2001-2018年中国-老挝交通走廊核心区植被稳定性对极端干旱的响应

中国-老挝交通走廊核心区干旱事件的频繁发生威胁着该区域生态系统的稳定性。基于Palmer干旱指数（PDSI）和增强型植被指数（EVI）数据量化了中老交通走廊核心区不同植被类型的稳定性（年均EVI与其标准差之比）及其对干旱的抵抗力（干旱期间植被结构和功能保持其原始水平的能力）和恢复力（植被恢复到干旱前水平的速度）。结果表明：（1）2001-2018年间,中老交通走廊核心区共发生5次极端干旱事件,出现极端干旱的年份有2005年、2010年、2015年、2016年和2017年,以上年份极端干旱面积占总面积的比例分别为13.37%、47.46%、10.41%、12.00%和3.05%;（2）不同植被类型对极端干旱的响应不同,中老交通走廊核心区内常绿阔叶林的稳定性显著高于其他植被类型,和其他植被类型相比,常绿阔叶林虽然暴露在干旱环境中的时间更长,但其具有更高的稳定性,在维持中老交通走廊核心区的生态系统稳定性上发挥着重要作用;（3）常绿阔叶林和木本稀树草原对极端干旱的抵抗力和恢复力显著高于混交林、草地和农田,研究区内各植被类型对极端干旱的抵抗力与温度和降水呈显著正相关关系。     

藏北高寒草甸根系生物量与碳氮分布格局及关联特征

根系生物量的分布格局及其与土壤环境因子的关系对草地保护与退化草地恢复研究有重要意义。以藏北当雄县的高寒草甸为研究对象,在三个海拔上（4300、4500、4700 m）对2011年0-50 cm的群落根系生物量、根碳氮含量、土壤碳含量（SOC、DOC、MBC）、氮含量（DTN、MBN、TN）、碳氮比（MBC/MBN、SOC/TN）、pH、电导率进行了测定,以期探讨藏北高寒草甸根系生物量与碳氮的分布格局及其关联特征。结果表明：（1）土壤中所测量的各种形式的碳氮含量均随着土壤深度的增大呈下降趋势,0-50 cm的DOC和SOC都随海拔的升高呈上升趋势。（2）随土壤深度的增加,根系生物量呈指数下降。随海拔的增加,根系生物量越集中分布于上层土壤,下层土壤根系生物量分布越少且变化趋于平缓。（3）根系生物量与所测的碳氮指标、电导率呈正相关关系,与pH呈负相关关系。根系氮库是影响根系生物量分布格局的主要因素,而pH值、电导率及土壤碳氮指标是影响根系生物量分布格局的重要因素。     

基于贝叶斯模型平均的蒸散遥感产品集成——以三江源国家公园为例

蒸散发(ET)是陆表水热过程的一个基础通量,不同模型基于的概念、假设、应用尺度等诸多差异给ET的准确模拟带来了多种不确定性。本研究以三江源国家公园为例,应用贝叶斯模型平均(BMA)方法,通过通量塔观测值对模型进行训练,并综合PT-JPL、ARTS-GIMMS3g、ARTS-MODIS、MOD16和SSEBo 5个模型结果,以提高ET的估测精度。结果表明: 5个模型结果可以捕捉海北高寒草地通量塔观测ET的季节变化,可解释观测ET季节变异的64%～86%,均方根误差(RMSD)的范围为0.47～0.76 mm·(8 d)^-1;基于BMA得到的ET的解释能力提高至89%,RMSD降低至0.43 mm·(8 d)^-1。2003—2015年,三江源国家公园地表ET总体呈不显著增加的趋势,在全区尺度上,温度和降水对蒸散的影响不显著;但在长江源园区,降水和气温对其影响达到显著水平。气温和降水对蒸散发有积极的影响,但不同园区之间的地理差异导致蒸散发也出现不同的变化趋势。本研究为其他多源数据的集成分析提供了方法参考,所集成的蒸散数据可以有效降低原各自模型的不确定性,为区域水热变化研究提供了更为精确的数据基础。这对于更好地认识气候变化背景下的水循环过程具有重要意义。     

生态学的科学概念及其演变与当代生态学学科体系之商榷

生态学既是生物学的分支学科,也是环境科学、地球系统科学的重要组成部分,其研究成果可直接服务于植物、动物、微生物的生物多样性保护、生物资源利用及生物产业管理等应用领域。生态系统概念将经典生态学或者基础生态学研究扩展到了生态系统生态学或者生态系统科学的新阶段,奠定了大尺度及全球生态环境科学研究的理论基础,促进了生物学、地理学及环境科学研究的大融合,推动了自然科学与人文科学和社会经济学的学科交叉。在这一大融合的历史过程中,生态学在不断地汲取不同学科营养的同时,提出了许多科学概念或理论学说,并在相关科学研究中得到应用和发展,形成了以认知生态系统与资源环境及人类社会的互馈关系为核心的当代生态学及生态系统科学体系。本文从生态学思想起源与发展、生态学概念的科学内涵及其扩展等方面综合讨论了当代生态学的科学概念、基础理论及其学科体系,并尝试性地对当代生态学的科学内涵、学科范畴、学科体系进行梳理、考察和分析,提出了基础生态学及应用生态学研究的分支学科体系分类方案,期望与学界共同商榷,为完善和重构当代生态学学科体系提供参考。     

