1985-2015年中国不同生态系统NDVI时空变化及其对气候因子的响应

植被是陆地生态系统不可或缺的部分,气候是影响其动态变化的重要驱动因素。因此,探究植被的时空变化及其与气候因子的响应关系,有助于理解陆地生态系统的内在演化机制。目前,不同生态系统尺度下的植被动态变化与气候因子的时间响应关系仍未被完整剖析。因此,为了厘清过去30年不同生态系统植被生长对气候因子的响应关系,利用GIMMS NDVI3g数据和气候资料数据,通过Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验分析了1985—2015年中国陆地NDVI的时空变化特征,结合时间序列相关分析探究了NDVI变化与降水、温度和饱和水汽压差的内部关联,探讨了中国不同生态系统植被与气候因子间的时间响应机制。结果表明：(1) 1985—2015年中国陆地植被呈现改善趋势,年均NDVI先减小后增加,拐点时间在1995年左右,整体变化率为0.5×10^-3/a。农田、森林和草地生态系统的植被显著改善的程度最高,湿地生态系统的植被退化趋势最显著。(2)中国陆地植被NDVI与气候因子的相关性存在明显的空间异质性,且受不同生态系统分区影响。内蒙古高原中部草地生态系统NDVI与降水...     

高寒草甸植物群落功能多样性对不同生长期干旱的响应机制

植物对干旱胁迫的响应表现为各功能性状的差异化表达。全球气候变化下,青藏高原地区降水格局发生改变,高寒草甸群落功能性状及功能多样性在不同生长期干旱事件下的响应机制对加深高寒草甸适应气候变化认知具有重要意义。以藏北高寒草甸为研究对象,设置截雨棚模拟生长季前期（ED）、中期（MD）和非生长季时期（ND）干旱事件,通过观测群落物种功能性状,分析高寒草甸群落功能多样性对不同生长期干旱的响应机制。结果表明：（1）叶片功能性状对干旱存在差异响应,表现为叶片小而厚且寿命长,同化速率降低,并受氮元素限制加剧;（2）生长季前期干旱对高寒草甸群落功能性状的影响最强,生长季中期干旱次之,非生长季干旱的影响最弱;（3）生长季干旱处理显著改变了群落的功能多样性,ED处理下功能分散度指数（FDiv）和功能分异度指数（FDis）显著降低（P<0.05）,而Rao二次熵指数（RaoQ）显著升高（P<0.05）,MD处理下功能均匀度指数（FEve）显著降低（P<0.05）;（4）相关性分析得出,群落功能性状与功能多样性对干旱的响应之间存在着联系。本研究发现高寒草甸植物功能性状与群落功能多样性对生长季前期和中期干旱存在差异化响应,指示着高寒草甸植物群落在响应不同时期干旱时可能采取不同的生存策略,即对生长季前期干旱采用耐旱策略、对生长季中期干旱采用避旱策略。探讨了高寒草甸植物群落功能多样性对不同生长时期干旱胁迫的响应机制,为预测未来季节性干旱事件对青藏高原高寒草甸植物功能性状、群落特征和功能多样性的影响提供科学依据。     

