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    2023年 第34卷 第11期    刊出日期:2023-11-15
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    第34卷第11期目录
    2023, 34(11):  0-0. 
    摘要 ( 247 )   PDF (16105KB) ( 13 )  
    油松和刺槐纯林及混交林根系分布特征
    郭钰, 姚佳峰, 董媛, 闫珏, 杨南, 冯泳翰, 魏曦, 梁文俊
    2023, 34(11):  2881-2888.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.008
    摘要 ( 527 )   PDF (2816KB) ( 49 )  
    以山西吉县蔡家川小流域人工油松林、刺槐林及油松×刺槐混交林为对象,分析不同林型下油松和刺槐根生物量密度、根长密度、根表面积密度的垂直分布特征及其与土壤理化性质的关系。结果表明:与纯林相比,混交林中油松、刺槐的总根生物量密度提高75%以上;油松根系主要分布于浅层(0~40 cm),刺槐根系集中在较深层次(40~80 cm)。在不同径级的根系中以细根为主,细根的根长密度及根表面积密度表现为混交林中刺槐>混交林中油松>刺槐纯林>油松纯林,细根的根生物量密度表现为混交林中油松>混交林中刺槐>油松纯林>刺槐纯林;在垂直剖面上,油松纯林、刺槐纯林及混交林中油松、混交林中刺槐的总根生物量、细根生物量、根长密度和根表面积密度均随土层深度增加而减少。不同林型下油松、刺槐的细根根长密度、根生物量密度和总根长密度与土壤全氮、有机碳及含水量呈显著正相关,总根表面积密度与土壤有机碳、含水量及全氮呈显著正相关。油松和刺槐纯林及混交林的根系分布呈现出不同的规律,与纯林相比,混交林的根系生物量及其土壤养分、水分含量更高。
    宁南山区人工混交林叶片-凋落物-细根生态化学计量特征
    李欣阳, 张娟娟, 周建云, 陈萌, 李明, 张旭, 赵妍, 曹扬
    2023, 34(11):  2889-2897.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.009
    摘要 ( 292 )   PDF (2781KB) ( 20 )  
    宁夏南部山区是黄土高原的典型代表区域,其生态环境极其脆弱。退耕还林还草工程营造的大面积纯林出现可利用养分不足、生物多样性下降等问题,而营造混交林被认为是提高人工林生态效益的有效途径。本研究以宁南山区刺槐+云杉混交林、刺槐+山杏混交林、刺槐纯林、山杏纯林为对象,基于植物生态化学计量学理论与方法,通过测定植物叶片、凋落物和细根的C、N、P含量,揭示不同人工林的养分循环特征。结果表明: 4种林型中各树种的叶片生态化学计量特征具有显著差异,刺槐+云杉混交林中云杉叶片C含量最高,刺槐+山杏混交林中刺槐叶片N、P含量最高,混交林中刺槐和山杏叶片N含量显著高于各自纯林。刺槐纯林与其混交林之间的凋落物量以及凋落物C、N、P含量及化学计量比均无显著差异;山杏纯林凋落物量显著高于混交林,而凋落物C含量显著低于混交林。4种林型的细根生物量均随土层深度增加而下降,其中,刺槐+山杏混交林的总细根生物量最高,刺槐+山杏混交林的细根N含量和N∶P值高于刺槐纯林和山杏纯林。刺槐+山杏混交林叶片与细根间N含量呈显著负相关;刺槐+云杉混交林叶片与凋落物间N含量呈显著负相关,叶片与细根间P含量呈显著正相关;山杏纯林凋落物与细根间P含量呈显著负相关。宁南山区混交林养分模式优于纯林,刺槐+山杏的混交造林模式最佳,混交造林在一定程度上降低了元素对植物生长的限制作用。
    亚热带人工幼林土壤呼吸与植物功能性状的关系
    张恒, 贾辉, 崔莹莹, 何露露, 肖好燕, 邹秉章, 王思荣, 万晓华
    2023, 34(11):  2898-2906.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.005
    摘要 ( 267 )   PDF (1392KB) ( 18 )  
    土壤呼吸是森林生物地球化学循环的关键过程,探究植物功能性状与土壤呼吸的关系有助于了解森林树种转换对土壤碳循环的影响。本文选取在二代杉木林采伐迹地营造的亚热带15个常见树种,测定土壤CO2排放通量、土壤理化性质,以及各树种的叶片和根系功能性状,探讨植物功能性状对土壤呼吸的影响。结果表明: 各树种土壤CO2排放年通量在7.93~22.52 Mg CO2·hm-2,其中米槠的土壤CO2排放年通量最高(22.52 Mg CO2·hm-2),南方红豆杉最低(7.93 Mg CO2·hm-2)。逐步回归分析显示,土壤CO2排放年通量随着叶氮含量和细根直径的增加而降低,随叶片非结构性碳水化合物增大而提高。结构方程模型中,植物叶片非结构性碳水化合物对土壤CO2排放通量具有直接的、显著的正效应,而植物叶片氮含量和细根直径则通过显著降低土壤pH值和可溶性有机氮含量等对土壤CO2排放通量产生负效应。不同树种人工林利用与水分、养分获取相关的功能性状直接或间接通过土壤特性影响土壤碳排放。在营造人工林时,可以参考植物功能性状-生态系统功能的关系来选择树种,以期提高林地生产力和土壤固碳潜力。
    三种针叶树种节子属性通用方程的构建
    李泽霖, 贾炜玮, 郭昊天, 敖子琦, 赵阳
    2023, 34(11):  2907-2918.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.001
    摘要 ( 125 )   PDF (1520KB) ( 11 )  
