长白落叶松种群地理变异研究

根据17年生长白落叶松种源试验资料,从生态遗传学的观点出发,采用典型相关分析等方法,揭示了长白落叶松地理变异规律可以认为,以海拔垂直梯度为主、纬向渐变为辅的连续型变异;低海拔、低等效纬度的小北湖种源是长白落叶松优良基因资源中心,生长较快、生长期较长;水热因子的综合选择作用是长白落叶松地理变异的重要因素,其中温度是主导因子;在地理种群的遗传分化中,生长性状的分化最为明显,可以作为种源区区划的主要性状;从长白落叶松分布的低等效纬度地区向高等效纬度地区调种(一般不超过2个等效纬度),可望获得较大的遗传增益.     

近40年东北地区陆栖脊椎动物种群数量及其生境变化评估

生物多样性是生态平衡维持和生态过程与功能实现的基础,东北地区是我国乃至全球生物多样性最为丰富的地区之一。为研究和探讨东北地区陆栖脊椎动物种群数量与生境变化之间的关系,利用物种调查数据和生境遥感观测数据,以地球生命力指数、生态系统面积和破碎度等指示性指标,综合评估了近40年东北地区陆栖脊椎动物种群数量及其生境变化。结果表明:1970—2010年,东北地区陆栖脊椎动物种群数量下降了近70.1%,森林脊椎动物种群数量减少了近80.9%,草原和荒漠生态系统脊椎动物种群数量增加了近180.9%。1980—2010年,湿地物种种群数量减少了近75.7%。1980—2015年期间,农业和城镇建设用地增幅分别达到25.2%和32.3%,不断挤占和蚕食着自然生态空间,致使自然生境面积不断减少,减幅约为8.0%。自然生境景观破碎化程度总体呈现加重趋势,尤其是森林生境,破碎化指数增加约42.7%。但是,2005年之后,自然生境景观破碎化程度加重趋势趋缓,与2005年之后脊椎动物种群数量减少幅度减缓趋势一致。森林砍伐、人口增长、城镇化、交通建设等造成的自然生态系统破碎度增加和栖息地质量下降对大型兽类影响比较显著。     

1971-2010年中国大陆潜在蒸散变化的年代际转折及其成因

潜在蒸散时间演变的年代际转折研究有助于全面认识潜在蒸散对气候变化的响应。基于修正的FAO56 Penman-Monteith公式和中国580个台站逐日气象观测资料,利用气候变化趋势转折判别模型分析了1971—2010年中国潜在蒸散变化的年代际转折特征,并探讨转折前、后的变化趋势及其主导因素。结果表明:1971—2010年中国年平均潜在蒸散在20世纪90年代初期由显著下降(-2.46 mm/a)转变为显著上升(1.57 mm/a),这与影响潜在蒸散变化的4个气象因子趋势的年代际转折密切相关。90年代之前,全国风速和日照时数普遍下降引起的负贡献超过气温上升引起的正贡献,导致潜在蒸散显著下降;90年代之后,全国大部分地区的增暖加剧和干旱化使得气温和相对湿度的正贡献明显增大,超过由于风速和日照时数下降趋势减缓甚至转折而减小的负贡献,导致潜在蒸散显著上升。潜在蒸散趋势转折现象在全国80%以上的站点普遍存在,且转折前、后主导因子的空间分布格局存在差异。90年代之前,风速和日照时数分别是北方和南方多数站点的主导因子;90年代之后,以气温和相对湿度为主导因子的站点明显增多,尤其是在西北地区、青藏高原和东南沿海部分地区。     

