中国市域自然保护区时空格局演变特征

市域是自然保护地整合优化的具体实施单元,揭示市域自然保护区的时空格局演变特征和发展趋势对于全面建设中国特色自然保护地体系具有重要的现实意义。基于1975-2020年间隔5 a的10期中国自然保护区名录,通过标准差椭圆、探索性空间数据分析、空间Markov链等方法首次从市域尺度探讨了中国自然保护区的时空动态演变特征和发展趋势,并引入地学信息图谱构建其变化模式。结果表明:①中国市域自然保护区比例呈现先快速增长后逐步稳定的趋势,但整体仍以低值区为主。市域间自然保护区比例差异明显,逐步形成了“西高东低”的空间格局。重心整体表现为“东南-西北-东北”的迁移过程,重心移动距离和速度逐渐缩小。1990年以后,中国市域自然保护区比例始终呈现“东北-西南”向的空间分布格局。②市域自然保护区比例存在显著的空间相关性且相关性总体呈上升之势,但空间集聚水平的变化逐年缩小。局部空间异质性较强,高高和低低集聚区均呈扩张态势。③从变化模式图谱来看,中国市域自然保护区比例等级以“前期变化-低频-逐步提升”(ESC-LQ-T1)的方式进行,主要图谱类型为“空缺区转为低值区”。市域自然保护区比例等级类型转移具有稳定性和显著的时空异质性,后期出现了“俱乐部收敛”现象,且邻域背景在其动态变化过程中发挥着重要作用。未来要加强对空缺区和低值区市域单元的自然资源进行摸底评估,将其最有价值的区域纳入自然保护区,同时推广区域联合保护机制,促进自然保护地体系高质量建设。     

高复种指数区成都市郫都区农田土壤养分特征及其空间变异研究

成都平原属典型的水田农业区,复种指数高,农作物一年两熟或三熟。为探究高土地利用率地区农田土壤养分特征及其空间分布格局,基于成都市郫都区2015年测土配方施肥数据,运用经典统计学和地统计学方法揭示该区域农田土壤养分的描述性统计特征及其空间变异。结果显示:郫都区农田土壤有机质(SOM)、总氮(TN)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量均值分别为22.35 g·kg^-1、1.15 g·kg^-1、95.38 mg·kg^-1、21.01 mg·kg^-1和104.58 mg·kg^-1,不同土壤类型及不同种植模式农田土壤养分差异总体较小,表明高强度的人类活动使郫都区土壤养分含量变得均一;半方差分析显示,SOM和AK的块金系数分别为0.39和0.62,其空间变异由土壤母质、地形、气候条件等结构性因素和耕作制度、施肥条件等随机性因素共同作用引起;TN、AN和AP的块金系数分别为0.87、0.94和0.97,其空间变异性主要受耕作制度、施肥条件等随机性因素影响;结合已有研究来看,郫都区农田SOM块金系数呈下降趋势而TN、AN和AP块金系数呈增加趋势,表明随着郫都区作物产量与作物复种指数的不断提高,以蔬菜为主的旱作模式代替传统的水旱轮作模式、复合肥代替农家肥等生产方式的改变正在影响着郫都区农田土壤养分的空间分布格局。     

松嫩平原农牧结合优化模式的综合研究

利用实验生态学方法并与单一粮食种植模式相对照,研究了粮粮型农牧结合模 式和粮草间种型农牧结合模式的生产力及其养分循环平衡特征、水分利用效率和能量特 征,从而提出了黑土区发展持续农业应采用的模式及应用前景．     

