摘要:

摘要:区域和全球涡度协方差网络提供了基于陆地-大气生态系统间最大的综合性原位碳通量观测数据集。这些数据目前已成为自下而上核算陆地生态系统碳平衡的基础,但部分测量数据合理性问题引起通量界广泛关注。通过梳理近40年研究进展,总结了涡度协方差测量原理,系统地分析了仪器局限性和环境因素潜在影响,讨论了不同碳通量组分填补存在的争议、生态系统冬季休眠期的净碳吸现象违背生理学知识、夜间湍流发展不充分对生态系统呼吸的低估等,并由此产生数据偏移和测量滞后时间等。通过阐述涡度协方差测量原理和数据处理存在的缺陷与争议,提出了适当的改进措施以限制(或降低)数据测量产生的不确定性,旨在为后续监测精度提升和探究陆地生态系统碳循环及其对环境因子的响应提供理论支撑。

摘要:城市生物多样性水平是反映人与自然和谐共处水平的重要指标,对促进城市可持续发展有着重要意义。城市及其基础设施的扩张改变了土地原有的生态系统、水文状况和地表结构,不断加快的城市化进程对生物多样性造成了严重影响,城市生物多样性保护已成为当下城市生态建设中重要且紧迫的工作。与传统的生物多样性研究不同,城市生物多样性保护工作以保护生物多样性为前提,争取科学利用生物多样性为城市带来更广泛的经济效益和社会效益。当前城市生物多样性研究成果丰富且涉及层面多元,但仍面临缺乏系统性、整体性评价框架以及跨界、多尺度管理等关键问题。故对国内外城市生物多样性的状况评价、效益评价和提升路径三方面的相关研究进行综述,总结当前城市生物多样性评价的标准与方法,并从城市生物多样性保护面对的主要挑战出发,梳理介绍国际合作、国家政策、城市规划、专项保护以及基于自然的解决方案等角度的城市生物多样性提升路径。讨论了城市生物多样性的关注点与未来研究方向,并对城市生物多样性保护提出政策建议,为各地编制生物多样性保护规划和开展城市生物多样性保护工作提供借鉴,以期促进城市生物多样性保护和人与自然的协调发展。

摘要:动物食性分析是动物营养生态学的重要研究手段,可用于解析动物与环境因素的关联性、捕食者与猎物之间的关系,以及动物物种多样性等科学问题。近年来,基于新一代测序技术的DNA宏条形码技术被广泛应用到生态学多个研究领域,极大地促进了生命科学交叉学科的发展。其中,DNA宏条形码技术在动物食性分析中具有高分辨、高效率、低样本量等优势,具有重要的应用前景。综述了基于DNA宏条形码技术的动物食性分析在生态学中的应用研究进展,并进一步总结了DNA宏条形码技术原理和食性分析方法,着重探讨了基于DNA宏条形码技术的动物食性分析在珍稀濒危动物保护、生物多样性监测、农业害虫防治等生态学研究领域中的应用,并对DNA宏条形码技术在动物食性分析中存在的问题及应用前景进行小结与展望。

摘要:城市体现了集约化的发展方式,以仅占陆地3%的面积承载了世界一多半的人口,因此城市是人类社会可持续发展的主阵地,城市可持续发展是区域可持续发展的重要实践。研究试图从可持续发展的基本内涵着手,聚焦于城市尺度的研究,梳理了相关理论和概念演变历程,着重对新型定量方法--评价指标体系法、复杂系统建模、资源环境可持续性探索等进行综述。研究发现指标体系法常用于传统的城市可持续发展评估,大多是针对表象的分析,隔离了系统内部的组织关联,对系统机理探索不够。资源环境对人类社会的发展起到基础支撑作用,从资源环境可持续性出发研究可持续发展诞生了一些较为创新的方法,但研究集中在描述人类对自然的压力和影响,而对于自然对人类的反馈以及人对自然的积极改造探索不足,也很难直接表达系统整体的可持续性。弹性思维和复杂系统科学近年来被多次用于解释城市运行的灰箱模型,但研究稍浅。研究提出可将弹性思维和复杂系统科学结合起来,借助数据科学和计算科学的新兴方法,分析城市的可持续发展,深入探索可持续性的科学表达和深层机理,为解决复杂的城市问题提供科学指导,为城市可持续发展提供理论依据。

摘要:森林景观格局的时空演变研究能够帮助理解区域森林变化过程。传统的景观指数方法多以均值为计算结果且空间信息表达不足,基于形态学方法能够从空间上直观辨别景观类型,综合破碎化和聚集度的定量分析有助于进一步认识森林景观格局的演变特征。以1990、2000、2010、2020年粤港澳大湾区土地利用数据为基础,建立基于"空间形态-破碎化-聚集度"的综合研究框架,开展大湾区森林景观格局的时空演变研究。结果表明:(1)近30年大湾区森林形态以核心区为主,森林面积逐渐减少,而2010-2020年减少速率降低,各类型森林斑块均有所恢复;(2)整体破碎化程度较低,中部破碎化地区表现为先上升后下降的变化趋势;(3)聚集度结果表明,距离森林边界500 m内的森林斑块面积最大,约占研究区总面积的30%,而距离大于4.5 km的非森林斑块面积几乎翻倍增加,应重点关注该区域的森林损失。研究有助于全面理解森林景观格局的变化特征,相关结果可为粤港澳大湾区的森林生态修复工程、国土空间规划以及城市可持续发展提供科学依据。

