土壤病毒生态学研究方法

病毒是地球上最丰富的生物实体,每克土壤中可包含数以亿计的病毒,它不仅影响土壤中其它微生物的群落组成、土壤元素的生物地球化学循环,还会影响土壤微生物的物种进化,甚至影响植物、动物和人体健康。目前人们对土壤中病毒的种类及丰度、分布特征以及功能引起的生态环境效应还知之甚少。在概述病毒生态学研究方法的基础上,对土壤病毒的提取、纯化、定量及分子生态学方法等基本流程进行了比较分析,以期建立一套快速简便、高效稳定的适用于土壤病毒研究的方法,并用于研究土壤病毒的多样性及分布特征,探讨病毒在环境中的生存和传播机制,为土壤病毒的防控及开发利用提供支撑。     

遥感反演植被含氮量研究进展

植被含氮量表征植被氮素状态。它作为植被生长状况的重要指标,在生态系统健康状况检测、生态系统生产估测、精准农业、生态系统干扰评估等方面均有重要意义。遥感监测植被含氮量主要基于高光谱和多光谱数据,采用的算法包括经验方法(波谱指数与回归分析)及物理方法(辐射传输模型法)。但受数据源和研究方法的局限,目前植被氮含量遥感监测局限于区域范围较小且内部植被类型与环境条件(气候、地形等)基本一致的情形,而对复杂生态系统的监测能力不足。未来的研究需针对氮沉降和人类活动的生态系统响应这一重大研究需求,发展和改进现有植被含氮量遥感反演方法。可考虑开展对不同环境条件下、不同类型植被光谱曲线进行标准化的研究,以形成普适的植被含氮量反演方法。并考虑综合运用多种数据(如微波遥感、无人机遥感),形成多尺度同步监测,以提高遥感对区域乃至全球范围内植被氮含量常规监测的能力。     

海洋可持续发展目标与海洋和滨海生态系统管理

海洋和海岸带可以为人类提供多种生态系统服务,保护与持续利用海洋资源以促进海洋和海岸带可持续发展已被正式纳入联合国可持续发展目标。实施海洋可持续发展目标面临几大挑战,包括如何减小陆基人类活动的影响、加强海岸带的综合管理、提高海洋资源效率、适应气候变化和提高沿海居民的人类福祉等。为应对这些挑战,需要将海洋和海岸带融合为一个大型生态系统,利用基于生态系统的管理方法,综合考虑各个部门和多种胁迫因素的累积影响,通过建立综合的海洋观测体系,合理划分海洋功能区,按照海洋环境承载力限制陆基人类活动,合理配置并有效利用海洋资源,提升海洋和海岸带生态系统的整体服务功能,从而进一步推进实施海洋可持续发展目标。     

土地利用变化对海南土壤水源涵养功能的影响

热带地区已有大量原始林转变为其他土地利用类型,影响了陆地生态系统的水源涵养功能.为了明确热带原始林转变为其他土地类型对土壤水源涵养功能的影响,在海南中部山区选择4种典型土地利用类型,包括林龄大于100年的原始林(VF)、10年生次生林(SF)、12年生槟榔林(AF)和35年生橡胶林(RF),评估土地利用变化对土壤持水性能和水源涵养功能指数(SWI)的影响.结果表明: 与原始林相比,表层土壤(0～10 cm)中,其他土地类型土壤持水性能指标均降低,12年槟榔林各土层指标均最低.土壤含水量和最大持水量与植被郁闭度、土壤有机质和土壤容重显著相关,表明郁闭度、土壤有机质和紧实度的改变是土壤持水性能变化的重要原因.与原始林相比,次生林、槟榔林和橡胶林土壤水源涵养功能分别减少27.7%、54.3%和11.5%,不同土层的差异各异,橡胶林仅表层土壤水源涵养功能显著降低.植被郁闭度、土壤有机质和土壤容重可解释土壤水源涵养功能变量的83.3%.土地利用转变显著改变了土壤持水性能和土壤水源涵养功能,相比12年槟榔林,35年橡胶林能更好地保持土壤水分,土地管理中增加土壤有机质和减少土壤紧实度可改善土壤持水性能及水源涵养功能.     