甘肃省生境质量变化的图谱特征

生境质量是影响地区生态系统服务价值和保护地球生态系统中生物多样性的重要因素。以地处三大自然区交汇带的甘肃省为研究对象,在定量估算地区2000—2018年生境质量水平基础上,基于图谱变化分析理论和InVEST模型,探索地区生境质量时空分异格局及其图谱转移状态和变化强度。结果表明: 2000—2018年,甘肃省生境质量总体维持中等水平并略有提升,在空间上自北向南呈逐级递增的阶梯式变化特征,在数量上则高低并存;从图谱转移视角分析,甘肃省生境质量格局较为稳定,未发生状态转移的图谱单元占主导,而在发生了生境质量状态转移的图谱单元中,“较高较低”、“较高高”、“较高低”这6类状态间的互换转移最显著,空间分布也较为集聚; “北剧南和”是甘肃省生境质量变化强度的主要格局,自北向南依次为“强变区”、“复合区”、“温缓区”和“平和区”4类变化强度区。     

基于地形梯度特征的福州市景观格局演变

地形是土地景观格局变化的重要因素.为揭示不同地形梯度下景观格局的时空特征和变化规律,以1995、2005和2015年3期福州市遥感影像和数字高程模型(DEM)数据为基础,运用地形位指数、土地利用分布指数、地学信息图谱分析和景观指数等方法,探讨景观格局的地形梯度效应以及形成原因.结果表明: 研究期间,研究区林地主要位于中低、中高和高等级地形位,农地、水体、建设用地和未利用土地主要集中位于低等级地形位.1995—2015年,福州市林地、农地和未利用土地面积减少,建设用地和水体面积增加.景观类型变化以稳定型为主,主要分布于中低、中高及高等级地形梯度区域;景观格局在地形梯度上变化差异明显,低地形位区域景观类型主要转向建设用地,而在中低及中高地形位区域,主要发生农地与林地的交替转变.研究区景观格局破碎化、景观异质性和景观多样性等属性逐年上升,随着地形梯度升高而降低.     

江苏省土地利用变化的图谱特征

基于地学信息图谱理论与方法,运用ArcGIS 10.0软件,以江苏省1990、2000和2010年3期遥感解译数据为空间数据源合成江苏省1990—2000和2000—2010年两个10年阶段的土地利用变化图谱以及耕地利用变化模式图谱,据此揭示江苏省土地利用变化时空特征及规律.结果表明: 1990—2000年,江苏省土地利用变化以耕地与城乡建设用地、耕地与水域以及耕地与林草地的图谱单元互换为主要特征,尤其是以“耕地→城乡建设用地”、“耕地→水域”最为显著,耕地数量减少、空间分布集中.2000—2010年,江苏省土地利用变化最显著的仍是“耕地→城乡建设用地”图谱单元;同时,“草地→水域”、“城乡建设用地→水域”图谱类型分布集中且扩大趋势明显;与1990—2000年相比,空间图谱变化总面积和空间分离度均有所增大.江苏省耕地利用变化模式以后期变化型为主,前期变化型次之,反复和持续变化型耕地所占比例较小.     

气候变化背景下中国南方地区季节性干旱特征与适应Ⅵ.防旱避灾种植模式优化布局

南方地区是我国重要的农业种植区,季节性干旱严重影响该地区的农业生产.本文基于南方地区不同干旱分区中选取的13个典型地区1981-2007年气象资料和作物生育期、产量等资料,依据各地逐年降水量将其分为干旱年、正常年和丰水年3种不同降水年型,利用作物水分临界期需水量与降水量的耦合度、气象产量、单位面积产值以及全生育期的水分利用效率和降水量5个指标,对典型地区种植模式的综合效益进行评价,得到南方不同区域不同降水年型下的优化种植模式.结果表明: 半干旱区在干旱年型下,宜采取2种抗旱种植模式：马铃-玉米-甘薯和冬小麦-中稻-甘薯.半湿润区在干旱年型下,种植模式以冬小麦-中稻-甘薯最优,油菜-中稻-甘薯次之.在温润区(即典型的季节性干旱区),江南地区在3种年型下均以马铃薯-双季稻最优;西南地区宜搭配抗旱作物进行三熟制种植,如冬小麦-中稻-甘薯、冬小麦-玉米-甘薯、马铃薯-双季稻等.从最大程度利用水热资源角度考虑,三熟种植模式最优,以水旱轮作为主,丰水年型宜搭配水稻.     