摘要:明确宏观森林植物多样性时空分布格局,对于评估森林生态工程效果以及有效开展区域生物多样性保护工作具有重要意义。遥感生物多样性研究能够弥补原位观测在时空连续性方面的不足,研究旨在为区域尺度生物多样性研究引入一种新方法--遥感Rao's Q指数。结果表明:基于归一化植被指数(NDVI)计算的Rao's Q指数与收集的物种丰富度在空间分布上基本一致,且两者的数值拟合通过极显著检验(R²=0.66,P＜0.001),Rao's Q指数随物种丰富度增加而增加,适用于表征宏观尺度跨气候带地区的森林植物多样性。2000-2017年间,中国森林的Rao's Q指数时空分布基本一致,整体呈南高北低的态势;不同时段中均以降低为主,降低面积占总面积的44.23%-54.08%,武夷山-南岭一带增高特征凸显,而2010-2017年也表现出降低特征,该区域森林植物多样性本底丰富,应加强管控力度,阻止降低热点区扩散。引入遥感Rao's Q指数有效表征区域森林植物多样性分布特征,可为区域生态质量评估提供一种新的监测指标,进而为森林植物多样性保护及区域生态质量改善相关政策制定提供支撑。

摘要:发展现代循环农业有助于推动农业生产方式高质量转型,是实现农业可持续发展的重要路径之一。但生产经营者在构建循环农业系统的过程中,因缺乏精确的参数测算,常存在投入产出不明、循环效率偏低、整体评估缺乏等问题,导致现代循环农业系统的物能高效运转面临阻碍。以江苏省太仓市东林村的现代农牧循环系统为对象,在四维时空尺度上界定系统边界并绘制能流图,全面梳理了案例系统全年运转过程中的投入与产出项目。现代"草-羊-田"农牧循环全系统由粮食种植、饲料加工、湖羊养殖与羊粪堆肥4个亚系统构成。通过模拟亚系统逐步结合、系统循环与优化调控的演进过程,采用能值分析方法对农牧系统不同构建阶段的亚系统与全系统的能值投入产出和结构进行定量评估与对比研究。结果表明,在农牧系统产业链逐步构建直至循环生产的过程中,全系统的总能值投入随各亚系统的扩增而有明显增加,系统的物能内部流通率逐渐升高。随后,以废弃物的系统内部消纳为目标,通过强化亚系统间的耦合对现状循环进行优化调控,系统所需的总能值投入有大幅减少,且各亚系统对本地资源的利用程度有明显提升。实证研究定量评估了现代农牧循环系统构建与优化过程中的能值投入与资源利用状况,为系统的高效循环运行提供参数支持,可为循环农业系统的科学构建与模式的复制推广提供精准指导。

摘要:以天津市六区和新四区为研究对象,首先运用形态学空间格局分析获得7种景观类型,从中提取稳定性较好、面积较大、连通性较高、热贡献度显著的核心区斑块为中心"源""汇";其次使用6个空间数据指标构建热环境格局评价模型,根据2009-2013、2013-2018年热环境格局的变化情况提出4类修正系数对基本阻力面进行修正;最后利用"源-源"、"汇-汇"、"源-汇"廊道构建能体现"补偿-输送-作用"过程的多层级"源-汇"景观网络。结果表明:(1)提取的Ⅰ、Ⅱ类中心"源"共27个,总面积为22773 hm²;中心"汇"共23个,总面积为50732 hm²。中心"源"的整体抗干扰能力较小,容易受到种植类型和水体富营养化的影响。(2)多层级"源-汇"景观网络总长度约为1445 km,新四区的廊道占总廊道的70%。廊道在空间上分布不均,津南区分布稀疏,北辰区和市六区分布密集。(3)能量从中心"源"逐渐向中心"汇"流动的过程,可揭示网络之间的层级关系和各级廊道对热环境气候的调控作用。以生态格局与过程的角度构建缓解城市热环境的多层级"源-汇"景观网络体系,对合理规划廊道建设、高效缓解城市热环境效应具有积极意义。

摘要:厘清乡村振兴视角下农户生态系统服务依赖度及其多层次影响因素对落实乡村振兴措施、改善农户福祉具有一定实践意义。以生态脆弱区陕西省米脂县为例,基于价值法评估农户生态系统服务依赖度,同时分析乡村振兴视角下服务依赖度的村庄差异和农户差异,最后利用多层次模型揭示服务依赖度的影响因素。结果如下:(1) 农户的服务依赖度均值为0.673;农户主要依赖供给服务,对调节和文化服务依赖较低;供给服务中主要依赖作物收益,对水果和牲畜依赖度较低。(2) 示范村农户的服务依赖度高于非示范村,且各类服务依赖度存在较强村庄异质性。"作物+牲畜+调节服务""作物+水果+调节服务"与"作物+调节服务"类型农户占比约80%,依赖度分别为0.690、0.835、0.410;服务类型多样化指数为2.882,且示范村多样化指数高于非示范村。(3) 环境变量中,土壤保持能力较高的村庄,农户对作物与牲畜的依赖度越高;政府资金投入较多的村庄,农户对水果和文化服务的依赖度越高;海拔与水果依赖度呈现显著正相关,人口密度与调节服务呈显著负相关。

摘要:水分利用效率(WUE)是叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对立地环境快速调整和资源的变化适应策略。基于卫星遥感和地面观测数据,利用光能利用率模型和蒸散发经验估算模型,模拟石羊河流域2000-2019年植被总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,估算2000-2019年不同植被类型的WUE空间分布特征,研究GPP/ET/WUE与饱和水汽压差(VPD)的相关性,探讨干旱区不同类型植被对水分利用及胁迫的适应策略。结果表明:(1) 2000-2019年石羊河流域植被WUE、GPP和ET的平均值分别为0.80 gC m^-2 mm^-1、256.52 gC/m²和302.52 mm,其三者的空间分布特征表现为"南高北低",即由流域源头至下游逐渐减少的空间分布。(2) 近20年内,流域内WUE、GPP和ET的变化率的平均值分别为0.017 gC m^-2 mm^-1 a^-1,6.99 gC m^-2 a^-1和3.80 mm/a,流域总体呈现波动上升的趋势,但城区和民勤耕地-荒漠交接区呈不同程度的减少趋势。(3) 流域内不同类型植被的WUE平均值关系为:森林>农作物>草地>灌丛>荒漠植被>湿地植被,WUE增加速度的平均值关系为:农作物>森林>草地>灌丛>荒漠植被>湿地植被,与GPP基本一致,其中ET在灌丛、荒漠植被、湿地植被地区呈现降低趋势。(4) 研究区内GPP/ET/WUE与VPD相关性的空间分布特征与石羊河径流方向具有高度一致性,WUE与VPD相关性分布特征受土地利用以及径流方向影响显著。WUE与VPD呈正相关的区域主要分布在河西走廊绿洲东部和荒漠区东部,呈负相关区域主要分布在祁连山高海拔地区、河西走廊绿洲中部和荒漠区西部。因此,正确揭示内陆河植被GPP/ET/WUE的空间分异以及变化趋势及其对驱动因素VPD的响应,是了解流域尺度中干旱区植被对全球干旱加剧的适应性策略前提,进而为生态保护提供决策服务。

