基于Sentinel-2数据的草地植物功能多样性遥感反演及其与生产力的关系

生物多样性与生态系统功能的关系是当前生态学研究的焦点和难点。植物功能多样性是影响生态系统功能的重要指标, 开展植物功能多样性的研究对了解生物多样性与生态系统功能之间的关系有着重要意义。传统的草地植物功能多样性研究多以实地调查为主, 不仅费时费力, 而且由于受到时空的限制, 很难拓展到大尺度的研究中。遥感技术的发展为评估草地功能多样性提供了一种经济、有效的手段。该研究选取内蒙古自治区锡林郭勒盟乌拉盖管理区草甸草原为研究区, 利用Sentinel-2卫星影像和野外实测数据, 选取了波段及植被指数等46个特征变量, 探讨了逐步回归、偏最小二乘法(PLSR)和随机森林(RFR)等3种不同方法对草地植物功能丰富度(FRic)、功能均匀度(FEve)和功能离散度(FDiv)的反演精度, 并基于PLSR反演草地地上生物量, 进一步分析了研究区功能多样性与生产力的关系。研究结果表明: (1)波段B11、优化型土壤调节植被指数(OSAVI)、水波段指数(WBI)对FRic解释度最高; 波段B6、B10、B12、类胡萝卜素反射指数1 (CRI1)、双峰光学指数(D)、归一化差值指数45 (NDI45)等6个特征变量对FEve解释度最高; 波段B5、B9、B10、B11、加权差分植被指数(WDVI)、凸包面积等对FDiv解释度最高; (2)基于十折重复交叉验证, 利用逐步回归估算的FRic和FEve反演精度远高于其他两种回归方法, R²分别为0.52和0.44; 而利用PLSR方法估算的FDiv反演精度最高(R² = 0.61); (3)群落地上生物量反演精度为R² = 0.61; FRic与地上生产力的关系最好(R² = 0.40), 其次为FDiv (R² = 0.28)和FEve (R² = 0.27)。研究发现, 基于Sentinel-2卫星影像能较好地反演草地功能多样性和生产力, 为下一步能在大尺度上进行草地功能多样性估算及其与生产力关系研究提供了参考和依据。     

湖北兴山发现霍氏缺齿鼩

2016年12月,在湖北省兴山县采集到1只食虫类标本。其体型较小(头体长75.00 mm),通体呈棕褐色,尾较长(82.00 mm),眼细小。头骨扁平,较为坚固,齿尖具有浅红棕色色斑。通过测定其线粒体Cyt b基因序列,并结合缺齿鼩属6个物种的同源区序列,构建其系统发生关系,发现该标本与基因库中霍氏缺齿鼩(Chodsigoa hoffmanni)序列聚为具较高支持度的一支。综合形态学与系统发育学证据,将该标本鉴定为霍氏缺齿鼩。此次发现是湖北省境内该物种的首次记录,也是其在我国云南省及越南分布区外的又一发现,拓展了对该物种在我国分布范围的认识。     

内蒙古克氏针茅草原土壤种子库对刈割和放牧干扰的响应

种子库是潜在的植物群落并在一定程度上预示着群落的演替方向。草原牧区自退牧还草政策实施以来,草原利用方式由自由放牧为主逐步转向以围封割草为主。为研究割草和放牧对土壤种子库密度、植物功能群和种类组成的影响及其与地上植被的相似性关系,在内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)典型草原区设置3个不同强度的刈割处理,即无刈割对照(CK)和分别留茬15 cm(M15)、5 cm(M5)的处理,以及一个自由放牧处理(GR),土壤种子库采用环刀法多点取样结合四唑染色法测定种子活力,计数所有被检测有生命力的种子,并计算土壤种子库与地上植被在物种组成方面的相似性。结果表明:不同处理的土壤种子库密度范围为6245.0±1351.9~8155.9±909.1粒·m-2,无刈割对照的土壤种子库密度显著高于M15;从种子库的功能群组成来看,多年生杂类草种子密度最大,占种子库总量的55%~60%,1年生杂类草占36%~43%,GR与M15有显著差异;从物种组成来看,只有克氏针茅、砂韭的种子数量在刈割和放牧处理下显著低于对照。采用Sorensen指数计算土壤种子库与地上植被的物种相似性,CK、GR、M5、M15相似系数分别为0.55、0.58、0.48和0.60;研究预示,内蒙古典型草原土壤种子库对割草和自由放牧有很强的敏感性,刈割和自由放牧均降低土壤种子库密度,将降低退化克氏针茅草原的自然恢复能力。     

