黑龙江五大连池的生态价值分析

黑龙江五大连池处于大小兴安岭和松嫩平原的交错地带,在过去210万年间经历了7次大规模的火山喷发,是中国保存最为完好的内陆火山遗迹,2010年被我国政府遴选为世界自然遗产提名地.为了科学、准确地阐述五大连池生态方面的突出普遍价值,本文在<实施世界遗产公约操作指南>的框架下,整合野外调查数据和文献资料,在与其他相关世界遗产地充分比较的基础上,较为全面地分析了五大连池的生态价值.五大连池植物地理特征交错,区系来源广泛;物种组成相对丰富;发育在熔岩台地上的矮曲林反映了植物的特殊适应过程:特有成因形成了陆生和水生两个完整的植被演替序列;陆生植被演替同时存在普通演替和斑块动态演替两种模式,在熔岩地貌上斑块动态演替模式更为随机而高效.上述生态特征充分展示了五大连池正在进行的生物生态过程,体现了五大连池独特的生态价值,为后续有效保护和深入科学研究提供了支撑.     

监测是评估生物多样性保护进展的有效途径

生物多样性保护受到国际社会的广泛关注,继2010年国际生物多样性年之后,联合国又于2010年12月21日宣布2011-2020年为国际生物多样性十年,并号召各国政府和社会各界积极行动起来,为实施<生物多样性公约>第十次缔约方大会通过的2011-2020年生物多样性保护战略规划作出贡献.该战略规划提出了未来十年的全球生物多样性保护目标,包括5个战略目标和20个具体目标(http://www.cbd.int/deci-sion/cop/).     

森林与人类休戚相关,需要我们更多呵护

1992年6月3-14日,联合国环境与发展大会于巴西里约热内卢召开,大会通过了5个重要文件,其中包括<生物多样性公约>,该公约于1993年12月29日生效.为了纪念公约生效,联合国大会于1994年12月19日通过49/119号决议,将每年的12月29日确定为国际生物多样性日(International Day of Biodiversity).由于12月29日离西方的圣诞节很近,很多国家都很难组织庆祝活动.     

古田山常绿阔叶林凋落量时间动态及冰雪灾害的影响

2006年10月至2009年12月期间,我们通过对古田山24 ha常绿阔叶林动态样地169个种子雨收集器的凋落物进行烘干、分类、称量和数据分析,研究了凋落量的组成特征和时间动态,以及受2008年2月特大冰雪灾害的影响.2007年和2009年凋落量分别为532.05 g/m2和375.17 g/m2,年际变化显著,这与2008年的冰雪灾害有关.2007年古田山常绿阔叶林各组分在凋落量中所占比例依次为:叶(78.99%)>枝(14.69%)>皮(3-33%)>其他(2.99%);叶凋落量中各组分所占比例依次为:常绿阔叶树种叶(78.70%)>落叶阔叶树种叶(12.37%)>针叶树种叶(8.92%),其中甜槠(Castanopsis eyrei)、木荷(Schima superba)、马尾松(Pinus massoniana)和短柄袍(Quercus serrata vat.brevipetiolata)4个优势种年凋落量合计占叶凋落总量的71.36%,它们的动态直接影响着凋落总量的变化格局.凋落量高峰发生在春季(4月)和秋冬季(10月末至12月初),其中总凋落量、叶凋落量动态呈双峰型,枝条凋落量和树皮凋落量动态为不规则峰型,其他凋落量动态为单峰型.冰雪灾害后总凋落量、叶凋落量、枝条凋落量显著减少(P<0.05),其中甜槠、杨梅叶蚊母树(Distylium myricoides)叶凋落最显著减少(P<0.05)、木荷叶凋落量减少达到边缘显著水平(P<0.1),这也反映了冰亏灾害期间森林群落的受损情况.其他凋落量(主要成分为虫粪)在4B份增加极其显著(P<0.01),说明灾后植物的枝叶出现了补偿性生长.     

一种新的生态监测数据质量评估方法——以CERN乔木生长数据为例

将数据可靠性作为有序变量进行分级,在理论上使数据可靠性与主要生态过程、次级生态过程、外部过程等数据源建立关联,构建了一种生态监测数据质量评估方法,提供了一个新的数据质量指数.它通过观察记录的合格率来估计数据集的质量,其检测结果包括了每一条数据的可靠性级别、标记为离群或错误数据的原因,以及完整数据集的质量指数值.将该方法应用于CERN的两个乔木生长数据集,发现该数据质量指数可以定量评估乔木生长数据集的质量.该方法为相关软件的开发提供了基础.     