摘要:黄河流域横跨3个气候带,是全球人类活动最为强烈的地区之一,特殊的地理位置和复杂的下垫面导致其碳-水循环过程较为复杂。研究黄河流域碳水循环不仅是区域水资源利用的基础,也是实现气候变化条件下双碳目标的关键。水分利用效率(WUE)作为表征碳水过程的重要指标,可用于反映生态系统碳水耦合规律及其相互作用关系。基于此,利用全球陆表特征参量数据(GLASS)的净初级生产力(NPP)和蒸散(ET)产品以及中国逐年土地利用与覆盖数据集(CLUD-A),分析了黄河流域植被格局变化背景下WUE在1990-2018年的时空变化特征及其驱动力。结果表明:(1)黄河流域全域WUE在29 a的均值处在0.18-1.53 g C/kg H₂O之间,存在明显的空间异质性,上游地区WUE明显高于中下游地区,分别在0.66-0.92 g C/kg H₂O和0.43-0.62 g C/kg H₂O之间波动,二者均存在波动上升态势。(2)黄河流域全域WUE在以2000年为中间点的10 a的增速达到近29 a的峰值,流域植被格局变化所带来的流域内NPP与ET变化速率的异步性主导了WUE变化的空间异质性,其中81.10%的区域中WUE所呈现的增加趋势是由NPP增速高于ET增速所导致。(3)黄河流域全域WUE在未来会继续保持增加态势,且上游WUE增加的持续性强于中下游地区。

摘要:随着经济快速发展和工农业各类用水量大幅增加,对河流的开发程度随之加强,流域水资源可持续利用受到不利影响。从蓝绿水视角出发,基于SWAT模型量化了图们江流域2015-2020年不同时间尺度下的蓝绿水资源并探讨了研究区水资源供需平衡情况。结果表明:研究时段内流域蓝绿水资源均具有明显的季节特征,年均蓝绿水资源量为117.16 亿m³,其中蓝水资源量30.14 亿m³,绿水资源量87.02 亿m³,绿水占水资源量的74.27%。以年为尺度,蓝水资源供需评估指数＞1,可利用蓝水资源量基本不能满足其需求量,降水少的年份蓝水资源供需矛盾突出,而绿水资源可以达到供需平衡,其供需评估指数集中在0.1-0.2之间。在月尺度分析中研究区蓝水供需评估指数出现极端值的频率较高,表明该地区蓝水供需不平衡,尤其是可利用蓝水资源一般在每年的7-8月才较为丰富,而蓝水需求用水集中分布于作物生长期,导致蓝水供应与蓝水需求在时间分配上不均衡,且在实际水资源分配中忽略了生态用水;月尺度绿水供需评估指数集中在0.1-0.4之间,有明显的季节变化特征,整体上绿水资源供需平衡安全性较高。

摘要:完全的竞争者不能共存,物种间生态位分化是同域物种长期稳定共存的基础。不同物种在同一分布区时间生态位的分化对其共存至关重要。为研究同域分布物种的共存机制,在2018年11月到2021年7月利用远红外相机监测技术对穆棱东北红豆杉国家级自然保护区同域分布的野猪(Sus scrofa)和狍(Capreolus pygargus)进行了野外监测研究,并利用核密度估计方法和雅各布斯选择指数(JSI)对日活动节律和一段时间内的活动周期选择进行了评估,同时还利用非参数检验评估了2个物种的活动与月光周期的关系。研究结果表明,狍不管在全年还是在不同的季节,日活动节律均为双峰模式,而野猪的活动模式表现出明显的可塑性,在全年和冷季为单峰型,暖季为双峰型,二者在日活动节律上的重叠程度较高(Dhat>0.59),在暖季的重叠系数最高(Dhat=0.65)。此外,在时间段的选择上,狍在全年和冷季更喜欢在黎明和黄昏活动(0.170.32),而野猪活动在全年和冷季对白天和黄昏的选择更多(JSI>0.3),暖季则更喜欢在白天活动(JSI_day=0.86),二者在夜晚的活动都较少(JSI_night< 0),其中野猪尤为明显(JSI_night< -0.63)。狍在各月光周期间的出现频次存在显著差异(P<0.05),满月期活动较频繁,下弦月期活动频次最少,而野猪的活动与月光周期的相关性较弱(P>0.05)。研究野猪和狍的时间重叠,为研究大型食肉动物与猎物的互作关系奠定了基础。

摘要:2014-2021年,在中国东北、长江中下游以及蒙古国和俄罗斯,通过救助和野外捕捉共计为33只白头鹤(Grus monacha)安装了卫星定位跟踪器,同时佩戴了金属环和彩色塑料环。根据卫星定位信息,找到繁殖巢后,在其周边布设红外照相机。利用卫星跟踪6年以上的6只白头鹤个体以及在小兴安岭北部度夏、繁殖的7只白头鹤个体的定位跟踪数据,将5月15日零时位点为基准点,利用设置的位移-时间计算公式将定位坐标转为位移-时间曲线,使获得的定位数据图形化,结合野外行为观察,获得判别指标:繁殖地或度夏地夜间位移-时间曲线的平直度,反映了白头鹤夜栖点的位置变化;根据曲线平直度判断:曲线平直的是雌性,曲线呈锯齿状的是雄性;距离繁殖区较近、曲线变化幅度非常大的是亚成体,在繁殖区域、曲线近乎平直达1个月左右的是成鸟;根据平直曲线长度,确认是否繁殖成功及初始繁殖年龄;4月初至6月末期间的不同跟踪个体的位移-时间曲线重合的,可以认定为配对关系;重合部分的长短,则反映出配对关系的稳定性;巢址的位移-时间曲线间距,反映出巢址的变化。不同年份的巢址间距离,可以展示白头鹤具有很规则的领域回归行为。依据这些指标对跟踪的全部33只白头鹤的性别、年龄进行了判别。解读跟踪个体的配对、繁殖状况以及领域回归等。结果表明,基于卫星定位跟踪数据的位移-时间曲线与野外观察获得的信息相结合,为进一步挖掘卫星定位跟踪数据,推进被跟踪物种的深入分析提供了新的方法。

