连续3年的田间定位试验,探究氮肥减量配施秸秆生物炭对水稻产量和硅、氮营养的影响。试验包括5个处理:常规施氮(180 kg·hm^-2, N₁₀₀)、减氮20%(N₈₀)、减氮20%配施15 t·hm^-2生物炭(N₈₀+BC)、减氮40%(N₆₀)、减氮40%配施15 t·hm^-2生物炭(N₆₀+BC)。结果表明: 与N₁₀₀相比,减氮20%对水稻的硅、氮累积没有影响;减氮40%导致水稻叶片氮吸收量下降,却显著增加其硅含量(增幅14.0%～18.8%);而减氮配施生物炭大幅增加了水稻叶片硅累积,硅含量增幅达38.0%～63.3%,硅吸收量增幅达32.3%～49.9%,但进一步减少了水稻叶片氮含量。Pearson相关分析表明,成熟期水稻叶片硅含量与氮含量呈显著负相关,而硅吸收量与氮吸收量之间无相关关系。与N₁₀₀相比,减氮或减氮配施生物炭对土壤铵态氮和硝态氮的影响不大,却在一定程度上提高了土壤pH,减氮配施生物炭显著增加了土壤有机质和有效硅含量,增幅分别达28.8%～41.9%和21.1%～26.9%,且两者呈极显著正相关。此外,与N₁₀₀相比,减氮40%会降低水稻产量和籽粒结实率,而减氮20%和减氮配施生物炭不会影响水稻产量及产量性状。综上,适量减氮并配施秸秆生物炭在减少氮肥投入的同时,可提升土壤肥力和硅素供应,在双季稻生产中有一定的应用前景。

黄河流域适宜机采的短季棉密度和行距配置

李凤瑞, 赵文超, 张东楼, 董灵艳, 王汝明, 齐洪鑫, 张超, 张贵军, 杨秀凤, 史加亮

2023, 34(4):  1002-1008.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.012

摘要 ( 205 )   PDF (445KB) ( 113 )  

为确定黄河流域短季棉适宜机采的种植密度和行距配置,于2018—2019年在德州市科技园进行田间试验,采用裂区设计,以种植密度(低密度8.25万株·hm^-2和高密度11.25万株·hm^-2)为主区,行距配置(76 cm等行距、宽窄行66 cm+10 cm和60 cm等行距)为裂区,探讨了不同密度和行距配置对短季棉生长发育、冠层结构和籽棉产量及纤维品质的影响。结果表明: 盛铃期高密度处理的株高和叶面积指数(LAI)显著高于低密度,底层透光率显著低于低密度。76 cm等行距的株高显著高于60 cm等行距,宽窄行(66 cm+10 cm)的株高显著低于60 cm等行距;行距对LAI的影响在不同年份、密度及生育时期间存在差异,总体宽窄行(66 cm+10 cm)的LAI较高,且峰值后曲线下降平缓,在收获期高于两个等行距;底层透光率变化与LAI呈相反的规律。密度和行距配置及两者互作对籽棉产量及产量构成均有显著影响,两年均为宽窄行(66 cm+10 cm)产量最高(2018和2019年为3832和3235 kg·hm^-2),且高密度下宽窄行(66 cm+10 cm)产量更稳定。密度和行距配置对棉花纤维品质影响较小。综上,短季棉的最佳密度和行距配置模式为:11.25万株·hm^-2,宽窄行(66 cm+10 cm)。

大气NH₃浓度升高对不同施氮水平下小麦叶片光合特征和籽粒产量的影响

张鹏飞, 刘朋召, 王成龙, 邓明珠, 林延荣, 任小龙, 陈小莉

2023, 34(4):  1009-1014.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.017

摘要 ( 195 )   PDF (426KB) ( 33 )  

