全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

海南尖峰岭热带山地雨林凋落物产量及其动态北大核心CSCD

热带山地雨林是海南尖峰岭地区面积最大的植被类型,是陆地生态系统重要的组成部分,研究海南尖峰岭热带山地雨林凋落物产量的长期动态变化规律及其影响因素,有助于了解未来气候环境变化背景下热带森林的响应规律。本研究采用尼龙网收集框法于2013-2017年对尖峰岭60hm2大样地内132个样方的凋落物产量进行为期5年的连续定位观测,测定枝、叶、杂物(含花、果和枝叶碎片)的组分产量,探讨其与气候因子的相关关系。研究结果显示:尖峰岭热带山地雨林年凋落物总产量为617.5~1084.7g/m^2,年均768.6g/m^2,各组分凋落物平均产量由大到小为:叶>枝>杂物,其值分别为507.9、163.4、97.3g/m^2,凋落叶产量占66.1%,为优势组分;凋落物总产量的季节变化为不规则型,出现3次峰值,各组分凋落物产量季节变化呈双峰型,峰值月存在差异;春季、秋季和冬季以叶凋落为主,夏季以枝凋落为主;凋落物总产量及各组分产量受不同气象因子的影响,凋落枝产量与各气象因子均无显著相关,凋落叶产量与月极小气温和平均气温显著相关,凋落杂物产量与日最高气温显著相关,凋落物总产量与平均气温显著相关。研究结果表明海南热带森林凋落物产量一年间呈现3次峰值,其动态变化是受多种气象因素特别是受极端气候因子的影响,这对于了解未来气候环境变化背景下热带森林的响应规律具有重要参考价值。     

长潭水库铁锰含量与环境因子的季节性变化相关性分析及铁锰氧化菌群的富集培养

【背景】目前对水库水体污染原因的研究往往专注于水体的富营养化、pH值、溶解氧、氨氮、菌落总数指标的变化,而重金属含量与环境因子的季节性变化相关性分析研究较少,同时对于典型季节原位微生物种群的多样性差异研究尚未见报道。【目的】研究浙江省台州市长潭水库底部水中正二价金属离子(二价锰离子Mn²⁺;二价铁离子Fe²⁺)浓度与不同环境因子的季节性变化规律,并对其相关性进行分析;富集平水期(2月)和丰水期(8月)水库底部水体中功能微生物菌群,分析其种类和丰度的差异。【方法】分别检测12个月的水库水Mn²⁺和Fe²⁺浓度及多种环境因子(水体溶解氧浓度、pH值、总磷浓度、浊度、水库环境温度及降水量),过滤并富集培养水库底部水体的功能微生物菌群,对其16S rRNA基因V3-V4区测序并分析其菌群结构。【结果】长潭水库水中Mn²⁺和Fe²⁺浓度呈季节性变化,每年的春夏交替季节水体中铁锰含量从零开始慢慢升高,至夏秋高温季节水体中Mn²⁺和Fe²⁺浓度达到最高值,然后慢慢降低,至秋末冬初检测不到含量。在检测的多种环境因子中,水体溶解氧浓度、水库环境温度及降水量呈明显的季节性规律变化。Mn²⁺和Fe²⁺浓度与温度、降水量和浊度有正相关性,与溶解氧浓度、pH值和总磷浓度有负相关性,其中在正负相关性分析中两种金属离子的浓度与溶解氧浓度的相关性最强,其次是环境温度及降水量。丰水期和平水期中富集获得的功能微生物菌群的种类和丰度差异很大,从属水平上分类,丰水期时菌群只包含不动杆菌(Acinetobacter)和鲑色沉积物杆状菌(Sediminibacterium)这2个属的菌株,含量各占约50%;平水期时菌群则主要由杆菌属(Bacillariophyta) (47.62%)和Limnohabitans(9.52%)等9个属的菌株构成。富集获得的平水期和丰水期的两个可培养的菌群均具有去除水库水中Mn²⁺的功能,去除率分别约为35.9%和11.4%。【结论】长潭水库底部水体中Mn²⁺和Fe²⁺浓度与不同环境因子均呈季节性规律变化,它们之间呈现不同的正负相关性,丰水期和平水期的功能微生物菌群结构差异很大。本研究为利用微生物进行重金属污染水体的治理储备了微生物资源,为实现国家“美丽乡村”的建设目标提供一定的参考价值。     

