火灾恢复年限对大兴安岭森林乔灌草多样性及优势种影响

林火是大兴安岭地区森林生态系统的重要影响因子,研究火灾对植物多样性和优势种多度长期影响,有助于火灾区域森林生态系统重建与管理。本研究以大兴安岭不同火烧年限（1~5、5~10、10~20、20~30、30~40和40~50年）48对配对样地（火烧样地与邻近未火烧对照样地）为研究对象,利用二者差值变化来探讨森林恢复年限对植物多样性指数影响,通过对乔灌草相对多度变化确认火灾恢复对优势种的影响。研究结果表明：（1）火烧与对照间乔木多样性和丰富度差值先降后升趋势,在10年左右最低,而恢复30~40年后与对照样地相当或更高。灌木与乔木变化趋势相似,但是变化趋势多达到统计学显著（P<0.05）,灌木Shannon-wiener多样性指数和丰富度差值随年限增加而线性上升。草本Simpson多样性指数随火烧年限增加而直线下降,但是均匀度与丰富度没有出现线性变化。（2）乔灌草优势种变化趋势为：乔木层白桦（Betula platyphylla）在火烧5~30年占比均超过30%,在30年后占比不超过15%,同时兴安落叶松（Larix gmelinii）在30~40年占比超过50%;灌木层在0~30年均是越桔（Vaccinium vitis-idaea）占比最大,30年之后变为榛子（Corylus heterophylla）,草本层5~30年均是小叶章（Deyeuxia angustifolia）占比最大,30年之后变为其他物种。对照样地乔木层主要是兴安落叶松,占比超过50%,灌木层主要是越桔（Vaccinium vitis-idaea）,草本层主要是小叶章（Deyeuxia angustifolia）。整体来看,乔木火后恢复需要更长的时间,而灌木和草本火后恢复更快。植物多样性及优势种变化是研究其对生态服务功能（如碳汇）影响的基础,我们研究结果为天保工程后续实施及科学管理大兴安岭森林生态系统提供数据支撑。     

不同大豆连作年限对黑土细菌群落结构的影响

大豆连作导致作物产量下降、病原微生物富集和土壤退化等问题日趋严重。然而,目前关于大豆连作对土壤细菌群落结构组成及多样性分布的影响及发生机制尚不清楚。采用高通量测序技术,对大豆连作(不同年限)和大豆-玉米轮作下的黑土细菌16S rRNA基因进行测序分析。结果表明:轮作5年(CR5)和13年长期连作(CC13)处理显著增加了土壤pH、全氮(TN)、全磷(TP)和速效养分(AN、AP和AK)含量。与短期连作相比,CR5和CC13处理均提高了细菌群落的OTUs数量、PD值、Chao1指数和Shannon指数。聚类分析图谱结果显示细菌群落结构组成受到轮作和连作年限的双重影响,而土壤pH、TN、TP、AN、AP和AK是细菌群落结构发生变化的主要驱动因子(P0.05)。此外,VPA分析发现上述土壤因子中,土壤pH对细菌群落结构变化的贡献度最大。本研究证明大豆长期连作提高了土壤养分含量和细菌群落的丰富度和多样性指数,从分子生物学的角度证实大豆长期连作在一定程度上改善了土壤环境,为大豆连作障碍的研究提供了理论依据。     

再论可持续性科学: 新形势与新机遇

近10年来,可持续性科学蓬勃发展,已成为21世纪全球普遍关注的一个重要的新科学领域.然而,在大力提倡可持续发展和生态文明建设的中国,可持续性科学尚未引起科学家和实践者的足够重视.为促进可持续性科学在中国的发展,2014年邬建国等曾撰文介绍什么是可持续性科学.本文进一步探讨了这一问题,并补充阐述了可持续性科学与可持续发展研究的关系、可持续性科学的科学范式及其8个基本论题.基于对可持续性科学发展动态的分析,作者认为,一方面,可持续性科学已进入系统推进的成熟发展期;另一方面,虽然我国可持续发展研究、实践与教育的热情高涨,但在可持续性科学领域起步较晚,落后于主要发达国家和南非.为此,本文在文献综述的基础上,提出促进中国发展可持续性科学的“三位一体”策略:一是“请进来”以服务中国实践;二是“走出去”以贡献中国智慧;三是“中西医结合”以引领学科发展.     