探讨大气NH₃浓度升高下施氮对小麦光合作用及生长情况的影响,可为高NH₃环境下作物的氮(N)肥管理提供指导。本研究采用开顶式气室装置,通过2020—2021和2021—2022年两年田间裂区试验,设置两个大气NH₃浓度(高NH₃浓度: 0.30～0.60 mg·m^-3, EAM; 空气背景NH₃浓度: 0.01～0.03 mg·m^-3, AM)和两个施氮水平(施氮: 240 kg·hm^-2,+N;不施氮: 0 kg·hm^-2,-N),研究了不同处理对小麦叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、叶绿素相对含量(SPAD值)、株高和籽粒产量的影响。结果表明: 在-N下,与AM相比,EAM显著提高了拔节期和孕穗期小麦叶片的P_n、g_s、SPAD值,两年分别平均增加24.6%、16.3%、21.9%和20.9%、37.1%、5.7%;在+N下,EAM显著降低了拔节期和孕穗期小麦叶片的P_n、g_s、SPAD值,两年分别平均减少10.8%、5.9%、3.6%和6.8%、18.9%、9.3%。大气NH₃浓度升高和施氮及其互作对小麦株高和籽粒产量存在显著影响,在-N下,与AM相比,EAM小麦株高和籽粒产量两年分别提高了4.5%和32.1%;在+N下,EAM小麦株高和籽粒产量两年分别降低了1.1%和8.5%。综上,不施氮条件下大气NH₃浓度升高对小麦叶片光合特征、株高和籽粒产量存在一定促进作用,而施氮条件下则表现出一定抑制作用。

南方山区典型小流域桉树人工林种植对水土流失的影响

舒成博, 沈影利, 刘刚, 张琼, 徐敬华, 郭珍

2023, 34(4):  1015-1023.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.021

摘要 ( 239 )   PDF (1944KB) ( 160 )  

南方山区人工林的不合理开发导致严重的水土流失。典型人工林小流域土壤侵蚀时空变化研究对于人工林种植和山区生态环境可持续发展具有重要意义。本研究利用地理信息系统结合修正通用土壤流失方程,分析了粤西山区大顶山小流域土壤侵蚀的时空变化及关键驱动机制。结果表明: 大顶山小流域侵蚀模数为1948.1 t·km^-2·a^-1,属于轻度侵蚀,但空间变异十分剧烈,变异系数为5.12,最大值可达191127 t·km^-2·a^-1。微度侵蚀(<500 t·km^-2·a^-1)面积占流域总面积的80.6%,中度及以上侵蚀(>2500 t·km^-2·a^-1)主要分布在植被覆盖度小于30%的桉树人工林幼林区,贡献了流域总侵蚀量的75.7%。2014—2019年间,大顶山小流域平均侵蚀年际变化不大,但土壤侵蚀空间分布变化较大,植被覆盖度、坡度和降雨是关键影响因素。桉树人工林种植导致自然植被破坏是引发造林区土壤侵蚀的首要原因。幼林区土壤侵蚀随坡度增加而显著增加,且极端降雨会使其加剧。随着桉树人工林林龄增长,土壤侵蚀又逐渐减少。该区土壤侵蚀关键部位为坡度大于25°的桉树人工林幼林区,土壤侵蚀治理关键期为造林后2～3年之内。本研究建议大于25°的陡坡区域应采用合理造林整地措施,同时避免破坏坡度大于35°区域的自然植被,并提高道路建设标准和加强林区管理,以应对极端降雨的挑战。

联合U-Net和分水岭算法的高郁闭度杉木纯林树冠信息提取

李睿, 孙钊, 谢运鸿, 李豪伟, 张运根, 孙玉军

2023, 34(4):  1024-1034.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.003

摘要 ( 267 )   PDF (6364KB) ( 99 )  

