基于增强回归树与区域增温敏感性指数的城市升温效应空间分异

热岛效应已成为城市化进程中备受关注的城市生态环境问题。有关城市热岛效应的研究对区域在地表升温过程中的空间分异关注尚不足。通过设计区域增温敏感性指数,借助增强回归树（boosted regression tree,BRT）机器学习算法,量化城市不同区域在地表升温过程中的敏感性差异。结果表明：（1）上海市各辖区增温敏感性从高至低依次是：黄浦区、杨浦区、虹口区、静安区、普陀区、徐汇区、长宁区、宝山区、闵行区、浦东新区、嘉定区、奉贤区、松江区、青浦区、金山区、崇明区;（2）区域增温敏感性在不同的温度梯度下具有明显差异,在高温梯度下区域间指数值的差异最大;（3）地表覆被的增温敏感性存在明显的区域分异特性;（4）基于BRT的增温敏感性指数具有较好的指示意义和较高的灵敏度。在城市热环境持续恶化背景下,探讨城市异质空间中地表温度变化的敏感性可为城市热环境调控提供科学依据。     

模拟冻融环境下亚高山森林凋落物分解速率及有机碳动态

森林凋落物分解是森林生态系统物质循环的重要环节,季节性冻融交替是影响凋落物分解的重要环境因素之一,但不同林型的凋落物对冻融响应的差异性很少被量化。为了解冻融环境对森林凋落物分解进程的影响,以川西亚高山森林地区阔叶林、针叶林和针阔混交林3种典型林型的凋落物为实验材料,从凋落物基质质量、冻融环境等影响凋落分解的因素着手,采用模拟冻融循环过程（-5-5℃）,研究了冻融循环中3种林型凋落物分解速率和有机碳含量的动态变化。结果发现,3中典型林型凋落物经过不同冻融处理后,其质量损失、质量损失速率均存在显著差异（P<0.05）。混交林凋落物和针叶林凋落物的分解速率呈慢-快-慢的趋势,而阔叶林凋落物的分解速率逐渐减小。在冻融循环处理下,3种林型的凋落物碳绝对含量呈波动下降的趋势,说明微生物固定外源碳和凋落物释放碳间存在动态平衡。相同林型的凋落物在不同冻融处理下,有机碳释放有显著差异（P<0.05）。其中,冻融环境显著（P<0.05）促进了混交林凋落物和针叶林凋落物有机碳的释放,但是对阔叶林凋落物有机碳的释放没有起到促进作用。这表明全球气候变暖情景下,亚高山森林土壤冻融事件频发将加快凋落物的分解,但变化程度受到凋落物质量控制。     

黄河三角洲滨海滩涂不同密度柽柳林的根系形态及生长特征

为探讨黄河三角洲滨海滩涂不同密度柽柳根系形态及生长特征,以山东省滨州港附近滨海滩涂的低密度（1100株/hm²）、中密度（4100株/hm²）和高密度（7100株/hm²）柽柳林为研究对象,采用全挖法对不同密度柽柳根系进行挖掘,测定分析柽柳地上生物量、根系生物量、空间分布特征、拓扑结构和连接长度等指标。结果表明：（1）中、高密度下,柽柳对根系生长的投入量更大,以保证对地下资源的吸收利用,根冠比分别为0.59、0.53;而低密度柽柳根冠比为0.44。（2）低、中密度下柽柳根冠生长关系均表现为异速生长,高密度下为等速生长。（3）不同密度柽柳根系生长都以水平分布为主,表现出水平根型特征。中、高密度柽柳根幅及侧根长均小于低密度,低密度柽柳根系水平分布范围最大,可利于增强觅养和固定能力。（4）林分密度与拓扑指数显著相关,低密度柽柳根系拓扑结构趋向于叉状结构（拓扑指数TI=0.62）;中、高密度柽柳拓扑结构趋向于鱼尾形分支（TI=0.86;TI=0.81）。（5）不同密度柽柳根系外部连接长度显著大于内部连接长度,呈现滨海滩涂柽柳根系向外扩张的生长策略。滨海滩涂不同密度柽柳根冠异速生长关系、根系形态及生长特征既有差异性又有相似性,表现出不同的密度适应特征。不同密度柽柳根系均以地表分布、向外扩张为主。低密度柽柳主要通过增加分支,扩大根系生长空间;中、高密度柽柳减少分支,加强对内部资源的利用,以降低与邻株间的竞争。柽柳密度与土壤含水量、电导率、扎根深度、侧根长、拓扑指数显著相关。     