近30年来京津冀地区湿地景观变化及其驱动因素

湿地是水陆生态系统的转换区,是地球上生物多样性和生产力最高的生态系统之一。在快速城镇化和社会经济发展的推动下,京津冀地区湿地生态环境面临较大地威胁。利用1980年代末到2015年7期土地生态遥感解译数据,运用GIS空间分析和主成分分析方法,分析了京津冀地区湿地景观时空变化及其驱动力。研究结果表明:(1)1980s末—2015年期间,京津冀地区湿地面积的变化呈现从略微增长到快速减少趋势,近十年减少趋势略有减缓。湿地总面积减少了2695.05 km2,较1980s末年减少了20.08%;河北省湿地面积减少最多,且天然湿地减少占据主导地位,其次是天津市和北京市。(2)湿地面积损失较为严重的区域主要分布在环渤海区域、北京市和河北省张家口市和唐山市。湿地受损主要是水田和滩涂向非湿地转换引起的。(3)水田和水库坑塘构成的人工湿地是京津冀地区优势景观类型。湖泊、河渠、滩地破碎度增加,且空间分布离散,连通性差。(4)选取9个驱动因素指标进行主成分分析,人类活动是影响湿地景观格局变化的主要因素,城市扩张和农业发展是侵占湿地的主要表现形式,此外气候和政策等因素也对湿地变化存在一定影响。     

近308年来大兴安岭北部森林植被气候生产潜力及其对气候变化的响应

揭示大兴安岭北部气候变化敏感区的气候生产潜力演变及其影响机理,对于维持东北地区生态系统平衡具有重要意义。基于标准树轮年表反演气象资料与研究区13个气象站观测数据组成的1707—2014年气象资料序列,利用Miami模型和小波分析等方法,分析了大兴安岭北部气候生产潜力演变及其对气候变化的响应。结果显示:1707年以来,气温、降水、蒸散和标准气候生产潜力变化均表现极显著增加趋势,标准气候生产潜力(W)变化率为1.79 kg hm~(-2)a~(-1),20世纪气候倾向率最大为10.14kg hm~(-2)a~(-1),温度气候生产潜力(WT)与降水气候生产潜力(WR)的比值21世纪最大,水热配比状态最好;4种气候生产潜力存在不同时间尺度的周期变化,但变化一致性较好,主周期均为215—219a;大兴安岭北部W呈现一致的正变化趋势,高值、次高值、低值中心分别在根河、塔河、鄂伦春偏南地区,振幅由西北向东南逐渐递减;W与年气温、降水量、蒸散量正相关显著,年平均气温每升高1℃、年降水量和蒸散量均增加10 mm,W变化率依次为453.71、74.40、219.01 kg/hm~2,且气温是影响W的主要因子;未来"暖湿型"气候对森林植被生长有利,而"冷干型"气候对森林植被生长不利,气候生产潜力增加(减少)幅度均为10.9%—21.7%。研究结果不仅可为区域尺度内研究森林植被气候生产潜力提供基础方法,而且对进一步估算森林碳汇、即将实施的碳交易及中国北部边疆生态安全研究和生态功能规划制定等具有重要参考价值。     

近60年来印江河流域极端气候演变及其对净初级生产力和归一化植被指数的影响

极端气候事件的发生改变了区域水热条件,并影响着生态环境变化。然而,目前长时间尺度上极端气候的演变规律及其对生态环境的影响尚不明晰。采用Mann-Kendall趋势及突变检验法、连续小波变换和Hurst指数法揭示了喀斯特槽谷印江河流域极端气候的变化趋势、突变时间、周期性特征和未来演变规律,并利用Lindeman-Merenda-Gold模型定量评估了极端气候溶变对生态环境变化的影响。结果表明：(1)印江河流域极端气温显著上升,降雨量增多,呈现湿热多雨的气候特征。未来极端气温事件持续等级将更高,持续强度也更强。(2)同类型极端气候具有潜在的关联性,但不同类型极端气候间的影响较小,且多呈负相关。(3)印江河流域平均净初级生产力(NPP)和归一化植被指数(NDVI)在2000—2015年间呈现相反的变化趋势,NPP平均值为598.53 g C m^-2 a^-1,平均减少速率为-3.32 g C m^-2 a^-1。NDVI平均值为0.59,平均增长速率为0.0013/a。(4)冷持续指数(CSDI)、平均温差(D...     