试论宏观生态系统科学研究的多学科维度基本问题及其方法体系

人类社会对解决区域及全球重大资源环境问题的迫切需求,快速地推进了自然科学与人文科学的多学科交叉融合,推动了宏观生态系统科学(MES)的兴起及科学理论创新,以及大陆和全球尺度的科学研究方法与技术体系发展。本研究以服务大陆及全球尺度的生态系统状态变化及其资源环境效应研究的多学科知识体系及方法论体系的融合发展为应用目标,系统论述了大陆尺度宏观生态系统科学研究的多学科维度基本问题、逻辑关系及前沿性领域,讨论了构建大陆及全球尺度宏观生态系统科学研究方法学体系的理念和内容,并提出了开展大陆尺度的联网观测-联网实验-数值模拟-知识融合技术系统的设想,期望为中国及全球生态系统观测试验研究网络的理论设计提供参考。     

降水量变化对藏北高寒草地养分限制的影响

生态系统净初级生产养分限制的模式是现代生态学关注的重要问题。养分的可利用性是草原生态系统生产力动态变化的关键决定因素, 但土壤养分可利用性与整个生态系统中养分限制之间的关系尚不清楚。该研究通过在藏北降水梯度上4种类型高寒草地(从东到西依次是高寒草甸、高寒草甸草原、高寒草原和高寒荒漠草原)设置氮磷养分添加试验, 系统研究氮磷养分添加对不同类型高寒草地的影响, 并探讨降水梯度上高寒草地的氮磷限制模式。结果表明: (1)氮磷添加对不同高寒草地的影响存在差异: 氮添加显著提高了高寒草甸和高寒草甸草原地上生产力, 而对高寒草原和高寒荒漠草原无影响; 单独磷添加对4种高寒草地均无显著影响, 而氮磷添加对4种高寒草地地上生产力均有促进作用。(2)通过计算氮磷共同限制指数发现: 随着降水量减少, 高寒草地氮限制指数从1.18逐渐降低到0.52-0.64, 养分限制模式从氮限制过渡到氮磷共同限制; 磷限制指数在高寒草甸草原和高寒草原为负值, 说明单独磷添加对高寒草甸的生产力有负向作用, 高寒草甸主要受氮限制; 高寒草甸草原介于氮限制与氮磷限制之间, 受到氮磷共同限制, 单独磷添加有负向作用; 高寒荒漠草原受到氮磷共同限制。研究表明, 高寒草地氮磷限制模式存在环境梯度上的递变规律, 随着降水量减少, 高寒草地养分限制模式从氮限制逐渐过渡到氮磷共同限制。由此推断, 未来气候变化条件下氮沉降增加对不同类型高寒草地的影响可能存在差异。同时, 利用养分添加恢复不同类型退化高寒草地时也应将氮磷限制模式的差异考虑进去。     

Characteristics of soil nitrogen mineralization in the rhizosphere of trees,shrubs, and herbs in subtropical forest plantations

为了探讨人工林内优势乔木和林下灌草根际土壤氮矿化特征, 明确乔灌草根际土壤氮转化差异, 该研究以江西泰和千烟洲站区典型人工杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)林为对象, 在植被生长季初期(4月)和旺盛期(7月)分析3种人工林内乔木、优势灌木(檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata))和草本(狗脊蕨(Woodwardia japonica)、暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata))根际土壤的净氮矿化速率、土壤化学性质及土壤微生物特征。结果发现: 1)物种、林型和取样季节显著影响了根际土壤净氮矿化速率(N_min)、净铵化速率(N_amm)和净硝化速率(N_nit)。马尾松和湿地松林内林下灌草根际土壤净氮矿化的季节敏感性高于乔木: 4月乔木根际土壤N_min和N_amm显著高于大多数林下灌草, 而7月林下灌草根际土壤N_min和N_amm显著提高, 与乔木不再具有显著差异, 与主成分综合得分方差分析的结果一致。一般情况下, 杉木林N_min和N_nit显著高于马尾松林和湿地松林。7月净氮矿化显著高于4月。2)土壤铵态氮、硝态氮、全氮及土壤微生物量氮含量是影响根际土壤净氮矿化的主要因素。土壤化学性质对人工林根际土壤净氮矿化变异的贡献率为29.2%, 显著高于土壤微生物的解释率。充分考虑不同季节林下植被根际土壤的净氮矿化及其关键影响因素可为准确评估人工林生态系统养分循环状况提供重要支撑。     