人工覆盖地表对北京典型绿化树光合特性的影响

地表硬化影响城市绿化树生长及生态服务功能的发挥,研究人工覆盖地表下城市绿化树关键生理过程具有重要意义.采用田间模拟试验方法,布设对照(自然地表)、透水硬化和不透水硬化3种覆盖地表,栽植北京2种典型绿化树白蜡和元宝枫,栽植后第4年野外测定其叶片光合及相关生理生态参数,分析人工覆盖地表对北京典型绿化树光合特性的影响.结果表明:白蜡和元宝枫光合作用对不同人工覆盖地表的响应存在差异,对于白蜡而言,透水硬化和不透水硬化地表均使其净光合速率显著降低,对于元宝枫而言,仅不透水硬化地表导致其净光合速率显著降低,透水硬化地表并未对其造成显著影响.透水硬化和不透水硬化地表的空气相对湿度和土壤体积含水率低于对照,植物可利用水分减少,叶片气孔导度下降是白蜡和元宝枫净光合速率降低的主要原因.透水硬化和不透水硬化地表使白蜡PSⅡ有效光化学量子产量(F_v′/F_m′)下降,不透水硬化地表使元宝枫PSⅡ实际光化学量子效率(Φ_PSⅡ)和表观电子传递速率(ETR)升高.     

基于解释结构模型的煤电一体化开发生态环境累积效应识别

为了对煤电一体化开发的生态环境累积效应进行识别与分析,从煤电一体化开发的主要开采建设活动、土壤环境、水资源、大气环境、生物、景观、生态7方面共筛选出29个生态环境因子,综合文献调查、专家调查问卷与访谈等方法,分析了各生态环境因子之间的相互作用关系.运用解释结构模型(ISM)分析了各因子间的关联关系与层次结构,揭示了不同开发建设活动产生累积效应的途径.结合具体的评价与管理需求,提出了煤电一体化开发生态环境累积效应研究与评估整体框架.研究结果可以为煤电一体化开发的规划与管理提供一定的理论基础与技术手段.     

城市扩张过程中建设用地景观格局演变特征及其驱动力

剖析城市扩张过程中建设用地景观格局演变特征及其驱动力,不仅有助于城市生态环境问题的解决,而且为城市用地结构优化、城市景观规划等工作提供科学依据。以快速城市化的中型城市—扬州市为例,利用多期(1995、2000、2005、2010年和2015年)Landsat卫星影像、乡镇水平的扬州统计年鉴等数据,运用景观格局分析、增强回归树(Boosted regression trees)等方法,研究建设用地的扩张模式、形态及景观格局,定量探究地理、社会和经济因子对景观格局的影响机制,从而明晰景观格局演变特征及其驱动力。结果表明,1995—2015年,建设用地面积持续增加,填充式(Infilling)、边缘式(Edge-expansion)和跳跃式(Leapfrog)3种扩张模式在各时段均有出现,但其优势度随着城市发展而改变。建设用地的形态在城市扩张的过程中经历着"集聚"和"扩散"的交替变化过程,景观格局则出现了同质化倾向,景观破碎化下降、聚合度增加。地理因子(海拔和到县市中心的距离)对景观格局的综合影响虽然高于社会经济,但它的影响力却随着城市发展呈现出下降趋势,社会经济的作用则逐渐增强。海拔和人口密度的增加会促进景观的破碎化、抑制景观的集聚;人口数量的增加会促进景观的集聚、降低景观的破碎化;其余因子(到县市中心的距离、人均GDP和第二产业占比)的作用则随城市的发展而发生转变,如人均GDP对景观破碎化的作用表现为"促进→抑制"的转变、第二产业则为"抑制→促进"。     