不同种植模式花椒园昆虫群落的结构及稳定性

对云南昭通市4种不同种植模式花椒园（花椒-玉米-大豆园、花椒-大豆园、花椒-玉米园、花椒园）昆虫群落的组成和结构进行调查,采用群落特征指数和主分量分析法对不同种植模式花椒园昆虫群落特征及其稳定性进行了研究.结果表明：研究区花椒园共发现326种昆虫;与单一种植花椒园相比,间作套种作物花椒园昆虫群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均较高,而优势度指数较低;不同种植模式花椒园昆虫群落多样性指数值大小依次为花椒玉米大豆园>花椒大豆园>花椒玉米园>花椒园.花椒、玉米、大豆间作套种系统中昆虫群落的稳定性较好.     

典型黑土区农田土壤线虫群落的纬度分布格局及其驱动机制

东北黑土区是保障我国粮食安全的重要土壤资源, 了解该区域内农田土壤线虫的群落组成及其对环境驱动因子的响应机制, 对于研究黑土区农田土壤生态系统的生物多样性分布格局具有重要意义。2018年9月, 我们在42°50°‒49°08° N的典型黑土区采集了93个农田土壤样品, 利用形态学鉴定技术分析了土壤线虫群落的组成与结构。共鉴定出47个线虫属(相对丰度 > 1%), 其中食细菌线虫中的拟丽突属(Acrobeloides)是典型黑土区农田土壤中的优势属(相对丰度 > 5%)。土壤线虫总丰富度和总多度均随纬度增加而显著增加, 然而类似的变化趋势只出现在食细菌和杂食/捕食线虫中。土壤有机碳是影响土壤线虫丰富度和多度最为重要的环境因子, 其次是月平均温度。典型黑土区农田土壤线虫群落结构以47° N为分界线分为南部和北部两类, 主要归因于线虫群落中植物寄生和杂食/捕食线虫的相对多度在南、北特征属中存在差异。土壤pH值和容重分别是影响南部与北部黑土区线虫群落最重要的环境因子。本研究明确了典型黑土区农田土壤线虫群落的纬度分布格局及其与环境因素的关系, 可为揭示农业活动干扰下土壤生物对环境因子的响应机制提供基础数据和理论参考。     

黑土农田土壤肥力质量综合评价

黑土是我国东北主要土壤类型之一,也是我国宝贵的土壤资源．本项研究在分析了黑土南北样带上采集的115个土样理化性质的基础上,建立黑土肥力评价指标体系,运用模糊数学和因子分析方法对黑土肥力水平进行评估、分级．采用地理信息系统软件Arclnfo绘制黑土区土壤肥力状况图．研究发现,深厚黑土主要分布于黑土区北部,中厚与薄层黑土则分别集中在黑土区的中部和南部,这主要与黑土分布区的气候条件和黑土的成土过程有关．另外,黑土肥力水平分布规律在东西向为东高西低;南北向为中部最高,北部次之,南部最低,且大部分地区肥力水平处于中等。占整个黑土区的73．6%．     

耕作方式对黑土硬度和容重的影响

以吉林省德惠市8年黑土田间定位试验的小区土壤为研究对象,对不同耕作方式下土壤硬度和容重进行研究.结果表明:免耕增加了土壤硬度,主要表现在2.5 ～17.5 cm土层;在玉米连作和玉米-大豆轮作下,苗眼处免耕处理的最大土壤硬度分别为2816和1931 kPa,秋翻处理下分别为2660和2051 kPa,对作物生长均没有限制作用;秋翻处理的土壤硬度曲线随垄形而变化,免耕处理的土壤硬度曲线起伏较小.与秋翻相比,免耕显著增加了5～20 cm土层的土壤容重.5 ～ 30 cm土层的土壤容重在免耕处理下变化幅度较小,在秋翻处理下随土壤深度的增加逐渐增大.土壤容重与土壤硬度之间相关性不显著.     

