中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

辽宁省生物多样性保护优先区识别

生物多样性保护优先区是我国为加强生物多样性保护划定的重要区域,辽宁省境内目前并无此类优先区,弥补相关缺失具有重要意义。本研究通过对生态系统保护、人类影响和生物多样性保护区划3个准则层7个指标进行计算,依次获得辽宁省生物多样性保护优先区指标值、准则层值和优先区识别综合值,结合辽宁省县(市)行政边界和自然保护区边界数据,确定了辽宁西部和东部生物多样性保护优先区的建议地域范围。其中,辽宁西部生物多样性保护优先区面积为12951 km²,森林覆盖率为53.6%,包括9个省级以上自然保护区,以水土保持作为区域重要生态功能;辽宁东部生物多样性保护优先区面积为20057 km²,森林覆盖率为78.9%,包括8个省级以上自然保护区,以水源涵养作为区域重要生态功能。上述优先区是国家和省级保护物种的集中分布区,也是辽宁省重要生态系统的分布区,亟待开展生物多样性保护工作。     

中国植被分类系统修订方案

为了推动《中国植被志》研编工作, 该文回顾了中国植被分类系统的发展过程和主要阶段性成果, 提出了作为《中国植被志》研编技术框架组成部分的中国植被分类系统修订方案, 对各植被型组及各植被型进行了简单定义和描述, 并针对中国植被分类系统若干问题, 特别就中国植被分类系统总体框架、混交林的界定以及土壤在植被分类中的重要性等问题进行了讨论。1960年侯学煜在《中国的植被》中首次提出了中国植被分类的原则和系统, 1980年出版的《中国植被》制定了分类等级和划分依据等更加完善的系统, 之后《中国植被及其地理格局——中华人民共和国1:1 000 000植被图说明书》和《中国植物区系与植被地理》以及很多省区的植被专著对该系统进行过修订。2017年宋永昌在《植被生态学》中提出了一个分类等级单位调整的方案。本次提出的中国植被分类系统修订方案基本沿用《中国植被》的植被分类原则、分类单位及系统, 采用“植物群落学-生态学”分类原则, 主要以植物群落特征及其与环境的关系作为分类依据, 包含三级主要分类单位, 即植被型(高级单位)、群系(中级单位)和群丛(低级单位); 在三个主要分类单位之上分别增加辅助单位植被型组、群系组和群丛组, 在植被型和群系之下主要根据群落的生态差异和实际需要可再增加植被亚型或亚群系。修订方案包含了森林、灌丛、草本植被(草地)、荒漠、高山冻原与稀疏植被、沼泽与水生植被(湿地)、农业植被、城市植被和无植被地段9个植被型组, 划分为48个植被型(含30个自然植被型、12个农业植被型、5个城市植被型和无植被地段)。自然植被中有23个植被型进一步划分出了81个植被亚型。     

铁皮石斛花总RNA提取方法的比较研究

为筛选铁皮石斛(Dendrobiumofficinale)花总RNA提取方法,对8种提取方法进行了比较研究,包括改良CTAB-LiCl法(M1)、改良CTAB-异丙醇法(M2)、改良SDS-LiCl法(M3)、改良SDS-异丙醇法(M4)、多糖多酚植物RNA提取试剂盒法(M5)、柱式植物RNAout 2.0试剂盒法(M6)、RNAprep Pure多糖多酚植物总RNA提取试剂盒法(M7)和Biospin多糖多酚植物总RNA提取试剂盒法(M8)。结果表明,以M4和M5提取的总RNA带型清晰,完整性好,A260 nm/A280 nm为1.8～2.0,A260 nm/A230 nm大于2.0,RNA产率分别为(159.45±1.45)和(170.84±3.53)μg/g。利用M4、M5提取霍山石斛、金钗石斛、鼓槌石斛和美花石斛花的总RNA,样品的完整性、浓度和纯度均符合质量要求。以M4、M5提取的铁皮石斛总RNA为模板,扩增Actin基因片段,扩增产物大小与预期一致且条带单一。这说明M4、M5方法操作简便,结果重复性好,能够较好地提取石斛属植物花的总RNA。     