摘要:马麝(Moschus chrysogaster)是我国特有种,在贺兰山分布数量不足百头,对贺兰山马麝进行生境适宜性评价是保护和恢复贺兰山马麝种群的前提和依据。2014-2016年通过样线法对贺兰山马麝的野外分布情况进行调查,确定了750个马麝出现位点,结合13个环境因子变量,利用最大熵(MAXENT)模型,并根据最大约登指数划分贺兰山马麝适宜生境及不适宜生境的分布区,对贺兰山地区马麝的生境适宜性进行评价。研究结果表明:在众多影响贺兰山马麝分布的环境因子中,针叶林、距水源距离、距护林点距离、海拔高度、距矿区距离和距道路距离六种环境因子影响较大;贺兰山地区适宜马麝分布的生境面积极小,仅占贺兰山地区总面积的3.27%,面积为120.24 km²,而不适宜生境面积为3 555.72 km²。利用受试者工作特征性曲线对模型进行检测,结果表明预测水平达到优秀,可以为马麝保护工作提供参考。为保护和恢复马麝种群,建议管理部门加强管理力度,严格控制人为干扰,识别和建立马麝各适宜生境之间的生态廊道,加强对零散分布的潜在适宜生境区域的利用。

摘要:气候变化直接影响物种赖以生存的栖息地环境条件,进而影响物种的分布、数量和存活率。基于优化后最大熵(MaxEnt)模型预测气候变化下黄腹角雉(Tragopan caboti)过去、当前、未来时期的潜在栖息地格局。结果表明,降水量、温度、海拔是栖息地的主要影响因子。当前时期适宜栖息地面积较过去时期下降24.69%;未来2041-2060年间,共享社会经济路径(SSP)3-7.0与SSP5-8.5情景下黄腹角雉适宜栖息地面积较当前时期分别下降55.19%、58.10%。浙江、江西和福建是当前以及未来黄腹角雉核心适宜栖息地,适宜栖息地面积呈现下降的趋势,并往高纬度区域移动。

摘要:大气降尘是矿区土壤重金属的主要来源,而生物结皮对大气降尘重金属有显著的富集作用。为探究不同类型生物结皮对大气降尘重金属的富集规律及其影响因子,选取宁东典型火电厂周边生物结皮广布区作为试验样地,3类生物结皮作为研究对象,并以临近裸土作为对照,对比分析了生物结皮富集大气降尘过程中土壤理化性质、酶活性及重金属含量的变化,采用相关分析、冗余分析和方差分解方法探讨了不同类型生物结皮的结皮层(A层)和层下土壤(B层)重金属含量与其土壤物理、化学性质及酶活性之间的关系。结果表明:燃煤烟尘是矿区大气降尘重金属污染的主要来源,涉及重金属元素包括Cd、Cr、Hg、Pb、Zn、As。生物结皮对源自大气降尘的重金属元素均具有显著的富集作用,且在不同演替阶段生物结皮间的富集规律完全一致:藓结皮>混生结皮>藻结皮;重金属综合污染指数评价结果显示:生物结皮对重金属具有表层富集效应,表现为A层污染程度高于B层。不同类型生物结皮A、B层综合污染指数存在显著差异,排序为:藓结皮>混生结皮>藻结皮;和对照相比,三类生物结皮均能通过富集大气降尘增加其A、B层养分和细颗粒物含量并改善土壤质地。方差分解结果表明,土壤化学性质是影响重金属含量解释度最高的单类环境变量,而相关性和冗余分析结果表明:有机质含量、电导率、酶活性、容重等是影响不同类型生物结皮A、B层土壤重金属含量的主要环境因子。

摘要:气候变化威胁着全球生物多样性,评估物种脆弱性是研究气候变化对生物多样性影响的关键所在。目前多数研究主要通过物种适宜区面积变化来判断物种脆弱性,这单一维度会忽略其它因素的影响。采用多组分评估框架,将物种适宜区面积变化、生境破碎程度变化、受保护面积变化和人类干扰程度变化四个组分纳入物种总体脆弱性指数中,以中国具有较高经济和生态价值的山杏(Armeniaca sibirica)作为研究对象,评估未来(2061-2080年)三种共享社会经济路径(ssp)ssp126、ssp245、ssp585下山杏物种脆弱性。研究结果表明:未来山杏生境适宜区有向我国东北和西北方向扩张的趋势,扩张区面积明显大于消失区,这种差异化程度依赖于社会发展路径情景;未来适宜区内的保护区面积将由当前6.50×10⁴km²增加到1.10×10⁵km²(三种气候变化情景下的平均值),未来适宜生境破碎化程度将保持稳定,生境适宜区内的人类干扰强度将下降;各组分的比较中,受保护面积变化对山杏总体脆弱性的贡献将超过山杏适宜生境面积变化和其它组分的贡献;多组分评估下山杏脆弱性指数分别为13.93、21.04、31.41,说明未来气候变化将给山杏物种带来积极的影响。相较于单个指标评估,多组分评估更全面评估了物种脆弱性,特别强调自然保护区在多组分评估中的重要性应该引起重视。研究结果能为我国山杏应对气候变化的适应性管理提供科学依据,也为更广泛尺度上研究气候变化下其它物种脆弱性提供案例支撑。