气候变化下中国八种梧桐属树种潜在适生区模拟

中国梧桐属（Firmiana）在世界梧桐属中占比较大,且除梧桐外其余种均为中国特有且分布范围狭窄的植物种,灭绝风险大,研究气候变化对中国梧桐属树种的影响对于维护生物多样性具有重要的意义。结合多时期第六次国际气候耦合模式比较计划（CMIP6）气候变量数据和中国八种梧桐属树种的分布数据,基于R语言kuenm程序包优化的最大熵（Maxent）模型模拟分析中国八种梧桐属树种在多尺度下的潜在适生区,得出梧桐属最适宜的模拟尺度、潜在适生区的面积变化和迁移方向、梧桐属多样性保护关键区域及保护空缺。结果表明：（1）梧桐属最适宜的模拟尺度为亚洲;（2） Maxent模型的接收者操作特征曲线下面积（AUC）值均大于0.9,表明模型对梧桐属潜在适生区预测结果具有较高准确度;（3）气候变化影响下除云南梧桐（Firmiana major）外其它树种的潜在适生区都将在未来有所扩大;（4）中国八种梧桐属树种潜在适生区迁移方向主要为东西向,南北向大跨度迁移较少,纬度变化不大;（5）丹霞梧桐（Firmiana danxiaensis）的稳定潜在适生区最小;（6）中国梧桐属多样性保护关键区域主要分布于广西壮族自治区及云南、广东、海南等省区;（7）中国梧桐属多样性保护空缺区域主要分布于广西壮族自治区中部及海南省北部;（8）梧桐属多样性保护关键区域正在为人造地表所侵蚀。研究分析气候变化对中国八种梧桐属树种的影响及其潜在适生区变化、中国梧桐属多样性保护状态,可为中国梧桐属建立多样性保护廊道提供相关建议,为制定多样性保护规划及相应措施提供参考。     

基于三代测序的食蟹猴Mafa-B等位基因共表达与进化分析

【背景】主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)的多态性在很大程度上会影响生物医学实验的结果,而且特定的MHC-B等位基因与多种疾病的发展进程密切相关。食蟹猴(Macaca fascicularis,Mafa)是一种开展生物医学研究的重要实验动物,与人类相比,目前尚缺乏对食蟹猴Mafa-B等位基因的综合表征。【目的】获得全面的食蟹猴Mafa-B等位基因信息,鉴定Mafa-B等位基因共表达与进化关系。【方法】基于三代测序获得的食蟹猴MHC-B基因组信息,设计特异性引物扩增33只越南食蟹猴群体中的Mafa-B序列,并结合多种生物信息学方法进行分析。【结果】基于92个Mafa-B等位基因信息,鉴定了65个新的Mafa-B等位基因。其中,8个Mafa-B等位基因与其他地理来源的食蟹猴群体中已报道的序列相同,32个Mafa-B等位基因与其他猕猴物种中已报道的序列相同。此外,鉴定了7个高频Mafa-B谱系和7对共表达的Mafa-B等位基因,并检测到了一个潜在的重组事件。进化分析表明不同地理来源的食蟹猴群体Mafa-B序列具有很高的相似性。【结论】越南食蟹猴群体中共表达的Mafa-B等位基因经历了某些抗原的选择,不同地理来源的食蟹猴群体可能微调其Mafa-B序列以适应病原体的选择压力,本文为食蟹猴MHC遗传背景研究奠定了基础。     

荒漠草原盐沼湿地苦豆子土壤细菌群落构建机制及其影响因素

【背景】荒漠草原盐沼湿地是陆地生态系统的重要组成部分,土壤水分和盐分变化是影响该生态系统土壤细菌群落构建的重要因素。【目的】土壤细菌群落构建是由确定性和随机性主导的连续生态过程,阐明荒漠草原盐沼湿地土壤细菌群落的构建机制对于加深微生物作为关键生态系统因子重要性的理解具有积极意义。【方法】以宁夏中部典型荒漠草原盐沼苦水湖湿地为研究对象,对近湖边（near the lake,NL）和远离湖边（far from the lake,FL）苦豆子群落土壤理化特性进行测定并结合土壤细菌高通量测序分析。【结果】NL和FL样地具有明显的水盐梯度变化,NL样地土壤pH、含水量和电导率均显著高于FL样地;变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和黏菌门是研究区域土壤细菌群落的优势菌门,变形菌门相对丰度随水盐梯度上升而升高,放线菌门和厚壁菌门相对丰度则随之下降,门下成员大多与水盐变化具有明显的相关性;此外,FL样地土壤细菌网络则具有稳定的网络关系;随着NL样地向FL样地的延伸,土壤细菌群落由随机过程主导,并且受pH、电导率和环境变量的影响。【结论】荒漠草原盐沼湿地水分和盐分的变化改变了土壤细菌群落结构;土壤细菌群落通过生态位占据等策略提高逆境下的生存能力;细菌群落构建是随机过程和确定性过程组成的连续统一体,同样受环境变化的影响。本结果揭示了荒漠草原盐沼湿地细菌群落结构和相互关系对环境变化的响应特征,同时阐明了该区土壤细菌群落的构建机制及影响因素,也为相关科学研究提供了一定理论参考。     