利用CASA模型模拟西南喀斯特植被净第一性生产力

基于SPOT NDVI遥感数据并结合数字高程模型、气象数据和植被参数,利用实测植被生产力计算和修正最大光能利用率,通过改进CASA过程模型,本文估算了中国西南喀斯特地区1999—2003年的植被净第一性生产力（NPP）。结果表明：1）改进后的CASA模型模拟的植被NPP与实测值相关性显著,可较好用于西南喀斯特植被的NPP估算;2）西南8省市区1999—2000年喀斯特和非喀斯特植被的NPP有轻度增加,但空间变化不显著,2001年低值区范围增加,2002年NPP高值区的范围明显扩大,随后在2003年又降低,但仍高于2001年;3）5年间西南喀斯特地区年NPP的变化范围是381.7—439.9 gC m-2 yr-1,平均值为402.34 gC m-2 yr-1,逐年NPP波动中呈现总体增长趋势,平均增加值为9.93 gC m-2 yr-1,5年总增加量为11TgC,但非喀斯特地区的年NPP平均值和增加值都大于喀斯特地区;4）5年间喀斯特地区的热带森林、亚热带森林、灌丛和草地的逐年NPP均小于非喀斯特地区,温带森林和农业植被则相反;这6种典型植被年NPP均呈增加趋势,热带森林的增加值最大,草地最小,非喀斯特地区植被NPP的增长趋势相似,但每种植被的年NPP增加值均大于喀斯特地区。西南喀斯特地区植被NPP的时空变化与气温、降水和太阳辐射的变化有关,而喀斯特植被NPP低于非喀斯特地区,则主要由喀斯特地区水分匮缺、土壤贫瘠等恶劣条件而抑制植物生长造成的。     

测墒补灌对冬小麦氮素积累与转运及籽粒产量的影响

2007-2009年,在田间条件下,以冬小麦品种济麦22为材料,以0-140 cm土层平均土壤相对含水量为指标设计4个测墒补灌试验处理:W0(土壤相对含水量为播种期80%+拔节期65%+开花期65%)、W1(土壤相对含水量为播种期80%+拔节期70%+开花期70%)、W2(土壤相对含水量为播种期80%+拔节期80%+开花期80%)和W3(土壤相对含水量为播种期90%+拔节期80%+开花期80%),研究不同水分处理对冬小麦氮素积累与转运、籽粒产量、水分利用效率及土壤硝态氮含量的影响。结果表明:(1)成熟期小麦植株氮素积累量为W1处理最高,W3处理次之,W0和W2处理最低,W0和W2处理间无显著差异;氮素向籽粒的分配比例为W2处理显著低于W1处理,W0、W1、W3处理间无显著差异。开花期和成熟期营养器官氮素积累量、营养器官氮素向籽粒中的转移量、成熟期籽粒氮素积累量均为W1>W3>W2>W0,各处理间差异显著。(2)随着小麦生育进程的推进,0-200 cm土层土壤硝态氮含量先降低后回升再降低,在拔节期最低。成熟期W0和W1处理0-200 cm土层土壤硝态氮含量较低,W2和W3处理120-200 cm土层土壤硝态氮含量较高。(3)W0处理小麦氮素吸收效率、利用效率和氮肥偏生产力最低;随灌水量的增加,氮素利用效率呈先升高后降低趋势;W1处理小麦对氮素的吸收效率和利用效率较高,氮肥偏生产力最高。W0处理水分利用效率较高,但籽粒产量最低;灌水处理籽粒产量、灌溉水利用效率和灌溉效益两年度均随测墒补灌量的增加而显著降低。在本试验条件下,综合氮素利用、籽粒产量、灌溉水利用效率及土壤中硝态氮的淋溶,W1是高产节水的最佳灌溉处理,在2007-2008年和2008-2009年度补灌量分别为43.83 mm和13.77 mm。     

草甸草原土壤碳/氮矿化潜力及土壤微生物水分敏感性对极端干旱的响应

土壤碳、氮矿化是生态系统养分循环的关键过程,受到水分供给的强烈影响。本研究对极端干旱处理(连续3年生长季减少66%降水)的内蒙古草甸草原野外取土,采用超低温冻干后再调节土壤水分至3%、8%、13%、18%、25%和35% 6个水平进行室内培养,研究极端干旱处理后土壤碳/氮矿化潜力以及土壤微生物对水分变化的敏感性。结果表明: 与对照(自然降雨)相比,极端干旱处理后,6个培养水平的平均土壤氮矿化潜力显著提高14.2%,但未显著影响土壤碳矿化潜力。极端干旱显著提高土壤微生物生物量氮和土壤可溶性有机碳26.8%和26.9%。无论是对照还是极端干旱处理,土壤氮矿化潜力、碳矿化潜力和微生物生物量碳和氮均随着土壤含水量增加而增加,而可溶性有机碳从较低水分的培养水平(3%和8%)到较高水分的培养水平(>13%)显著降低,表明底物的扩散起到重要作用。极端干旱处理显著提高了碳矿化初始脉冲强度,表明极端干旱提高了土壤微生物对水分的敏感性。极端干旱显著降低了土壤碳矿化潜力/氮矿化潜力的比值,表明长期干旱可能会降低土壤碳、氮循环过程的耦合作用。极端干旱对土壤碳矿化和氮矿化过程的影响存在差异,激发了土壤微生物对水分的敏感性,弱化了碳、氮循环过程的耦合关系,并进一步影响中国北方草甸草原生态系统的生物地球化学循环过程及草地生产力。     

