北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤呼吸对不同形态氮添加和刈割的响应

农牧交错带草地生态系统兼受农业和牧业的影响, 属于脆弱生态系统, 尤其是养分贫瘠的盐碱化草地, 其生态系统结构和功能对外界干扰的响应更加强烈。位于晋西北地区的农牧交错带盐碱化草地, 地理位置独特, 区别于天然牧区草地生态系统。由于毗邻农田, 农业氮肥的过量使用促进了活性氮气体排放, 同时使得农牧交错带草地土壤碳氮循环发生改变。刈割是北方农牧交错草地生态系统的主要管理方式, 为了深入探究氮添加和刈割管理方式对农牧交错带草地碳循环的影响, 进一步厘清该区域草地生态系统的碳动态问题, 该研究设置了一个不同形态氮添加和刈割的裂区实验, 测定土壤呼吸对不同形态氮肥添加和刈割的响应, 为进一步科学管理该区域草地提供可靠的依据。实验样地位于山西省右玉县境内的“山西农业大学农牧交错带草地生态系统野外观测研究站”, 于2017年设置不同形态氮添加和刈割处理, 实验处理包括对照(不刈割和刈割)、尿素添加、缓释尿素添加、刈割+尿素添加、刈割+缓释尿素添加, 每种处理6个重复, 共36个小区。在不同处理条件下测定土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分、土壤微生物生物量、土壤无机氮含量、植物地上和地下生物量, 并计算土壤累积碳排放量及CO₂通量。研究结果表明: (1)短期(2017-2018年)尿素和缓释尿素的添加显著提高了该地区土壤呼吸速率和土壤累积碳排放量。与添加缓释尿素相比, 添加尿素处理下的土壤呼吸速率和累积碳排放量更高; (2)刈割显著降低土壤呼吸速率和累积碳排放量; (3)短期氮添加和刈割的交互作用对土壤呼吸速率没有显著影响。因此, 短期氮添加促进了北方农牧交错带盐碱化草地土壤碳释放, 刈割抑制土壤呼吸, 降低了累积碳排放量, 这可能是由于刈割移除地上植物, 减少了凋落物的输入, 底物减少导致土壤微生物活性降低。但是随着处理时间的延长, 氮添加和刈割对该农牧交错带盐碱化草地土壤碳动态的影响还有待进一步探究和发现。     

北方农牧交错带多伦县生态系统服务权衡与协同关系研究

科学理解生态系统服务的权衡/协同关系,对于正确指导生态系统可持续管理实践具有重要意义。以位于北方农牧交错带的多伦县为研究区,基于土地利用/覆被、气象、土壤类型、归一化植被指数(NDVI)以及社会经济统计资料等多种数据,分析了2000年、2015年食物供给、碳固持、土壤保持、防风固沙及产水量5种生态系统服务的时空变化,识别了5种服务的供给热点区,并基于相关分析法从县域、乡镇及不同地类3种尺度上对生态系统服务间的权衡/协同关系进行分析。结果表明:(1)2000—2015年,食物供给与土壤保持量增幅较大,产水量与碳固持的供给量增幅较小,防风固沙量大幅下降,5种服务的空间格局基本保持不变;(2)多伦县1类热点区面积明显增加,3类热点区面积明显减少;面积占比超过50%的草地提供5种服务的能力强于耕地;(3)多伦县生态系统服务的权衡关系主要存在于产水量与土壤保持、产水量与碳固持、产水量与食物供给三对服务中;由于研究区生态系统环境的空间异质性较强,各乡镇和两种地类(草地和耕地)上分别只有4对和3对生态系统服务的权衡/协同关系与县域保持一致;(4)不同土地利用类型、海拔、土壤类型等因素的组合使多伦县乡镇之间及乡镇与县域之间的权衡/协同关系存在明显差异。因此,在生态环境更为复杂的整个北方农牧交错带,更需选取合适的空间尺度进行生态系统服务的权衡/协同关系分析,以指导决策者制定合理的生态系统管理措施。     

