西南山地流域NDVI变化特征及降水敏感性——以贵州沅江流域为例

归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)是反映植被生长的重要指标,探究其时空变化特征,对生态保护、退耕还林和灾害防治具有重要意义。选取2000—2015年贵州沅江流域典型年份NDVI,采用重心分析、标准差椭圆、地理加权回归等方法,从干旱视角探究流域NDVI变化和降水敏感性。得出以下结论:(1)2000—2015年贵州沅江流域NDVI总体处于上升趋势,植被正在改善,期间西部植被改善最为明显,退耕还林还草取得较好成果。(2)2000—2015年贵州沅江流域干旱年与正常年NDVI空间变化趋势不一致,干旱程度对植被影响具有区域差异。(3)贵州沅江流域NDVI与降水呈负相关,空间敏感性自西向东递增,降水对流域西部喀斯特山区NDVI影响更明显。(4)2000—2015年贵州沅江流域NDVI时段变化与降水主要为负相关,降水越多NDVI时段变化敏感性越弱,退耕还林还草工程应重点放在负敏感区。研究结果可为退耕还林还草和干旱灾害防治提供科学参考。     

休眠卵孵化对策与食物浓度对萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)两品系干雌体种群增长的影响

周期性孤雌繁殖的轮虫靠休眠卵度过不良环境,等环境适宜时休眠卵孵化出干雌体,再次通过孤雌繁殖建立种群。通常休眠卵要经历一段休眠期再孵化,但也有些休眠卵生成后很快孵化,称为早孵化现象。有关休眠卵不同孵化对策如何影响其干雌体克隆种群的增长,目前尚不清楚。分别观测了萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）的两个品系H1（窄温度生态位）和D1（宽温度生态位）的休眠卵在不同孵化对策和不同食物浓度下所生产的干雌体克隆群的种群增长差异。孵化对策包括早孵化（early hatching,EH）和晚孵化（late hatching,LH）;食物浓度包括高食物浓度（high food concentration,HF：2×10⁶个细胞/mL）和低食物浓度（low food concentration,LF：5×10⁵个细胞/mL）,每个品系下各设置4个实验组（LH-HF、LH-LF、EH-HF、EH-LF）,每组10个重复。结果发现,对D1品系来说：孵化对策和食物浓度对最大种群数量具有显著的综合影响（P=0.002）,但两因素间不存在交互作用（P=0.911）;早孵化的干雌体种群在最大种群数量上显著高于晚孵化的干雌体种群（P=0.001）。对H1品系：孵化对策和食物浓度对最大种群数量综合影响显著（P<0.001）,且两个因素之间存在交互作用（P<0.001）;高食物浓度下,EH干雌体克隆群的最大种群数量显著低于LH干雌体克隆群（P<0.001）。高食物浓度下干雌体克隆群开始有性生殖的密度阈值,D1品系EH组显著高于LH组（P=0.041）;而H1品系EH组却显著低于LH组（P=0.022）。最高种群密度下,H1品系的有性生殖率在两种孵化对策之间存在显著差异（P=0.044）,EH种群的有性生殖率低于LH种群,而D品系却未见有性生殖率在不同孵化对策间存在明显差异。本研究结果显示休眠卵的孵化对策会影响其后代干雌体种群的增长特性,其影响的结果可能与种群的生境适应相关。     