宁夏东部荒漠草原灌丛引入对土壤水分动态及亏缺的影响

全球气候变化背景下,荒漠草原人工灌丛引入加速其灌丛化进程,对草原土壤水分产生重要影响。为了解宁夏东部荒漠草原灌丛引入过程中土壤水分动态及亏缺现状,选取了封育草地、放牧草地、不同年限(3a、12a、22a)和间距(40 m、6 m、2 m)灌丛柠条(Caragana korshinskii)地进行土壤水分测定,并利用土壤水分相对亏缺指数(compared soil water deficit index,CSWDI)、样地土壤水分相对亏缺指数(plot compared soil water deficit index,PCSWDI)对土壤水分亏缺进行定量分析。结果表明:灌丛引入过程中不同年限、间距灌丛地0—200 cm土层土壤含水量均显著低于封育草地与放牧地(P0.05);各样地季节动态均表现为春季返潮、夏季消耗、秋季蓄积的季节规律,但不同年限、间距灌丛地表现为春季返潮微弱,土壤含水量仅为7.80%—10.90%,显著低于封育草地和放牧地(11.90%—16.09%);灌丛引入过程中各灌丛地0—100 cm有效储水量(-16.98—18.69 mm)均低于封育草地(34.67 mm),虽在种植22a灌丛地和2 m间距灌丛地略有升高,仍不足20.00 mm。土壤水分相对亏缺量(除封育草地外)为6.69—97.16mm;灌丛引入过程中各样地不同土层CSWDI值呈波动变化,除封育草地各土层无显著的亏缺外,其他样地均存在亏缺,亏缺值为0.03—12.10,PCSWDI值均随着灌丛引入年限和密度的增加呈增大趋势。荒漠草原灌丛引入过程产生土壤水分过度利用,使得土壤水分亏缺,并加剧其深层土壤水分的消耗。     

三峡水库消落区不同生活史类型植物群落的空间分布格局

为探究三峡水库消落区不同生活史植物群落随海拔梯度及水库干流沿程的空间分布规律,于2017年8月至2017年9月对三峡水库干流消落区植被进行了调查。研究结果表明:(1)三峡水库消落区植被的植物物种丰富度随距大坝里程距离的缩短而呈现逐渐减小的趋势。(2)三峡水库消落区不同生活史类型植被群落盖度对水淹梯度胁迫的响应呈现相反的变化规律:随着消落区高程的升高,一年生植物对消落区植被覆盖度的贡献逐渐增加,而多年生植物对植被群落覆盖度的贡献逐渐降低。但是,在消落区的任一高程区域,多年生植物物种盖度均要大于一年生植物物种盖度。(3)采用TWINSPAN植被分类方法可对9个样地607个样方的三峡水库消落区植被划分为25个组,其中苍耳+狗牙根群落Ass.Xanthiumsibiricum+Cynodon dactylon(含213个样方)、狗牙根群落Ass.Cynodon dactylon(包含137个样方)、狗牙根+香附子群落Ass.Cynodon dactylon+Cyperus rotundus(含55个样方)、狗牙根+酸模叶蓼群落Ass.Cynodon dactylon+Polygonum lapathifolium(40个样方)、苍耳+藿香蓟群落Ass.Xanthiumsibiricum+Ageratum conyzoides(38个样方)等为消落区的优势植物群落,群落特征明显表现出对水位涨落及小生境差异的适应。     

中国森林生态系统净初级生产力时空分布及其对气候变化的响应研究综述

植被生产力是表征植被活力的关键变量,能够反映陆地生态系统的质量状况。森林净初级生产力(NPP)对气候变化的响应研究,是理解森林生态系统碳收支的基础,有助于认识气候变化与森林生态系统的相互作用机制,因而对于深刻理解陆地碳循环和全球变化均具有重要意义。目前我国已有大量针对近几十年国家和区域尺度上植被NPP时空分布的研究,其中专门针对森林生态系统NPP的研究也有不少。研究尺度多为全国范围或者片段式区域,以行政区或流域尺度最为多见。然而,这些研究总体比较分散,其中部分研究的结果、结论并不一致甚至相悖,尚缺乏异同性分析与比较,也缺乏系统性和综合性。这并不利于全面掌握我国相关研究的整体情况、了解清晰明确的研究结论以及进行更深层次的规律及原因探究,也非常影响对森林NPP的精确评估及机理认识,因而,对相关研究成果进行梳理、整合和总结非常有必要。鉴于此,本文收集了近几十年我国植被NPP研究的相关文献,依据其研究结果,系统地综述了全国及区域尺度森林生态系统NPP的时空分布规律及未来可能变化趋势,揭示出NPP与气候因子(以CO_2、温度、降水为主)的关系及对气候变化的响应情况,并指出目前国家研究中存在的主要问题及未来重点研究方向,以期为以后进一步的研究起到一定的索引和参考作用。     