    以2020年在黑龙江省林口林业局与孟家岗林场选取的3种典型针叶树种红松、长白落叶松、樟子松为研究对象,对节子直径、疏松节长度、健全节长度3种属性构建基础模型、哑变量模型和混合模型,分析不同树种节子属性的差异,简化模型的建模工作。首先通过剖析法收集相关节子属性数据,结合相关文献,转换模型形式以及替换相关变量,构建基础模型;将树种作为定性因子,转化为哑变量,引入基础模型中,构建相关属性的哑变量模型;在构建混合模型时,引入样木与样地水平的随机效应,通过比较赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)等评价指标,选出拟合效果最佳的混合模型。之后对基础模型、哑变量模型、混合模型的拟合精度进行对比,选出最优的通用方程。结果表明: 3种模型中,哑变量模型与混合模型的拟合精度均大于基础模型。AIC、BIC等评价指标显示,混合模型对节子属性的拟合效果优于哑变量模型。模型对比结果中,健全节长度、疏松节长度、节子直径混合模型的R2相较于基础模型分别提升了13.2%、84.8%、40.3%。不同树种3种节子属性基础模型的预测精度均大于90%,哑变量模型与混合模型的预测精度均在94%以上,说明构建的模型能够对节子相关属性进行较好的预测。3个树种健全节长度、节子直径、疏松节长度大小均为樟子松>红松>长白落叶松。哑变量模型与混合模型的拟合结果较基础模型更佳,精度更高。
    2000—2020年赣南植被覆盖时空变化特征及驱动因素
    刘冬冬, 潘萍, 付佳, 欧阳勋志
    2023, 34(11):  2919-2928.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.023
    摘要 ( 228 )   PDF (4154KB) ( 25 )  
    植被在水、碳循环和能量流动中起着重要作用,是调节陆地碳平衡和反映气候变化、人类活动的重要指标。本研究采用Mann-Kendall检验、Theil-Sen Median分析、Hurst指数和变异系数等方法分析2000—2020年赣南生长季植被归一化植被指数(NDVI)的时空变化,用地理探测器综合分析气候、地形、土壤和人为因子等对植被NDVI空间分异的影响。结果表明: 2000—2020年,植被NDVI以0.003·a-1的速率波动上升。高等级和中高等级植被NDVI面积占比分别为55.8%和41.9%,低波动变化和较低波动变化的区域面积占比为92.3%。植被NDVI极显著改善和显著改善面积占比分别为40.4%、19.4%,极显著退化和显著退化面积总占比仅为2.2%,持续改善和未来改善面积占比分别为28.0%和60.2%。高程、降水量、相对湿度、温度、地貌类型、土地利用类型、人口密度和夜间灯光指数为研究区植被NDVI的主要影响因子,其次是坡度、土壤类型和GDP,坡向和植被类型为间接影响因子。研究期间,赣南植被NDVI整体上稳定性较好,未来植被变化趋势以改善为主,人为因子中土地利用类型、人口密度和夜间灯光指数对植被NDVI的影响整体呈上升趋势。
    基于核温度植被干旱指数的内蒙古植被生长季生态干旱监测
    赵家培, 郭恩亮, 王永芳, 康尧, 顾锡羚
    2023, 34(11):  2929-2937.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.024
    摘要 ( 132 )   PDF (3408KB) ( 19 )  
    生态干旱监测对区域生态系统水资源状况评估和保护十分重要。本研究以内蒙古为研究区,使用核归一化植被指数(kNDVI)改进温度植被干旱指数(TVDI),构建了一种新的生态干旱指数——核温度植被干旱指数(kTVDI),基于此,利用分段线性回归模型、Sen趋势分析(Theil-Sen median)、曼-肯德尔检验(Mann-Kendall)和赫斯特指数(Hurst)等方法分析2000—2022年间内蒙古生态干旱的时空分布特征和未来变化趋势。结果表明: 相较于TVDI, kTVDI的生态干旱监测能力更强;2000—2022年间,内蒙古植被生长季kTVDI呈下降趋势,但变化不显著,在2016年发生突变,突变后的湿润趋势更为明显;研究期间,内蒙古23.6%地区的生态干旱呈加剧趋势,46.5%地区的生态干旱缓解;未来,生态干旱在内蒙古东部地区存在加剧、在中西部地区存在缓解的可能。
    三星堆遗址城墙不同维护措施下草本植物群落组成、生态位及稳定性特征
    钟欣艺, 赵凡, 姚雪, 吴雨茹, 许银, 鱼舜尧, 林静芸, 郝建锋
    2023, 34(11):  2938-2946.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.007
    摘要 ( 153 )   PDF (2219KB) ( 21 )  
    为了解三星堆遗址城墙植被分布特征和恢复现状,以三星堆遗址城墙5种典型群落为研究对象,采用生态位理论与改进的贡献定律法探讨不同维护措施(自然更新、种植、弃耕、灌木去除、修剪)下草本植物群落的稳定性及生态位特征。结果表明: 研究区共记录草本植物87种,隶属于31科73属,以菊科及禾本科植物占优,多年生草本植物居多。不同维护措施下主要草本植物生态位宽度存在差异,自然更新和灌木去除措施下一年生草本植物生态位宽度值较高,种植、弃耕和修剪措施下多年生草本植物生态位宽度值较高。自然更新、灌木去除、修剪措施下草本植物的生态位重叠和相似性较高,种植措施下最小。重要值与生态位宽度呈显著正相关但排序并非完全一致;生态位宽度较大的物种产生生态位重叠的概率较大,生态位相似性较高。M-Godron稳定性结果表明,灌木去除和修剪措施与自然更新下群落稳定性相似,弃耕和种植措施下群落稳定性较差。综上,结合遗址城墙的植被特点和保护要求,建议实行以自然更新为主的原生境保护措施,必要时辅以科学的人工维护(灌木去除、修剪等),实现物种的合理配置,促进三星堆遗址城墙植被的可持续发展和原生态展现。
    外源褪黑素对干旱胁迫下沙芦草幼苗生长和生理特性的影响
    王晶, 伏兵哲, 李淑霞, 王星, 宋文学, 叶雨浓, 胡鹏飞, 王通锐
    2023, 34(11):  2947-2957.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.004