作为我国重要的用材树种,杉木广泛分布于我国南方地区,其株数和树冠信息对于森林资源的精准监测有重要作用,为此准确掌握杉木林分株数及单木树冠信息尤为重要。对于高郁闭度林分,株数和单木树冠信息正确提取的关键是能够准确分割相互遮挡和粘连的树冠。本研究以福建将乐国有林场为研究区,将无人机影像作为数据源,提出一种基于深度学习方法和分水岭算法的树冠信息提取方法:首先采用深度学习神经网络模型U-Net对杉木树冠覆盖区域进行分割,然后利用传统图像分割算法标记控制分水岭算法进行单木分割得到单木树冠;在保持相同训练集、验证集和测试集的情况下,首先对比U-Net模型与传统机器学习方法[随机森林模型(RF)和支持向量机模型(SVM)]在分割树冠覆盖区域上的表现,接着对比了U-Net模型结合标记控制分水岭算法和只使用标记控制分水岭算法进行单木分割的精度。结果表明: U-Net模型在分割精度、精确率、交互比、精确率与召回率的调和均值4个指标上均高于RF和SVM,与RF相比,4项指标分别提升4.6%、14.9%、7.6%、0.05,与SVM相比,4项指标分别提升3.3%、8.5%、8.1%、0.05。在提取单木株数方面,U-Net模型和标记控制分水岭算法相结合的方法较标记控制分水岭算法总体精度提升3.7%,平均绝对误差(MAE)下降3.1%。在提取单木树冠面积和冠幅方面,R²分别提升了0.11和0.09,均方根误差分别降低8.49 m²和4.27 m,MAE分别下降了2.93 m²和1.72 m。将深度学习U-Net模型与分水岭算法相结合能够在一定程度上克服高郁闭度杉木纯林单木株数及树冠信息难以提取的问题,是一种高效率、低成本的单木树冠提取方法,具有可行性和有效性,可为森林资源监测智能化的发展提供基础方法。

基于混合效应模型和分位数回归的长白落叶松枝下高模型构建

易达, 李凤日, 马爱云, 林富成, 郝元朔, 董利虎

2023, 34(4):  1035-1042.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.007

摘要 ( 220 )   PDF (1513KB) ( 35 )  

枝下高是反映树冠特征的重要指标,准确预测枝下高对森林的经营管理和提高林分生产具有重要意义。本研究采用非线性回归构建枝下高广义基础模型,再进一步扩展到混合效应模型和分位数回归模型,通过“留一法”检验对模型的预测能力进行评价和比较。此外,使用4种抽样设计和不同抽样大小对枝下高模型进行校正,选择最佳的模型校正方案。结果表明: 基于包含树高、胸径、林分每公顷断面积和优势木平均高的枝下高广义模型、扩展后的混合效应模型以及三分位数组合模型的预测精度均显著提高,混合效应模型略优于三分位数组合模型,最佳抽样校正方案为抽5株平均木。因此,推荐在实践应用中使用混合效应模型,抽5株样地平均木校正预测枝下高。

基于激光雷达与高光谱的荒漠绿洲农田防护林衰退程度评估

杨玉丽, 肖辉杰, 辛智鸣, 范光鹏, 李俊然, 贾肖肖, 汪立韬

2023, 34(4):  1043-1050.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.026

摘要 ( 268 )   PDF (2025KB) ( 72 )  

为准确检测荒漠绿洲区农田防护林带衰退和健康状况,本研究以乌兰布和荒漠绿洲新疆杨林带和小美旱杨林带为对象,使用机载高光谱与地基式激光雷达分别采集整体林带的高光谱影像和点云数据,通过相关性分析、逐步回归分析筛选的光谱微分值、植被指数、林木结构参数为自变量,以实地调查的林木冠层枯枝指数为因变量,构建农田防护林衰退程度评估模型,并对模型进行精度检验。结果表明: 采用激光雷达方法对新疆杨和小美旱杨衰退程度的评估精度优于高光谱方法,激光雷达和高光谱相结合方法的评估精度最高。分别采用激光雷达方法、高光谱方法、两者结合方法,新疆杨最优模型均为轻量级梯度提升模型,总体分类准确度分别为0.75、0.68、0.80,Kappa系数分别为0.58、0.43、0.66;小美旱杨最优模型分别为随机森林模型、随机森林模型、多层感知机模型,总体分类准确度分别为0.76、0.62、0.81,Kappa系数分别为0.60、0.34、0.71。本研究方法可对人工林衰退状况进行精确的清查和监测。