城市绿地对居民身心福祉的影响

城市绿地是人工与自然耦合的城市景观之一,是改善居民居住环境重要组成部分,更是提高居民身心健康的有效途径。以杭州主城区为研究对象,通过GIS技术对城市绿地遥感图像进行解译得到杭州主城区绿地空间布局图,同时,以人口密度为阻力要素,基于交通路网的500m网络距离可达范围内绿地数量和面积作为分类标准。通过对45个高、中、低不同档次的居民区进行问卷调查得到665份居民感知数据并进行统计整理。利用结构方程模型进行以绿地数量及游玩时间为标准的组间分析,区别不同组别的差异及其原因,分析城市绿地数量、面积,居民认知、动机,绿地吸引力等与居民身心健康福祉及满意度之间的关系。结果显示:城市绿地数量、居民游玩绿地次数时间等与居民福祉有显著的正向关系;居民对绿地作用的认知、去往绿地的动机进一步影响居民身心健康福祉;城市绿地的自身引力会激发居民去往绿地的积极性,从而增加去往绿地频次。另外,不同社会属性的个体对绿地需求不同,所产生的福祉效应及满意度也会有所差异。从增加居民区周围的街头绿地及邻里公园数量、提升绿地吸引力、提升居民对城市绿地作用的认知3个方面对城市绿地今后的发展规划提出建议。     

土壤微生物碳素利用效率研究进展

土壤微生物碳素利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳(C)转化为自身生物量C的效率,也称为微生物的生长效率。土壤微生物CUE是生态系统C循环中的重要生理生态学参数,影响着生态系统的C固持、周转、土壤矿化以及温室气体排放等过程。在全球环境变化背景下,认识土壤微生物CUE的变异及其影响机制,对于更好的认识生态系统C循环过程及其对全球变化的响应具有重要意义。概述了CUE的定义及其测定方法,重点综述和分析土壤微生物CUE的变异及影响因素取得的研究进展。基于现有研究的分析得出,土壤微生物CUE通常表示为微生物的生长与吸收的比值,分为基于微生物生长速率、微生物生物量、底物吸收速率和底物浓度变化等方法进行测定。土壤微生物CUE在0.2-0.8的范围内变化,这种变异主要受到来自热力学、生态环境因子、底物养分质量和有效性、化学计量平衡以及微生物群落组成的影响。今后土壤微生物CUE的研究应加强对微量代谢组分的定量分析,生物和环境要素交互影响的调控机理解析,以及微生物动态生理响应过程的碳循环模型优化。     

祁连山东段高寒植被群落特征及其与地形气候因子关系研究

地形气候因子与物种分布的关系影响着高寒植被群落的演替,同时对山地水源涵养林功能和结构的维持具有重要的意义。以祁连山东段水源涵养林为研究对象,基于野外植物群落物种组成及地形气候因子调查数据,运用数量分类与排序等方法,探究了高寒植物群落特征及其与地形气候因子的关系。结果表明:65个调查样方中出现181个植物种,隶属40科,124属。科的物种组成及占总物种数比例分别为菊科30个种,占16.57%;蔷薇科17个,占9.44%;禾本科13个种,占7.22%;豆科11个种,占6.11%。毛茛科10个种,占5.56%。单属种82个,占总属数的66.13%。群落层片由乔木层、灌木层和草本层组成,乔木8种,灌木25种,草本148种。乔木层优势种有青海云杉、祁连圆柏、红桦。灌木层优势种有金露梅、山生柳、匙叶小檗、高山绣线菊。草本层优势种有甘肃薹草、珠芽蓼、早熟禾、唐松草、甘青蒿。TWINSPAN将高寒植被群落划分为7个群丛类型:群丛I红桦-红花蔷薇-甘肃薹草B.albosinensis-Rosa moyesii-C.kansuensis,群丛II青海云杉-匙叶小檗-甘肃薹草P.crassifolia-B.vernae-C.kansuensis,群丛III祁连圆柏-高山绣线菊-珠芽蓼Sabina chinensis-Spiraea alpine-P.viviparum,群丛IV高山绣线菊+鬼箭锦鸡儿-珠芽蓼S.alpine+Caragana jubata-P.viviparum,群丛V沙棘+甘青蒿+鼠掌老鹳草Hippophae rhamnoides+A.tangutica+Geranium sibiricum,群丛VI沙棘+苦荬菜+苦荞麦H.rhamnoides+Ixeris polycephala+Fagopyrum tataricum,群丛VII沙棘-冰草+西北沼委陵菜H.rhamnoides-Agropyron cristatum+Comarum salesovianum。7个群丛在DCA排序图上聚集分布,反映了较好的环境梯度。CCA排序结果表明,海拔是祁连山高寒植被群落植物种分布的最重要环境因子,其次是降水、温度、坡向、坡度。