    摘要 ( 155 )   PDF (3643KB) ( 13 )  
    为明确外源褪黑素对沙芦草干旱胁迫的缓解效应,以‘盐池’沙芦草为试材,采用聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫,研究沙芦草幼苗对干旱胁迫的响应以及外源添加不同浓度(0、1、10、50、100、150和200 mg·L-1)褪黑素对干旱胁迫下沙芦草幼苗生长和生理特性的影响。结果表明: 干旱胁迫显著抑制沙芦草幼苗的生长,而外源添加不同浓度的褪黑素均能够缓解干旱胁迫引起的沙芦草幼苗生长抑制,并且当褪黑素浓度为100 mg·L-1时缓解效果最显著。与单独干旱胁迫处理相比,在干旱胁迫下外源添加100 mg·L-1褪黑素后沙芦草幼苗株高、地上干重和叶片相对含水量分别增加58.2%、121.2%和48.1%,叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别增加48.7%、80.8%和38.3%,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和根系活力分别增加12.6%、33.9%和39.1%,抗坏血酸和谷胱甘肽含量分别增加19.5%和18.3%,脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量分别提高16.2%、32.6%和14.3%,而丙二醛、过氧化氢和超氧阴离子含量分别降低45.8%、65.8%和30.8%。综上,外源添加100 mg·L-1 褪黑素能够显著促进沙芦草幼苗生长,增强抗氧化能力,增加渗透调节物质含量,抑制干旱胁迫下沙芦草植株体内活性氧的过度产生,降低膜质过氧化水平,从而提高沙芦草幼苗的耐旱性。
    甲烷排放部分抵消湿地生态系统碳汇功能:全球数据分析
    展鹏飞, 仝川
    2023, 34(11):  2958-2968.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.006
    摘要 ( 170 )   PDF (3761KB) ( 24 )  
    湿地生态系统是吸收全球大气二氧化碳(CO2)的汇,同时土壤厌氧环境造成其是大气甲烷(CH4)的源。尽管有证据表明,湿地生态系统CH4排放部分抵消其对大气CO2的净吸收,但目前未见全球尺度湿地CH4排放对其净生态系统CO2交换(NEE)抵消效应的研究。本研究分析了全球内陆湿地(泥炭湿地和非泥炭湿地)以及滨海湿地(海草床、盐沼和红树林)中同时测定湿地NEE和CH4排放通量的数据。结果表明: 各类型湿地生态系统均为大气CO2的汇,NEE值排序为红树林(-2011.0 g CO2·m-2·a-1)<盐沼(-1636.6 g CO2·m-2·a-1)<非泥炭地(-870.8 g CO2·m-2·a-1)<泥炭地(-510.7 g CO2·m-2·a-1)<海草床(-61.6 g CO2·m-2·a-1)。基于100年尺度CH4全球变暖潜势将CH4排放通量转换成CO2当量通量(CO2-eq flux)发现,CH4排放分别抵消海草床、盐沼、红树林、非泥炭地和泥炭地生态系统净CO2吸收的19.4%、14.0%、36.1%、64.9%和60.1%,而在未来20年尺度上,它们分别抵消CO2吸收的57.3%、41.4%、107.0%、192.0%和177.3%,部分红树林、泥炭地和非泥炭地是净CO2当量源。100年尺度各类湿地生态系统净温室气体平衡仍为负值,说明即使考虑CH4排放,在100年尺度各类湿地生态系统仍为碳汇。明晰湿地生态系统CH4排放主要调控机制并提出合理的减排对策,对于维系湿地生态系统碳汇功能,减缓气候变暖至关重要。
    生物炭对滨海盐碱土氮素转化和N2O排放的影响
    项剑, 孙禧, 王成, 扎西央宗, 史文竹, 王艮梅, 张焕朝
    2023, 34(11):  2969-2977.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.014
    摘要 ( 148 )   PDF (1944KB) ( 14 )  
    生物炭在土壤培肥改良中的应用有助于农业可持续发展和碳中和目标的实现。为更好地了解生物炭对滨海盐碱土氮素转化和N2O排放的影响及其潜在机制,本研究按等氮原则,以仅添加硫酸铵(N 150 mg·kg-1,下同)为对照,设置5个处理,即硫酸铵+0.4%生物炭处理(W/W,下同)、硫酸铵+0.6%生物炭处理、硫酸铵+0.8%生物炭处理、硫酸铵+1.6%生物炭处理、硫酸铵+0.2%生物炭+0.2%有机肥处理,进行室内培养试验(60 d)。结果表明: 生物炭对土壤氮素转化的影响主要在培养前期,与对照相比,添加生物炭显著增加了滨海盐碱土的硝态氮和铵态氮含量;生物炭显著提高了土壤净硝化速率,且净硝化速率随生物炭添加量的增加而减小;各处理土壤N2O排放的动态变化趋势基本一致,且主要集中在培养前30 d;与对照相比,生物炭添加显著降低了N2O累积排放量,且降幅随添加量的增加而增大。可见,不同添加量生物炭与氮肥配施对土壤氮转化速率和N2O排放的影响不同,其中,0.8%生物炭处理不仅能显著提高土壤无机氮含量,而且能有效降低土壤N2O排放,可作为生物炭改良与培肥滨海盐碱土的最佳剂量。
    江苏中部潮滩湿地土壤有机碳分布特征及影响因子
    龚政, 文天翼, 靳闯, 赵堃, 苏敏
    2023, 34(11):  2978-2984.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.030
    摘要 ( 170 )   PDF (1941KB) ( 20 )  