清江流域生态系统服务权衡时空效应及驱动因素

张自正, 张蕾, 孙桂英, 刘俊祥

2023, 34(4):  1051-1062.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.022

摘要 ( 258 )   PDF (9942KB) ( 62 )  

识别流域生态系统服务权衡协同关系的时空分异特征及其影响因素,是生态系统管理和调控的重要基础,对高效配置环境资源和合理制定生态环境政策具有重要意义。本研究运用相关性分析、均方根偏差等方法分析清江流域2000—2020年粮食供给、净初级生产力(NPP)、土壤保持和产水服务间的权衡协同关系,并采用地理探测器分析影响生态系统服务权衡的决定因素。结果表明: 2000—2020年,清江流域粮食供给服务呈下降趋势,NPP、土壤保持和产水服务呈递增态势;粮食供给与土壤保持服务、NPP与产水服务间权衡强度呈下降趋势,其他服务间权衡强度均呈增加趋势。粮食供给与NPP、土壤保持、产水服务间呈现东北权衡、西南协同的格局;NPP与土壤保持、产水服务在中部为协同关系、四周为权衡关系;土壤保持与产水服务表现为高度协同。土地利用和归一化植被指数为粮食供给与其他生态系统服务间权衡强度的主导因素,降水、气温和高程为产水服务与其他生态系统服务间权衡强度的主导因素,生态系统服务间权衡强度并非受单一因素的影响,两种服务间的相互作用或共同影响因素的驱动是其决定因素。研究结果可为国土空间生态修复规划策略的制定提供参考。

疏勒河流域生态安全网络构建及优化

金银丽, 周冬梅, 周凡, 杨静, 朱小燕, 马静, 张军

2023, 34(4):  1063-1072.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.020

摘要 ( 246 )   PDF (3518KB) ( 73 )  

生态安全网络构建与优化是保障区域生态安全、实现可持续发展的有效途径。基于形态学空间格局分析法和电路理论等方法构建疏勒河流域生态安全网络,采用PLUS模型模拟2030年土地利用变化,探索当前生态保护方向,并提出合理优化策略。结果表明: 疏勒河流域生态源地共计20个,总面积15774.08 km²,约占研究区总面积的12.3%,主要分布在研究区南部。共提取37条潜在生态廊道,其中,重要生态廊道22条,整体呈纵向分布的空间特征。识别生态夹点19处,生态障碍点17处。预测到2030年,建设用地扩张将不断挤压生态空间,明确6处生态保护空间预警点,有效规避了生态保护与经济发展间的冲突。优化后新增生态源地14个、规划踏脚石17个,生态安全网络闭合度指数、线点率和连接度指数较优化前分别提升18.3%、15.5%和8.2%,形成结构稳定的生态安全网络。研究结果可为生态安全网络优化与生态修复等事件提供科学依据。

基于MSPA-Conefor-MCR的县域尺度生态网络构建——以延庆区为例

杜箫宇, 吕飞南, 王春雨, 宇振荣

2023, 34(4):  1073-1082.  doi:10.13287/j.1001-9332.202303.023

摘要 ( 318 )   PDF (2824KB) ( 205 )  