黄土丘陵区坡耕地与撂荒地土壤水分对降雨的响应特征

为了揭示黄土丘陵区不同土地覆被方式下土壤含水量对不同强度降雨的响应过程,选取山西省冯家沟小流域农耕地和撂荒地为研究对象,基于2019年4—10月降雨和土壤含水量以小时为单位的观测数据,分析了土壤含水量对不同强度降雨的响应规律。结果表明:(1)小雨、中雨、大雨和暴雨对土层的影响深度分别为20、20、60 cm和60 cm,研究区降雨最主要的形式—小雨对土壤水分的补给作用较小。(2)各强度降雨过程中,除0—10 cm土层外,农耕地土壤含水量均大于撂荒地,且大雨条件下农耕地各土层土壤含水量变化较显著,而撂荒地仅0—10 cm和10—20 cm土层土壤含水量有所增加。(3)不同土层土壤含水量对降雨的响应不同,表层响应相对明显而深层相对减弱;农耕地土壤平均含水量最大值出现在50—60 cm土层,而撂荒地出现在30—40 cm土层。(4)本地区农耕地土壤含水量高于撂荒地,表明在该地区适当的作物种植有较好的储存土壤水分的作用。本研究的结果对地区水资源的高效利用和水土流失防控提供了一定的科学依据。     

生态医生——脆弱性评价与适应性管理

<正>你可能不知道:1.1880—2012年全球平均地表温度呈线性上升趋势,而1951—2012年全球平均地表温度的升温速率更是1880年以来升温速率的两倍,加上全球降水异质性增强,引起了一系列生态环境问题。2.中国地处地球环境变化速率最大的季风气候区,天气气候条件年际变化很大,气象灾害频发,自然与农业生态系统受气候变化与气象灾害影响剧烈。总之,气候变化已经并将继续对中国农业、水资源、自然生态系统与海岸带、重大工     

1998-2013年新疆艾比湖湖面时空动态变化及其驱动机制

采用1998年9月,2002年9月,2007年9月,2011年9月以及2013年9月多期Landsat数据,利用归一化水体指数模型(NDWI)和修正归一化水体指数模型(MNDWI)提取新疆艾比湖水域面积,研究近年来艾比湖湖面的动态变化。以最大似然分类结果作为标准,验证了用NDWI和MNDWI模型提取面积的精度,得出NDWI模型所提取的湖泊面积更符合实际情况,湖泊总面积从1998年的519.26km²减少到2013年的422.73km²,缩小了18.59%,表明目前艾比湖正在退化,从而促使生态环境受到影响。对5期影像中的艾比湖湖面进行了边界的提取和叠加,利用湖泊面积动态模型研究艾比湖湖面积的动态变化,在此基础上分析了影响艾比湖湖面积变化的驱动机制,近年来随着温度的逐渐升高,降水量呈下降的趋势,加上大量的蒸发作用、径流量变化及沙尘日数等综合作用的结果,导致了艾比湖面积的缩小。多年来艾比湖流域内随着人口数量的增加、耕地面积的不断扩张、牲畜的大量增长,导致需水量逐渐增大,因此也是导致湖面面积减少的主要原因之一。开展艾比湖湖面时空动态变化及其驱动机制研究,对于干旱区湖泊来说具有重要的理论和实际意义。     

春季小降雨事件对科尔沁沙地尖头叶藜萌发的影响

通过人工模拟降雨试验研究了科尔沁沙地优势草本植物尖头叶藜萌发和幼苗建成对春季小降雨事件(2、4、8 mm和自然降雨)的响应。结果表明:不同降雨处理对尖头叶藜的萌发和幼苗建成有显著影响(P0.05)。8mm降水量是促使尖头叶藜萌发的最小降雨阈量。不同降雨量处理下尖头叶藜萌发数量大小顺序为:8mm处理对照4 mm处理2mm处理;而高度和冠幅依次是2 mm处理(2.23 cm和7.15 cm2.)对照(2.03 cm和6.21 cm2)4mm处理(1.86 cm和5.01 cm2)8mm处理(1.48cm和4.72 cm2);降雨量为8mm的地上生物量最多(45.26 g/m2),对照为35.49g/m2、4mm处理为26.54g/m2、2mm处理为15.26g/m2。尖头叶藜幼苗的水分利用效率与每次降水量呈显著地正相关关系,随着每次降雨量的增大地上生物量逐渐增大。本试验中各处理的总降雨量一致,但地上生物量不同且差异显著。每次降雨量×降雨次数的分布状况影响了尖头叶藜幼苗的地上生物量。科尔沁沙地尖头叶藜萌发及其幼苗建成在密度、形态和水分利用效率和地上生产力上对不同模式的小降雨做出了积极的响应。     