    以江苏省盐城市川东河口南侧潮滩湿地为研究对象,选取互花米草盐沼和无植被光滩两种典型滨海湿地,分别在冬夏季测定土壤有机碳(SOC)含量,探究湿地土壤有机碳的时空分布规律及其影响因素。结果表明: 土壤有机碳含量在光滩区域为0.75~2.38 g·kg-1,互花米草盐沼区域为2.07~18.59 g·kg-1,且呈现海向递减趋势,互花米草盐沼区域约为光滩区域的2.5~3.5倍;垂向分布上,1 m深度范围内,光滩区域有机碳含量无明显变化,而互花米草盐沼区域呈现先增大后减小的变化规律,峰值在20~30 cm深度范围内;土壤有机碳含量具有显著的季节性差异,表现为夏季高于冬季,互花米草盐沼区域夏季较冬季高5%~10%,光滩区域夏季较冬季高43%。互花米草盐沼区域土壤有机碳含量与土壤含水率、盐度呈显著正相关,与泥沙粒径呈显著负相关;光滩区域土壤有机碳含量与土壤理化因子无明显相关性。表明滨海湿地多种土壤理化因子与SOC的相关性建立在有植被覆盖的基础之上。研究结果可为我国滨海湿地蓝碳生态系统的保护提供参考。
    电子受体添加对黄河口湿地土壤厌氧碳矿化温度敏感性的影响
    张佳彭, 杨继松, 刘玥, 宁凯, 于君宝, 王志康, 王雪宏
    2023, 34(11):  2985-2992.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.029
    摘要 ( 91 )   PDF (1365KB) ( 10 )  
    土壤碳矿化的温度敏感性(Q10)是研究生态系统碳循环响应气候变化的重要指标。以黄河口湿地芦苇群落表层土壤(0~10 cm)为对象,采用室内密闭培养-气相色谱法,研究不同温度和浓度下3种电子受体[SO42-、NO3-和Fe(Ⅲ)]添加对湿地土壤厌氧碳矿化Q10的影响。结果表明: 48 d的培养期内,电子受体添加对厌氧生成CO2和CH4具有不同程度的抑制作用;SO42-、NO3-和Fe(Ⅲ)添加使得CO2和CH4生成量分别下降17.3%~20.8%和29.2%~36.2%;总体上,CO2生成因电子受体浓度而异,CH4生成因电子受体类型而异。CO2∶CH4值在不同温度条件下差异明显,表明厌氧碳矿化途径具有明显的温度依赖性。不同处理中CO2和CH4Q10值分别在1.08~1.11和1.19~1.37,与对照相比有升高趋势;总体上,CO2的温度敏感性因电子受体类型和浓度而异,CH4的温度敏感性因电子受体类型而异。气候变化背景下,还原性盐离子的输入将在一定程度上减缓河口淡水湿地有机碳的矿化损失,但会增强碳矿化对升温的敏感性。
    坡向对川西亚高山土壤酶活性和微生物养分限制的影响
    刘顺, 许格希, 陈淼, 陈健, 冯秋红, 史作民
    2023, 34(11):  2993-3002.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.003
    摘要 ( 132 )   PDF (1133KB) ( 15 )  
    研究土壤微生物代谢的资源限制对理解生态系统的功能和过程至关重要。然而,山地生态系统土壤微生物养分限制特征在小尺度,尤其是坡向上的空间分异格局和驱动因素仍不清楚。本研究在具有代表性的川西亚高山理县米亚罗选取了植被类型不同的阳坡(灌丛)和阴坡(森林),在黑水县雅克夏选取了植被类型相同的阳坡和阴坡(灌丛),测定了参与土壤碳氮磷循环的酶活性,通过酶化学计量比量化了微生物的养分限制。结果表明: 不同坡向间土壤酶活性及其化学计量比在米亚罗差异显著,而在雅克夏则不显著。米亚罗阳坡土壤碳氮磷获取酶化学计量比为1∶0.96∶0.92,接近于全球尺度上的1∶1∶1,米亚罗阴坡(1∶1.39∶0.75)和雅克夏不同坡向(1∶1.09∶1.35)则偏离于1∶1∶1。两个地点坡向间矢量长度无显著差异,表明坡向对微生物碳相对限制无显著影响。米亚罗阳坡矢量角度(43.6°)显著高于阴坡(28.7°),微生物主要受氮的相对限制,偏最小二乘路径模型显示,矢量角度主要受土壤养分计量比的直接影响。而雅克夏不同坡向间矢量角度介于50.3°~51.4°,且坡向间无显著差异。坡向间植被类型的不同通过土壤性质驱动了土壤酶活性及微生物养分限制的变异,为预测土壤酶活性及微生物养分限制的空间格局提供了科学依据。
    陇中地区温性草原土壤化学计量特征对气候因子的响应
    徐贺光, 李娅丽, 何国兴, 柳小妮, 纪童, 肖蓉
    2023, 34(11):  3003-3010.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.002
    摘要 ( 102 )   PDF (3410KB) ( 10 )  
    以陇中地区温性草原为对象,研究气候因子(年降水量和年均温)与不同深度(0~5、5~10、10~20、20~30、30~50、50~70和70~100 cm)土壤有机碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征的关系。结果表明: 随土壤深度的增加,陇中温性草原土壤C、N含量及C∶P、N∶P逐渐降低,分别从21.88 g·kg-1、1.84 g·kg-1、33.6和3.1下降至7.67 g·kg-1、0.59 g·kg-1、12.5和1.0,而土壤C∶N呈增加趋势,从12.2增加到13.9,土壤P含量保持稳定,平均为0.61 g·kg-1。土壤C、N含量及C∶P、N∶P与年降水量呈显著正相关,与年均温呈显著负相关;土壤P含量及C∶N与年降水量和年均温的相关性不显著。随土壤深度的增加,年降水量和年均温对土壤C、N、P含量变化的总解释度先下降后升高,对土壤C∶P、N∶P、C∶N变化的总解释度无显著变化。陇中温性草原土壤碳氮磷含量的变化主要受年降水量的影响,年降水量和年均温对不同深度土壤C、N、P含量及C∶N、C∶P、N∶P变化的影响和相对贡献存在差异。
    基于高光谱信息的宁夏引黄灌区中低产田土壤水分和有机质含量估算
    丁启东, 王怡婧, 张俊华, 陈睿华, 贾科利, 李小林
    2023, 34(11):  3011-3020.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.013