脉冲式降水对不同类型草地土壤微生物呼吸碳释放量的影响

降水事件引起土壤短时间内释放大量CO_2的现象常称为降水脉冲效应。降水事件发生后,由于水分和养分可获得性快速提升使土壤微生物呼吸速率快速升高至正常水分状况的数倍,从而导致土壤CO_2大量释放并一定程度上影响着生态系统碳循环过程和土壤碳平衡,尤其在干旱或半干旱地区。利用自主研发的能快速测定土壤微生物呼吸速率的装置,对内蒙古三类典型草原(草甸草原、典型草原和荒漠草原)土壤分别开展土壤复湿实验(60%饱和含水量),并采用高频测定(48 h测定288次)。在土壤复湿后在所有温带草地类型中均发生了明显的脉冲效应,降水脉冲过程中单位有机质(土壤有机碳,SOC)最大呼吸速率(R_(SOC-max))整体表现为荒漠草原(1.59 mg C g~(-1) SOC h~(-1))草甸草原(0.73 mg C g~(-1) SOC h~(-1))典型草原(0.50 mg C g~(-1) SOC h~(-1));而脉冲效应的持续时间(Duration)则表现为典型草原(2.5 h)草甸草原(1.5 h)荒漠草原(0.67 h)。在土壤复湿48 h内,单位土壤微生物呼吸累积量(A_(R_(Soil)))的大小规律与单位土壤微生物呼吸速率R_(Soil)一致,均为典型草原草甸草原荒漠草原;然而,如果用土壤有机质进行标准化,单位有机质呼吸累积量A_(R_(SOC))表现为荒漠草原(9.74 mg C g~(-1) SOC)典型草原(6.54 mg C g~(-1) SOC)草甸草原(3.54 mg C g~(-1) SOC),与当地年降雨频率呈负相关关系,表明降水脉冲效应与土壤长期经历的干旱状况存在密切关系。本研究结果不仅证明在干旱半干旱区域降水脉冲效应的普遍性,同时还启发我们应从国家或区域尺度开展研究,以进一步揭示土壤基质含量、土壤干旱状况等对降水脉冲效应的影响。     

全球降水格局变化下土壤氮循环研究进展

自然和人为因素导致全球降水格局发生改变,降水变化势必影响土壤氮循环,从而影响陆地生态系统生产力和多样性,然而不同降水变化类型对土壤氮循环的影响仍然缺乏足够的认识。因此,本文综合分析了全球和我国降水格局变化特征,简要介绍了6种降水格局变化下土壤氮循环的研究方法（长期降水固定观测、野外降水控制实验、自然降水梯度、室内培养、模型和遥感）,系统综述了3种降水变化类型（降水波动、干旱、干湿交替）,以及降水与温度、氮沉降等交互作用对土壤氮循环影响的研究进展与存在的问题,并展望了未来研究方向,为评估和预测未来降水变化对陆地生态系统功能的影响提供理论依据。     

基于BIOLOG技术分析氮沉降和降水对土壤微生物功能多样性的影响

土壤微生物是有机物分解和养分循环的主要介质,因此在维持土壤的功能多样性和持续性方面发挥着关键作用。气候变化驱动因素会影响土壤微生物的生理活动,引起其群落结构和功能多样性的改变,并对生物地球化学循环和气候―生态系统反馈产生连锁效应,其中氮沉降和降水是全球气候变化的研究热点。土壤氮(N)的有效性有可能通过改变微生物的群落组成以调节微生物对降水变化的响应,但目前关于N沉降和降水及其交互作用对土壤微生物群落功能多样性的影响机制仍不清楚。为了准确预测未来气候条件下生态系统的功能状况,需要更好地了解土壤微生物对环境变化的响应。基于BIOLOG技术综述了氮沉降和降水变化及其交互作用对土壤微生物功能多样性影响的相关研究进展,可以为进一步研究全球气候变化背景下地下生态学的发展提供参考。另外,分析阐述了当前工作中存在的一些主要瓶颈,并对未来的研究热点进行了探讨和展望。     

栓皮栎根系解剖结构、水力特性及碳、氮含量研究

为阐明栓皮栎根系随径级的变化规律,探究其细根的合理划分标准。以1年生栓皮栎幼苗为研究对象,将其根系分为1、1～2、2～3、3～4 mm四个径级,分别制作石蜡切片观察解剖结构,比较木质部水力特性,测定碳氮含量及其比值,并采用主成分法对根系进行分类。结果表明:(1)随着径级增加,栓皮栎根系周皮、韧皮部和形成层组织厚度增加而占径比降低,木质部直径及其占径比均增加。(2)直径2 mm以上的栓皮栎根系木质部平均最大和最小导管直径、根比导水率和栓塞脆弱性指数增加显著; 而导管密度显著下降,导管面积与木质部面积之比变化不显著。(3)直径2 mm以上栓皮栎根系碳含量表现出显著增加,随着径级增加,根系氮含量下降、碳氮比升高。(4)主成分分析表明,13项根系结构和元素含量指标降维后,前2个主分量方差贡献率达62%,PCA双序轴显示栓皮栎根系可划分为2 mm以下的吸收根群和2 mm以上的运输根群。综上认为,以2 mm作为栓皮栎细根划分的标准兼顾了形态和功能的特点,更具有准确性。     

