豫东平原聚落景观格局变化

中国的快速城镇化必然导致聚落景观格局的变化,但目前相关研究对平原地区关注相对较少。文中选取豫东平原地区的开封、商丘、周口市,运用GIS空间分析方法和ENVI遥感影像处理技术,对该地区1972、2015年市域中观尺度上的聚落规模、聚落景观空间变化特征进行分析。结果显示:(1)在聚落发展过程中,1972—2015年聚落斑块数量有所减少,聚落规模逐渐扩张,市域内最大聚落斑块扩张相对更为明显;对聚落斑块扩张强度的分析发现,城市市辖区及周边乡镇聚落扩张强度相对较高。(2)地区内聚落斑块空间分布表现出聚集分布特征,但该时期聚集程度有所减弱;两个年份聚落核密度分布格局大致相似,局部地区存在多核扩散现象,市域尺度上的核密度分布存在地区差异。(3)对斑块形状指数的分析发现,研究区狭长或曲折聚落斑块在空间上分散布局,整体上区域内聚落形状趋于规则。(4)随着距河流、道路距离的增加,聚落斑块总面积和数量有所减少,且道路对聚落分布仅在一定范围内存在较大影响,距中心城市0—6km范围内聚落受中心城区发展辐射影响较大。本文的分析可为平原地区聚落景观的优化布局和聚落用地的集约化发展提供一定的参考。     

采用稳定碳同位素法分析白羊草在不同干旱胁迫下的水分利用效率

本研究以黄土高原乡土草种白羊草(Bothriochloa ischaemum(L.)Keng.)为研究对象,采用盆栽控制实验,比较白羊草在3个水分处理(CK80%FC、MS60%FC和SS 40%FC)下的生物量积累和分配模式、瞬时水分利用效率(WUE)、不同部位(新叶、老叶、茎、细根、粗根)的稳定碳同位素组成(δ~(13)C)和碳同位素分辨率(Δ~(13)C)及其相互关系,以及干旱胁迫下影响水分利用效率的主导环境因子。结果表明:1)重度干旱胁迫显著降低植物整体生物量,显著增加根冠比和细根生物量比例;2)随着干旱胁迫加剧,白羊草各器官的δ~(13)C均呈上升趋势,Δ~(13)C呈减小趋势,SS处理不同器官δ~(13)C和Δ~(13)C没有显著差异,CK和MS处理的各器官δ~(13)C均值表现分别为细根粗根老叶新叶茎、细根新叶老叶粗根茎,CK和MS处理Δ~(13)C的值总体呈根叶茎。3)新叶的δ~(13)CNL和Δ~(13)CNL与WUE的相关系数均最大,说明利用稳定碳同位素方法测定白羊草水分利用效率具有可行性。4)不同水分处理的WUE的主导影响因子不同,CK、MS、SS水分处理WUE分别受到叶面温度、大气水汽压亏缺和空气温度的影响最大。为采用稳定碳同位素方法指示白羊草水分利用效率可行性及阐明植物的胁迫响应机制提供理论依据。     

Biomass estimation models and allocation patterns of 14 shrub species in Mountain Luya,Shanxi, China

Aims Shrub species have evolved specific strategies to regulate biomass allocation among various organs or between above- and belowground biomass and shrub biomass model is an important approach to estimate biomass allocation among different shrub species. This study was designed to establish the optimal estimation models for each organ (leaf, stem, and root), aboveground and total biomass of 14 common shrub species in Mountain Luya, Shanxi Province, China. Furthermore, we explored biomass allocation characteristics of these shrub species by using the index of leaf biomass fraction (leaf to total biomass), stem biomass fraction (stem to total biomass), root biomass fraction (root to total biomass), and root to shoot mass ratio (R/S) (belowground to aboveground biomass).
Methods We used plant height, basal diameter, canopy diameter and their combination as variables to establish the optimal biomass estimation models for each shrub species. In addition, we used the ratios of leaf, stem, root to total biomass, and belowground to aboveground biomass to explore the difference of biomass allocation patterns of 14 shrub species.
Important findings Most of biomass estimation models could be well expressed by the exponential and linear functions. Biomass for shorter shrub species with more stems could be better estimated by canopy area; biomass for taller shrub species with less stems could be better estimated by the sum of the square of total base diameter multiply stem height; and biomass for the rest shrub species could be better estimated by canopy volume. The averaged value for these shrub species was 0.61, 0.17, 0.48, and 0.35 for R/S, leaf biomass fraction, stem biomass fraction, and root biomass fraction, respectively. Except for leaf biomass fraction, R/S, stem biomass fraction, and root biomass fraction for shrubs with thorn was significantly greater than that for shrubs without thorn.     