峨眉山世界遗产地植物多样性全球突出普遍价值及保护

该研究在申遗文本和大量文献资料的基础上,以峨眉山世界遗产地原生植物及植被群落为研究对象,从物种多样性、物种组成、植物区系、植被类型及垂直分布格局等方面,分析论证了峨眉山世界遗产地植物多样性的全球突出普遍价值,并简要概述了当前峨眉山世界遗产地植物受威胁状况以及在保护与发展中出现的问题。结果表明:(1)峨眉山世界遗产地目前拥有高等植物242科3 200种以上,特有植物、孑遗植物种类丰富。(2)与中国其他湿润性亚热带山地森林垂直带谱相比,峨眉山亚热带森林植被类型完整,常绿阔叶林东部类型在山地垂直带谱中占据显著地位,海拔上限最高,跨度最大,具有典型的亚热带常绿阔叶林东部亚区森林群落特点。(3)植物区系复杂,既有热带、亚热带和温带植物区系成份,又有中国—日本与中国—喜马拉雅植物区系分布。(4)受人为活动(旅游发展、基础设施建设等)和自然扰动(气候变暖、地质灾害等)影响,峨眉山世界遗产地植物多样性下降明显,珍稀濒危植物受威胁程度增加,典型群落面积退化,稳定性降低。建议在划定珍稀植物保护区,对植物栖息地进行专门保护的基础上,开展植物多样性、环境因子、人为活动动态监测,预见性地保护其突出普遍价值,实现世界遗产地的可持续发展。     

CO_2浓度升高下粳稻叶片光合作用对光强变化的响应

为了研究不同CO_2浓度升高水平下水稻光合作用对光强变化的响应,以常规粳稻"南粳9108"为试验材料,利用开顶式气室(OTC),设置对照(CK,背景大气),CK+40μmol·mol-1(T1)和CK+200μmol·mol-1(T2)两个CO_2浓度升高水平,各设4个OTC作为重复。测定了拔节孕穗期、抽穗开花期和乳熟期不同光强水平下水稻叶片的净光合速率(Pn)和氮含量等,并采用非直角双曲线模型模拟确定光合作用参数。结果表明:T1处理的Pn仅在拔节孕穗期和乳熟期的低光强(PAR=400μmol·m-2·s-1)下略高于CK,在其他光强水平下与CK无显著差异,饱和光强下的净光合速率(Pn max)在3个生育期均与CK无显著差异;不同光强下T2处理的Pn和Pn max在拔节孕穗期和抽穗开花期比CK高34%~40%,在乳熟期与CK无显著差异;CO_2浓度升高200μmol·mol-1有降低叶片氮含量的趋势,但叶片尺度的光合氮素利用效率显著高于CK和T1处理,且随着光照的增强而进一步提升;CO_2浓度升高200μmol·mol-1有利于提升孕穗期和抽穗开花期的表观量子效率。     

