中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

宁夏沿黄城市带湿地景观格局演变特征及驱动力

湿地作为全球生产力最高的生态系统之一,具有水净化、气候调节、碳汇等多种功能,但由于人类社会发展的胁迫和自然条件的改变,湿地流失尤为严重。为探究沿黄湿地景观格局演变规律,了解湿地资源的现状和动态变化,本研究以2000、2009、2018年3个时期Landsat卫星影像为数据源,选用景观指数、地理探测器等方法定量分析2000—2018年间宁夏沿黄城市带湿地景观格局演变特征及驱动力。结果表明: 2000—2018年,宁夏沿黄城市带湿地面积呈先增后减的趋势,湿地面积在研究前期增加了52.2 km²,增长率为8.2%,后期减少了26.8 km²,减少率为3.9%。湿地主要转出为建设用地和未利用地,转出面积分别为166.7、158.4 km²;新增湿地主要由未利用地和林草地转入,转入面积为543.1 km²。城市带湿地景观的破碎化程度呈上升趋势,但各类湿地均衡分布的态势逐渐增强,景观多样性也不断增加,景观优势种类逐渐弱化。自然要素和社会经济要素共同影响城市带湿地景观格局演变,其中,社会经济要素中的人口因素影响最显著,自然要素中的降水量、气温驱动作用明显,其他驱动力因子相对较弱但也不容忽视。     

竞争和气候对新疆阿尔泰山西伯利亚五针松树木径向生长的影响

阿尔泰山的北方森林是中亚以及全球的生态系统的重要组成部分, 其生长动态可以影响到全球范围的热辐射、碳平衡等。因此, 探究影响阿尔泰山树木径向生长的主要因素至关重要。该研究以新疆喀纳斯国家级自然保护区的西伯利亚五针松(Pinus sibirica)为研究对象, 建立西伯利亚五针松年表, 通过分析不同时间间隔累年生长量、竞争指数以及气候因子之间的关系, 运用线性混合效应模型、相关分析等方法, 探究竞争和气候对新疆阿尔泰山西伯利亚五针松树木径向生长的影响。结果表明: (1)线性混合效应模型结果显示竞争树胸径和与西伯利亚五针松过去30年的累年生长量之间的拟合效果最好; (2)标准年表与3月的平均气温、平均最高气温、平均最低气温之间有显著正相关关系; (3)累年生长量最高值出现在气温0-5 ℃, 竞争指数低于100的时候。累年生长量最低时, 气温达到-10 ℃, 竞争指数也超过了300。目标树的树木径向生长受到竞争树胸径和及生长季前期气温的影响, 两者共同作用。但相较于气候因子而言, 竞争对西伯利亚五针松的树木径向生长有更大的影响作用。     

UV-B辐射诱导芒果叶片抗氧化响应研究

为了解增强UV-B辐射诱导芒果叶片抗氧化响应的机制,以?台农1号?芒果(Mangifera indica?Tainong No. 1?)成年树为材料,以自然光为对照(CK),设置24和96 kJ/(m~2·d)两个增强UV-B辐射处理水平,观测叶片生理生化指标的动态变化。结果表明,24k J/(m~2·d)处理的芒果叶片MDA含量、相对电导率、净光合速率、抗氧化酶活性、多酚、Vc和芒果苷含量均与对照没有显著差异,而类黄酮和还原型GSH含量显著高于对照;而96 kJ/(m~2·d)处理的芒果叶片MDA含量、相对电导率、抗氧化酶活性及多酚、类黄酮、还原型GSH、芒果苷等还原型保护成分的含量均显著高于对照,而净光合速率和Vc含量均显著低于对照。因此,24 kJ/(m~2·d) UV-B辐射未引起?台农1号?芒果成年树损伤,可能是通过提高类黄酮和还原型GSH的含量来清除活性氧自由基;96 kJ/(m~2·d)处理则引起叶片活性氧损伤,但仍可能以两种机制减轻损伤,一是通过增强抗氧化酶活性和提高还原性成分含量来清除活性氧自由基,二是利用芒果苷、类黄酮和还原型GSH等成分吸收UV-B辐射。     