Interactive effects of ozone and drought stress on plants: A review

Ground-level ozone (O₃) and drought are two key factors limiting plant growth. O₃ can enter into the plant tissue through the stomata, then causing the formation of reactive oxygen species (ROS) which inspires programmed cell death. Drought usually induces the accumulation of ROS due to damage to antioxidant systems of plants. The effects of two kinds of stress on plants are similar due to the accumulation of ROS, resulting in reduced photosynthesis rate and physiological metabolism, eventually decreased plant growth and biomass. Nevertheless, O₃ and drought interacts synergistically to accumulate detrimental effects or antagonistically to reduce harmful effects. Actually, it is complex interactive process between O₃ and drought. On the one hand, O₃ triggers stomatal sluggishness or even dysfunction, which exacerbates water transpiration of leaves, water loss from plants and further O₃ phytotoxicity. On the other hand, drought induces stomatal closure, and thus protecting plants against the O₃ influx and evaporation of water. However, prolonged drought could limit the uptake of CO₂ and thus result in reduced plant growth. The response of plants to both O₃ and drought not only depends on the occurring sequence and duration of any factor but also rely on the difference in physiological metabolism of the plant itself. The interactive effects of O₃ and drought on stomatal characteristics, photosynthetic carbon mechanism, antioxidant response and growth development are reviewed in this paper and the aspects to be further studied are also suggested.     

北京河流底栖硅藻沿城乡梯度带空间分布及其季节变化

研究了北京市区沿城乡梯度带河流底栖硅藻的空间分布及其季节变化特征。通过在2014年的春季、夏季和秋季在山区对照溪流、城市上游河道和城市下游河道3个样区,共23个样点进行了底栖硅藻样品采集。分析表明,主要优势种的空间差异明显。在对照溪流,主要优势种为极小曲丝藻(Achnanthidium minutissimum);在城市上游河道,主要优势种分别为短文假十字脆杆藻(Pseudostaurosira brevistriata)和连结十字脆杆藻腹面变种(Staurosira construens var.venter);在城市下游河道,主要优势种为谷皮菱形藻(Nitzschia palea)。然而,3个样区内的主要优势种相对丰度季节变化较小(P0.05)。其中,A.minutissimum及P.brevistriata的季节变化特征均为春季秋季夏季,而S.construens var.venter及N.palea的季节变化特征均为春季夏季秋季。结果发现,北京市城乡梯度带的河流硅藻种类组成差异较大,但主要优势属种季节变化相对较小,表明硅藻种类能较好地反映城乡梯度带的河流环境变化状况,可用于北京市河流水质生物监测。     

基于生态系统服务供需的景感尺度特征分析和应用

自然生态系统与人类感知的交互作用是景感生态学关注的焦点，与生态系统服务的供需紧密关联。生态系统、生态过程、生态系统服务以及人的需求均具有一定的时空尺度特征，因此，由这些过程产生的"景感"也具有时空尺度特征，并依赖于这个过程的尺度特征相互作用。梳理生态系统服务供需关系与景感营造规划的尺度特征，探索二者相互联系，进而提出基于景感生态学理论，通过景感营造实现生态系统服务供需平衡的多尺度实现路径。从空间维度，体现从"社区-城市-流域-区域"的多尺度景感规划框架，从应用维度，体现从生态系统服务需求探索-关键指标体系识别-多源谜码数据感知-景感营造与规划设计的具体流程。通过多尺度的联合景感营造，调整自然供给水平与人类不同尺度的生态系统服务需求以期达到平衡，从而实现人类生存环境福利与居民福祉提升的目标。在此基础上，结合雄安新区规划建设实例，从多尺度景感营造的角度为城市绿色生态建设与可持续发展提出优化建议。主要结论：（1）基于"社区-城市-流域-区域"的多尺度景感分析框架，将景感要素与生态系统服务供需思想融入城市规划，在不同尺度上趋善优化，对于实现可持续发展城市规划和管理具有重要指示意义；（2）雄安新区规划设计需更系统和细致地考虑人类感知需求，通过多尺度景感营造设计，共同实现雄安新区的可持续发展与人居环境提升。其中，在社区尺度，需重点关注社区植被配置和居民的休闲游憩；在新区尺度重点关注绿地系统网络构建；在大清河流域尺度重点关注河流健康与水文调节；在京津冀区域尺度需注重山体通风廊道与生态屏障的构建与优化。