    摘要 ( 96 )   PDF (3862KB) ( 8 )  
    准确获取土壤水分和有机质含量对中低产田土壤质量提升具有重要意义。为探讨分数阶微分(FOD)联合不同光谱指数对土壤水分和有机质含量的估算效果,本研究以宁夏引黄灌区中低产田土壤为对象,对野外实测高光谱反射率进行均方根变换后,采用0~2阶FOD处理(步长0.25),构建差值指数(DI)、比值指数(RI)、乘积指数(PI)、加和指数(SI)、广义指数(GDI)和氮平面域指数(NPDI),基于6种光谱指数与水分和有机质含量的相关系数来筛选最优光谱指数,建立基于偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)的水分和有机质含量估算模型。结果表明: 经FOD变换后,水分和有机质含量与光谱信息间的相关性较原始光谱均得到有效提升,最大分别提升0.1785和0.1713。水分含量敏感波段主要在400~630和1350~1940 nm;有机质含量敏感波段主要在460~850、1530~1910和2060~2310 nm。SVM模型精度明显高于PLSR,基于1.75阶NPDI-SVM的水分含量估算模型精度最佳,其验证决定系数(Rp2)为0.970,均方根误差(RMSE)为1.615,相对分析误差(RPD)为4.211;基于0.5阶DI-SVM的有机质含量估算模型效果最佳,其Rp2、RMSE和RPD分别为0.983、0.701和5.307。本研究可为相似地区中低产田土壤水肥监测、质量提升和制图提供数据与技术支撑。
    外源海藻糖对灌浆期高温胁迫下小麦灌浆特性和糖组分含量的影响
    崔国际, 王传伟, 贺威, 李宇星, 黄正来, 张文静, 马尚宇, 樊永惠
    2023, 34(11):  3021-3029.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.016
    摘要 ( 123 )   PDF (3950KB) ( 13 )  
    本研究于2021—2022年,以前期试验筛选出的热敏感型小麦品种‘泛麦5号’(FM5)和耐热型品种‘淮麦33’(HM33)为试验材料,采用大田种植方式,以被动式增温棚模拟花后高温环境(平均增温5.13 ℃),设置常温喷施清水对照(CK)和喷施清水+灌浆期高温胁迫处理(H),分析外源海藻糖(喷施浓度为10、15、20 mmol·L-1)对灌浆期高温胁迫下小麦灌浆特性和糖组分含量的影响。结果表明:与CK相比,高温胁迫(H)显著降低了小麦籽粒产量和灌浆期粒重,外源喷施海藻糖缓解了高温胁迫下小麦籽粒产量和灌浆期粒重的降低,与H处理相比,HM33和FM5两个小麦品种平均分别提高了3.5%、6.7%和4.2%、5.4%;高温胁迫显著提高了两个小麦品种旗叶海藻糖含量及海藻糖酶(THL)活性,降低了果糖和葡萄糖含量,与H处理相比,外源喷施海藻糖提高了小麦旗叶海藻糖、果糖和葡萄糖含量,降低了旗叶海藻糖酶活性,有利于提高灌浆期小麦的糖代谢能力,且对FM5的提升效果高于HM33;高温胁迫显著降低了小麦旗叶和籽粒的淀粉含量,外源喷施海藻糖缓解了高温胁迫下小麦旗叶和籽粒淀粉含量的降低,有利于高温胁迫下小麦籽粒的物质积累。本试验条件下两个小麦品种均以开花期喷施15 mmol·L-1海藻糖效果最佳。
    玉米/大豆间作对根际土壤磷素生物有效性和微生物群落结构的影响
    顾嘉诚, 王文敏, 王振, 李鲁华, 蒋贵菊, 王家平, 程志博
    2023, 34(11):  3030-3038.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.015
    摘要 ( 177 )   PDF (1205KB) ( 19 )  
    为了探究玉米/大豆间作对根际土壤微生物群落和磷素生物有效性的影响,本研究基于高通量测序技术研究玉米和大豆单作与间作模式中土壤磷组分和微生物群落结构特征。结果表明:与单作相比,玉米/大豆间作能够提高根际土壤有机质、速效磷、微生物生物量磷和地上部生物量,其中速效磷的提高主要与酶浸提磷和盐酸浸提磷含量的提高有关。各处理根际土壤的优势菌门均为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和绿弯菌门,优势菌属均为类诺卡氏属、红杆菌属、鞘氨醇单胞菌属和节杆菌属,其中变形菌门和鞘氨醇单胞菌属的相对丰度最高;间作玉米根际土壤变形菌门和鞘氨醇单胞菌属的相对丰度均显著高于单作,间作大豆根际土壤变形菌门的相对丰度较单作显著增加。土壤理化指标和有效性磷组分与根际土壤微生物组成关系密切。表明玉米/大豆间作能通过改变根际微生物群落结构来影响根际土壤磷的生物有效性。
    微生物菌剂和玉米蛋白酵素对番茄叶片生理特性和产量的影响
    刘希港, 李楠, 季托, 周波, 魏珉, 李静, 杨凤娟
    2023, 34(11):  3039-3044.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.017
    摘要 ( 97 )   PDF (1515KB) ( 9 )  
    为解决设施长季节栽培番茄因养分管理不当引发的植株早衰问题,本研究以‘圣罗兰3689’番茄为试材,以正常管理为对照(CK),研究微生物菌剂(T1)、玉米蛋白酵素(T2)及两者配施(T3)对长季节栽培番茄叶片光合特性和抗氧化酶活性等生理特性的影响,探究其延缓叶片衰老的生理机制。结果表明: 单独施用微生物菌剂或玉米蛋白酵素均能提高番茄叶片光合特性和抗氧化酶活性,但两者配施效果更好。微生物菌剂和玉米蛋白酵素配施(T3)处理后80 d,番茄叶片中叶绿素(a+b)含量、净光合速率、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性分别较CK增加16.4%、30.9%、23.4%、33.0%和40.3%。处理后210 d,株高和茎粗分别较CK增加8.2%和7.0%,产量显著增加9.9%。综上所述,微生物菌剂和玉米蛋白酵素配施可通过提高番茄叶片中叶绿素含量、净光合速率和抗氧化酶活性来延缓叶片衰老,促进番茄生长,提高产量。