摘要:热带森林在全球碳循环过程中起着重要的作用,研究热带树木的生长动态及其对环境因子的响应,有助于预测全球变化下热带森林固碳能力的变化。目前对热带树木径向生长以及木质部发生季节动态的研究相对较少。利用微树芯和生长环法对西双版纳热带植物园内的落叶树种楝(Melia azedarach)2021年的年内径向生长和木质部发生季节动态进行监测,结合环境因子的监测,分析了楝的径向生长过程的驱动因子。结果表明:2021年楝的扩大细胞在3月1日(年积日(DOY):60.2±1.6)开始出现,细胞壁加厚在12月11日(DOY:345.4±3.1)结束,年生长量为7.76 mm,最大生长速率为0.039 mm/d。生长环监测显示,楝在3月18日(DOY:76.6±8.6)左右开始生长,10月13日(DOY:286.4±6.8)生长结束,年径向生长量为(6.25±2.35)mm,最大生长速率为(0.056±0.02)mm/d。楝的径向生长速率与降水(r=0.77, P<0.001)、平均温度(r=0.61, P<0.05)和最低温度(r=0.67, P<0.001)均呈显著正相关,与风速(r =-0.45, P<0.05)呈显著的负相关。本研究有助于认识热带树木的径向生长季节动态以及热带树木生长-气候关系。

摘要:苗圃科学施氮(N)作为提高苗木N贮存水平与质量的核心手段,能否提高干旱立地苗木造林效果仍存在争议;N贮存水平与干旱如何协同作用影响叶片光合N分配及苗木生物量积累尚不明确。阐明上述问题,能够为干旱立地下的森林植被恢复以及造林苗木科学精准施N提供科学依据。选择栓皮栎(Quercus variabilis Blume)为研究对象,对一年生苗木设置2个苗圃木质化期N加载水平(0、24 mg N/株),翌年春苗木移栽后设置2个灌溉水平(85%、40%田间持水量),取样测定苗木生物量、叶片N、叶绿素与脯氨酸水平、以及气体交换参数,计算光合N分配及光合N利用效率(PNUE)。结果表明,叶片发育完成后,干旱抑制N向光合系统分配,但N加载处理提高了干旱下的光合N含量,从而在一定程度上抵消干旱对生物量积累的抑制;无N加载苗木则向光合系统投入更少的N,而提高脯氨酸水平,生物量积累受抑制更为显著。无N加载苗木在遭受干旱后将N向羧化组分分配,而N加载苗木遭遇干旱后则显著抑制叶片将N向羧化系统以及电子传递系统分配,捕光组分N的分配则不受植物体内N贮存或外部水分状况的影响,栓皮栎苗木通过调整不同功能组分光合N含量和分配以维持干旱下较高的PNUE。

摘要:为无损、快速监测臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量,建立叶绿素含量与光谱指标的定量关系,基于自由式臭氧浓度增加系统平台观测了臭氧浓度升高下拔节期、开花期及灌浆期冬小麦叶片的叶绿素含量和光谱特征。通过线性回归、人工神经网络(ANN)以及偏最小二乘回归(PLSR)模型对臭氧胁迫下叶片高光谱特征进行了叶绿素含量的估算。结果表明:臭氧胁迫冬小麦叶片的光谱曲线特征出现绿峰"红移"和红边位置"蓝移"现象。相比于拔节期和开花期,小麦叶片在灌浆期受到臭氧的影响更大。臭氧胁迫下叶绿素含量与部分光谱特征参数及遥感植被指数存在显著相关关系,所有模型均取得了较高的估算精度(R²>0.8),其中以光谱特征参数为建模参量的偏最小二乘回归模型精度最高。该方法可用于臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量的估测,动态监测作物的臭氧胁迫。

摘要:全球变暖背景下,亚热带地区极端气候热浪事件发生频率持续增加。高频热浪及其伴随的高温和干旱复合胁迫将严重影响植物的光合特性,抑制植物的生长,甚至造成死亡。然而,目前亚热带树木光合特性及生长对高频热浪及复合胁迫的响应仍不明确。以亚热带阔叶树种闽楠苗木为研究对象进行了热浪模拟实验,关注了补水和控水处理不同水分环境下连续热浪对闽楠光合特性及生长速率的影响。结果表明,补水处理下闽楠净光合速率(Pn)在单次热浪影响下显著下降了34%,同时水分利用效率显著(WUE)下降,但蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和叶片水汽压亏缺(Leaf_vpd)显著上升(P<0.05)。表明水分充沛的高温环境中闽楠可通过增加蒸腾耗水加速水分蒸散来调节叶片的温度,增强植株光合特性对热浪的抗性。而控水处理下单次热浪处理组Tr和Gs未显著上升,以及Tr与Leaf_vpd在干湿环境下线性拟合的不同斜率,说明水分胁迫会降低叶片降温的效率,加剧热浪对闽楠光合特性的影响。水分和高温的复合胁迫还延长了闽楠光合特性在热浪后的恢复过程,高温胁迫下闽楠Pn在15 d后恢复至未干扰水平,但复合胁迫组未能恢复。此外,连续发生的热浪存在累加效应,表现为降低闽楠对热浪的抗性,其中闽楠Tr、Gs和WUE在连续热浪处理组变化显著(P<0.05)。但连续发生的热浪事件不会显著影响闽楠光合特性在热浪后的恢复过程,且会增加闽楠的高度,补水处理下连续热浪处理组闽楠苗高相对生长率显著高于其它处理组,但地径相对增长率未见显著差异。该研究结果表明,热浪阶段的水分供给可以增强亚热带树种闽楠的热浪抗性,并加速恢复,但控水处理的干环境下闽楠热浪抗性下降,若该环境下连续热浪事件发生可能增加闽楠苗木死亡的概率。因此,植物对气候变化响应的研究应该增强对复合胁迫或极端气候模式变化的关注。