遮荫处理对芍药幼苗生长和矿质营养积累的影响

遮荫是保护芍药幼苗生长的重要措施。本试验研究了不同遮荫处理对多伦芍药幼苗生长特性和矿质营养积累的影响,以便为多伦芍药幼苗栽培提供指导。采用盆栽试验,研究不遮荫(CK)、出苗一周后20%遮荫、40%遮荫、60%遮荫和80%遮荫5个处理的多伦芍药幼苗生长和矿质营养积累的变化。结果表明:与CK相比,遮荫处理显著提高了幼苗株高,增幅分别为19.9%、31.1%、52.9%、63.7%;显著降低了根生物量比和根冠比,降幅分别为21.5%、23.6%、29.2%、41.8%和40.6%、44.0%、50.9%、63.2%。40%遮荫、60%遮荫和80%遮荫显著提高了比叶面积,增幅分别为77.0%、84.1%、65.2%,显著增加了叶绿素和类胡萝卜素含量,增幅分别为92.3%、128.7%、98.1%和86.9%、113.1%、90.5%,显著降低了根生物量,降幅分别为61.4%、74.3%、78.6%。与CK、20%遮荫、40%遮荫和80%遮荫处理相比,60%遮荫显著提高了根中磷含量,增幅分别为245.7%、65.9%、40.5%、10.3%;60%遮荫处理的根中钾和镁含量显著高于其他处理,比CK、20%遮荫、40%遮荫和80%遮荫处理分别高102.9%、131.7%、57.0%、63.3%和131.3%、55.1%、40.4%、7.7%。本试验条件下,60%遮荫是多伦芍药幼苗生长适宜的光照条件。     

氮和水分添加对内蒙古荒漠草原放牧生态系统土壤呼吸的影响

土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分, 同时也是评价生态系统健康状况的重要指标, 对于评估退化草地恢复过程中生态系统功能具有重要意义。该研究在内蒙古四子王旗短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原长期放牧实验平台上进行, 该平台设置对照(CK)、轻度(LG)、中度(MG)和重度(HG) 4个放牧强度。通过在4个放牧处理区设置氮、水添加实验处理, 探讨不同放牧强度背景下, 氮、水补充对荒漠草原土壤呼吸过程的影响。结果表明: (1)历史放牧强度除2015年对土壤呼吸无显著影响, 2016和2017年都有显著影响, 放牧区3年平均土壤呼吸速率基本都高于对照区。此外, 氮和水分添加显著增加了MG区土壤呼吸速率, HG区氮、水同时添加对土壤呼吸速率有显著增加作用; (2)无论是历史放牧强度, 还是氮、水添加处理, 都没有改变荒漠草原生长季土壤呼吸速率的季节动态变化趋势, 土壤呼吸速率基本表现为单峰曲线模式, 峰值出现在水热同期的7月份; (3)不同年份生长季土壤呼吸速率对氮、水处理的响应并不相同, 氮添加至第3年产生显著影响。水分添加在平水年份(2015和2017年)对土壤呼吸产生显著影响, 但在丰水年份(2016年)无显著影响。氮、水共同添加分别在CK、LG和HG区3年平均土壤呼吸速率显著高于单独加水处理, 说明氮添加的有效性依赖于水分条件, 两者表现为协同作用; (4)不同处理下荒漠草原土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)值介于1.13-2.41之间, 平均值为1.71。在无氮、水添加时, 放牧区的Q₁₀值都小于CK区, 总体表现为CK 大于 MG 大于 LG 大于 HG; 加水和氮水共同添加处理后, Q₁₀值都有明显增加, 其中NW处理下Q₁₀值都增加到2.0以上。上述结果说明在过去受不同放牧强度影响的荒漠草原在停止放牧后的恢复过程中, 土壤水分仍是影响土壤呼吸的主导环境因子, 外源氮添加只有在满足一定水分供给的基础上才起作用, 尤其是过去的重度放牧区土壤呼吸速率对氮、水补充的响应最为强烈。该研究结果可以为评估荒漠草原恢复过程中土壤呼吸速率受养分和水分影响提供基础资料和依据。