Effects of pulse precipitation on soil organic matter mineralization in forests: spatial variation and controlling factors

脉冲降水对森林中土壤有机物矿化的影响：空间变化和控制因素 降水脉冲效应使土壤有机物在短时间内迅速分解并释放大量CO₂到大气中。降水脉冲效应对生态系统的碳循环和土壤碳平衡的研究具有十分重要的意义,但它在森林土壤中的空间变化和基本机制仍不清楚。我们采集中国东部22个典型森林生态系统的土壤样品(0–10cm),研究模拟脉冲降水对土壤微生物呼吸速率的影响。模拟降水脉冲使土壤样品达到65%饱和含水量,以分钟为单位测量R_s,持续48 小时。研究结果显示,降水脉冲可以使微生物呼吸速率迅速增加1.70–38.12倍。微生物最大呼吸速率 (R_s-soil-max)、碳释放总量R_s (A_Rs-soil)和达到呼吸峰值的时间(T_Rs-soil-max)在不同的土壤中存在显著差异。此外,不同 气候区的脉冲效应也有明显不同。中温带的R_s-soil-max (11.701 µg C g⁻¹ soil h⁻¹)和A_Rs-soil (300.712 µg C g⁻¹ soil)最高。土壤化学特性(总碳和总氮、pH值和氧化还原电位)和土壤粒径与森林土壤的脉冲效应密切相关,但土壤微生物的贡献较小。我们的研究结果表明,在大尺度范围内,脉冲变化短期内增加森林土壤中CO₂的排放,并揭示了对这种变化影响最大的因素。这些发现为未来对森林生态系统的碳循环和调节全球生态系统碳循环的研究提供科学数据支持。     

中国-喜马拉雅三种黄耆属植物与其传粉熊蜂的空间分布预测

依赖于动物传粉获得繁殖成功的植物的分布与其传粉动物的地理分布有着密切联系。预测未来气候变化对植物及其传粉动物地理分布的影响对生物多样性保护具有重要意义。本文通过对中国-喜马拉雅3种黄耆属(Astragalus)植物, 即弯齿黄耆(A. camptodontus)、黑毛黄耆(A. pullus)和笔直黄耆(A. strictus), 及其传粉熊蜂(Bombus)的野外调查, 以及收集来源于数据库的黄耆和熊蜂的543个物种分布点和13个环境因子数据, 结合物种可能出现的完全扩散、不扩散和仅熊蜂扩散3种迁移模式, 利用MaxEnt模型模拟了3种黄耆属植物与2种传粉熊蜂即橘尾熊蜂(Bombus friseanus)和红束熊蜂(B. rufofasciatus)在历史阶段(1970-2000年)和2100年两种温室气体浓度情景(ssp245和ssp585)下的适宜分布区变化。结果表明: 3种黄耆属植物均主要依赖于熊蜂传粉, 黄耆与其传粉熊蜂的主要适宜分布区为中国-喜马拉雅地区, 到2100年它们的分布区呈现向西北方向扩张的趋势, 而在东南部的分布区减少。当模型中考虑与传粉熊蜂的互作后, 3种黄耆属植物的潜在地理分布范围减少了15.83%-83.98%。在温室气体中低浓度情景(ssp245)下, 3种黄耆属植物与其传粉熊蜂的空间匹配增加, 而在高浓度情景(ssp585)下弯齿黄耆、黑毛黄耆与橘尾熊蜂的空间匹配降低; 如果物种不扩散或仅熊蜂扩散, 笔直黄耆与红束熊蜂的空间匹配降低。气候变化和物种的扩散能力可能引起黄耆与其传粉熊蜂出现空间不匹配。同时, 模型预测显示影响黄耆和熊蜂分布的环境因子不同, 但海拔是最主要的环境因子。由于与传粉者的相互作用对许多植物物种的生命周期具有重要意义, 因而本研究可以更好地理解气候变化对植物与其传粉者空间分布的潜在影响, 特别是对那些地理范围受限制的植物。     