叶绿素荧光主动与被动联合观测应用前景

叶绿素荧光是研究植物光合生理机制、量化植被光合作用时空格局以及准确理解气候变化背景下陆地生态系统生产力的关键。然而, 目前对于叶绿素荧光主动与被动联合观测的研究还较少。该文对比了叶绿素荧光主动观测与被动观测的优缺点, 展示了叶片尺度和冠层尺度主动与被动联合观测的仪器设备组成, 探讨了主动与被动联合观测在探索叶绿体尺度-叶片尺度-冠层尺度能量在光合、荧光以及热耗散中的分配, 阐明叶绿素荧光与总初级生产力的关联机制, 验证星基日光诱导叶绿素荧光, 解译叶绿素荧光光谱形状4个方面的应用前景。综上, 叶绿素荧光的主动与被动联合观测对于揭示各尺度上荧光与光合作用之间的关联机制, 改善全球尺度植被生产力模型至关重要。     

不同植物根际土壤碳氮水解酶活性热点区的空间分布特征

为研究喀斯特退耕地不同植物根际土壤碳氮水解酶活性的空间分布特征,采用喀斯特区域农田表层土壤,选择当地粮食作物玉米、牧草苜蓿及弃耕后常见草本植物莎草,进行室内根盒培养试验。利用根际土壤原位酶谱分析技术,研究不同植物根际与非根际土壤β-葡萄糖苷酶(βG)和N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性的分布模式。结果发现:1)3种植物在根尖和根伸长区都存在酶活性热点区,最大根际酶活性热点区范围为苜蓿莎草玉米;2)玉米βG和NAG根际酶活性热点范围在根尖与根伸长区范围相近约为1.13 mm,苜蓿根际βG热点区范围是根伸长区(1.98 mm)根尖(1.19 mm),而NAG热点区范围是根尖(0.91 mm)根伸长区(0.59 mm),莎草根际βG和NAG活性热点区范围均是根尖(1.38—1.86 mm)根伸长区(0.93—1.16 mm);3)豆科植物苜蓿的根系和根际微生物偏好碳需求,这可能与豆科植物的固氮功能有关,缓解氮养分需求;而莎草根系和根际微生物偏好氮养分,这与喀斯特土壤氮养分限制有关。总体上,苜蓿根际酶活性热点范围最广,根系和根际微生物偏好碳需求,而且其特有的固氮功能可缓解氮养分需求,对于喀斯特生态恢复效果更好。本研究的土壤原位酶谱法可为在根际酶活性热点区范围进行微生物养分获取机制提供定量依据。     

13CO2示踪不同化学形态氮素添加对高寒草甸植物光合碳分配的影响

外源氮素(N)输入陆地生态系统后会引起植物和土壤各碳库的变化,但是对不同化学形态氮素的长期输入如何影响光合碳在植物组织、土壤、土壤呼吸中的分配及转运知之甚少,尤其是对于氮输入引起光合碳分配变化进而作用于植物和土壤碳库的机制的认识还非常匮乏。基于在青藏高原矮嵩草草甸开展的不同化学形态氮素添加的长期实验,利用~(13)C示踪方法揭示了光合碳在植物地上、地下组织的分配,及其随时间在土壤中的滞留和随土壤呼吸的释放。研究结果表明,外源氮素添加10年后,与对照未添加氮素处理相比,氨态氮处理下的地上生物量增加了49.5%,氨态氮处理下的地下生物量增加了111.3%。土壤中滞留的~(13)C整体呈下降趋势,氨态氮处理下的土壤碳库显著高于硝态氮处理下的值。不同处理下的土壤呼吸中~(13)C的滞留量随时间呈指数衰减的变化趋势,其中,硝态氮处理下的~(13)C衰减最快。~(13)C同位素标记后第1天测定植物茎和叶内的~(13)C约占刚刚标定完茎和叶内~(13)C的80%,不同处理之间没有显著性差异。直至标记后的第30天,茎和叶内~(13)C的滞留量约占初始量的30%。硝态氮处理下的值在第21天和第30天显著低于对照和氨态氮处理下的值,表明硝态氮处理下,植物光合固定的碳在短期内迅速输入地下组织和土壤中。这些结果从机理上阐明了植物光合碳分配对不同化学形态氮素长期输入的响应,进而影响到土壤呼吸CO_2的释放,以及对土壤碳库动态的贡献。加深了对高寒草甸土壤有机碳库稳定性维持机制的认识,能够为高寒草地的科学管理以及资源的可持续利用提供理论指导。