轮作和连作对胡萝卜根际和非根际细菌多样性的影响

细菌是土壤最重要的组成部分,土壤细菌的群落结构对土壤的健康至关重要,可以直接影响植物的生长。胡萝卜的长年连作导致其产量低、质量差等一系列问题的发生,连作问题已成为不可忽视的问题。本研究通过HiSeq PE250高通量测序和生物信息学方法获得了玉米胡萝卜轮作种植和胡萝卜连作种植中胡萝卜根际和非根际土壤细菌的组成结构。研究结果表明,相较于胡萝卜连作,玉米胡萝卜轮作种植改变了胡萝卜根际土壤细菌的组成和群落多样性。RM.M (玉米胡萝卜轮作根际土壤样品)样品中的优势菌门为放线菌门和厚壁菌门,RM.R (胡萝卜连作根际土壤样品)的优势菌门是变形菌门;有益菌如芽孢杆菌属和根瘤菌属在玉米胡萝卜轮作种植中的胡萝卜根际富集。RM.M与RM.R的细菌类群差异显著,群落多样性较低;NRM.M(玉米胡萝卜轮作非根际土壤样品)和NRM.R (胡萝卜连作非根际土壤样)的细菌类群差异不明显,群落多样性较高。与连作根际土壤相比,轮作根际土壤中有益菌的相对丰度较大,细菌相对丰度明显增加。本研究结果对通过调节根际土壤细菌组成来保证胡萝卜产量和质量的稳定,解决连作问题具有重要的意义。     

紫色丘陵区玉米/大豆套作系统土壤磷吸附-解吸动力学

利用田间小区试验研究了玉米/大豆套作(M/S)、玉米单作(M)、大豆单作(S)3种栽培模式下施磷对土壤磷吸附解吸特征的影响.结果表明： 在不施磷处理下,M/S系统产量较M、S分别提高9.8%、79.1%,土地当量比为1.58;在施磷处理下,M/S系统产量较M、S分别提高10.4%、80.3%,土地当量比为1.62.与不施磷处理相比,施磷使M/S、M、S 3种栽培模式下的系统总产量分别提高12.7%、12.2%、17.6%.无论施磷与否,3种栽培模式下土壤最大缓冲容量(SBC)值均表现为M/S>M>S;但与施磷处理相比,不施磷处理下M/S、M、S栽培模式下土壤SBC值分别降低19.6%、30.3%、12.0%.各栽培模式在施磷处理下土壤单位吸附量的解吸量b值大小为M/S>M>S;与不施磷处理相比,施磷使M/S、M、S模式下b值分别增加10.9%、39.1%、-9.6%.土壤最大吸磷量(Q_m)及土壤磷解吸率也表现出相同的趋势.     

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。     

黄淮海多熟种植农业区作物历遥感检测与时空特征

多熟种植是高强度农业土地利用的重要特征,但由于缺乏在空间和时间上清晰描述农业多熟种植和作物种植历时空分布的数据,使得区域尺度农田生态系统碳动态估计、农田生产力监测与模拟等有很大的不确定性。黄淮海农业区是以冬小麦-夏玉米二熟制为主的我国粮食主产区,冬小麦和夏玉米分别为光合作用途径为C3和C4的作物,已有研究证明如果在估算生态系统生产力时不考虑一年两季作物及其光能利用率的差异则会导致生产力估算结果过低。研究结合农业气象站点地面作物物候观测数据和空间分辨率500m、8d合成的MOD IS时间序列数据,分析研究区二熟制作物的生长过程、物候特征和作物历的空间差异,发展基于EVI和LSWI时间序列曲线检测多熟区各季作物种植历的方法,获取黄淮海农业区空间表述清晰的熟制和各季作物的生长开始与结束时间数据,并应用农业气象站点数据对方法和所获取的作物历数据进行了比较验证。论述的方法和提取的各季作物的作物历时空数据将能够应用于区域尺度农田生产力估算、生物地球化学循环模拟和农业生态系统监测。     