    基于无人机高光谱遥感和机器学习的土壤水盐信息反演
    王怡婧, 丁启东, 张俊华, 陈睿华, 贾科利, 李小林
    2023, 34(11):  3045-3052.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.012
    摘要 ( 128 )   PDF (2167KB) ( 12 )  
    精准诊断盐碱农田水盐信息有助于保护耕地面积、长效提升土壤地力。本研究基于无人机高光谱数据提取田块尺度植被冠层光谱信息,利用标准正态变量(SNV)、多元散射校正(MSC)、一阶微分(FDR)和二阶微分(SDR)分别对原始光谱反射率(R)进行数学变换,通过最大相关系数绝对值(MACC)确定土壤含水量(SWC)、pH值和含盐量(SSC)的最优光谱变换形式,并采用竞争性自适应重加权采样法(CARS)对其进行特征波段提取,基于偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)和极端梯度提升(XGBoost)建立土壤水盐信息反演模型。结果表明: 土壤含水量、pH值和含盐量分别以R、FDR和MSC为最佳光谱变换形式,所对应的MACC分别为0.730、0.472和0.654。CARS算法能有效剔除无关变量,从150个光谱波段中优选出16~17个特征波段。土壤含水量和pH值均以XGBoost模型表现最佳,模型验证决定系数(Rp2)分别达0.927和0.743,相对分析误差(RPD)分别达3.93和2.45;土壤含盐量以RF模型为最优反演方法,Rp2和RPD分别为0.427和1.64。本研究结果可为土壤水盐信息空天地一体化遥感监测提供参考方案,为盐碱地改良和保护性耕作提供科学依据。
    青藏高原土地利用格局和生态系统服务的时空演变特征及关系
    郝嘉元, 智烈慧, 李晓文, 董世魁, 李巍
    2023, 34(11):  3053-3063.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.019
    摘要 ( 137 )   PDF (5132KB) ( 12 )  
    青藏高原作为全球最大的关键生态热点区域,具有丰富的生态系统服务,但其广阔而独特的高寒生态系统正受到如土地利用集约化等日益严重的人为干扰。本研究旨在探讨1980—2020年青藏高原土地利用规模、时空格局及其变化过程,分析其对主要生态系统服务的影响。采用生态系统服务与权衡综合评价模型模拟研究了生境质量、碳储存、产水量3种生态系统服务的时空变化趋势,分析了土地利用演变对生态系统服务的影响。结果表明: 1980—2020年间,研究区土地利用格局较为稳定,以高寒草地和荒漠为主。生境质量整体提高,碳储量和产水量先升高后降低。3种服务整体呈现从西北向东南逐渐提升的空间格局,与土地利用由荒漠、草地到林地过渡的空间格局相对应。土地利用强度与生态系统服务的相关性呈现明显的空间分异特征,受土地利用强度影响较大的县域主要集中在青藏高原中西部、南部和中东部等区域。本研究结果对制定土地利用政策、调控青藏高原独特的高寒生态系统土地利用格局具有一定的指导意义。
    基于关键指标优化的南瓮河国家级自然保护区生态系统质量变化评估
    曾浩威, 凌成星, 刘华, 赵峰, 王鑫淼, 张雨桐
    2023, 34(11):  3064-3072.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.022
    摘要 ( 73 )   PDF (3079KB) ( 7 )  
    净初级生产力(NPP)是反映陆地生态系统生产能力的指标,也是衡量生态质量的关键指标。NPP难以进行大面积实测,目前大多数评估生态系统质量使用的是分辨率较低的NPP产品,低分辨率NPP不能够捕捉到生态系统的细节特征,不利于小尺度区域生态系统质量评估。建立快速、高效的小尺度区域生态系统质量评估方法将有力推进我国生态系统保护和修复。本研究针对生态系统质量评估和NPP的计算方法,优化了NPP的计算流程,使得NPP作为评估指标时不需要地面观测数据即可通过遥感反演得到,并建立回归模型遥感反演叶面积指数,采用像元二分法估算植被覆盖度,形成一套遥感快速评估生态系统质量的方法,并以南瓮河国家级自然保护区为例,评估其2001—2022年生态系统质量变化。结果表明: 2001—2022年间,保护区生态系统质量整体良好,2022年质量等级良、优面积占比达85%以上;高植被覆盖度是保护区生态系统质量持续良好的中坚力量;2001—2022年,保护区生态系统质量呈先降低后升高的趋势,2013年为生态系统质量最低点。本研究构建方法在评估南瓮河国家级自然保护区生态系统质量上取得了良好效果。本研究提出的指标优化方法可助力小尺度区域生态系统质量快速、精准评估,可为生态系统质量的精准提升提供技术参考。
    双尺度下广东韶关市生态系统服务及其权衡/协同关系及社会生态驱动因素
    邓钰栎, 王丹, 许涵
    2023, 34(11):  3073-3084.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.025
    摘要 ( 95 )   PDF (2948KB) ( 10 )  