三裂叶薯NBS-LRR类抗病基因的筛选鉴定与结构分析

为发掘甘薯近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba)的NBS-LRR类抗病基因,从基因数据库中对三裂叶薯基因组序列进行了筛选、鉴定和分析。结果表明,从三裂叶薯的98 025个基因中,筛选到282个编码NBS-LRR类蛋白的基因,其中N型80个,NL型83个,CN型28个,CNL型57个,TN型10个,TNL型23个,RN型1个。三裂叶薯的16条染色体上均含有NBS-LRR家族基因,数量最多的染色体含有65个,最少的只有1个。三裂叶薯基因组共有55个基因簇,包含了63.5%的NBS-LRR家族基因。在NBS-LRR抗病基因家族中,CNL和TNL亚家族分别对应到7和11个保守结构域。这为三裂叶薯抗性资源的利用提供了科学参考。     

不同植物来源可溶性有机质对亚热带森林土壤酶活性的影响

探究不同植物来源可溶性有机质(DOM)进入土壤后对酶活性的影响, 可以为降水淋溶下亚热带地区不同森林生态系统土壤碳循环提供科学依据。该研究提取杉木(Cunninghamia lanceolata)、木荷(Schima superba)和楠木(Phoebe zherman) 3种植物鲜叶中的DOM分别输入杉木人工林土壤中, 以等量的去离子水添加为对照, 进行25天的室内培养。培养结束后测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性等指标。结果表明: 与对照处理(CT)相比, 添加3种叶片DOM后, 土壤总有机碳(SOC)、总氮(TN)含量和碳氮比均无显著变化。杉木叶片DOM添加处理(CL)的TN含量显著低于木荷叶片DOM添加处理(SL)和楠木叶片DOM添加处理(PL), 碳氮比显著高于SL和PL。3种叶片DOM输入整体上提高了土壤溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量。叶片DOM输入后土壤微生物生物量碳(MBC)含量无显著变化, 然而CL和SL的土壤微生物生物量氮(MBN)含量分别比CT降低了50.9%和51.1%, PL的MBN含量比CT提高了54.0%。与CT相比, 不同植物来源DOM输入后, β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO) 3种酶活性均显著上升, 而多酚氧化酶(PPO)活性则显著下降; 此外, βG和CBH活性均表现出CL > SL > PL的特征。相关性分析的结果表明, 添加叶片DOM 3种处理的SOC、TN、MBN含量和βG、CBH活性都与所输入DOM的DOC含量和腐殖化指数(HIX)显著相关, 此外, 土壤MBN含量和PPO活性与输入叶片DOM的pH呈正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明, 叶片DOM输入后引起土壤酶活性变化的关键因子是DON和DOC含量。总体来说, 不同植物来源DOM性质的差异会影响土壤碳循环水解酶的活性, 而叶片DOM输入后增加了土壤碳和氮的有效性, 引起4种碳循环酶的不同响应。     

二色仙人掌，中国仙人掌科一新归化种

2019年4-6月,在江苏省西南部句容市郭庄镇虬山,首次发现二色仙人掌(Opuntia cespitosa Rafinesque)归化种群。该种群主要生长在海拔46～90 m的废弃采石场上,分布范围东西长510 m,南北宽260 m,面积约13.26 hm2。二色仙人掌开花结实的成年植株共计910棵,其中最大灌木平卧茎长轴上叶状茎10个,树龄可达10 a,大概在2010年就生长于虬山。在句容虬山采石场关闭时,采石场工作人员可能将盆栽的二色仙人掌就地丢弃,从而导致该归化种群的发展。比较了二色仙人掌与中国仙人掌属已知其余4种归化植物的形态特征,并编制了分种检索表。此外,讨论了二色仙人掌的传播机制及其入侵风险。     