摘要:根系与凋落物有机碳输入变化对土壤碳氮循环的影响已成为当前学界关注的热点,但冻融季不同有机碳输入方式将对土壤活性氮含量产生何种影响尚不明确。为此在春季具有明显冻融作用的温带森林设立凋落物去除、根系去除处理以代表仅根系有机碳输入方式、仅凋落物有机碳输入方式,并设置自然条件有机碳输入方式即保留根系及凋落物作为对照,多角度探究土壤微生物量氮、矿质氮动态变化。结果表明:(1)有机碳输入方式对土壤活性氮含量有重要影响:与自然条件下有机碳输入方式相比,仅根系输入处理使土壤微生物氮、总矿质氮含量升高10.5%、12.3%。(2)输入时长改变了有机碳输入方式对土壤活性氮含量的作用效果:长期单一有机碳输入使土壤微生物量氮含量下降,反应率值为0.451、0.422。(3)季节差异是影响有机碳输入方式对土壤活性氮含量作用效果的关键因素:仅根系有机碳输入在冻融季使总矿质氮含量上升,反应率值为0.404,生长季相反,呈下降趋势,其值为0.121。以上结果表明,有机碳输入方式对土壤活性氮含量有重要调控作用,且作用效果会受季节、输入时长等因素影响。

摘要:黄土高原水土流失治理和退耕还林(草)等生态环境建设,对不同植被类型区和治理度下的水沙过程均产生了深刻的影响。以北洛河流域为例,基于1952-2019年实测水文数据,采用水文统计法,对比分析了上、中、下游等不同地貌和植被类型区生态恢复对水沙数量、径流调节、影响因素贡献等的影响及其差异。结果显示:(1)上、中、下游年均径流深分别为30、23、21 mm,产沙量为0.6、0.05、-0.02亿t。中游年均产流量占流域总水量的51%,上游年均产沙量占流域总沙量的90%以上。(2)上、中、下游径流深极显著减少,减少率分别为-0.28、-0.16、-0.43 mm/a;上游产沙量以0.02亿t/a速度极显著降低,中、下游产沙量不显著减少。(3)上、中、下游的削洪、补枯程度逐年代增加,与20世纪60年代比,21世纪10年代洪水期流量(Q₅)分别减少了63%、45%、60%,上游枯水期流量(Q₉₅)增加了68%,中游20世纪80年代枯水期开始产流。(4)与20世纪60年代比,上、中、下游21世纪10年代人类活动对产流量减少的贡献率分别为94.7%、26.7%、60.7%,而对产沙量减少的贡献率均大于85%。结果表明,植被盖度低但生态恢复程度大的上游,主要受人类活动因素影响,产流产沙量极显著减少,径流调节程度较高,产沙量越集中于暴雨过程;植被覆盖程度高但生态恢复程度小的中游,主要受气候因素主导,产流量明显减少,产沙量微弱降低,径流调节程度弱。水沙数量变化大小及径流调节功能程度,不仅受植被恢复程度的影响,还决定于区域植被盖度的大小。研究可为理解黄土高原的生态水文过程提供理论支撑。

摘要:为评估气候和竞争对刺槐径向生长、抗性和弹性的影响,使用年轮气候学方法建立河南省民权和济源不同密度刺槐的生长年表,确定不同密度刺槐径向生长与气象因子的关联,利用胸高断面积增量变化获得干旱事件前后不同密度刺槐的干旱脆弱性,旨在确定气候和密度对刺槐径向生长和干旱脆弱性影响。结果表明:在生长前期,不同密度刺槐的径向生长无显著差异,随着树木的生长,高密度刺槐的年轮宽度和胸高断面积增量(BAI)开始显著低于低密度(P<0.05)。Pearson相关分析结果显示,生长季的标准化植被蒸散指数、降水、相对湿度、温度和饱和水汽压亏缺是影响刺槐生长的重要因素。路径分析结果显示降水和温度是年尺度上影响刺槐生长关键因素。受干旱事件的影响,刺槐的年轮宽度和BAI均下降,低密度刺槐恢复力、弹性、相对弹性均显著高于高密度(P<0.05),在第1次干旱事件发生后,不同密度刺槐均恢复生长,但无法恢复到干旱前的生长水平。在多次干旱事件后,高密度刺槐相对弹性趋于或小于0,表明受多次干旱影响,其生长不能恢复到干旱前水平。随着时间的推移,济源刺槐在经历3次干旱后仍保留一定的弹性,但民权高密度刺槐在第2次干旱事件后相对弹性出现丧失,在未来干旱中其死亡风险增加。研究结果为研究气候对暖温带刺槐生长的影响提供了重要见解,并为密度影响下的刺槐恢复力和弹性研究提供了新视角。

摘要:如何实现生态文明建设与三生空间高度混杂地区的高质量协同发展是珠三角河网区新时期面对的重要难题。以2018-2021年间积累的第一手田野调查资料为基础,针对广佛地区20处样地202个样点,综合生态学数量分析与风景园林学空间分析方法,研究河网区典型生境的植物群落构成特征及应用。结果表明:(1)珠三角河网区植物物种丰富,维管束植物共122科382属551种;植物群落"乔、灌、草、藤本"垂直结构完整,但乡土植物占比较低、外来入侵较严重;(2)动物友好植物种类丰富,共有鸟类友好植物88种、昆虫类友好植物90种、鱼类两栖类友好植物34种,但缺乏针对动物友好生境的科学配置;(3)河网区包括滨水、坑塘、农田、聚落四类典型生境以及9个稳定的植物群系,但在长期人为干扰下其生态功能和水乡风貌特征被严重削弱。最后,以佛山大美公园为例,探讨了以恢复河网区生物多样性和特色景观风貌为目标的生态修复实践。研究为珠三角河网区地域性景观恢复和三生空间混杂区域的近自然生态修复提供了重要的规划设计蓝本和实践示范。