不同放牧制度下呼伦湖流域草原植被冠层截留

冠层截留是降雨过程中的水量分配和流域水平衡的一个重要组成部分,通过水浸泡法和降雨模拟实验研究呼伦湖流域草原3种放牧制度下(休牧、轮牧、自由放牧(超载放牧))植被冠层截留量的变化规律,并利用遥感解译植被归一化指数(NDVI),确定3种放牧制度下草原面积,估算呼伦湖流域草原降雨截留量。研究表明:在休牧、轮牧、自由放牧3种制度下,水浸泡法测定的截留量分别是0.468、0.320、0.271 mm。降雨模拟实验法测得的结果分别是0.957、0.613、0.431 mm。休牧、轮牧、自由放牧草场叶面积指数、盖度、容重、生物量等指标差异显著(P0.05),且单株植被高度、鲜重对截留量影响显著呈线性正相关关系。呼伦湖流域草原一次降雨量为大于等于30 mm全流域降雨,其植被截留量为6.462×106m3。     

土地利用/覆盖变化对中国不同季节气温的影响

近几十年中国地区土地利用/覆盖变化(LUCC)较大,在区域气候模拟中尤其需要使用更加准确的土地利用/覆盖数据。基于模式原有的USGS和新开发的LUC90两种土地利用/覆盖资料,利用区域环境集成模拟系统(RIEMS2.0)分别进行连续10a模拟,分析LUCC对中国不同季节气温的影响。结果表明:1)采用LUC90资料后,中国及东北、华北、华南夏季平均气温增加,但只有东北模拟与观测值的偏差减小,且通过显著性检验(P0.01)。中国及东北、华南冬季平均气温增加,并且模拟与观测值的偏差减少。中国及华北和华南对冬季气温年际变率的模拟改善好于夏季。2)土地利用/覆盖变化通过影响潜热通量的变化和净吸收辐射通量的变化来影响不同季节气温的变化。冬季净辐射通量变化对气温变化的贡献较夏季大,而夏季潜热通量变化对气温变化的贡献较冬季大。雨养农田转变森林、草地、灌溉农田过程造成通量变化,其对气温变化的影响也存在不同分区季节的差异。     

内蒙古地带性针茅植物对CO2和气候变化的适应性研究进展

收集了1992—2013年关于模拟CO2浓度升高及气候变化(温度升高、降水变化)对内蒙古地带性草原群落的5个建群种针茅植物(贝加尔针茅、本氏针茅、大针茅、克氏针茅、短花针茅)影响的实验研究结果表明,模拟CO2浓度升高、增温和增雨将提高针茅植物的光合作用和株高生长,但CO2处理时间延长会导致光合适应;温度和降雨变化将改变针茅植物的物候进程,但物种之间反应有差异;CO2浓度升高有助于针茅植物生物量增加,增温和干旱则相反,CO2浓度升高对干旱的影响具有补偿作用;干旱和涝渍胁迫将提高针茅植物植株C/N,CO2浓度升高将加剧水分胁迫下针茅植物植株C/N的增加效应,导致牧草品质下降。由于当前在适应性指标、针茅植物对气候变化协同作用的适应机理及其敏感性研究等方面存在的不足,导致目前无法全面比较各针茅植物对CO2和温度、降水变化的响应差异及其敏感性,因而无法预测未来在全球变化背景下,这几种针茅植物的动态变化及其在地理分布上的迁移替代规律。为科学应对气候变化,未来应加强内蒙古地带性针茅植物的适应性指标、针茅植物对多因子协同作用的适应机理及敏感性研究。