长白山林线过渡带树岛土壤微生物群落结构和生态功能

林线过渡带是指从郁闭森林上限到树种分布上限之间的区域,过渡带内生物多样性丰富,生态系统结构、功能和生态过程在很小的海拔梯度内发生剧烈变化,因此对全球气候变化和人类活动极为敏感。树岛是在林线过渡带内出现的斑块状或条带形不连续分布的树木集群,树岛内生存的树木通常能达到与较低海拔郁闭森林同样的高度和胸径,因此揭示树岛这一特殊生境的生态特征及其形成机制,对于预测未来气候变化下林线动态具有重要意义。以长白山岳桦林线过渡带一大型树岛作为研究对象,测定了土壤理化性质和土壤酶活性,采用宏基因组测序技术分析了微生物群落结构组成和功能基因丰度,通过与同海拔的开阔区生境进行对比,揭示了树岛这一特殊生境的土壤微生物群落结构特征和潜在生态功能,从土壤养分和土壤微生物学角度,阐明树岛形成的可能驱动机制。结果表明,树岛土壤的含水量、总碳、总氮和微生物生物量显著高于同海拔开阔区（P<0.05）,与微生物r-策略相关的生理生化和遗传学指标,包括纤维素酶活性、放线菌相对丰度、与转录、防御、控制细胞周期相关的基因丰度、小分子碳降解基因丰度,均高于开阔区（P<0.05）。相反的,与微生物K-策略相关的指标,包括酸杆菌相对丰度、大分子碳降解基因相对丰度低于开阔区。揭示了树岛土壤微生物学特征,并从土壤微生物组学角度探讨了树岛形成的潜在机制,认为树岛内土壤养分增加并导致微生物群落r-策略倾向,这种变化反过来也可能促进树岛进一步扩大,进而影响林线动态。     

气候变化下生物交互作用对树线生态过程的影响

树线交错带是具有强烈生物交互作用的高寒生态过渡带,生物互作与树线生态过程密切相关。本研究系统综述了气候变化下植物间、动植物间和微生物与植物间互作因子对树线生态过程的影响。植物间互利或竞争作用的强度调控变暖背景下树线生态过程的变化,目前尚缺少树轮生态学证据,且亟待检验高阶互作的适用性;动物采食活动、微生物与植物间互作可通过影响土壤状况、改变树木生长和更新等生态过程动态,增强或削弱树线与气候间耦合关系。迄今为止,地下与地上过程联系如何影响气候变暖下的树线动态尚不明晰,而营养级间互作可能调制树线生态过程对气候响应。青藏高原等高寒区具有开展此类研究的优势与潜力。     

内蒙古武川县农田退耕还草对粪金龟子群落的影响

2006年5-9月,诱捕法采集粪金龟子,以农田为对照,选择内蒙古武川县不同农田退耕管理方式为研究样地,分析了农田退耕后采取不同管理方式对粪金龟子群落的影响,以为农田退耕还草管理措施生态效应的评价和完善提供依据.共捕获粪金龟子21671头,隶属于3科5属25种.优势种为直蜉金龟(Aphodius rectus)和蜉金龟属(Aphodius sp.7),占总捕获量的比例分别为59.34％和11.71％.几种退耕管理方式都导致粪金龟子群落物种丰富度、生物量和多度提高,且具有显著的季节特征.Pearson相关分析表明,粪金龟子群落的物种丰富度、生物量和种数以及不同功能群和主要种的个体数与退耕年限、平均草高和植物群落盖度的变化存在显著正相关关系(P＜0.01或P＜0.05).由于长期农业耕作以及缺少大型食草动物和较大面积放牧草地,研究地区的粪金龟子群落组成以功能群Ⅱ和Ⅲ为主,功能群Ⅰ的多度和物种丰度较低.可以认为,在研究地区以农田景观为主要基质的区域,采取多样化的农田退耕管理方式,提高了生境的空间异质性,在减少人为耕作活动对粪金龟子影响的基础上,对粪金龟子物种丰度和多度的维持起到了促进作用.农田退耕、保留适当面积放牧草地或适当数量大型放牧家畜将有利于功能群Ⅰ物种丰度和多度的提高,有益于粪金龟子群落物种多样性和整体生态功能的维持.     