地下水位对黄河三角洲柽柳根系生长的影响

为揭示黄河三角洲柽柳根系生长特征对地下水位的响应规律,明确柽柳生长适宜的地下水位,在咸水矿化度（6 g/L）下,模拟设置0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8 m共7个地下水位。测定分析栽植柽柳土柱的水盐参数与根系生长指标。结果表明：在咸水矿化度下,地下水位可显著影响土壤水盐变化,从而影响柽柳根系的生长。随地下水位的降低,土壤含水量、含盐量和土壤溶液绝对浓度显著降低。在高水位（≤0.6 m）下,柽柳根系生长受水盐胁迫影响显著,柽柳根长、根径、侧根数、总生物量、侧根生物量、根系连接长度均较低,拓扑结构呈叉状分支;中水位（0.9 m）时,土壤水盐条件适宜,柽柳侧根数、根径、二级侧根和毛细根生物量达到最大值,拓扑结构由叉状分支向鱼尾形分支过渡;低水位（≥1.2 m）下,土壤水盐含量低,柽柳根系总生物量、主根生物量、一级侧根生物量和根系平均连接长度在1.2 m水位达到最大值后降低,拓扑结构呈鱼尾形分支。柽柳根系生长与地下水位密切相关,柽柳通过改变根系生长和调整构型来适应不同土壤水盐和地下水位条件。高水位（≤0.6 m）下柽柳以降低根系生长深度,增加分叉,调配各组织器官的生物量来适应水盐胁迫;中水位0.9 m下土壤水盐条件最适宜柽柳生长;低水位（≥1.2 m）下柽柳主要受土壤干旱胁迫而使根系向下生长,增加根系连接长度,以此扩大资源获取效率。柽柳根系生长及根系构型对咸水矿化度下不同地下水位表现出较强的适应性和可塑性。     

油菜类型和品种对外来入侵杂草小子虉草的替代控制作用

外来入侵植物小子虉草（Phalaris minor Retz.）是世界公认的冬季农田恶性杂草,掌握农作物对其替代控制作用具有重要的研究价值。前期研究表明,油菜是替代控制小子虉草的优良农作物,然而,目前尚不清楚油菜类型与品种对其控制能力的影响。为此选取与小子虉草同域发生的不同类型（白菜型油菜、芥菜型油菜和甘蓝型油菜）油菜品种各3种,通过田间小区实验和室内化感作用测定,对比研究其对小子虉草的生长、繁殖、表型以及化感作用的影响。田间实验显示：竞争方式（种内或种间竞争）和油菜类型对小子虉草的地上生物量、种子数、株高、分枝数、叶面积和比叶面积存在极显著（P=0.0001）影响;而油菜品种对小子虉草的地上生物量（P=0.6064）、种子数（P=0.3577）、株高（P=0.4279）、分枝数（P=0.6357）、叶面积（P=0.8839）和比叶面积（P=0.3424）均无显著影响。3种类型油菜对小子虉草生长、繁殖以及表型的影响存在明显差异,其中芥菜型油菜对小子虉草的上述指标的影响最强,而白菜型油菜的影响最弱。室内生物测定显示,油菜对小子虉草具有化感抑制作用,当供试油菜叶片水提液浓度为0.1 g/mL时,小子虉草种子的萌发和幼苗的株高、根长、生物量均被显著抑制;研究也表明不同类型油菜对小子虉草的化感作用显著不同,同等条件下,芥菜型油菜对小子虉草的化感抑制作用最强。综上所述,油菜类型对外来入侵小子虉草的控制作用存在显著差异,其中芥菜型油菜对植物小子虉草的替代控制作用明显优于白菜型油菜和甘蓝型油菜,而其强的化感抑草特性或许是其强控草能力的原因之一。另外,本研究也为进一步利用油菜替代控制入侵植物小子虉草提供了参考。     

基于多源数据的“安全公正空间”在大通湖流域环境管理中的应用

如何在确保生态系统安全的同时有效地开发和利用资源、保障人类福祉是当前面临的挑战。近年来兴起的“安全公正空间”(Safe and Just Operating Space, SJOS)理论框架为人类可持续发展提供了有效的评估方法, 即充分利用自然资源来提高人类社会福祉的同时确保环境生态安全。研究以长江中下游地区大通湖流域为例, 根据流域内的社会经济数据、环境监测数据和湖泊沉积记录, 从社会基础和环境系统两个方面构建该流域的SJOS框架, 并利用环境库兹涅兹曲线来揭示总体环境变化特征。结果表明: 流域内淡水利用、空气质量、水质均突破环境上限, 处于危险的状态, 此外流域内无贫困和产业创新两个社会基础维度的完成度相对较低。环境库兹涅兹曲线揭示了大通湖流域内社会-生态系统大致分为初始阶段(1950s—1980s)、严重退化阶段(1980s—2000s)和逐步改善(2000s后)三个阶段。研究为维持区域可持续发展提供了重要的参考信息, 同时也为区域SJOS框架的构建提供了一种有效的方法。     