播种季节和种植方式对多年生苦荞主要农艺性状的影响

该研究选取六个多年生苦荞新品系,对春季、秋季直播与秋季再生其主要农艺性状进行调查。结果表明:(1)不同播种季节对多年生苦荞新品系主花序的花粉可育率、总结实率、有效结实率、植株株高、主茎粗、主茎分枝数、主茎节数、籽粒百粒重、单株粒数、单株产量的影响均达到显著或极显著水平;秋播主花序花粉可育率、总结实率、有效结实率、植株主茎分枝数、籽粒百粒重、单株粒数、单株产量均极显著高于春播;植株株高、主茎粗、主茎节数均极显著低于春播;主花序花朵大小、籽粒种子长宽比无显著差异。(2)不同种植方式对主花序花粉可育率、有效结实率、植株主茎节数及籽粒百粒重的影响达到显著或极显著水平;秋季再生主花序花粉可育率、籽粒单株粒数显著高于秋季直播;主花序有效结实率、植株主茎粗、主茎节数、籽粒百粒重显著低于秋季直播;主花序花朵大小、总结实率、植株株高、主茎分枝数、籽粒种子长宽比、单株产量无显著差异;相关分析表明,各生长季节下主花序有效结实率及单株粒数与单株产量的相关系数均最高。(3)所有参试品系中,1612-241秋季直播的单株产量显著高于其他品系; 1612-16、1612-33秋季再生单株产量较正季优势显著。该研究结果有助于筛选出适宜一季播种两季收获的优良品系,为今后多年生苦荞的选择育种提供线索基础。     

鄂西南木林子常绿落叶阔叶混交林2014~2019年主要物种动态变化

为了明确鄂西南木林子亚热带山地常绿落叶阔叶混交林的短期群落动态,为该区森林生态的保护、恢复与可持续经营提供科学依据。该研究基于木林子自然保护区2.2 hm²动态监测样地,以2014和2019年样地内所有胸径(DBH)≥1 cm的木本植物为研究对象,从物种组成与多样性、重要值、死亡率、补员率及胸径等方面分析了其动态变化。结果表明：(1)5年间2.2 hm²样地内木本植物个体从17 308株减少到16 533株,降幅为4.48%,胸高断面积31.42 m²·hm^-2增长到35.53 m²·hm^-2,物种增加了1科6属18种,消失1属7种。 乔木、亚乔木、灌木及藤本4类生长型物种的Margalef丰富度指数均上升,而Pielou均匀度指数均下降;除乔木外其他3种生长型的Shannon Wiener多样性指数和Simpson指数均上升。(2)补员个体1 269株,平均胸径2.44 cm,胸高断面积为0.32 m²·hm^-2,平均新增115.36 株·hm^-2·a^-1,隶属39科59属99种;死亡个体2 044株,平均胸径3.32 cm,胸高段面积为1.31 m²·hm^-2,平均死亡185.82 株·hm^-2·a^-1,隶属51科90属146种;不同径级补员与死亡个体数差异明显,总体上随着径级的增大而减少。(3)46个主要物种中有15种重要值增大,有31种降低,增加与降低的变化幅度为乔木层>灌木层>亚乔木层;平均胸径从4.70 cm上升为5.12 cm,除锥栗(Castanea henryi)平均胸径有所下降外其他物种均上升。(4)主要树种中有44个为增长型种群,另外2个物种种群增长率不变,主要物种年补员率大于年死亡率,不同生长型物种及其不同径级的死亡率与补员率不同,不同径级补员率总体大于死亡率;随着径级的增大,补员率与死亡率的差值逐渐降低趋于平缓。研究认为,该群落物种组成与多样性及主要物种的重要值、平均胸径变化幅度较小,未发生明显波动,主要物种不同径级的更新动态有所差别,但不剧烈,因此整个群落外貌基本保持不变,发展较为稳定。     