两种生态系统服务价值评估方法比较研究——以四川省金堂县三星镇土地整治工程为例

乡镇土地整治是建设中国美丽乡村的重要途径,对当地生态环境带来正面和负面影响,如何准确评价其生态效益是国家开展土地整治和美丽乡村建设需要面临的重要科学问题。以中国西南部丘陵地区典型乡镇——四川省金堂县三星镇的土地整治工程为例,对比分析了生态系统服务价值当量修正法和单项服务评价法评估土地整治生态效益的异同,以期确定适合我国西南部丘陵地区乡镇土地整治生态效益评估的合理方法。研究结果表明:单项服务评价法的评估结果(生态系统服务价值约300万元)比当量修正法(生态系统服务价值约290万元)高3.5%。当量修正法评估的各项生态系统服务价值增量由高到低依次为:调节服务价值支持服务价值供给服务价值文化服务价值;单项服务评价法评估的生态系统服务价值增量大小排序为:调节服务价值支持服务价值文化服务价值供给服务价值。方法依据和参数的选取不同,导致评估结果具有显著差异,主要表现在单项服务评价法测算的维持养分循环价值、美学景观价值分别是当量修正法的46.90倍和6.94倍,当量修正法测算的水文调节价值是单项服务评价法的5.93倍。单项服务评价法针对各项生态系统服务特征,灵活地选取差异化评估方法,因而其评估结果更准确、真实地反映了生态效益价值。建议运用单项服务评价法评估我国西南部丘陵地区乡镇土地整治的生态效益。     

生态保护项目绩效评估的技术方法体系

自20世纪90年代以来,以各种形式的生态补偿政策和工程项目为代表的生态保护项目在全球广泛实施。1998年长江大洪水之后,我国也陆续实施了天然林保护工程、退耕还林还草工程、京津风沙源治理工程、森林生态效益补偿基金、退田还湖还湿工程、生态转移支付等一系列生态保护项目。近年来,政府、研究人员和社会各界越来越重视这些项目产生的生态、经济和社会效益。不过,我国生态保护项目绩效评估还处于起步阶段,主要体现在定量化不足、研究设计不严密、基准线选取不规范、评估方法过于简易、因果推理证据不足、评估结果可信度较差。不管是从学术研究、国家战略,还是实际生态管理的角度,都迫切需要推动和完善我国生态保护项目的绩效评估。结合过去十多年的理论和案例研究经验,对绩效评估的研究设计、基准线选取、评估方法、以及评估分析中面临的问题和挑战进行了系统地归纳与梳理,以期为进一步开展生态保护项目绩效评估提供技术参考。     

施硅对增温稻田CH4和N2O排放的影响

夜间增温幅度大于白天是气候变暖的显著特征。夜间增温影响水稻生产及CH4和N2O排放。硅是作物有益元素,施硅可提高产量,减少稻田CH4排放。增温或施硅单因子对稻田CH4和N2O排放影响已有报道,但二者耦合如何影响水稻生产及稻田CH4和N2O排放,尚不清楚。通过田间模拟试验,研究了夜间增温下施硅对水稻生长、产量及温室气体持续增温/冷却潜势和排放强度的影响。采用铝箔反光膜夜间(19:00-6:00)覆盖水稻冠层进行模拟夜间增温试验。增温设2水平,即常温对照(CK)和夜间增温(NW);施硅量设2水平,即Si0(不施硅)和Si1(钢渣硅肥,200 kgSiO2/ha)。结果表明,施硅可缓解夜间增温对水稻根系活力的抑制作用,降低夜间增温对水稻地上部、地下部干重和产量的抑制作用。夜间增温显著提高CH4累计排放量,而施硅显著降低CH4累计排放量。夜间增温下施硅处理稻田CH4累计排放量在分蘖期、拔节期、抽穗-扬花期和灌浆成熟期比未施硅处理分别低48.12%、49.16%、61.59%和39.13%。夜间增温或施硅均促进稻田N2O排放,夜间增温下施硅在上述生育期以及全生育期的累计排放量依次比对照高78.17%、51.45%、52.01%、26.14%和40.70%。研究认为,施硅可缓解夜间增温对稻田综合增温潜势和排放强度的促进作用。