典型气候条件下东北地区生态系统水源涵养功能特征

东北地区是我国重要的生态功能区,其包含的典型生态系统具有独特的水源涵养功能,在防洪减灾,保障生态安全和人居安全中发挥着关键作用。以往有关水源涵养功能的研究主要是依托不同水文模型方法,从单一年份或多个年份的角度进行研究,较少考虑不同气候条件下水源涵养功能的空间分异特征。采用标准化降水蒸散发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)划分研究区的典型气候年份(干旱、正常和湿润);基于水量平衡法,结合SCS-CN模型以及Penman-Monteith方程对东北地区典型气候条件下生长季内的水源涵养功能进行研究。结果表明:(1)研究区水源涵养功能在不同气候条件下差异明显,三个典型气候年份生长季内的水源涵养总量分别为:干旱年(SPEI=-1.26)为2214.64亿m~3、正常年(SPEI=-0.22)为3231.49亿m~3和湿润年(SPEI=1.05)为3969.33亿m~3。(2)水源涵养功能空间变异突出,但在三种典型气候条件下呈现出一致变化,均表现为长白山地区水源涵养量最大,大小兴安岭地区次之,水源涵养量最低的地方主要出现在呼伦贝尔以西的草原地区,在东北平原的部分地区也有低值的出现,如白城、通辽、鸡西等地区,水源涵养量较一般的地方出现在东北平原大部分以农田为主的地区。(3)水源涵养功能除受气候因素的影响外,还取决于土地利用类型的变化,对于整个东北地区来讲,水源涵养总量表现为林地农田草地湿地,单位面积水源涵养量在干旱年和正常年表现为林地农田湿地草地,在湿润年份表现为林地湿地农田草地。研究结果揭示了东北地区三种典型气候条件下重要生态系统的水源涵养功能大小、空间分布特征及其主要驱动因素,可为区域生态空间规划和生态系统管理提供科学指导。     

长期不同植被覆盖对黑土团聚体内有机碳组分的影响

为探究黑土团聚体内土壤有机碳(SOC)的“分馏”特征, 揭示不同植被覆盖下土壤团聚体的固碳机制, 该文以中国科学院海伦农业生态系统国家野外综合研究站内不同植被覆盖(草地、农田和裸地)长期定位实验的土样为研究对象, 利用团聚体湿筛分组、有机碳物理和化学分组相结合的方法, 研究了黑土团聚体及其内部的碳密度和腐殖质组分的碳分配特征。研究发现, 黑土经过不同植被覆盖31年后, 长期草地覆盖使土壤表层SOC、全氮(TN)含量显著增加, 农田和无植被覆盖的裸地SOC含量减少, 且在裸地显著降低。3种处理中, 2-0.25 mm (含2 mm, 下同)粒级团聚体均为优粒级。土壤团聚体的稳定性顺序为草地>农田>裸地。草地覆盖使土壤大团聚体的比例和有机碳库增加, 微团聚体和粉黏粒所占比例和碳库均减少, 说明草地覆盖促进了土壤大团聚体形成, 土壤固碳能力显著增强。而农田和裸地因外源碳投入少, 有机碳含量均是微团聚体>大团聚体>粉黏粒, SOC主要分布在微团聚体中。不同植被覆盖处理对土壤团聚体内密度组分和腐殖质各组分碳的富集“分馏”作用很明显, 与农田和裸地相比, 长期草地植被覆盖处理>2 mm和2-0.25 mm粒级团聚体中轻组碳含量富集的较多, 2-0.25 mm粒级团聚体中富里酸、胡敏酸和胡敏素的碳富集均最高, 而农田和裸地促进了微团聚体内腐殖质碳的富集。草地覆盖显著增加了大团聚体内活性有机碳组分, 来源于植物的碳首先进入到大粒径的团聚体中, 使土壤团聚结构显著改善, 农田和无植被覆盖的裸地土壤中轻组碳含量显著降低, 团聚体内有机碳以重组碳和胡敏素为主, 稳定化程度更高。     

基于MODIS时序数据的黑龙江流域火烧迹地提取

火烧迹地信息是研究火灾的重要参数和基础数据,也是研究全球生态系统和碳循环扰动的重要依据之一。以受森林火灾影响较为严重的黑龙江流域为研究区,以MODIS时间序列数据为数据源建立了一个分为两阶段的火烧基地提取算法(即首先设定较为严格的提取条件对最有可能发生火灾的像元——核心像元进行提取,然后设定较为宽松的阈值提取距离核心像元一定范围内的火烧像元),对2000—2011年的火烧迹地信息进行了提取,生成了研究区长时间序列火烧迹地分布图,并对其时空分布特征进行了分析。选择黑龙江省为典型验证区对算法精度进行了验证,结果显示算法的整体精度较之以往的算法有了一定程度的提高。     