连作障碍与根际微生态研究Ⅲ.土壤酚酸物质及其生物学效应

以黑龙江省大豆重茬 5年与正茬土壤和根系为主要研究对象 ,采用高效液相色谱法 ,研究土壤和根系浸提液中的酚酸物质的含量及其生物学效应 .结果表明 ,重茬土壤中对羟基苯甲酸和香草酸的含量 (1mol·L-1NaOH提取 )大于正茬土壤 ,且差异达到极显著水平 ,香草醛含量差异不显著 ;重茬大豆根系水提液中对羟基苯甲酸、香草酸、阿魏酸、香草醛、香豆素含量均高于正茬 .大豆连作条件下土壤多酚氧化酶活性高于正茬土壤 .重茬大豆根系水提液及在水培条件下外加对羟基苯甲酸对大豆幼苗生长发育有一定的抑制作用 ;酚酸物质加入土壤 1周后 ,对羟基苯甲酸、香草酸、香草醛、阿魏酸、苯甲酸、香豆素残留率分别为 10 .4%、15 .3 %、4.1%、2 .3 %、5 .0 %、17.5 % ;且外加酚酸浓度与土壤中真菌数量呈极显著指数相关 .     

甘肃省中部沿黄灌区轮作和连作马铃薯根际土壤真菌群落的结构性差异评估

甘肃省中部沿黄灌区是西北地区乃至全国重要的加工型马铃薯生产基地,然而因集约化种植带来的连作障碍问题已经严重影响到当地马铃薯种植业的可持续发展。采用大田试验与PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)技术相结合的方法,并通过真菌的18S r DNA序列分析,评估轮作(未连作)和连作条件下马铃薯根际土壤真菌群落在组成结构上的差异,以期为甘肃省中部沿黄灌区马铃薯连作的土壤障碍机理研究提供新证据。结果表明,同轮作相比,连作显著降低了马铃薯块茎产量和植株生物量,并且随着连作年限的延长,连作障碍也愈加严重。长期连作(6a)也导致马铃薯根冠比显著增加和植株收获指数的显著下降。在根际土壤真菌的种群数量和多样性上,连作和轮作间无显著差异,但在群落组成结构上差异明显。真菌18S r DNA测序分析进一步表明,马铃薯连作较轮作相比增加了Fusarium sp.和Fusarium solani以及Verticillium dahliae的种群或个体数量,而这些真菌是导致马铃薯土传病害的主要致病菌类型。根际土壤真菌群落组成结构的改变特别是与土传病害有关的致病菌滋生可能是导致当地马铃薯连作障碍的重要原因。     

水旱轮作对滩涂绿花椰菜根际土壤真菌群落结构的影响

本研究比较轮作和连作下滨海滩涂地绿花椰菜根际土壤真菌群落结构和多样性的变化特征,以探索不同轮作方式减缓绿花椰菜连作田连作障碍的效果。采用Illumina Miseq高通量测序技术,分析单季稻-绿花椰菜水旱轮作、南瓜-绿花椰菜旱旱轮作和绿花椰菜连作3种耕作方式对绿花椰菜根际土壤真菌群落结构和多样性的影响。结果表明,在浙江省台州湾滨海滩涂地绿花椰菜种植区,水旱轮作、旱旱轮作和连作绿花椰菜根际土壤共获得11门、27纲、52目、94科、155属真菌。在门水平上相对丰度较高的为子囊菌门Ascomycota、油壶菌门Olpidiomycota、担子菌门Basidiomycota、接合菌门Zygomycota、壶菌门Chytridiomycota。与连作相比,轮作显著提高了绿花椰菜根际土壤中子囊菌门、壶菌门菌群的相对丰度,而以水旱轮作对其相对丰度的提高幅度更大。轮作显著降低了绿花椰菜根际土壤中油壶菌门、接合菌门菌群的相对丰度,而以水旱轮作对这2门菌群相对丰度的降低幅度更大。在属水平上轮作显著降低了绿花椰菜根际土壤中油壶菌属Olpidium、镰刀菌属Fusarium等的相对丰度,显著提高了绿花椰菜根际土壤中格孢腔菌属Pleospora的相对丰度,而水旱轮作更提高了格孢腔菌属的相对丰度,降低了油壶菌属、镰刀菌属的相对丰度。因此,轮作能改善台州湾滨海滩涂地上绿花椰菜根际土壤真菌群落结构,但水旱轮作更能增加绿花椰菜根际土壤真菌有益菌丰度,减少绿花椰菜根际土壤真菌有害菌群丰度,提高根际土壤真菌多样性指数,改良绿花椰菜根际土壤生态环境。     

