城市地表硬化对银杏生境及生理生态特征的影响

城市大规模的地表硬化改变了城市环境,影响了城市中植物的正常生长。利用土壤水分温度仪ECH2O测定了不同硬化地表下土壤含水率(WCS)和土壤温度(Ts),利用LI-6400光合仪,并配备荧光叶室,测定了银杏生长的环境因子和银杏生理生态参数。研究结果表明,城市地表硬化对银杏生长环境的影响主要表现为空气温度(Ta)和土壤温度(Ts)升高,空气相对湿度(RH)和土壤含水率(WCS)下降,银杏对地表硬化的生理生态响应表现为净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)降低,叶面饱和水汽压亏缺(VPDL)增大,叶片含水率(LWC)下降;最大光化学效率(Fv/Fm)和PSⅡ实际光合电子传递量子效率(ΦPSⅡ)下降,硬化程度越高,银杏受到的胁迫越重;受城市地表硬化的影响,银杏吸收的光能用于光化学反应的比例减少,而用于热耗散和荧光耗散的比例增加,城市硬化地表上银杏的水分利用效率(WUE)、光能利用效率(LUE)和CO2利用效率(CUE)明显下降。     

人工覆盖地表对北京典型绿化树光合特性的影响

地表硬化影响城市绿化树生长及生态服务功能的发挥,研究人工覆盖地表下城市绿化树关键生理过程具有重要意义.采用田间模拟试验方法,布设对照(自然地表)、透水硬化和不透水硬化3种覆盖地表,栽植北京2种典型绿化树白蜡和元宝枫,栽植后第4年野外测定其叶片光合及相关生理生态参数,分析人工覆盖地表对北京典型绿化树光合特性的影响.结果表明:白蜡和元宝枫光合作用对不同人工覆盖地表的响应存在差异,对于白蜡而言,透水硬化和不透水硬化地表均使其净光合速率显著降低,对于元宝枫而言,仅不透水硬化地表导致其净光合速率显著降低,透水硬化地表并未对其造成显著影响.透水硬化和不透水硬化地表的空气相对湿度和土壤体积含水率低于对照,植物可利用水分减少,叶片气孔导度下降是白蜡和元宝枫净光合速率降低的主要原因.透水硬化和不透水硬化地表使白蜡PSⅡ有效光化学量子产量(F_v′/F_m′)下降,不透水硬化地表使元宝枫PSⅡ实际光化学量子效率(Φ_PSⅡ)和表观电子传递速率(ETR)升高.     

元宝枫幼苗生长和光合特性对硬化地表的响应

以北京典型绿化树种元宝枫(Acer truncatum)幼苗为试验对象,设置透水硬化地表、不透水硬化地表和对照(自然地表)3种地表类型,分析了元宝枫幼苗主要生理生态指标和生长指标对硬化地表的响应特征。结果表明:相比于对照,2种硬化地表引起地表温度显著升高,元宝枫幼苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、蒸腾速率(Tr)、光合色素含量、光系统II光化学有效量子产量(Fv'/Fm')、PSII实际光量子效率(ФPSII)、光合电子传递速率(ETR)、光化学猝灭系数(qp)及最大净光合速率(Pmax)、表观量子效率(AQY)和光饱和点(LSP)均下降,叶片丙二醛(MDA)含量增加,株高和基径降低。硬化地表引起地表温度升高,对元宝枫幼苗生长造成了热胁迫,严重伤害了植物光系统II,光合电子传递被限制,减少了植物叶片的光合作用,抑制了植物生长。与不透水地表相比,透水地表粗糙度和孔隙度较高,增加了透水地表的热储存和热传导能力,地表温度显著升高形成的热胁迫对植物的生理伤害和生长影响更大。因此,在城市建设中,应考虑降低硬化地表的温度,以缓解城市绿化树种可能受到的热胁迫。     