    生态系统服务指人类从自然生态系统中获得的惠益,不同生态系统服务由社会生态驱动因素组合产生,并且跨尺度展现不同的空间模式。目前,对不同空间尺度生态系统服务间复杂关系及其驱动机制的研究较少。本研究以广东省韶关市为例,分析了4种生态系统服务及其权衡/协同(TOSs)的空间格局与相互关系,并在千米网格尺度和子流域尺度量化了它们对7个社会生态驱动因素的响应,由此提出跨尺度可持续发展的区域生态管理和规划策略。结果表明: 韶关市生态系统服务的空间分布存在聚集性和跨尺度差异,其中,生境质量、水质净化和碳储量的空间分布格局较为一致,高供给主要分布于东部、北部、西部和南部的山区,低供给分布在中部、西北、南部和东北部的平原区域,随尺度扩大,空间聚集性增强;研究区生态系统服务在两个空间尺度上均为协同关系,随尺度变化,协同强度发生变化;生态系统服务在两个空间尺度上的主要驱动因素为归一化植被指数和数字高程模型,TOSs在千米网格尺度的主要驱动因素为年均温,而在子流域尺度为年均蒸散发;综合各生态系统服务供给强度,研究区划分出山地生态均衡区、森林生态保育区、城市森林保持区、生态敏感区和生态风险区5类生态系统服务簇,其分布存在空间异质性和跨尺度差异。本研究将韶关市4种代表性生态系统服务及其复杂的相互作用和驱动机制的跨尺度变化规律整合到空间规划中,以支持跨尺度的可持续生态系统管理,对其他地区的生态文明建设具有重要的参考意义。
    基于时变参数C-D生产函数的江西省农业碳排放驱动因素及脱钩效应
    朱嘉晴, 秦会艳, 张梦春
    2023, 34(11):  3085-3094.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.011
    摘要 ( 75 )   PDF (1110KB) ( 10 )  
    农业减排是实现我国碳达峰、碳中和目标的重要环节,研究区域农业碳排放特征和驱动因素对农业碳减排具有重要意义。本研究从投入产出和生产过程角度对江西省农业碳排放量进行测算,并基于时变参数C-D生产函数修正后的LMDI分解法和Tapio脱钩模型,探究江西省农业碳排放驱动因素与脱钩动态。结果表明: 江西省2010—2021年12年间农业碳排放量增长26.4%,碳排放强度在研究期内逐年下降,年均降速为4.9%。江西省农业碳排放强度、劳动投入和资本存量因素共使碳排量减少6105万t,累计分别贡献约27.0%、44.5%和28.5%;而经济发展水平、农业结构和技术进步因素具有较强推动作用,累计分别产生了75.7%、5.6%、18.8%的农业碳排放增量。江西省农业碳排放与经济发展、资本存量和技术进步因素的关系主要以弱脱钩为主,与劳动投入因素的关系以负脱钩为主,脱钩状态后期较前期更理想。因此,时变参数C-D生产函数将技术、劳动、资本要素纳入碳排放量的驱动因素和脱钩效应具有很好的创新性与适用性。
    宁夏灵武市“生态-经济”双网格局演变及互作关系
    马彩虹, 刘园园, 杨航, 李聪慧, 杨中华
    2023, 34(11):  3095-3104.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.020
    摘要 ( 77 )   PDF (4017KB) ( 10 )  
    加强生态网络建设是改善城市生态环境和保护生物多样性的重要举措。以宁夏灵武市为例,基于遥感及社会经济数据,采用形态学空间格局分析法、Linkage Mapper以及改进的重力模型方法,分析了生态网络与社会经济景观“双网”格局及相互关系。结果表明: 2000—2020年,灵武市的土地利用/覆被发生了剧烈变化,沙地、草地面积锐减,林地、建设用地面积增加,工业区快速扩张;“双网”在连通性和稳定性方面均有所提升。人类活动密集区分布于城市区、绿洲农业区以及宁东能源工业区,生态源地及生态廊道主要分布于自然保护区中部,部分延伸到其他功能区;交通廊道呈现在农业区和宁东能源工业区密集分布、在两区之间贯通的“H”型格局,“双网”均以各自功能区空间为核心且存在交织分布;“双网”呈现从冲突走向协同发展的态势,空间上存在明显分区及交互情况,农业区和宁东能源工业区的生态均存在初期破坏、后期改善的情况。今后,需加强生态保护与社会经济发展的相互协调,可通过生态源地与廊道质量提升、生态节点建设与生态干扰点修复等组合措施提升生态质量。
    公园城市背街小巷孢粉四季浓度变化及高致敏风险期传播规律——以成都市青羊区为例
    刘佳慧, 尹睿, 唐雨倩, 唐琪, 宗桦
    2023, 34(11):  3105-3113.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.021
    摘要 ( 56 )   PDF (2354KB) ( 9 )  
    绿地引发的孢粉(孢子与花粉)过敏被认定为是危害城市公共健康的最严重的环境流行病之一。2022年,我国民众的孢粉过敏率达到17.8%,并呈现发病年龄跨度大、患病症状严重化和多样化的特点。为验证孢粉浓度实测法与城市绿地致敏风险指数(IUGZA)方程预测结果的关联,并厘清高密度静风城市背街小巷行道树孢粉的散播规律,本研究基于IUGZA 方程计算出青羊区背街小巷的致敏风险,筛选出高、中、低3个致敏区域各1组,在区域内部选点并选择指示树种进行孢粉浓度监测。结果表明: 3个致敏等级区域中,背街小巷的孢粉浓度变化有一致性,3月为孢粉浓度最高峰。平均孢粉浓度总体呈现春季>秋季>夏季>冬季的趋势。主要孢粉来源为银杏属、悬铃木属、梧桐属和雪松属乔木,分别占孢粉总量的42.4%、16.3%、9.0%和6.5%。风速对背街小巷的孢粉浓度及其传播距离的影响最大。孢粉的水平散播距离最远可达260 m,孢粉数量与远离孢粉源的距离呈显著负线性相关。高位点处(离地4.5 m)收集到的外来孢粉浓度远低于近地面采样点(离地面1.5 m),但孢粉类型无差别。IUGZA方程预测的致敏风险结果与孢粉浓度实测结果一致,此方程可以在高密度静风城市推广使用。
    氟喹诺酮类抗生素的环境污染及其对微生物介导氮循环的影响
    温丽联, 宋金明, 李学刚, 马骏, 戴佳佳, 袁华茂, 段丽琴, 王启栋
    2023, 34(11):  3114-3126.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.032
    摘要 ( 110 )   PDF (1168KB) ( 10 )  