近20年中国部分地区鸡源H9N2亚型禽流感病毒HA基因遗传演化及其变异频率北大核心CSCD

【目的】通过比较不同时期的H9N2亚型禽流感流行毒株HA基因的分子特征和变异频率,揭示免疫压力下病毒的遗传演化趋势。【方法】选取源于课题组的40株鸡源H9N2毒株,以及从Gen Bank下载的136株中国鸡源H9N2流行毒株和7株经典毒株的序列,利用Lasergen 7.1和MEGA 5.1等软件,对其HA基因进行系统演化、分子特征和变异频率分析。【结果】系统发育分析表明,近20年的鸡源H9N2流行株分属于BJ94、Y280和S2等谱系,优势流行株的分布与年代密切相关。氨基酸序列比较显示,H9N2病毒不同谱系之间具有各自的特征,且存在着明显的氨基酸变异积累。以Ck/BJ/1/1994 HA基因为参照,1994–2014年间,H9N2流行株核苷酸和氨基酸的年均进化率分别为5.73×10^(–3)和4.25×10^(–3)。其中,2011–2014年的核苷酸(氨基酸)年均进化率为6.35×10^(–3)(5.32×10^(–3)),明显高于2006–2010年5.22×10^(–3)(3.70×10^(–3)),更显著高于疫苗推广初期1999–2005年的0.74×10^(–3)(0.50×10^(–3))。【结论】H9N2疫苗株和流行毒株的不匹配是病毒变异频率加快的重要原因。     

黄河上游不同干湿气候区植被对气候变化的响应

 研究气候变化背景下植被变化趋势及其与水热因子的关系, 对于黄河源区的生态恢复和生态建设具有重要意义。采用基于FAO Penman-Monteith的降水蒸散比来描述区域的干湿状况, 划分了黄河上游地区的干湿气候区。在此基础上, 利用AVHRR归一化植被指数(NDVI)和GLOPEM净初级生产力(NPP)数据集和同期的气候资料, 分析了黄河上游植被覆盖、植被生产力和气候变化的趋势, 探讨了不同干湿气候区影响植被变化的主要气候因子。结果表明, 研究区域东南部为半湿润气候区, 其余为半干旱气候区, 干湿气候分界线与450 mm降水等值线较接近; 1981–2006年区域气候趋于干暖化, 尤其是气温的升高趋势明显; 半湿润地区NDVI和NPP显著增加, 半干旱地区略有增加; 半湿润地区的NDVI多与气温显著正相关, 与降水量的相关性较弱, 气温是植被生长的主要气候制约因素; 半干旱地区的NDVI则与降水量的正相关性更强, 对降水量的变化较为敏感。NPP对气候变化的响应模式与NDVI相似。植被对气候变化的响应部分依赖于研究区域所具备的水热条件, 干湿气候划分有助于更好地解释植被对气候变化响应的空间差异。     

Pushing precipitation to the extremes in distributed experiments: recommendations for simulating wet and dry years

Intensification of the global hydrological cycle, ranging from larger individual precipitation events to more extreme multiyear droughts, has the potential to cause widespread alterations in ecosystem structure and function. With evidence that the incidence of extreme precipitation years (defined statistically from historical precipitation records) is increasing, there is a clear need to identify ecosystems that are most vulnerable to these changes and understand why some ecosystems are more sensitive to extremes than others. To date, opportunistic studies of naturally occurring extreme precipitation years, combined with results from a relatively small number of experiments, have provided limited mechanistic understanding of differences in ecosystem sensitivity, suggesting that new approaches are needed. Coordinated distributed experiments (CDEs) arrayed across multiple ecosystem types and focused on water can enhance our understanding of differential ecosystem sensitivity to precipitation extremes, but there are many design challenges to overcome (e.g., cost, comparability, standardization). Here, we evaluate contemporary experimental approaches for manipulating precipitation under field conditions to inform the design of ‘Drought‐Net’, a relatively low‐cost CDE that simulates extreme precipitation years. A common method for imposing both dry and wet years is to alter each ambient precipitation event. We endorse this approach for imposing extreme precipitation years because it simultaneously alters other precipitation characteristics (i.e., event size) consistent with natural precipitation patterns. However, we do not advocate applying identical treatment levels at all sites – a common approach to standardization in CDEs. This is because precipitation variability varies >fivefold globally resulting in a wide range of ecosystem‐specific thresholds for defining extreme precipitation years. For CDEs focused on precipitation extremes, treatments should be based on each site's past climatic characteristics. This approach, though not often used by ecologists, allows ecological responses to be directly compared across disparate ecosystems and climates, facilitating process‐level understanding of ecosystem sensitivity to precipitation extremes.     