北京典型绿化树种幼苗光合特性对硬化地表的响应

以北京典型绿化树种油松(Pinus tabulaeformis)、白蜡(Fraxinus chinensis)和元宝枫(Acer truncatum)幼苗为试验材料,设置透水硬化地表、不透水硬化地表和对照3个水平的地表类型,通过监测地表温度、土壤含水量(20 cm)和光合参数等指标,分析3种树木叶片光合特性对硬化地表的响应特征。结果表明:城市硬化地表极显著地提高了地表温度(P0.01),表现为透水地表不透水地表对照;不透水地表极显著地降低了3种树木土壤含水量(P0.01);透水地表极显著地提高了油松和元宝枫土壤含水量(P0.01)。两种硬化地表下油松、元宝枫和不透水地表下白蜡幼苗叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度降低,株高和基径生长受到抑制。硬化地表对油松和元宝枫的影响主要源于硬化地表形成的高温胁迫,对白蜡的影响主要源于不透水地表形成的干旱胁迫。因此,在配置和种植城市绿化植物时,为缓解硬化地表对城市树木生长发育的不利影响,应选择适应高温和干旱的植物,并采取降温和灌溉措施来降低硬化地表的影响。     

基于生态系统服务的城市生态基础设施:现状、问题与展望

城市生态基础设施是城市可持续发展的重要基础,也是建设生态城市的重要保证。生态系统服务是城市生态基础设施建设的核心与关键。在快速城市化的背景下,保障生态基础设施的结构完整性和功能完善性尤为重要。在阐述生态系统服务的基础上,对生态基础设施的概念与类型进行了概述;从城市湿地生态基础设施、绿地生态基础设施以及城市地表硬化的生态工程改造3个方面对城市生态基础设施研究现状进行综述;对生态基础设施结构与功能评估方法进行了总结,对基于生态系统服务的城市生态基础设施研究进行了综合评述,首次提出了城市表面生态学的概念与研究展望,为城市生态系统服务的强化与调控提供了方法论指导。城市生态基础设施与表面生态学的整合研究将对城市水文效应(内涝)、灰霾效应(PM2.5)、热岛效应、水体污染与富营养化等备受关注的重大问题提供新的解决思路与科学方法。     

城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化的差异

土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程。因受到强烈的人为干扰,城市土壤生态服务功能严重退化,进而对城市土壤地球化学循环尤其是碳循环产生深刻的影响。以北京市奥林匹克森林公园的5种典型地表覆盖类型(草坪、灌木、行道树、植草砖、硬化地表)下土壤为研究对象,研究了城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化过程及固碳能力的差异。结果表明,城市5种地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化趋势与自然生态系统中的土壤基本一致,都表现为前期矿化较为快速,后期明显减慢并且趋于平稳;不同地表覆盖类型下土壤的有机碳矿化作用有显著差异,灌木、行道树、植草砖覆盖下土壤有机碳矿化能力较强,硬化地表和草坪较弱,与土壤有机碳含量特征类似;一级动力学方程对各土样有机碳矿化过程的模拟结果较好,结果显示草坪覆盖下土壤固碳能力较强,灌木覆盖下次之,行道树、植草砖和硬化地表覆盖下较弱;土壤固碳能力的高低并不对应着土壤有机碳含量的高低,城市人为干扰和外源有机碳的输入对土壤有机碳储量影响较大;硬化地表下不同土层有机碳矿化作用无明显差异,而其他地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化作用随土层加深显著减弱,特别是植草砖和行道树特征最为明显;各地表覆盖类型下土壤固碳能力随土层深度变化的规律不显著。城市土壤有机碳矿化的最主要限制因子是土壤有机碳的含量,土壤p H值、养分含量、粘粒含量等性质也通过影响土壤有机碳含量及微生物活动等对土壤有机碳矿化过程产生影响。     

当前国际上植物生理生态学研究的几个热点问题

 简要介绍了最近国内外植物生理生态学研究的几个热点问题。这些问题主要围绕着人类活动影响造成的几大重要环境因子改变而可能导致的植物生理生态变化展开,包括CO2浓度升高、紫外辐射增加、温度变化、强光、盐生环境扩大化等;部分工作探讨已经存在的特殊生境下的植物生态适应。其中,围绕着陆地生态系统的碳平衡是最为热门的话题之一。虽然以CO2浓度升高主题展开对C3和C4植物的影响研究依然是众多刊物发表生理生态学原始论文的重要内容,一些特殊功能型如CAM植物的响应引起了人们的兴趣;植物对于紫外辐射的生理生态响应有望成为新的研究热点。研究手段的完善以及实验材料的改进是最近植物生理生态学不断出新成果的重要原因之一,如稳定同位素技术的应用、野外FACE实验、叶绿素荧光技术等使一些机理性问题不断被揭示出来。     