黏管藻的分子鉴定与生长特性研究

对分布在辽宁大连黑石礁、付家庄、石槽、金石滩、獐子岛与海洋岛沿岸的黏管藻[Gloiosiphonia capillaris (Hudson) Carmichael]的外部形态、营养与生殖结构、生物量、成熟个体比例与成熟个体生物量/总生物量(R/T指数)的变化、温度性质以及rbcL、COⅠ基因序列进行了详细研究。结果表明: (1) 黏管藻配子体为雌雄同体, 直立, 单生或丛生, 主轴明显, 固着器呈圆盘状, 质地胶质, 颜色为红色或紫红色。采集于獐子岛与海洋岛的藻体长度和宽度明显高于其他采集地点; (2) 藻体由皮层及髓部组成, 皮层由6—10层细胞组成, 髓部存在假根丝细胞。成熟囊果小, 突出于藻体表面, 呈球形或半球形, 通常2—4个囊果聚集在一起; (3) 黏管藻配子体的生物量在6月达到最大, 平均生物量为3.628 g/m2。3—6月成熟个体比例逐渐增大, 6月达到100%; (4) 黏管藻配子体生长周期为3—7月, 温度性质属于温带性; (5) rbcL基因序列分析表明, 6个采集地点的样本间无碱基差异, 与产自加拿大的黏管藻聚在一起, 形成一个独立的分支。COⅠ基因序列分析表明, 6个采集地点的样本间无碱基差异, 形成一个独立的分支, 均确定为黏管藻。     

黑土坡耕地有机碳及其组分累积-损耗格局对耕作侵蚀与水蚀的响应

耕作与水蚀是黑土区坡耕地碳库退化的主导因素,为进一步探究土壤有机碳(SOC)及其组分对不同侵蚀驱动力(耕作、水力)的响应格局,基于该区耕作侵蚀与水蚀模型,在定量表达耕作侵蚀-沉积量与水蚀量的基础上,利用地统计学的方法,分析了东北黑土区典型漫岗地形坡面尺度SOC及其3种组分的空间分布特征.结果表明: 耕作侵蚀与沉积速率分别表现为坡上>坡下>坡中>坡脚和坡脚>坡下>坡中>坡上;水蚀速率表现为坡下>坡脚>坡中>坡上;坡下陡坡位置耕作侵蚀与水蚀协同引起严重的土壤流失.虽然耕作侵蚀速率(0.02～7.02 t·hm^-2·a^-1)远小于水蚀速率(5.96～101.17 t·hm^-2·a^-1),但耕作侵蚀在全坡面范围均可对SOC产生不同程度的影响,而水蚀则主要在坡下径流汇集区显著影响SOC的累积-损耗.受水蚀与耕作侵蚀-沉积作用影响,SOC、颗粒有机碳、水溶性有机碳在侵蚀点含量低于沉积点,而微生物生物量碳变化趋势相反;耕作侵蚀通过影响颗粒有机碳参与SOC的积累-损耗过程.     

臭氧浓度升高对坪用高羊茅生长、亚细胞结构及活性氧代谢的影响

通过开顶箱(OTCs)模拟,以环境臭氧(O₃)浓度约40 nmol·mol^-1为对照,研究大气O₃浓度升高(80和160 nmol·mol^-1O₃)对冷季型草坪草高羊茅生长、亚细胞结构及其活性氧代谢的影响.结果表明: 14 d的80 nmol·mol^-1O₃熏蒸使高羊茅株高和叶宽降低,总生物量降低43.7%,老叶变黄,而160 nmol·mol^-1O₃处理高羊茅叶出现大量枯死褐斑,叶尖坏死,新叶卷曲,总生物量降低46.2%,叶肉细胞膜卷曲,叶绿体和线粒体受损严重.与对照相比,80和160 nmol·mol^-1O₃熏蒸下高羊茅叶片超氧阴离子(O₂^-·)产生速率、过氧化氢(H₂O₂)和丙二醛(MDA)含量显著增加,抗氧化酶活性显著升高,但叶片总酚含量和抗氧化能力随O₃浓度升高而先升高后降低.在明显O₃伤害症状出现之前,O₃已对高羊茅的生长和抗氧化代谢产生不利影响;高羊茅抗氧化系统虽对O₃浓度的升高存在一定的适应性反应,但其不能抵御过高浓度的长期胁迫和伤害.     