Characterizing differences in precipitation regimes of extreme wet and dry years: implications for climate change experiments

Climate change is intensifying the hydrologic cycle and is expected to increase the frequency of extreme wet and dry years. Beyond precipitation amount, extreme wet and dry years may differ in other ways, such as the number of precipitation events, event size, and the time between events. We assessed 1614 long‐term (100 year) precipitation records from around the world to identify key attributes of precipitation regimes, besides amount, that distinguish statistically extreme wet from extreme dry years. In general, in regions where mean annual precipitation (MAP) exceeded 1000 mm, precipitation amounts in extreme wet and dry years differed from average years by ~40% and 30%, respectively. The magnitude of these deviations increased to >60% for dry years and to >150% for wet years in arid regions (MAP<500 mm). Extreme wet years were primarily distinguished from average and extreme dry years by the presence of multiple extreme (large) daily precipitation events (events >99th percentile of all events); these occurred twice as often in extreme wet years compared to average years. In contrast, these large precipitation events were rare in extreme dry years. Less important for distinguishing extreme wet from dry years were mean event size and frequency, or the number of dry days between events. However, extreme dry years were distinguished from average years by an increase in the number of dry days between events. These precipitation regime attributes consistently differed between extreme wet and dry years across 12 major terrestrial ecoregions from around the world, from deserts to the tropics. Thus, we recommend that climate change experiments and model simulations incorporate these differences in key precipitation regime attributes, as well as amount into treatments. This will allow experiments to more realistically simulate extreme precipitation years and more accurately assess the ecological consequences.     

近20年辽宁省植被动态特征及其对气候变化的响应

区域归一化植被指数(NDVI)变化特征对环境容量和生态发展方向有重要指示作用。基于SPOT/VEGETATION NDVI数据和ESA CCI-LC植被分类数据,利用Theil-Sen+Mann-Kendall、变异系数、Hurst指数和相关性分析方法,对辽宁省2000—2019年不同植被类型归一化植被指数时空变化特征和气候因子之间的响应关系进行分析。结果表明：(1)NDVI均值呈现从乔木到草原逐渐降低的趋势,不同植被类型在生长季具有不同的生长习性;(2)各植被类型都呈增加趋势,结合Hurst指数和Sen趋势,辽宁省36.26%的植被将趋于改善,约有61.51%的植被将趋于退化;(3)变异系数结果表明：所有植被类型中以乔木植被最为稳定,草原型植被最不稳定。(4)辽宁省各植被类型NDVI与降水显著正相关,与气温相关性相对较低。结果可为辽宁省生态评价和碳循环研究提供植被覆盖动态参考。     

呼伦贝尔沙地45年来气候变化及其对生态环境的影响

采用数理统计和对比分析方法,对近45年呼伦贝尔沙地气象观测资料和草场沙化、退化面积、植被状况等资料进行了分析。结果表明:呼伦贝尔沙地总体气候暖干化趋势显著;气温逐年升高、降水量减少、蒸发量增加和极端气候事件增多,使流动沙地面积不断增加,植被盖度下降。卫星遥感监测和全国沙漠化普查结果进一步表明,呼伦贝尔沙地的沙漠化正在扩展,生态环境正在恶化。逐年减少的大风日数和沙尘暴日数有利于该地区生态的保护与建设。20世纪80年代以来,沙区各级政府加大了对沙化的治理力度,沙地局部植被恢复较快。     

水培条件下营养元素对枳幼苗根毛发育及根生长的影响

以柑橘砧木枳实生苗为试材,研究水培条件下N、P、 K、Ca、Mg、Fe和Mn等7种营养元素分别缺乏对其根系主根长度、侧根数和主、侧根根毛密度、根毛长度及根毛直径等的影响．结果表明: 水培条件下,不同缺素处理枳实生幼苗的根毛均能生长,但根毛主要集中在近根基段,根尖处分布较少;侧根的根毛密度显著大于主根,而其根毛长度显著小于主根.不同缺素处理对根毛的生长发育影响较大,主根根毛密度为55.0~174.3 条·mm^-2．与对照相比,缺Ca诱发主根的根毛密度、长度显著增加;缺P使主根的根基段、中段及侧根的根毛密度、长度显著增加;缺Fe使主根根尖段根毛密度显著增加,而长度显著降低;缺K使主根、侧根的根毛密度、长度及根毛直径均显著降低;缺Mg使主根根毛长度显著增加．各处理主根的生长较一致;侧根除缺N、Mg处理外,其他处理均出现脱落后再生的现象.     