    氟喹诺酮类抗生素(FQs)是使用量最大的抗生素之一,是一种在环境中具有“伪持久性”的新型污染物,具有巨大的生态风险。FQs会改变微生物群落结构和功能从而影响微生物介导的氮循环过程,改变环境中各种类型氮的组分,进而对全球氮循环产生重要影响。本文总结了FQs污染现状及对微生物介导氮循环的影响,以阐明FQs对氮循环各个关键过程的作用,从而为揭示FQs的生态效应研究提供科学依据。FQs普遍存在于各类环境介质中,不同环境中FQs浓度和种类存在显著差异,其中氧氟沙星、诺氟沙星、环丙沙星和恩诺沙星是检出频率和浓度最高的4种FQs。FQs对氮循环的作用过程具有典型的剂量和种类依赖型特征。FQs主要通过降低氨氧化过程相关的amoA基因丰度和氨氧化细菌丰度、组成来抑制硝化过程;主要通过降低相关酶活性和narGnirSnorBnosZ等基因丰度,以及降低反硝化功能属微生物丰度、组成来抑制反硝化过程;通过降低厌氧氨氧化细菌丰度、组成和hzo基因丰度来限制厌氧氨氧化过程;最终导致环境中活性氮去除的降低和氧化亚氮(N2O)释放的增加,甚至进一步诱发水体富营养化和温室效应等环境问题。未来应重点关注低浓度FQs和复合抗生素对氮循环过程的影响,进一步加强FQs对氮循环微生物单体和群落变化影响的研究。
    牦牛和藏羊放牧对青藏高原高寒草甸土壤节肢动物群落的影响
    孙彩彩, 董全民, 杨晓霞, 冯斌, 时光, 吕卫东
    2023, 34(11):  3127-3134.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.031
    摘要 ( 82 )   PDF (906KB) ( 12 )  
    基于青海省海北藏族自治州海晏县的“高寒草地-家畜系统适应性管理技术平台”,开展了牦牛和藏羊放牧对高寒草甸土壤节肢动物影响研究。结果表明: 试验共得到土壤节肢动物隶属4纲8目26科,其中优势类群为螨总科和甲螨总科;放牧牦牛和藏羊均会降低土壤节肢动物多度,但会提高土壤节肢动物多样性指数、丰富度指数和均匀度指数;放牧牦牛可显著提高捕食性土壤节肢动物功能群类群数,放牧牦牛和藏羊均可显著提高腐食性土壤节肢动物功能群类群数,但对杂食性和植食性土壤节肢动物功能群的类群数无显著影响;放牧牦牛和藏羊均显著降低了土壤螨类的多度;土壤容重、速效钾和速效氮是影响土壤节肢动物群落组成的主要环境因子。
    混交林生产力研究进展
    尹再芳, 孙洪刚, 谭梓峰, 刘威
    2023, 34(11):  3135-3143.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.027
    摘要 ( 157 )   PDF (752KB) ( 24 )  
    依据造林树种的生物学特性,采用科学培育模式改善种间关系和生境条件以提高森林资源利用效率,是提升混交林生产力的有效途径之一。本研究评价了混交林生产力的两类估测方法,分析了种间竞争和互补效应影响混交林生产力的内在机制,并从外在因素出发,阐明了林内生长空间和生境因子如何调控混交林生产力,探讨了树种组成、林分密度、立地质量等对混交林生产力的影响过程,以及林分发育过程中生产力的整体变化规律。最后,在明晰影响混交林生产力形成的内在机制和生境要素的基础上,围绕当前混交林培育模式构建所亟需解决的关键科学问题,提出了今后混交林生产力提升的研究方向:完善生产力估算体系;建立长期的混交林样地;加强多种培育措施的综合效应研究;强化混交林的生长发育进程研究。
    农业生态系统植物功能性状研究进展
    叶俊龙, 郭梁, 赵璐峰, 唐建军, 胡亮亮, 陈欣
    2023, 34(11):  3144-3156.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.010
    摘要 ( 171 )   PDF (4372KB) ( 17 )  
    植物功能性状对群落形成和生态系统功能有重要影响,与自然生态系统不同,农业生态系统受自然条件和人工管理的共同影响,植物(即作物)功能性状是自然选择和人工选择的结果。本文聚焦作物功能性状特征,基于性状的农业生态系统研究方法,以及功能性状在农业中的应用3个方面,回顾了功能性状研究发展历程,阐述了驯化对作物性状权衡的影响,群落功能结构与农业生态系统服务的关系,以及农田杂草管理、覆盖作物和间作系统中功能性状的应用。指出将更多的农业生态系统和作物种类纳入研究、建立作物功能性状数据库和注重农业生态系统的多功能性是未来作物功能性状的研究方向。
    塑化剂对母性行为干扰效应及其潜在机制的研究进展
    韩成全, 王慧, 王健伟, 李富宽, 王振南, 胡希怡, 杨燕, 吕慎金
    2023, 34(11):  3157-3168.  doi:10.13287/j.1001-9332.202311.028
    摘要 ( 94 )   PDF (1212KB) ( 8 )  
    环境内分泌干扰物(EDCs)又称环境激素,是指可扰乱人类和动物激素水平、干扰内分泌系统功能的一类外源性化学物质。塑化剂属于一种应用广泛的EDCs,常用于增加塑料制品的可塑性,但随着塑料的老化和磨损,它们会被释放到环境中,并经消化道、皮肤等途径进入动物机体后发挥类雌激素作用,产生明显的生殖毒性。环境中残留的塑化剂浓度通常较低,不同于高剂量时造成生殖系统急性损伤,低剂量塑化剂的生殖毒性常因不引起肉眼可见损伤而被长期忽略。但近年来有关人类和小鼠的越来越多的研究表明,低剂量的塑化剂可通过干扰母性行为而发挥生殖毒性。孕期接触塑化剂会导致产后母性行为异常,且其雌性后代成年后对幼崽的护理、授乳等行为也明显减少,并可持续数代,严重破坏动物繁育过程,影响新生幼仔的健康和福利,但其中所涉及的机制目前尚缺系统性总结。现代生产和生活模式下塑料、橡胶等制品广泛使用,人类及动物的低剂量塑化剂持续暴露风险在不断增加,因此,系统性回顾、总结低剂量塑化剂对母性行为的影响显得尤为重要。本文综述了常见塑化剂对母性行为干扰效应方面的研究进展,塑化剂主要通过诱导下丘脑-垂体-卵巢(HPO)轴氧化应激损伤、HPO轴DNA甲基化重编程、甲状腺系统失衡及肠道微生物紊乱等潜在途径干扰母性行为。本文可为后续开展塑化剂等环境激素对家养动物母性行为干扰效应的相关研究提供新的切入点。