不同类型城市快速扩张区域人工景观对自然景观的生态安全胁迫效应比较

城镇化进程中的建成区扩张会对区域自然生态安全格局造成胁迫效应.本文选取北京通州、河北正定、天津塘沽及福建厦门4个内陆和沿海城市为研究区,通过景观生态学原理构建区域景观胁迫分析指标,对比分析4个城市快速扩张区域在快速城镇化过程中表现出的景观格局特征,研究不同区域及城镇化背景下人工景观对耕地、绿/林地、水体和未利用地等自然景观生态安全格局的胁迫作用差异.结果表明: 2015年,通州、正定、塘沽和厦门4个城市扩张区的景观侵蚀指数分别为1.039、0.996、1.239和0.945,自然景观都表现出显著的被侵蚀程度;但不同城市区域的各类自然景观类型受威胁的程度不同,通州、正定和塘沽以未利用地和水域为主,厦门则以耕地和水域为主,4个城市水域威胁指数均超过0.743;内陆城市的水域和未利用地景观分离度指数均大于沿海城市,在空间上表现为沿海城市水体分布较内陆城市更聚集;相对于其他自然景观,未利用地和水域是受人工景观胁迫最大的两种自然景观.     

西南地区红花龙胆分布格局模拟与气候变化影响评价

应用最大熵(MaxEnt)模型,基于230条分布记录及33个气候因子数据,模拟全新世中期(约6000年前)、当前时期(1950—2000年)和未来(2050s、2070s)气候条件下,红花龙胆西南地区的潜在分布范围;结合多元统计分析和ArcGIS空间分析,筛选影响物种分布的关键气候因子,探讨不同分布区对气候变化的敏感性.结果表明: 模型训练集AUC值为0.942,验证集AUC值为0.849,表明模型预测的准确性较高.5个气候因子(7月最高气温、8月最低气温、昼夜温差与年温差比值、7月最低气温和6月最低气温)对模型贡献最大,累计贡献率达59.9%.随未来气候变化,红花龙胆适生区将呈现先减少后增加的变化趋势,在RCP 8.5情景下,至2070s阶段,西南地区红花龙胆适宜生境总面积与当前气候条件相比减少15.0%,但云南境内适生区和高适生区面积较当前分别增加32.8%和32.7%.红花龙胆适宜生长于温暖、湿润的气候条件下,气候变暖明显影响着适宜生境的面积和范围,尤其低海拔分布区对气候变化较敏感,适宜生境退缩严重,而高海拔地区由于降水、温度条件的改善适宜生境有所增加.随着全球气候的变化,未来西南地区红花龙胆主要分布区可能向西迁移,并向更高海拔扩张.     

太白山巴山冷杉林主要树种与开花秦岭箭竹的空间点格局分析

采用单变量和双变量O-ring函数对太白山大熊猫栖息地巴山冷杉林主要树种的空间分布格局、种间关联性及其与林下开花箭竹的空间关联性进行了多尺度分析.结果表明: 巴山冷杉林中,巴山冷杉数量最多,但种群结构衰退,白桦种群相对年轻,种群结构稳定,红桦种群也呈衰退趋势;3个主要树种在小尺度上呈聚集分布,随尺度增加,逐渐表现为随机分布.3个树种的空间关联性主要表现在小尺度范围内,随尺度增加,空间分布格局逐渐表现为不关联;巴山冷杉和白桦与开花秦岭箭竹在大、中尺度内呈现正相关,而红桦与开花秦岭箭竹在大、中尺度上表现出负相关.大熊猫栖息地内乔木和林下秦岭箭竹共同推动森林的动态演替和发展,进而影响秦岭大熊猫栖息地的环境变化.     

长江口滨海湿地潮间带生态系统的多稳态特征

多稳态现象普遍存在于多种生态系统中,它与生态系统的健康和可持续发展密切相关,已成为生态学研究的热点与难点,但是目前有关滨海湿地生态系统多稳态的形成机制还缺乏深入研究.本文以崇明东滩鸟类自然保护区的潮间带生态系统为研究对象,通过以下内容,开展滨海湿地多稳态研究: 1)通过验证多稳态的判定依据“双峰”和“阈值”特征,证实长江口潮间带生态系统存在多稳态,并确定其稳态类型;2)通过监测潮间带生态系统水动力过程、沉积动力过程以及盐沼植物生长和扩散情况,分析盐沼植被与沉积地貌之间的正反馈作用,进而探讨潮间带生态系统多稳态的形成机制.结果表明: 1)潮间带生态系统的归一化植被指数(NDVI)频度分布存在明显的双峰特征,且盐沼植物成活存在生物量阈值效应,均证实潮间带生态系统存在多稳态,“盐沼”和“光滩”是潮间带生态系统的两种相对稳定状态;2)崇明东滩盐沼前沿的沉积地貌表现出泥沙快速淤积的趋势,显著促进了盐沼植物的生长,盐沼植物与泥沙淤积之间的这种正反馈作用是潮间带生态系统形成多稳态的主要原因;3)盐沼植被扩散格局监测结果在景观尺度上也表明,泥沙淤积作用促进了潮间带生态系统“盐沼”和“光滩”多稳态的形成.本研究既丰富了滨海湿地稳态转换的机理研究,也为我国开展海岸带保护、修复和管理提供了科学依据,具有重要的理论和实践意义.