城镇化进程的加速与自然灾害的频发导致生境破碎化加剧,生态连通性降低,进而导致乡镇可持续发展受阻。构建生态网络是近年来国土空间规划中的重点方向,通过加强源地保护、廊道建设和生态管控,能够有效缓解区域生态与经济发展不平衡的矛盾,促进生物多样性提升。本研究以延庆区为例,通过形态学空间格局分析、连通性分析和最小累积阻力模型等方法综合构建生态网络,从县域角度分析各网络要素,为乡镇发展提供建议。结果表明: 构建的延庆区生态网络整体呈现出“一山一川”分布特点。识别生态源地12个,面积为1085.54 km²,占比达到54.4%。筛选生态廊道66条,总长度1057.18 km,包括21条重要廊道和45条一般廊道,长度占比分别为32.6%和67.4%。识别出一级生态节点27个,二级生态节点86个,在千家店镇、珍珠泉乡等山区乡镇集中分布。不同乡镇的生态网络分布与其地理环境和发展定位有密切联系:千家店镇和珍珠泉乡等位于“山区”,覆盖生态源地和生态廊道广泛,加强源地保护是网络构建的重点,促进乡镇生态与旅游协同发展;刘斌堡乡和张山营镇等位于“山区-川区”衔接处,以强化廊道连通性作为主要方向,推动乡镇生态景观建设;延庆镇和康庄镇等位于“川区”,生态源地和廊道缺乏,景观破碎化严重,可通过增加生态节点与加强生态修复,打造绿色宜居小镇。本研究丰富了县域尺度生态网络构建,探讨与国土空间规划的衔接,加强生态修复与生态管控,对促进乡镇可持续发展与多尺度生态网络建设具有一定的参考价值。

基于绿视率的武汉市绿地公平性评价

刘畅, 王一婷, 郭晓华, 王梁飞

2023, 34(4):  1083-1090.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.025

摘要 ( 302 )   PDF (2743KB) ( 109 )  

绿地是一种资源福祉,基于绿视率的绿地公平性评价对保证绿色资源的公平分配具有重要意义。以武汉市中心城区为研究对象,基于百度街景地图、百度热力图、卫星遥感影像等多源数据,利用区位熵、基尼系数以及洛伦兹曲线,对武汉市绿视率空间分布公平性进行评价。结果表明: 武汉市中心城区绿视率水平在较差以下的点位数量共占87.6%,主要集中在青山区武汉钢铁工业基地以及严东湖以南;达到很好水平的点位数量最少,只有0.4%,主要集中在东湖周边。武汉市中心城区总体绿视率基尼系数为0.49,绿视率分配差异较大,比较不公平。其中,洪山区基尼系数最大,为0.64,绿视率资源分配差距悬殊,江汉区基尼系数最小,为0.47,分配差距较大。武汉市中心城区低熵值区域最多,达29.7%,高熵值区域最少,达15.4%;洪山区、青山区、武昌区内部熵值分配高、低两极明显。用地性质和线性绿化作用是影响研究区绿地公平性的主要因素。研究结果可为优化城市绿地布局提供一定的理论基础和规划参考。

1961—2020年松花江流域极端气候指数的时空变化特征

于水, 张晓龙, 刘志娟, 王妍, 沈彦军

2023, 34(4):  1091-1101.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.024

摘要 ( 280 )   PDF (10621KB) ( 63 )  

研究气候变化和极端气候对保障松花江流域的粮食安全和社会经济发展具有重要意义。基于松花江流域及其附近69个气象站点的1961—2020年逐日降水量、最高气温和最低气温数据,采用世界气象组织推荐的27个极端气候指数,利用一元线性回归模型和Mann-Kendall趋势检验以及普通克里金插值分析松花江流域极端温度和降水的时空变化特征。结果表明: 1961—2020年,研究区极端冷指数中除了冷日持续时间外,其余均呈下降趋势,而极端暖指数、极值指数及其他温度指数呈上升趋势,且最低气温的上升趋势大于最高气温。结冰日数和冷日持续时间及暖日持续时间呈现出自南向北递增的趋势,而日最高气温极低值和日最低气温极低值则呈现相反的空间特征。夏日日数和热夜日数的高值区主要分布在西南部,而冷昼日数、暖夜日数、暖昼日数的空间变化不明显。整体上,除了冷日持续时间外,其他的极端冷指数在松花江流域北部和西部下降趋势较快;而暖指数中的夏日日数、暖夜日数、暖昼日数、暖日持续时间在北部和西部的上升速度较快,热夜日数在西南部上升速度最快;极值指数中,温度的极大值在西北部上升最快,而极小值在东北部上升最快。除了持续干燥日外,其余的降水指数均呈上升趋势,并且上升最快的区域主要分布在嫩江流域中北部,而嫩江流域南部部分地区呈现变干趋势。强降水天数、特大降水天数、最强降水天数、持续湿润日、强降水量、极强降水量、年降水量大致呈现出从东南向西北逐渐递减的空间格局。整体上,松花江流域在不断增暖变湿,但不同地区之间存在一定差异,特别是嫩江流域的北部和南部差异比较明显。