当前植物生理生态学研究的几个热点问题

简要介绍了最近国内外植物植物生理生态学的几个热点问题,这些问题主要围绕着人类活动影响造成的几大重要环境因子改变而可能导致的植物植物生理生态变化展开,包括CO2浓度升高、紫外辐射增加,温度变化,强光、盐生环境扩大化等;部分工作探讨已经存在的特殊生境下的植物生态适应。其中,围绕着陆地生态系统的碳平衡是最为热门的话题之一。虽然以CO2浓度升高主题展开对C3和C4植物的影响研究依然是众多刊物发表生理生态学原始论文的重要内容,一些特殊功能如CMA植物的响应引起了人们的兴趣,植物对于紫外辐射的生理生态响应有望成为新的研究热点,研究手段的完善以及实验材料的改进是最近植物植物生理生态学不断出新成果的重要原因之一,如稳定同位素技术的应用、野外FACE实验、叶绿素荧光技术等使一些机理性问题不断被揭示出来。     

基于高分影像的上海城市硬化地表空间格局分析

硬化地表是定量描述城市地表物理特征以及生态环境质量的重要指标.基于2017年高分2号卫星影像,反演提取了上海城市硬化地表信息,对比分析了不同地域硬化地表分布格局及人居环境风险.结果表明,2017年上海城市硬化地表面积达2100 km2,硬化地表覆盖率为45％,中心城区高达84％,且连片分布特征明显.从行政区来看,静安区...     

植物生长和生理生态特点在海拔梯度上的表现

植物生长离不开自然环境,每一种环境中都存在其独有的植物类型。随着世界气候的改变,海拔较高的地区环境发生了一定的变化,致使生长的植物生理生态特征特点发生一定改变。本研究通过对海拔梯度上植物生长与生理生态特点的深入了解,从其环境因子变化、植物生态特点、生理特征等方面展开研究,分析其不同因子的差异对植物相关生理特征的作用,以为相关领域研究提供参考和借鉴。     

城市菌根真菌多样性、变化机制及功能应用

菌根真菌能够与大多数陆生植物的根系形成菌根共生体,具有改善宿主植物矿质营养、增强抗逆性、改良土壤结构等重要生态功能。城市化过程中气候、土壤、植被、土地利用等因素的改变,对菌根真菌的多样性产生了直接或间接的影响。目前城市菌根真菌的研究多侧重对其空间分布及群落组成的简单描述,缺乏针对城市典型生态现象及生态问题系统性的探讨。分别从城市菌根真菌的多样性变化、影响机制及功能应用等3方面进行了综述,全面揭示城市菌根真菌的研究现状及研究的复杂性,发现当前研究存在多样性评估简单化、研究层次单一化、内在机制现象化及功能应用停滞化等问题,认为今后应建立更为系统、综合、标准的研究体系以深刻而准确地认识与理解城市化对菌根真菌多样性的影响,为城市微生物资源的保存及绿地系统维持提供理论依据。     

Co‐adapting societal and ecological interactions following large disturbances in urban park woodlands

The responses of urban park woodlands to large disturbances provide the opportunity to identify and examine linkages in social‐ecological systems in urban landscapes. We propose that the Panarchy model consisting of hierarchically nested adaptive cycles provides a useful framework to evaluate those linkages. We use two case studies as examples – Cherokee Park in Louisville, Kentucky, USA and Tijuca Forest in Rio de Janeiro, Brazil. In the Cherokee Park case study, the disturbance, a destructive tornado, triggered bottom‐up societal responses that created new institutions that influenced park management and shifted the woodland community from a successional pathway dominated by invasive exotic plants to one where native plant species are regaining importance. In the Tijuca Forest example, the disturbance, large scale land‐use changes during the 18th century, triggered primarily top‐down societal responses to create the world's largest urban forest through a transformative programme of intensive multispecies forest replanting and management. Currently, fine scale disturbances – primarily anthropogenically caused fire – threaten portions of Tijuca Forest through loss of forest structure and establishment of flammable invasive plants, and again elicited top‐down societal responses to stop further destruction and promote greater native plant regeneration. These case studies illustrate that either natural or anthropogenic disturbances to natural systems can alter the direction and magnitude of interactions between social and natural domains in urban landscapes in a co‐adaptive manner that alters structures and processes in both system components.     