7年穿透雨减少对锐齿槲栎光合固碳及生物量碳储量的影响

气候变化背景下不断加剧的干旱事件对树木的生长及碳积累产生显著影响。然而,树木光合固碳能力及生物量碳储量对相对长期干旱的连续响应机制的研究仍然有限。选择70年生的天然锐齿槲栎(Quercus aliena var.acuteserrata)林,探究长期模拟穿透雨减少对锐齿槲栎光合固碳潜力和生物量碳储量的影响。研究结果表明,连续7年的穿透雨减少处理显著降低了锐齿槲栎的光合固碳能力,其叶片净光合速率(A)、最大羧化速率(V_cmax)、最大电子传递速率(J_max)、最大光化学效率(F_v/F_m)均明显降低,且穿透雨减少处理增强了A与气孔导度(g_s)、J_max、F_v/F_m之间的相关性。在适应长期干旱过程中,锐齿槲栎通过增加比叶面积(SLA)、叶片栅栏组织与海绵组织的比值、气孔密度等叶片形态及结构特性变化,降低冠层叶面积(LAI)指数和蒸腾水分散失及提高水分利用效率(WUE)缓解和适应干旱胁迫的不利影响。但是,长期穿透雨减少仍...     

喀斯特11种典型生态恢复树种凋落叶分解及其对土壤碳排放的激发效应

旨在探究喀斯特地区退化生态系统植被恢复树种凋落叶分解过程及其对土壤碳排放的激发效应,为选择合适的树种进行植被恢复提供数据支持。以中国林科院热带林业实验中心大青山石山树木园11种适应性强、耐干旱贫瘠的优良石山树种为研究对象,利用¹³C自然丰度法区分凋落叶和土壤来源CO₂并量化土壤激发效应,比较不同生态恢复树种凋落叶分解及其激发效应的差异,探讨凋落物分解及其激发效应与凋落物性状之间的关联。结果表明:(1)11个生态恢复树种凋落叶在碳相关化学性质(水溶性碳、半纤维素和单宁含量等)、养分含量(磷和镁含量等)及化学计量特征(碳磷比和氮磷比)等方面均表现出较高程度变异。(2)不同生态恢复树种凋落叶分解及其诱导的土壤激发效应具有极显著差异(P<0.001);在整个培养实验期间,11个生态恢复树种凋落叶平均分解了35.3%,其中海南椴分解最快,达到50%,而青冈栎分解最慢,仅分解16.5%。(3)总体上看,凋落叶处理的土壤呼吸速率(5.1 mg C kg^-1 土壤 d^-1)是对照土壤呼吸速率(2.3 mg C kg^-1土壤d^-1)的2.2倍,凋落叶添加显著促进土壤有机碳分解,平均达到37.6%;其中海南椴、割舌树和任豆凋落叶输入则抑制土壤有机碳分解(抑制程度分别为-13.2%、-6.9%和-22.5%),产生负激发效应。(4)凋落叶分解与非结构性碳(r=0.63,P=0.04)和水溶性碳(r=0.91,P<0.001)呈显著正相关,与叶干物质含量(r=0.64,P=0.03)、纤维素(r=0.62,P=0.04)和锰含量(r=-0.63,P=0.04)呈显著负相关。多元回归分析结果表明,水溶性碳、钾和钙含量相结合可以解释生态恢复树种凋落叶分解变异的98%;然而,凋落叶性状与土壤激发效应强度之间并没有显著相关性。从土壤养分归还角度考虑,喀斯特退化生态系统恢复树种可以选择光皮梾木、海南椴、顶果木和降香黄檀等凋落叶分解较快的树种,以促进土壤养分循环和植被恢复;另一方面,从土壤碳固持角度来看,海南椴、任豆和割舌树等凋落叶输入会抑制土壤有机碳分解,从而有利于提高退化生态系统土壤碳封存能力。     