黄河流域大型天然湖泊面积与岸线形态的时空动态

瞿植, 罗漫雅, 赵永华, 杨舒媛, 韩磊, 穆琪

2023, 34(4):  1102-1108.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.019

摘要 ( 282 )   PDF (1522KB) ( 163 )  

天然湖泊对黄河流域的河道流量具有重要的调蓄功能,对区域生态环境、生态系统服务具有重要作用,是黄河流域生态保护和高质量发展的重要保障。本研究采用Landsat TM/OLI遥感影像,研究了1990—2020年黄河流域内东平湖、扎陵湖、鄂陵湖3个具有代表性的大型天然湖泊的面积变化,并采用景观生态学方法,分析岸线、岸带的形态特征变化,以及各景观指标间的关系。结果表明: 扎陵湖和鄂陵湖的湖泊主体面积主要呈扩张趋势,而东平湖主体面积在1990—2000、2010—2020年间明显收缩,3个湖泊的面积变化均主要位于河流入湖口附近。东平湖岸线形态较复杂,其湖岸带景观的破碎程度和聚集程度发生显著变化;扎陵湖的岸线近圆率随着湖泊面积的扩张呈逐渐下降趋势,其湖岸带斑块数量变化明显;鄂陵湖的湖岸带景观分维数均值相对较高,其湖岸带景观的复杂性较强,并且2000—2010年间的湖岸斑块数量显著增长。同时,存在某些湖泊岸线及岸带景观指数显著相关的现象,湖泊近圆率、岸线发育系数的变化显著引起了岸带斑块密度的变化。

木麻黄根瘤内生弗兰克氏菌的反硝化作用

陈惠, 朱成, 林红莲, 马红亮, 尹云锋, 高人

2023, 34(4):  1109-1116.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.005

摘要 ( 159 )   PDF (996KB) ( 30 )  

为了解非豆科植物共生固氮菌弗兰克氏菌的反硝化作用特点以及作为N₂O源汇的能力,采用切片法分离并纯培养木麻黄根瘤内生弗兰克氏菌,探究NO₃^-添加下弗兰克氏菌的反硝化作用过程。结果表明:在厌氧培养条件下添加NO₃^-后,NO₃^-浓度随时间的增加而降低,26 h后趋于平稳;而NO₂^-和N₂O的浓度随着时间的增加先升高后降低。在培养第26、54和98小时均检测到关键反硝化基因和固氮酶基因。基因之间的丰度差异显著,且随时间的变化不同步。冗余分析表明,以NO₃^-、NO₂^-和N₂O浓度为解释变量,前2个排序轴总共解释了反硝化及固氮酶基因丰度总变异的81.9%。弗兰克氏菌在厌氧条件下具有反硝化作用,检测到系列反硝化基因,包括N₂O还原酶基因(nosZ),表明该弗兰克氏菌具备完全的反硝化途径,具有还原吸收N₂O的能力。

青藏高原草枯期植物群落与海拔对西藏马鹿食物组成的影响

魏楷丽, 梁晓平, 于晶晶, 王琳, 周良俊, 吕忠海, 张明海, 张玮琪

2023, 34(4):  1117-1122.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.028

摘要 ( 194 )   PDF (1259KB) ( 145 )  