降水变化与氮添加对晋北盐碱化草地土壤净氮矿化的影响

于2018年在晋北典型农牧交错带盐碱化草地设置增减降水和氮添加处理试验, 2019年生长季(5—9月)采用原位顶盖PVC埋管法测定不同水、氮处理下土壤净氮矿化速率,研究盐碱化草地土壤净氮矿化速率对降水格局变化和氮沉降的响应。结果表明: 土壤净氮矿化速率表现出明显的季节动态。单独增减降水(±50%)和氮添加(10 g·m^-2·a^-1)以及氮添加+增加50%降水处理对土壤净氮矿化速率影响不显著,氮添加+减少50%降水处理显著提高土壤净硝化速率和净氮矿化速率,分别提高10.8和8.6倍。土壤净氮矿化速率与土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。氮添加在不同降水条件下对晋北盐碱化草地土壤氮矿化速率的影响存在差异,土壤含水量与pH值是晋北盐碱化草地土壤净氮矿化速率的主要影响因素。因此,全面评估草地土壤氮矿化过程对全球变化的响应模式,需要考虑降水格局变化与氮沉降增加的交互作用,以及盐碱化草地土壤理化性质的特殊性。     

土壤健康的生物学表征与调控

如何有效判定土壤健康状态是实现农业绿色发展的基本问题。在现有的土壤健康评价体系中,很少考虑土壤生物在维持土壤健康方面的作用。基于此,本文论述了土壤健康的内涵,从土壤生物健康的角度,总结了土壤健康的生物学表征指标,阐述了土壤微生物、土壤酶活性、土壤微食物网及蚯蚓对土壤健康的指示作用。基于上述生物指标,从作物和土壤管理等方面探讨了不同农田管理措施对土壤健康状况的调控途径,并对土壤生物健康的未来发展趋势进行了展望。本文旨在增强科学家和决策者对维护土壤生物健康的认识,充分发挥土壤生物在生态系统服务中的重要作用。     

闽东南地区马尾松古树对气候变化和虫灾的生态弹性

马尾松是我国南方地区广泛分布的先锋造林树种。在全球变暖、气候干旱化和虫灾频发的趋势下,研究马尾松对环境干扰的生态弹性对森林管理有重要意义。本文对福建省仙游县百松村的马尾松古树进行树木年轮样品采集,建立区域首个马尾松树轮宽度标准年表(1865—2014年)。结果表明: 当年7—9月低相对湿度和5—9月极端高温是树木生长的主要限制因素。根据树轮极端窄年确定1869、1889、1986、1991和1993是极端事件年。时序叠加分析发现,极端事件发生前两年的持续低值加剧了极端事件的影响。干旱年份更容易引发虫灾。1889年是受虫灾影响最严重的年份,1986和1991年受到虫灾和干旱气候的双重影响,其余极端年主要受干旱气候的影响。树木对虫灾的抵抗力弱于对干旱事件的抵抗力;除1991年外,树木对虫灾的相对弹性力高于对干旱事件的相对弹性力。1889年的相对弹性力最高,1991年受到连续极端事件的影响,相对弹性力最低。2000年以来研究区干旱化趋势加强,马尾松古树遭受干旱和虫灾的干扰加强,部分树木死亡。     

葡萄VvIQD10果形相关基因定位及其互作研究

以葡萄6个不同果形品种盛花期花序为材料,通过荧光定量PCR方法分析比较葡萄IQ67结构域(IQ67 domain, IQD)基因家族成员VvIQD10的表达;从椭圆形葡萄品种‘天山’中克隆出VvIQD10基因编码区序列,对其进行生物信息学分析,采用亚细胞定位瞬时表达载体转化烟草的方法研究VvIQD10蛋白在细胞中的分布情况,并通过酵母双杂交实验和双分子荧光互补试验进行蛋白互作研究。结果表明:(1)VvIQD10基因在长果形葡萄品种中的表达量高于近圆形葡萄品种。(2)VvIQD10基因开放阅读框长度为1 401 bp,编码466个氨基酸。(3)VvIQD10蛋白为不稳定亲水性蛋白,无信号肽和跨膜区,但含保守的IQ67结构域,主要结构为α螺旋和随机卷曲,与猕猴桃IQD家族成员(PSS09955.1)亲缘关系最为接近。(4)VvIQD10蛋白主要定位于微管和质膜,并且直接与细胞骨架组织相关蛋白——钙调素类蛋白(VvCML)相互作用。研究认为,VvIQD10基因可能参与葡萄果形调控,葡萄VvCML蛋白从胞质到微管的募集依赖于VvIQD10,推测VvIQD10蛋白可能通过和钙调素类蛋白相结合来调控细胞骨架运动,进而参与葡萄果实形状的变化。