醴陵市绿色屋顶生态系统服务潜力评估及规划

近年来, 生态系统服务评估逐渐地被运用到城市绿色基础设施的规划建设当中, 发掘能提供高生态效益的绿色屋顶潜力区域是增加城市生态空间有效途径。以提供城市空气净化、雨水截留、生物栖息地、热环境调节四个方面的生态服务为目标, 借助GIS平台确定醴陵市绿色屋顶生态空间潜力区域并提出规划策略, 为醴陵市以绿色屋顶形式完善城市生态空间结构提供参考。研究表明: (1)醴陵市潜在绿色屋顶生态系统服务评估中, 有20.3 km2的区域被划分为高效益服务区域, 约占研究区域面积的63.8%。(2)建筑年龄、结构和资金是小城市建设绿色屋顶的主要限制因素, 现状建筑中, 不适宜改建的建筑约占总建筑面积46.25%, 低限制改建的建筑占15.86%。 (3)通过叠加分析, 提取了高效益区域内的低限制改建建筑, 作为醴陵市绿色屋顶生态空间潜力区域, 面积为0.53 km2。 (4) 结合醴陵市绿地系统规划, 以“生态源地-廊道-节点”为结构, 以“分期规划, 重点建设”、“空间互补, 全域网络”两大原则, 形成“五重要节点、四优先区域、五主要廊道、全域网络”的醴陵市绿色屋顶生态空间格局。所提出的潜力评估和规划策略, 不仅可以为醴陵市建设绿色屋顶、优化城市空间构架提供依据, 还可为其他小城市以绿色屋顶形式增加生态空间的规划建设提供参考。     

花苜蓿小尺度空间遗传结构研究

以花苜蓿（Medicago ruthenica Trautv.）为材料,在内蒙古克什克腾旗建立两个25 m×50 m的样方（山谷YF1和山坡YF2）,采集该范围内的所有个体,利用8对SSR分子标记对其遗传变异特性进行分析。结果显示,克什克腾旗花苜蓿居群遗传多样性较高。两个居群个体的空间自相关分析结果表明,9 m内的个体间为非随机邻近交配,且在同距离范围内,山谷居群的个体间遗传相似性更低,推测此区域可能是历史和地理因素塑造了花苜蓿丰富的遗传多样性,两个小尺度空间格局的个体间基因流模式主要受地形影响。     

甘南高寒草甸土壤线虫营养功能群 的地统计学分析

土壤线虫是土壤生态系统的重要指示生物。研究高寒草甸土壤线虫营养功能群空间分布格局特征,有助于揭示土壤线虫分布对高寒草甸生态因子变化的响应。2019年7月中旬,采用网格法（1.0 m × 0.5 m）研究5.0 m × 4.0 m尺度土壤层（0 ~ 20 cm）土壤线虫营养功能群空间特征。采用改良湿漏斗法,共获得土壤线虫1 830条,隶属于49属,土壤线虫个体平均密度以50 g干土计量为63.2条,其中,绕线属（Plectus）和拟丽突属（Acrobeloides）为优势类群。土壤线虫以食细菌线虫、植物寄生线虫为主。土壤线虫营养功能群变异系数介于64.26% ~ 107.69%（n = 38）之间,存在较强的变异性。食真菌线虫与食细菌线虫（P < 0.001）、食真菌线虫与植物寄生线虫（P < 0.001）间空间分布均存在显著相关性。地统计分析显示,土壤线虫营养功能群的空间相关范围存在明显差异,有效变程介于0.50 ~ 27.07 m之间,其67.26% ~ 99.79%的变异与空间自相关过程有关。食细菌土壤线虫分布格局呈较均匀的斑块镶嵌结构,斑块较小;非食细菌土壤线虫呈斑块连接或斑块镶嵌结构,斑块较大且斑块间过渡明显,表明土壤线虫小尺度明显的斑块结构可能是高寒草甸受干扰后的一种常见分布模式,并受多种因素影响。     

锡林河流域不同植被带土壤绿菌门微生物群落的空间分布特征

[目的] 为了探究锡林河流域中游不同植被带土壤绿菌门（Chlorobi）成员的空间分布特征及驱动因子。[方法] 本文选择典型河滨带环境为研究对象,沿河流中心至河流阶地（陆向）方向,在无植被带（BC）、水莎草沼泽（BS）、灯芯草沼泽化草甸（LF）、鹅绒委陵菜草甸（HF）、河流阶地羊草草原（LT）、丘陵坡地大针茅典型草原（HT）中分别采集0-10 cm土壤样品。基于16S rRNA基因高通量测序分析土壤绿菌门微生物群落的组成、丰度及空间分布特征;结合土壤理化因子分析绿菌门微生物群落空间异质性的驱动因子。[结果] 在属水平上共检测到来自绿菌目（Chlorobiales）和Ignavibacteriales目的9个类群。Chlorobiales1、2、6及Ignavibacteriales7、9类群的最高相对丰度低于0.40%;Ignavibacteriales3、4、5、8类群的最高相对丰度介于0.54%-1.06%。Chlorobiales1、2类群在HF、LT和HT的相对丰度显著高于BS（P<0.05）,Chlorobiales1类群的相对丰度与pH和总有机碳含量呈极显著正相关（P<0.01）;Chlorobiales2类群的相对丰度与粉黏粒含量呈极显著正相关（P<0.01）;Ignavibacteriales3、5、7、9和Ignavibacterium4类群在LF的相对丰度显著高于BC（P<0.05）,与含水量呈极显著正相关（P<0.01）;Chlorobiales6和Ignavibacteriales8类群在BS的相对丰度显著高于其他植被带（P<0.05）,与氨态氮含量呈极显著正相关（P<0.01）。变异权重分析表明,土壤含水量解释了绿菌门微生物群落空间变异的65.7%。[结论] 锡林河流域不同植被带土壤绿菌门微生物群落存在明显的空间异质性;土壤含水量是不同植被带绿菌门微生物群落空间异质性的主要驱动因子。     