呼伦贝尔沙地45年来气候变化及其对生态环境的影响水

采用数理统计和对比分析方法,对近45年呼伦贝尔沙地气象观测资料和草场沙化、退化面积、植被状况等资料进行了分析。结果表明：呼伦贝尔沙地总体气候暖干化趋势显著;气温逐年升高、降水量减少、蒸发量增加和极端气候事件增多,使流动沙地面积不断增加,植被盖度下降。卫星遥感监测和全国沙漠化普查结果进一步表明,呼伦贝尔沙地的沙漠化正在扩展,生态环境正在恶化。逐年减少的大风日数和沙尘暴日数有利于该地区生态的保护与建设。20世纪80年代以来,沙区各级政府加大了对沙化的治理力度,沙地局部植被恢复较快。     

Divergent response of seasonally dry tropical vegetation to climatic variations in dry and wet seasons

Interannual variations of photosynthesis in tropical seasonally dry vegetation are one of the dominant drivers to interannual variations of atmospheric CO₂ growth rate. Yet, the seasonal differences in the response of photosynthesis to climate variations in these ecosystems remain poorly understood. Here using Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), we explored the response of photosynthesis of seasonally dry tropical vegetation to climatic variations in the dry and the wet seasons during the past three decades. We found significant (p < 0.01) differences between dry and wet seasons in the interannual response of photosynthesis to temperature (γ^int) and to precipitation (δ^int). γ^int is ~1% °C^?1 more negative and δ^int is ~8% 100 mm^?1 more positive in the dry season than in the wet season. Further analyses show that the seasonal difference in γ^int can be explained by background moisture and temperature conditions. Positive γ^int occurred in wet season where mean temperature is lower than 27°C and precipitation is at least 60 mm larger than potential evapotranspiration. Two widely used Gross Primary Productivity (GPP) estimates (empirical modeling by machine‐learning algorithm applied to flux tower measurements, and nine process‐based carbon cycle models) were examined for the GPP–climate relationship over wet and dry seasons. The GPP derived from empirical modeling can partly reproduce the divergence of γ^int, while most process models cannot. The overestimate by process models on negative impacts by warmer temperature during the wet season highlights the shortcomings of current carbon cycle models in representing interactive impacts of temperature and moisture on photosynthesis. Improving representations on soil water uptake, leaf temperature, nitrogen cycling, and soil moisture may help improve modeling skills in reproducing seasonal differences of photosynthesis–climate relationship and thus the projection for impacts of climate change on tropical carbon cycle.     

浙江省植被NDVI动态及其对气候的响应

利用GIMMS和MODIS两种归一化植被指数(NDVI)资料反演了1982—2010年浙江植被覆盖状况,结合同期研究区63个气象站点的气温、降水和湿润指数等气候指标,分析了该地区植被年际变化、月际变化及其对气候要素的响应特征。结果表明:(1)研究期间,浙江气候总体呈暖干化趋势,植被覆盖缓慢下降,主要是由于森林植被遭破坏,农业生产活动受抑制影响所致,其中NDVI显著减少的地区约占全省陆域面积的29.1%,主要发生在6—11月;(2)降水量及干湿程度对浙江植被NDVI年变化起着决定性作用。植被与气候要素年变化相关分析发现,NDVI与湿润指数关系较降水、气温更为密切,两者相关及偏相关系数均通过0.05水平的置信度检验,这表明在年际尺度上,湿度的增加增大了植被的生长势,有利于植被生长;(3)植被与气候要素月变化分析表明冬季的热量供给是影响浙江植被生长的重要因子,而植被变化对夏季降水和干湿程度的最大响应为滞后两个月;(4)农业生产水平的提高使得农作物种植区NDVI有所增加,人类活动对浙江植被覆盖的影响不可忽视。