西藏马鹿如何适应草枯期高海拔环境是其维持营养摄入所面临的挑战之一。深入研究草枯期植物群落随海拔变化规律以及二者变化如何影响西藏马鹿食物组成是开展高原生态系统野生大型有蹄类营养生态学研究的重要基础。本研究以西藏山南地区桑日县西藏马鹿种群为对象,于2021年3月和2022年3月青藏高原草枯期,对西藏马鹿种群出现点的海拔、植物群落和采食痕迹开展野外调查,通过去趋势对应分析和典范对应分析分别研究植物群落随海拔变化的特点和西藏马鹿食物组成随海拔变化的规律。结果表明: 西藏马鹿草枯期食物组成主要包括褐背柳、腺果大叶蔷薇和小叶金露梅等,其中褐背柳的采食比例超过50%,为草枯期西藏马鹿重要食物来源;在低海拔区域(4100～4300 m),植物群落主要包括变色锦鸡儿、腺果大叶蔷薇和西藏沙棘等,西藏马鹿主要以腺果大叶蔷薇、变色锦鸡儿和藏沙蒿为食物;在高海拔区域(4300～4600 m),植物群落由雪层杜鹃、草莓花杜鹃和窄叶鲜卑花等组成,西藏马鹿主要以褐背柳、毛坡柳、康藏嵩草等为食物。西藏马鹿在不同海拔均以植物群落优势种为主要食物,表明植物群落组成随海拔的变化直接影响西藏马鹿的食物组成,即西藏马鹿随海拔变化具有不同的食物组成模式。

作物秸秆水解条件优化及其对小球藻培养的影响

李瑞春, 季春丽, 苏胜, 崔红利, 张春辉, 薛金爱, 孙希平, 李润植

2023, 34(4):  1123-1129.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.029

摘要 ( 209 )   PDF (2025KB) ( 29 )  

以小麦、玉米、谷子秸秆为原料,使用碱性双氧水对其进行预处理后再添加纤维素酶和木聚糖酶进行水解,以水解液中总糖含量为指标,评估水解效果并进行条件优化。将3种作物秸秆水解液作为有机碳源,探究其用于培养小球藻的效果。结果表明: 3种作物秸秆最佳水解条件为固液比1∶15、温度30 ℃、处理时间12 h。在此条件下,玉米、谷子和小麦秸秆水解液总糖含量分别达1.677、1.412和1.211 g·L^-1。采用3种作物秸秆水解液培养小球藻,可显著提高小球藻的生物量和油脂含量。其中,玉米秸秆水解液效果最佳,小球藻生物量和油脂含量分别达到1.801 g·L^-1和30.1%。表明利用作物秸秆水解液为碳源,可显著提高小球藻的生物量并促进油脂富集。研究结果为秸秆木质纤维素原料的高效转化利用奠定了基础,为农业废弃物资源化利用提供了新思路,也为利用秸秆水解液高效培养小球藻提供了理论依据。

中街山列岛海域三种恋礁性鱼类的营养生态位及潜在碳源

刘明智, 杨凡, 蒋日进, 印瑞, 王静, 肖祎, 凌婷, 朱帅麟

2023, 34(4):  1130-1136.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.014

摘要 ( 228 )   PDF (965KB) ( 110 )  