桃园生草复合生态系统中桃蚜与草间小黑蛛种群的地统计学分析

利用地统计学原理和地理信息系统(GIS)分析了桃园生草模式下不同时期桃蚜Myzus persicae(Sulzer)种群和草间小黑蛛Erigonidium graminicola Sundevall种群的空间分布格局和空间相关性。结果表明,不同时期桃蚜和草间小黑蛛种群均存在较强的空间相关性,其理想的半变异函数曲线为高斯、圆型、指数或球型,其空间格局均呈聚集分布,变程范围分别为6.8630¹2.0903 m、6.863012.0903 m、6.8630¹2.6980 m,空间结构比例分别为0.011312.6980 m,空间结构比例分别为0.0113⁰.6546、0.06760.6546、0.0676⁰.6129,表明桃园生草模式下桃树草间小黑蛛对桃蚜在空间位置上具有追随关系,对其种群数量的控制有较大作用,草间小黑蛛是桃蚜的优势天敌。     

高寒退化草地狼毒种群株丛间格局控制机理

在黑河上游祁连山北坡高寒退化草地,应用Ripley's K函数检测种间格局控制关系的技术方法,按狼毒个体分枝数设置Ⅰ级株丛(1-10枝)、Ⅱ级株丛(11-20枝)、Ⅲ级株丛(21-30枝)、Ⅳ级株丛(31-40枝)、V级株丛(40以上)5个株丛,研究了各株丛之间的格局控制关系和空间关联性.结果表明:Ⅲ和Ⅳ级狼毒株丛对其他狼毒株丛有一定的格局控制作用,尤其是Ⅳ级狼毒株丛对其他狼毒株丛格局控制的程度和尺度最大;Ⅳ级狼毒株丛在20cm尺度内和Ⅰ、Ⅱ以及Ⅴ级狼毒株丛表现出正关联,Ⅲ级狼毒株丛在0-10cm尺度上和Ⅰ级狼毒株丛表现为正关联.狼毒种群中两个形体大小越相近的株丛之间存在格局控制关系的可能性相对较小,尤其是在种群内处于劣势地位或受其他株丛格局控制的株丛之间存在格局控制关系的可能性更小,Ⅳ级狼毒株丛表现出较强的格局控制作用,同时对其他狼毒个体有保护作用,在种群内具有重要作用和地位.     

基于LUCC的生态系统服务空间化研究——以张掖市甘州区为例

生态系统服务(ES)评价为减缓或阻止人类活动导致的各种复杂生态问题提供了一种可能的方法,同时也有助于解决日益增加的各种土地利用冲突.以张掖市甘州区为例,运用一种新的空间化方法开展生态系统服务研究,并注重实现与土地利用研究的集成分析.首先根据研究区不同的群落生境和土地利用类型划分生态系统服务类型,然后检验不同土地利用类型和方式对各类生态系统服务供给的影响,最后分析该方法和数据的不确定性.结果表明:1)在灌区和甘州区两个尺度上,4类ES生产能力值均表现为:文化服务＞支持服务＞调节服务＞供给服务;2)2000-2009年,4类ES供给都呈递减趋势,同时,城镇用地、路网建设等人类活动驱动的土地利用方式迅速增加,整个绿洲农业区处于过度开发状态;3)该方法可操作性强,多学科的数据和知识分析是ES研究的难点.     

黄土高原南麓县域耕地土壤速效养分时空变异

在生态脆弱的黄土高原南麓合阳县,以1983、2006年耕地土壤速效氮、磷、钾含量为对象,利用空间自相关、变异函数及分形维数等方法,研究县域土壤速效养分时空变异特征及主要影响因素.结果表明,从1983到2006年,除土壤速效钾外,耕地速效氮、磷的平均含量分别提高73.98％和92.69％;土壤速效养分全局Moran's I指数和空间相关距均呈递减变化、分维数增加,预示其空间结构减弱,随机变异性增强.土壤速效氮、磷含量在绝大部分研究区域内呈现不同程度累积,而速效钾含量则在59.65％的耕地上减少;导致其不同变化的因素有耕地利用方式、施肥管理、灌溉、土壤类型等,其中以土地利用方式和施肥管理措施的影响最大.