高寒草原土壤交换性盐基离子对氮添加的响应:以紫花针茅草原为例

土壤交换性盐基离子(Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+)在维持土壤养分与缓冲土壤酸化中起着重要作用,了解其对氮添加的响应有助于准确评估氮沉降背景下生态系统结构与功能的动态变化。然而,目前关于土壤交换性盐基离子对氮添加响应的相关研究主要集中在酸性土中。鉴于目前在碱性土中研究相对较少的现状,该研究以青藏高原高寒草原为研究对象,依托氮添加控制实验平台,通过连续3年(2014–2016)的测定,考察了8个不同施氮水平(0、1、2、4、8、16、24、32 g·m~(–2)·a~(–1))下土壤交换性盐基离子含量变化及其可能原因。结果显示:随着施氮量的增加,土壤交换性盐基离子,尤其是Mg~(2+)与Na~+含量显著降低。并且,盐基离子含量与植物地上生物量显著负相关(p0.05),说明氮添加通过促进植物生长,加速植物对盐基离子的吸收,进而导致土壤中盐基离子含量降低。此外,盐基离子含量也与土壤无机氮含量呈显著负相关(p0.05)关系,说明施氮还通过提高土壤中无机氮含量进而导致更多NH_4~+与土壤吸附的盐基离子交换,同时加剧NO_3~–淋溶,带走等电荷阳离子。需要指出的是,虽然连续施氮导致土壤pH值下降,但该土壤目前仍处于碳酸盐缓冲阶段,说明通常在酸性土中报道的"因缓冲土壤酸化引起的盐基离子损失机制"在碱性土中并不成立。这些结果意味着持续的氮输入会造成碱性土中盐基离子损失,进而影响土壤缓冲能力与植被生产力,未来草原生态系统管理中应重视这一问题。     

Research progress on monitoring vegetation water content by using hyperspectral remote sensing

植被含水量是陆地植被重要的生物物理特征, 其定量遥感反演有助于植被干旱胁迫的实时监测与诊断评估。该文系统综述了国内外利用高光谱遥感评估植被水分状况的4个常见植被水分指标——冠层含水量、叶片等量水厚度、活体可燃物湿度和相对含水量的概念及其遥感估算方法研究进展, 评述了植被含水量高光谱遥感估算各类方法的优缺点, 探讨了植被含水量高光谱遥感估算目前存在的问题, 并提出进一步的研究任务, 即服务于植被干旱胁迫的高光谱遥感监测、预警与评估。     

Litter dynamics of evergreen deciduous broad-leaved mixed forests and its influential factors in Shennongjia,China

凋落物是陆地生态系统的重要组成部分, 凋落物动态特征可以反映出生态系统的存在状况以及环境对植被的影响作用。为探究北亚热带常绿落叶阔叶混交林凋落物产量及现存量的动态及其影响因素, 该研究观测了神农架地区一处典型植被2009-2015年的凋落物产量及现存量, 据此分析其动态特征及其与气象因素的关系。研究结果表明: 该森林凋落物平均年产量及现存量分别为5.94 t·hm ^-2和10.46 t·hm ^-2, 2009至2014年均无明显年际变化趋势, 但在2015年均显著降低, 且当年倒春寒天数显著高于其他年份; 季节动态变化呈现双峰型, 峰值分别出现在3-5月和10月; 凋落物月产量与当月的前第1-4个月的月平均气温正相关, 与当月的前第8-10个月的月平均气温负相关, 且与当月的前第6-7及第10个月的月平均相对湿度负相关; 凋落物产量季节性指数平均值为0.032, 与年平均气温显著正相关。可见, 长时间倒春寒现象会显著影响凋落物年产量及现存量, 月平均气温和相对湿度对凋落物产量季节动态的影响有明显的滞后性, 且年平均气温对北亚热带主要森林类型的凋落物产量季节性指数有显著影响。     

长汀侵蚀退化区砍伐迹地马尾松种群动态

砍伐是人类对植物种群最常见的干扰形式之一,种群结构及其动态在砍伐后会经历快速变化和调整时期。以长汀侵蚀退化地为研究区,基于砍伐迹地上马尾松种群4年生活史调查,利用积分投影模型(IPM,Integral Projection Model)结合传统种群统计分析方法,揭示砍伐迹地上马尾松种群增长率变化过程及个体生命率对种群的影响。结果表明:砍伐迹地上马尾松种群处于衰退状态(λ1),且衰退程度不断加深。4年内幼苗数量大幅度减少,幼年树和成树数量增加。死亡在生活史各个阶段均有出现,幼苗是死亡的主要来源;植株生长量随着个体的增大和时间的增加而增加,生长增量由大到小依次为:成年树,幼年树和幼苗;植株繁殖概率逐年提升,但新生幼苗数量逐年下降。弹性分析显示,个体尤其是幼苗的存活对种群至关重要,小径级植株的正生长有利于种群恢复,大径级植株的正生长不利于种群发展,而负增长和繁殖贡献均十分有限。