为明确中街山列岛重要恋礁性鱼类的营养关系,本研究以中街山列岛的3种典型恋礁性鱼类条石鲷、褐菖鲉和星康吉鳗为对象,利用碳、氮稳定同位素技术分析了其在2020年夏季的营养生态位,并计算主要碳源(大型海藻、浮游植物、悬浮颗粒有机物、底质有机物)的贡献值。结果表明: 1)条石鲷、褐菖鲉和星康吉鳗的δ¹³C值范围在-21.44‰～-15.21‰,平均值为(-16.85±1.12)‰;δ¹⁵N值范围在8.32‰～10.96‰,平均值为(9.69±0.66)‰,三者之间的碳氮稳定同位素均有显著性差异;2)条石鲷和褐菖鲉的营养生态位重叠很小,说明其种间竞争并不激烈,而条石鲷和褐菖鲉与星康吉鳗之间均不存在生态位重叠,说明它们之间的摄食种类有所分化;3)星康吉鳗的生态位总面积、校正核心生态位面积和食物来源多样性均最大,表明星康吉鳗的食性泛化,食物来源更为丰富;4)以厚壳贻贝作为基线生物,星康吉鳗的营养级最大,为3.38,其次是褐菖鲉,为3.09,条石鲷的营养级最小,为3.00;5)稳定同位素混合模型(SIAR)显示,悬浮颗粒有机物是三者的主要碳源,贡献率分别为57.4%、57.9%和92.0%,此外,底质有机质对条石鲷和褐菖鲉的贡献率也较高,分别为21.5%和33.9%。本研究可为了解该生态系统营养结构以及构建中街山列岛海洋食物网提供基础资料和参考数据。

基于Delta-GAMMs模型研究海州湾5种关键饵料生物被摄食的影响因素

高铭伟, 董秀强, 张崇良, 徐宾铎, 纪毓鹏, 任一平, 薛莹

2023, 34(4):  1137-1145.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.030

摘要 ( 209 )   PDF (2174KB) ( 111 )  

海洋生态系统的营养动力学是决定渔业生产力的主要因素,也是实施基于生态系统的渔业管理的重要基础。为了评估生物因子和非生物因子对海州湾5种关键饵料生物被摄食的影响,本研究基于2011和2018年秋季在海州湾及其邻近海域进行的渔业资源底拖网调查和胃含物分析数据,构建了Delta-GAMMs模型,选择细螯虾、日本鼓虾、枪乌贼、小黄鱼和口虾蛄5种关键饵料生物作为研究对象,基于出现频率百分比和捕食压力指数筛选其主要捕食者,基于方差膨胀因子和全子集回归筛选影响5种关键饵料生物被摄食的关键因子。结果表明: 5种关键饵料生物在捕食者食物中的出现频率范围为8.5%～42.2%,重量百分比范围为4.2%～40.9%。Delta-GAMMs二项模型和正态模型的平均偏差解释率分别为16.1%和23.8%。捕食者体长、捕食者种群密度和底层水温是影响饵料生物-捕食者相互作用的重要因素。其中,捕食者体长是最重要的影响因素,关键饵料生物的被摄食率和被摄食量均随捕食者体长的增加呈上升趋势,关键饵料生物的被摄食率和被摄食量随着捕食者种群密度的增加而下降。此外,底层水温、水深、纬度和底层盐度等环境因素对种间营养关系的影响,因饵料生物-捕食者组合的不同而呈现不同的趋势。研究表明,Delta-GAMMs模型是探究海洋生态系统饵料生物与捕食者相互作用的有效方法,能够为渔业资源养护和可持续利用提供理论依据。

综合评述

中国北方海星暴发灾害研究进展和展望

王玉, 顾炎斌, 郭皓, 曹林泉, 金媛

2023, 34(4):  1146-1152.  doi:10.13287/j.1001-9332.202304.031

摘要 ( 363 )   PDF (1222KB) ( 191 )  

近年来,我国北方养殖海域频繁遭受海星的侵袭,造成了巨大的经济损失,其中主要的海星种类为多棘海盘车和海燕。本文对相关文献进行了系统梳理,介绍了多棘海盘车和海燕的生物学特征、主要危害对象和暴发灾害现状,探讨了我国北方海星种群暴发的原因、形成过程及扩散迁移模式,认为早期生活史阶段是海星种群暴发的驱动阶段,幼虫成活率的提高是导致种群暴发的关键,种群连通性是揭示海星种群来源和扩散的重要线索。在此基础上提出了目前亟待解决的科学和技术问题,包括海星暴发阈值的确定、种群溯源、监测预警以及防治技术等。本文旨在为我国北方海星暴发机制相关研究提供思路,为海星暴发灾害防治策略的制定提供理论支持。