Soil greenhouse gas fluxes and global warming potential in four high-yielding maize systems

Crop intensification is often thought to increase greenhouse gas (GHG) emissions, but studies in which crop management is optimized to exploit crop yield potential are rare. We conducted a field study in eastern Nebraska, USA to quantify GHG emissions, changes in soil organic carbon (SOC) and the net global warming potential (GWP) in four irrigated systems: continuous maize with recommended best management practices (CC‐rec) or intensive management (CC‐int) and maize–soybean rotation with recommended (CS‐rec) or intensive management (CS‐int). Grain yields of maize and soybean were generally within 80–100% of the estimated site yield potential. Large soil surface carbon dioxide (CO₂) fluxes were mostly associated with rapid crop growth, high temperature and high soil water content. Within each crop rotation, soil CO₂ efflux under intensive management was not consistently higher than with recommended management. Owing to differences in residue inputs, SOC increased in the two continuous maize systems, but decreased in CS‐rec or remained unchanged in CS‐int. N₂O emission peaks were mainly associated with high temperature and high soil water content resulting from rainfall or irrigation events, but less clearly related to soil NO₃‐N levels. N₂O fluxes in intensively managed systems were only occasionally greater than those measured in the CC‐rec and CS‐rec systems. Fertilizer‐induced N₂O emissions ranged from 1.9% to 3.5% in 2003, from 0.8% to 1.5% in 2004 and from 0.4% to 0.5% in 2005, with no consistent differences among the four systems. All four cropping systems where net sources of GHG. However, due to increased soil C sequestration continuous maize systems had lower GWP than maize–soybean systems and intensive management did not cause a significant increase in GWP. Converting maize grain to ethanol in the two continuous maize systems resulted in a net reduction in life cycle GHG emissions of maize ethanol relative to petrol‐based gasoline by 33–38%. Our study provided evidence that net GHG emissions from agricultural systems can be kept low when management is optimized toward better exploitation of the yield potential. Major components for this included (i) choosing the right combination of adopted varieties, planting date and plant population to maximize crop biomass productivity, (ii) tactical water and nitrogen (N) management decisions that contributed to high N use efficiency and avoided extreme N₂O emissions, and (iii) a deep tillage and residue management approach that favored the build‐up of soil organic matter from large amounts of crop residues returned.     

连作障碍因素对大豆养分吸收和固氮作用的影响

采用分室装置,利用不同孔径的膜研究大豆连作条件下,化感物质、土壤有害生物和大豆胞囊线虫等因素不断累加对植株生长、生物固氮作用和矿质养分吸收和分配的影响。结果表明,随着各因素不断累加,植株的地上部、根系和根瘤干重逐渐降低;除Ca元素外,植株组织的P、K等矿质元素单位含量下降,吸收总量下降,地上部分配的养分比例下降。在化感物质和土壤有害生物因素的基础上接种线虫,对生物固氮和矿质养 分的吸收和分配影响明显。