黄土高原降水年内分布差异对旱作果园蒸散特征的影响

天然降水是雨养农业区水文循环的主要驱动因子,在一定程度上决定着土壤水分生态环境,从而影响作物的蒸散特征。本研究通过分析静宁地区历年降水年内分布特征,明确了降水的集中趋势,在2018和2019年田间定位试验基础上,探究土壤水分随降水发生的变化过程以及果园蒸散特征对降水年内分布差异的响应规律。结果表明: 试验区历年降水集中度较高,集中期多分布在7和8月,8月所占比例达75%,且各年降水集中期出现的早晚变化较大。土壤水分对降水的响应主要集中在0～40 cm土层,深层水分只有在大雨量和连续性降水出现时才会发生明显变化。同为丰水年的情况下,2018年降水集中度高,集中期早,时间短,果树日耗水强度呈单峰结构,变幅较大;2019年降水分布均匀,集中期滞后,日耗水强度呈双峰结构,变幅小,大峰靠后。果树最大需水期历时长,2018年大雨的集中分布无法满足后期果树生理需水,果实产量受损,降水利用效率较2019年下降30.2%。黄土高原地区在苹果树幼果生长期往往会出现短暂干旱,影响果实品质,需加强该时段的水分管控。     

肥沃耕层构建对东北黑土区旱地土壤肥力和玉米产量的影响

有机物料还田是提高土壤肥力、改善土壤结构和增加作物产量的重要农艺措施之一。本研究通过分析有机物料深混还田构建肥沃耕层后土壤的有机质、速效养分含量和玉米产量,明确了黑土区不同土壤类型旱地土壤肥力指标和玉米产量对肥沃耕层构建方式的响应特征,以期为实现东北黑土区旱地保护性利用和农业可持续发展提供科学依据。采用小区试验与大区示范相结合的方式,在黑龙江省、吉林省和辽宁省选取9个生态类型区作为试验点,土壤类型包括黑土(中厚黑土和薄层黑土)、草甸土、黑钙土、白浆土、棕壤、暗棕壤和褐土。每个试验点均设置了玉米秸秆深混构建肥沃耕层(CF_Ⅰ)、秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层(CF_Ⅱ)和无有机物料还田(CK)3个处理。其中,CF_Ⅰ、CF_Ⅱ处理的小区试验和大区示范的秸秆还田量分别为10000 kg·hm^-2和全量还田,CF_Ⅱ处理的有机肥施用量为30000 t·hm^-2;CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理中有机物料的还田深度均为0~35 cm。结果表明: 不同土壤类型旱地的土壤肥力差异较大,不同土层表现为亚耕层土壤肥力小于耕层土壤,其中暗棕壤和白浆土尤为突出;棕壤、褐土耕层和亚耕层的土壤肥力均偏低;黑土和草甸土的质地比较黏重和犁底层较厚。在试验时间为两年以上的5个试验点中,与CK相比,CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理耕层的土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量平均增加1.85 g·kg^-1、20.16 mg·kg^-1、1.56 mg·kg^-1和17.2 mg·kg^-1,亚耕层较耕层增加了2.09 g·kg^-1、12.06 mg·kg^-1、2.18 mg·kg^-1和3.84 mg·kg^-1。与CK相比,CF_Ⅰ处理显著增加了耕作层和亚耕层土壤有机质和速效磷含量,CF_Ⅱ处理显著增加了耕作层和亚耕层的全部土壤肥力指标,说明肥沃耕层构建是提高土壤肥力的重要途径,其中玉米秸秆配施有机肥是快速提升土壤肥力的有效方法。受不同地区水热条件和土壤类型等的影响,不同试验区的玉米产量差异较大;不同处理间差异显著,表现为CF_Ⅱ>CF_Ⅰ>CK,说明肥沃耕层构建方式在不同生态类型区均能有效提高玉米产量。采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量。不同生态类型区应根据土壤类型、有机物料来源等采取相应的肥沃耕层构建方式,建议在有机肥源充足的区域,优先采用秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层。