三江平原不同湿地类型土壤活性有机碳组分及含量差异

土壤活性有机碳对土壤干扰的反应较快,是土壤有机碳早期变化的敏感性指标。近50年来,三江平原湿地土壤有机碳库受农事活动影响较大。为了探讨不同湿地类型土壤活性有机碳主要组分土壤可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和易氧化有机碳(Easily oxidized organic carbon,EOC)的分布差异及主要影响因子,选择了三江平原洪河自然保护区4种典型的湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)为研究对象。分析了不同湿地类型土壤可溶性有机碳,微生物量碳和易氧化有机碳在0—30 cm土层内的分布特征和分配比例及其与有机碳、土壤养分和酶活性指标(蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶)之间的相关关系。结果表明:(1)4种湿地类型土壤DOC、MBC和EOC含量均随土层深度的增加而减少。不同湿地类型之间土壤活性有机碳含量在0—30 cm土层内存在显著性差异(P0.05),相对于长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地而言,未淹水的小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地具有较高的DOC,MBC和EOC含量。(2)土壤DOC、MBC和EOC占有机碳比例分别为0.27%—0.63%,1.27%—5.94%和19.63%—41.25%。土壤DOC所占比例呈先增后减的变化趋势,最大的比例均出现在10—20 cm。MBC所占比例在土壤剖面上则未表现出一致的变化规律,而EOC所占比例则随土层深度的增加而逐渐减少。(3)土壤DOC占SOC比例以小叶章湿地最高,MBC和EOC占SOC的比例则以小叶章+沼柳湿地最高。而长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地则具有更低的DOC,MBC和EOC比例。(4)综合分析表明,4种湿地类型土壤DOC,MBC和EOC两两之间存在极显著相关性关系,它们除了与碳氮比相关性不显著外,与土壤有机碳,全氮,全磷养分和酶活性指标间相关性均达到极显著水平,尤其是与有机碳和全氮的相关性系数更高,此外DOC与纤维素酶,MBC与过氧化氢酶相关性更大。由此可见,土壤碳氮磷养分和酶活性是影响土壤活性有机碳组分分布的重要因素。     

基于RS的湖岸带物理结构完整性评价方法——以查干湖为例

以查干湖流域为研究区,利用RS和GIS技术,基于水利部《河流(湖)健康评估指标、标准与方法 V1.0》并加以改进,以500m×1000m为评价基本单元,整个研究区共有315个物理结构基本评价单元,建立基于RS的湖岸带物理结构完整性评价体系,该评价体系由目标层、准则层和指标层构成,其中准则层由湖岸带状况、湖岸线发育率和湖泊萎缩率3项组成,指标层由地形坡度、植被覆盖率等8项指标构成。研究结果表明:38个监测点中,查干湖23个,新庙泡15个,基于RS物理结构评价结果分别为0.67—0.76和0.35—0.45,地面实测评价结果分别是0.64—0.77和0.35—0.55。两种评价方法结果一致,并表明查干湖的湖岸带物理结构健康状态属于健康,新庙泡则属于亚健康。     

PCR-DGGE技术解析东北稻田蓝藻群落结构

[目的]明确东北稻田生态系统蓝藻群落结构组成变化及主要驱动因子。[方法]采用蓝藻特异性引物GC-Cya-b-F371和Cya-R783对采自东北不同土壤类型稻田土壤及田面水提取的DNA进行PCR扩增,采用DGGE电泳和条带测序技术解析稻田蓝藻群落结构。[结果]多样性指数表明,土壤中蓝藻群落结构比田面水体丰富。图谱冗余分析(RDA)显示,稻田土壤中蓝藻群落结构具有明显的地域差异,土壤碳氮比值是驱动土壤蓝藻分布的主要环境因素;而田面水体蓝藻群落结构地域差异不明显,p H值是驱动水体蓝藻分布的主要环境因素。DGGE条带测序发现,稻田蓝藻群落结构组成以丝状颤藻亚纲蓝藻(Oscillatoriophycideae)为主,一些条带基因序列与已知蓝藻相似度低于97%。[结论]东北稻田生态系统蓝藻群落结构复杂多样,生存着一些未知的蓝藻种群。     

我国农田生态系统土壤动物生态学研究进展

综述了我国近30年来农田生态系统土壤动物生态学研究进展,概述了我国农田土壤动物的群落多样性及其地理分布,总结了农田生态系统中土壤动物对不同耕作方式、施肥和喷洒农药等农业措施、不同土地利用方式以及工业污染的响应,并就土壤动物对农田生态系统健康状况的指示作用等研究的相关进展进行了讨论.通过与国外相关领域的研究进行比较,指出目前研究中存在的问题,提出农田生态系统未来研究的一些热点问题及展望.