西藏色季拉山林线薄毛海绵杜鹃种群分布

薄毛海绵杜鹃是西藏东南部地区高山林线灌丛的优势种,在色季拉山分布在海拔4300 ～4500 m.通过样地调查和基径结构分析,研究了色季拉山林线薄毛海绵杜鹃种群分布.结果表明:随着海拔升高,薄毛海绵杜鹃种群密度增加而高度降低;在同一海拔,阴坡的种群密度和高度大于阳坡,而基径较小.在阴坡和阳坡,薄毛海绵杜鹃种群年龄结构的峰值均呈“n”型曲线,中龄级个体较多,幼苗、幼树相对不足.薄毛海绵杜鹃种群的种内竞争呈波浪式发展,强度为阴坡高于阳坡,且存在自疏现象.     

川西高山林线土壤活性碳、氮对短期增温的响应

随着温室效应的加剧,受低温限制的高山林线生态系统对全球气候变暖较为敏感,可能直接影响到植物的生长和土壤碳氮过程.本研究假设气候变暖会改变高山生态系统土壤活性碳氮含量,在四川省理县米亚罗高山生态系统定位站,采用开顶式模拟增温装置(OTC)模拟增温对土壤活性碳、氮的短期影响.分别于2017年4、7和10月,采集OTC以及对照样地(CK)内土壤有机层和矿质土壤层的原状土壤,测定土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤可溶性有机氮(DON)和土壤微生物生物量氮(MBN)含量.结果表明: 模拟增温使年均气温升高0.88 ℃,土壤有机层和矿质土壤层的年均温度分别提高0.48和0.23 ℃.模拟增温没有显著改变土壤有机质和含水量,但显著提高了矿质土壤层的pH值,同时显著降低了非生长季矿质土壤层的DOC、DON含量;季节变化对两个层次的DOC、DON和MBN含量有极显著影响,而MBC没有明显的季节动态;增温和季节交互作用对矿质土壤层的DOC和DON有显著影响.土壤有机层的MBC、MBN含量显著高于矿质土壤层.土壤活性碳、氮与土壤有机质和含水量呈极显著正相关,MBC、MBN与土壤pH呈极显著正相关,MBN与土壤温度呈显著负相关.     

川西亚高山林线交错带植被凋落物量及养分归还动态

从2006—2008年,研究了川西亚高山林线交错带群落凋落物产量及N、P、K、Ca和Mg主要养分归还动态。结果表明:林线交错带植被凋落物年产量为389.83kg.hm-2.a-1,5种主要养分年归还量总量为15.82kg.hm-2.a-1,归还量排序为Ca>N>K>Mg>P。其中,叶、枝和其他混合杂物分别占凋落物总量的72.2%、17.9%和9.9%,占养分归还总量的87.4%、7.0%和5.6%。凋落物各组分及养分归还月动态均呈单峰曲线型变化,叶高峰期在9月,而枝、杂物则在10月。凋落物养分含量季节动态因不同凋落物组分和养分元素而异。叶凋落物中N、P、K和Mg含量在生长高峰的6、7月较高,而Ca含量较低;枝凋落物各元素含量总体上月变化不显著,其他混合杂物各元素含量6与10月相对较高,其余各月则无显著差异。     

基于人地关系视角的鄱阳湖水陆交错带范围划分

水陆交错带是典型的过渡性地理空间,是地理学研究的关键样带,承载着特殊且复杂的人地关系。根据鄱阳湖过水性、吞吐型、季节性特点,考虑行政区划完整性与尺度效应,基于高分辨率遥感影像和长时间序列水位变化数据,利用非监督分类、目视解译、调查验证等方法,从自然和行政区划两个维度划分了鄱阳湖水陆交错带的地域范围,阐述了其自然、经济和社会等基本特征,分析了其理论基础、现实意义及科学内涵。研究表明：(1)鄱阳湖水陆交错带最大自然范围约为2508.08 km~2,行政范围涉及11个县(市、区)78个乡镇单元,包含行政村974个;(2)其景观要素变化多样,经济发展主要以生态农业、生态旅游业为主,人口分布呈现带状特征,与交错带范围高度吻合;(3)自然基础、尺度效应和内涵特征是其范围划分的理论基础,探究其人与环境相互作用的过程、机理与规律是重要现实意义;(4)未来可以从景观格局变化、人地关系分解、社会生活变迁等方面开展进一步研究,以揭示该区域特殊人地关系变化。