上海市城乡梯度景观格局分析

利用 2 0 0 0年的土地利用数据 ,在 GIS的支持下 ,结合景观格局指数和梯度分析方法 ,研究了上海市景观结构及其在城市化梯度上的空间特征。结果表明 ,上海市的景观结构中 ,农田为优势景观 ,占整个景观比例的 6 0 %左右 ,而反映城市化的工业、居住和基础设施景观则占 2 2 % ,表明上海的城市化程度已经很高 ;郊区居住用地比例过大 (12 .6 9% ) ,城乡交错带居住区与工业区的高度混合显示上海市的景观结构需要优化 ,以提高土地利用率。样带上类型水平的景观格局指数分析表明各种景观类型表现出独特的空间特征 ,明显反映了城市化的梯度和前沿 ;而景观水平的格局分析则表明城市化导致景观的破碎化程度增大 ,景观异质性增高 ;景观格局指数曲线在城市化梯度上呈双峰型 ,是上海中心城区和浦东新区城市化区域的具体表现。研究结果表明景观格局指数和梯度分析相结合 ,是检测城市化和城市形态的有力工具。     

Contrasting trait assembly patterns in plant and bird communities along environmental and human‐induced land‐use gradients

Human‐driven environmental changes can induce marked shifts in the functional structure of biological communities with possible repercussion on important ecosystem functions and services. At the same time it remains unclear to which extent these changes may differently affect various types of organisms. We investigated species richness and community functional structure of species assemblages at the landscape scale (1 km² plots) for two contrasting model taxa, i.e. plants (producers and sessile organisms) and birds (consumers and mobile organisms), along topography, climate, landscape heterogeneity, and land‐use (agriculture and urbanization) gradients in a densely populated region of Switzerland. Our study revealed that agricultural and urban land uses drove marked shifts in the functional structure of biological communities compared to changes along climate and topography gradients, especially for plants, while for birds these changes were comparable. Agricultural and urban land uses enhanced divergence in traits related to resource use for birds (diet and nesting), growth forms, dispersal, and reproductive traits for plants, while it induced convergence in vegetative plant traits (plant height and leaf dry matter content). These results suggest that contrasting assembly patterns may arise within and across taxonomic groups along the same environmental gradients as result of distinct underlying processes and ‘organism‐specific’ environmental perceptions. Our results further suggest a potential homogenization of biological communities, as well as low functional diversity and redundancy levels of bird assemblages in our human‐dominated study region. This might potentially compromise the maintenance of key ecological processes under future environmental changes.     

莫莫格湿地芦苇对水盐变化的生理生态响应

认识湿地植物对不同水盐环境的生理生态响应特征和规律,是确定湿地生态需水阈值的关键,为湿地生态需水量计算及生态恢复提供科学依据.通过对莫莫格湿地水盐环境因子与芦苇生理生态特征指标进行调查研究,并利用国际通用植被数量分析软件CANOCO4.5对其关系进行了冗余度分析(RDA).结果表明:湿地水深、Na+,HCO(3)含量3个环境因子组合对芦苇生理生态特征变异的解释量达到54.7％,说明这3个变量是影响芦苇生理生态特征变异的重要因子,水深是关键驱动因子.水深与芦苇株高、生物量、叶绿素含量、最大光化学效率Fv/FM以及光化学性能指数PIABS成显著正相关,随着水深的增加,芦苇株高、生物量以及叶绿素含量等逐渐增加.Na+含量、HCO(3)含量与芦苇生理生态特征的相关性没有达到显著水平.因此,中轻度盐碱湿地生态恢复需要重点考虑水深条件对湿地生态的影响,其次是水质( Na+/HCO(3))因素的影响作用,确保适宜生态水位,满足生态恢复需要.     