摘要:功能性状能够反映植物对不同环境的适应策略。毛竹扩张与外来植物入侵相似,常引起原有植物生存环境的改变,而原有植物功能性状对毛竹扩张及伐除的响应机制尚不清楚。选取毛竹-杉木混交林和去竹杉木林为研究对象,以杉木纯林为对照,比较分析杉木比叶面积、叶干物质含量、叶组织密度等叶功能性状以及比根长、细根生物量、细根根长密度等细根功能性状的变化以及其间的相关关系。结果表明:(1)与杉木纯林相比,混交林中杉木的叶相对含水量以及叶干物质含量分别减少了5.07%、0.032 g/g,叶组织密度以及比叶面积分别增加了0.005 g/cm³、10.33 cm²/g;而去竹杉木林中,杉木比叶面积、叶相对含水量减少,叶干物质含量和叶组织密度则呈上升趋势。(2)与杉木纯林相比,混交林中杉木细根生物量、细根体积密度以及细根根长密度都不断下降,而杉木细根比根长在0-20 cm土深处显著增加(P<0.05);而去竹杉木林中杉木细根比根长、细根根长密度和细根生物量则显著降低(P<0.05),细根体积密度在20-30 cm土深处有所增加。(3)杉木纯林中杉木细根功能性状间相关性较为紧密,混交林及去竹杉木林中杉木叶片功能性状间相关性较高。研究表明,杉木可通过比叶面积、叶组织密度以及细根比根长等功能性状的调整及性状关联,以适应毛竹扩张或去除毛竹后引起的空间、资源竞争的变化。研究结果有利于更好地理解杉木叶片、细根对不同生境的响应特征及生态适应策略,可为毛竹林合理经营与扩张调控提供科学依据。

摘要:短期围栏封育后再适度利用是当前生态治理工程中使用较多的草地恢复措施,明确其实施效果对后续生态工程的优化调整具有重要意义。目前关于围栏封育和放牧对草地影响的研究较为丰富,但鲜有研究探讨短期围栏封育后再利用对草地的长期影响。以京津风沙源工程2002-2005年间在锡林郭勒地区实施的围栏封育地块为研究对象,通过配对采样调查和遥感数据分析,开展围栏封育期和重新放牧利用期连续近20年的草地植物群落变化研究。结果表明,草地植被高度、覆盖度和地上生物量在3年的围栏封育期内迅速增加,重新放牧利用后这些指标虽有所下降但仍显著高于持续放牧草地,并最终达到稳定状态。2002-2020年间短期围栏封育后再利用地块的植被覆盖度(FVC)整体上呈不显著的增加趋势、净初级生产力(NPP)呈显著增加趋势,FVC和NPP呈增加趋势的地块比例在温性草甸草原区、温性荒漠草原区和温性草原区依次减少。总的来说,3年的围栏封育后再放牧利用对草地植物群落具有一定的恢复作用。

摘要:为探究Zn、Cu与盐复合胁迫对翅碱蓬(Suaeda salsa)萌发生长的影响机理及其调控措施,以翅碱蓬为研究对象,采用水培试验方法,测定Zn、Cu和盐复合胁迫条件下翅碱蓬种子发芽率、萌发速率和幼苗渗透调节物质含量等指标,分析1.5 mg/L吲哚乙酸(IAA)、100 mg/L 赤霉素(GA)和0.3% 硝酸钾(KNO₃)处理对Zn、Cu与盐复合胁迫条件下翅碱蓬萌发与生长的影响。结果表明:(１) Zn、Cu与高盐复合胁迫极显著降低翅碱蓬种子的发芽率,中高浓度的Zn、Cu与盐复合胁迫极显著降低翅碱蓬种子的萌发速率,Zn、Cu和盐复合胁迫对翅碱蓬种子的萌发生长影响表现为低促高抑效应,影响因子间存在明显的协同效应;(2)Zn、Cu和盐复合胁迫条件下,随着盐浓度的升高,翅碱蓬幼苗体内过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)3种抗氧化酶活性呈先升高后降低的变化趋势,Zn、Cu和高盐复合胁迫使翅碱蓬幼苗体内丙二醛(MDA)含量增加近2.5倍;(３)1.5 mg/L IAA溶液浸种12 h可显著提高Zn、Cu与高盐复合胁迫条件下翅碱蓬种子的发芽率和萌发速率,降低翅碱蓬幼苗MDA含量,显著增强其POD和CAT活性,从而降低复合胁迫对翅碱蓬的伤害,但不能完全消除复合胁迫的影响。建议在Zn、Cu与高盐复合胁迫条件下翅碱蓬补种前应用1.5 mg/L IAA溶液浸种12 h,提高翅碱蓬湿地生态修复效率。

摘要:植被和土壤是陆地生态系统两个重要的组成部分,二者相互影响相互促进,探明两者的耦合协调关系是生态恢复与重建的顺利实施的关键。基于中国南海北部大庙墩岛、涠洲岛、大汉三墩岛、甘蔗岛和蜈支洲岛等个海岛的典型植被群落植被土壤的全面调查和取样分析,建立10个植被因子和14个土壤因子的2级层次指标体系,采用层析分析法确定各因子的权重,构建5个海岛植被土壤耦合度和耦合协调度模型。结果表明,不同岛屿的植被土壤耦合度和耦合协调度模型并不完全对应,植被与土壤的综合指数在不同岛屿中也不完全一致,甘蔗岛的植被效应和大汉三墩岛的土壤效应最佳。中国南海北部5个岛屿的植被土壤耦合协调状况较好,均处于初、中级协调发展状态,且除甘蔗岛外处于植被土壤同步型。总的来说,由于岛屿远离内陆,人类干扰相对较小,在植被土壤长期的演替过程中,中国南海北部岛屿植被土壤耦合协调较好,在其恢复与生态重建时要注重提高植物多样性、抚育水平和土壤管理水平。