城市生态景观研究的基础理论框架与技术构架

构建人与自然和谐的生态景观是当今城市发展的重要目标之一,统一的内涵和完善的指标体系是城市生态景观规划和设计的迫切需求。通过概括城市生态景观的基本内涵和主要特征,认为其核心价值包括可持续性、生态经济效益及和谐性。据此,提出了8条指导原则,包括景观自然度、物种安全性和多样性、雨水利用效率、污染物排放和处理、绿色能源和材料利用、局地小气候调节、景观视觉享受以及精神内涵和文化品位,并根据文献资料和行业导则,整理并归纳了有关的定量评价指标和适用范围。最后总结了城市生态景观的技术构架,以及在资源保护和节约、功能与形式的有机结合、系统生态价值最大化等方面亟待解决的关键技术。为城市生态景观研究提供基础理论框架,也可以为城市生态景观的具体实践提供参考。     

城市河流的景观生态学研究:概念框架

城市河流作为城市景观中一种重要的生态廊道,其功能的正常实现与否关系到整个城市的可持续发展。通过分析当前城市河流的研究概况,发现应用景观生态学原理对城市河流展开多尺度、多学科的综合研究是实现“自然-人类-水体”可持续发展的必然趋势。从景观生态学的角度出发,结合城市河流的特点,提出了更为综合的、景观水平上的城市河流研究的概念框架。特别针对景观生态学研究的核心问题,对城市河流的研究尺度、格局分析、干扰程度等重要方面进行了详细论述,以期在景观水平上构建城市河流的可持续发展预案。     

From patterns to emerging processes in mechanistic urban ecology

Rapid urbanization has become an area of crucial concern in conservation owing to the radical changes in habitat structure and loss of species engendered by urban and suburban development. Here, we draw on recent mechanistic ecological studies to argue that, in addition to altered habitat structure, three major processes contribute to the patterns of reduced species diversity and elevated abundance of many species in urban environments. These activities, in turn, lead to changes in animal behavior, morphology and genetics, as well as in selection pressures on animals and plants. Thus, the key to understanding urban patterns is to balance studying processes at the individual level with an integrated examination of environmental forces at the ecosystem scale.     

城市绿地空间结构对绿地生态场的影响

国内外对城市绿地生态效应的研究主要有以下3个特点：一是基于GIS技术,在中尺度上（一般以一个城市作为研究对象）开展城市绿地与城市气候的相关分析;二是以绿地斑块为单位,观测比较不同结构绿地内部的小气候效应;三是基于植物蒸腾理论,通过计算绿色生长量估测不同结构绿地内的小气候效应.对自然生态系统的研究结果表明,城市绿地作为一个开放的生物系统,必将通过系统交换对绿地周围的环境产生影响.绿地与非绿地空间的系统交换过程不仅仅与植物的叶面积指数有关,还要受到绿地斑块的大小、几何形状、植物类型、生长密度与高度及周边环境和气候条件等因素的影响.尽管植物生态场理论的研究侧重对植物群落中个体的空间作用,尤其是相邻植物竞争过程的分析,但其理论构架和计算方法有可能为城市绿地生态效应的研究开辟一条新的路径. 试验者在太原市区选择了6个不同空间结构的绿地样地.使用温湿度记录仪观测了绿地周边的温湿度变化,并利用植物生态场理论作了分析.提出用生态场强、场梯度和场幅作为城市绿地生态效应的主要评价指标.其中,场强用绿地内侧5m处的测试数据与对照的差值来表示.其含义为绿地对周边环境温度或湿度的干扰强度.场梯度是指相邻两个数据的差值.场幅即场影响范围. 结果表明,绿地面积、林分和生长量等绿地空间结构因子对绿地的生态场特征都不同程度地产生影响.在其他结构因子相近或相同的条件下,当绿地面积达到一定时,随着面积的进一步增加,绿地降温和增湿的幅度（场幅）有降低的趋势.与片林相比,草坪的增湿效果好于降温效果.分析结果显示,利用生态场理论能够更好地描述城市不同空间结构绿地的生态效应及其差异.