摘要:以根径级表征根系形态结构,可以反映植物资源利用和生物量分配状况。研究高寒草地不同径级根形态,对了解地下碳分配、水分和养分吸收及生产力具有重要意义。围封被认为是防治草地退化的最有效措施之一,但目前有关围封年限对不同径级根形态影响的研究还极度缺乏,以致无法确定有利于根生态效益,即资源吸收利用能力最大化的围封年限。以位于青海省海北台站围封5、13、22、39 a的高寒草地为研究对象,季节性放牧草地为对照,探讨围封年限对不同径级根形态(包括根长、根表面积和根尖数)的影响。结果表明:在0-15 cm土层中,径级小于0.5 mm时,围封13 a的根尖数显著高于围封5 a的草地,其对应的生物量也最大;径级小于0.6 mm时,围封13 a的根长和根表面积均显著高于围封5 a和放牧草地,且其对应的生物量也达最大;径级大于0.5 mm时,各草地之间的根尖数均无差异;径级大于0.6 mm时,围封39 a的根长和根表面积均显著高于放牧草地,且其对应的生物量最大。在15-30 cm土层中,各径级下,围封5 a的根长、根表面积和根尖数均显著大于围封39 a和放牧草地,但其对应的生物量在围封13 a时达最大。土壤硝态氮、地下生物量是影响各径级根形态的主要因素。研究结果表明,研究区的根生态效益与围封年限有关,13 a时的效果较好,更长时间的围封不再明显提高这一效益。

摘要:香果树是中国特有的单种属孑遗树种,探讨末次冰盛期以来香果树在中国的潜在地理分布格局及其变化,对研究茜草科乃至中国亚热带植物区系的系统发育、古生态和古气候变迁等具有重要作用。研究基于最大熵MaxEnt模型与ArcGIS空间分析技术,利用香果树分布点位信息与气候数据,构建其在末次冰盛期(LGM)、全新世中期(MID)、当前(1960-1990年)以及未来(2061-2080年)的潜在地理分布格局,探明其分布格局的变化趋势,揭示引起其潜在地理分布格局改变的关键因子。结果表明,香果树当前适生区总面积约197.575×10⁴ km²,主要位于中国亚热带地区,其中高适生区集中分布于四川盆周山地、武陵山与武夷山地区,最干季度平均温、最湿月降水量、最冷季度降水量是限制其分布的主要气候因子。末次冰盛期时香果树广泛分布于中国亚热带地区,随后适生区开始缩减且向内陆退缩,全新世中期后适生区面积继续缩减并向高纬度地区迁移。随着全球气候变暖,在不同排放情景下香果树适宜生境面积均进一步缩减并向西与高纬度地区迁移。总体而言,从末次冰盛期至未来,香果树适生区呈现持续缩减并向西与高纬度地区迁移的趋势,建议对现存香果树群体进行实时监测、人工繁育以及迁地保存。

摘要:刺槐是黄土高原乡土树种,具有优良的水土保持和固碳功能。黄土高原生态恢复实践中实施了大规模的植树造林,刺槐林面积占沟壑丘陵区人工植树造林面积90%以上。由于种植时没有考虑刺槐的气候适宜性,一些地区的刺槐林出现了退化现象。采用最大熵模型,在0.5km×0.5km空间精度上分别模拟了1961-1990、1966-1995、1971-2000、1976-2005、1981-2010,以及2100年(典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5气候情景下)黄土高原刺槐的气候适宜性和敏感性。模拟结果显示:黄土高原刺槐分布及其动态变化主要受到最冷月温度、极端低温、降水量、年辐射量等气候因子影响,低温(最冷月温度、极端低温)是影响刺槐的最关键因子。黄土高原西北和北部广大地区,自然环境条件不适合刺槐林生长;黄土高原东南部(关中平原和山西南部)比较适合刺槐生长。相对1961-1990年,1961-2010年期间刺槐林适宜区分布格局基本没有改变,RCP4.5和RCP8.5气候情景下刺槐林适宜区分布格局也没有显著改变。图层叠加分析发现,刺槐的气候适宜度(即存在概率)发生了明显改变。黄土高原西部和北部属于不适宜刺槐生长的非敏感区,东部和东南部是适宜刺槐生长的区域,尤其是山西中南部和陕西关中平原对气候变化非常敏感,展示了刺槐气候脆弱性的一面。研究结果对植树造林,优化人工林空间分布格局,应对气候变化风险和维持黄土高原森林生态系统可持续健康发展具有重要参考价值。

摘要:森林碳库在调节CO₂浓度及减缓温室效应中发挥重要作用。选择广东木荷林为研究对象,通过相邻样地法,进行植被生物量、凋落物生物量和土壤样品的采样与分析,研究不同林火干扰强度对生态系统各碳库(植被、凋落物和土壤有机碳)及生态系统碳库产生的变化规律和空间分布格局及其影响因素。结果表明:(1)植被碳密度随着林火干扰强度增强而减少,但不同组分的植被碳密度表现不同,乔木碳密度在不同林火干扰强度下变化与植被碳密度变化一致,而草本碳密度则呈现相反的变化趋势。相同林火干扰强度下,植被各组分碳密度均以乔木层降低幅度最大。林火干扰均显著降低了凋落物碳密度(P<0.05),并随林火干扰强度的增加其降低幅度增大,但不同林火干扰强度对凋落物碳密度的影响有所差异。林火干扰降低了土壤有机碳密度,且降低幅度随土层深度增加而逐渐变小。(2)林火干扰有效改变了生态系统碳库的空间分布格局。对照样地木荷林土壤有机碳库占比为61.59%,重度林火干扰后,土壤有机碳库占比为70.96%呈上升趋势,占生态系统碳库的优势地位,而植被和凋落物碳库占比呈下降趋势,处于生态系统碳库的次要地位。(3)双因素方差分析表明,林火干扰强度和土层深度及其交互作用均对土壤有机碳密度有显著影响。林火干扰强度解释了土壤有机碳密度变异的8.78%,土层深度解释了土壤有机碳密度变异的70.29%,林火干扰强度和土层深度之间的交互作用解释了土壤有机碳密度变异的8.16%。研究发现:林火干扰降低了生态系统碳库,且随林火干扰强度增加,生态系统碳库减少幅度增大。轻度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异不显著,而中度和重度林火干扰对森林生态系统碳库的影响差异显著。研究结果对深化亚热带森林固碳效应的影响机制提供理论支撑。