中国集中连片特困区退耕还林还草生态效应评估

集中连片特困地区作为我国生态环境脆弱区是退耕还林还草的主战场,其退耕成效直接反映了退耕还林还草工程的整体实施效果,为新征程中巩固和拓展退耕还林还草成果提供经验镜鉴。以《中国农村扶贫开发纲要(2011-2020年)》文件明确的14个集中连片特困地区作为研究区域,基于2000-2020年生态系统年总初级生产力(AGPP)数据集和归一化植被指数(NDVI)数据集,对比分析集中连片特困区的退耕区和未退耕区AGPP和NDVI的年际变化差异,以此来评估集中连片特困地区实施退耕还林还草工程的生态效应。研究发现:(1)2000-2020年,集中连片特困区退耕还林还草面积为178554km²,占2000年耕地总面积的44.71%;(2)研究期内,退耕区与未退耕区AGPP和NDVI整体表现出增长趋势,其中退耕区AGPP和NDVI呈现极显著和显著上升趋势的面积分别占总面积的69.07%和86.51%,未退耕区的占比分别为65.88%和72.61%,且退耕区AGPP和NDVI的年均值和相对变化率均高于未退耕区;(3)2000-2020年整个区域、退耕区以及未退耕区AGPP和NDVI年际变化趋势大体一致,均表现出线性递增态势,且退耕区AGPP和NDVI的增长始终高于整个集中连片特困区和未退耕区。因此,研究通过探讨原集中连片特困区退耕还林还草对AGPP和NDVI的影响,为进一步调整和优化退耕还林还草政策提供了参考依据。     

锰矿区大叶胡枝子灌丛土壤的丛枝菌根真菌多样性

大叶胡枝子(Lespedeza davidii)为一种豆科灌木,具有较强耐受重金属胁迫及固氮能力,也是矿区一种重要修复植物。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一类植物共生真菌,它在矿区与植物共生可促进植物生长、提高植物的抗逆性;但其种类、分布及其影响机制尚不够清楚。以大叶胡枝子灌丛土壤AMF群落为研究对象,采集矿区与非矿区大叶胡枝子冠下及其相邻空旷地土壤进行内部转录间隔区(ITS)测序,分析土壤理化性质,揭示不同样地土壤AMF群落的多样性及其影响因素。研究结果表明:(1)土壤样本共得到2961个可操作分类单元(OTU),其中属于AMF的OTU为66个;Silva数据库比对发现AMF有7目10科16属24种。AMF总体物种丰度为矿区相邻空旷地土壤>矿区冠下土壤>非矿区冠下土壤>非矿区相邻空旷地土壤,Shannon指数和Simpson指数与该趋势保持一致。(2)矿区土壤AMF群落以内养囊霉属(Entrophospora)等为优势属,非矿区冠下以斗管囊霉属(Funneliformis)等为优势属。稀有内养囊霉(Entrophospora infrequens)是4个样地共有的优势种,该种为广谱生态型种;Archaeospora sp.和Paraglomerales sp.为矿区冠下的优势种,它们对锰胁迫有较强的耐受性;Funneliformis sp.为非矿区冠下的优势种。(3)冗余分析(RDA)表明,AMF的种类和数量受到锰含量、土壤pH值以及全磷含量的显著影响。本研究结果说明AMF种类及多样性受到土壤理化性质的影响;矿区一些耐性AMF的存在提高了AMF多样性,它们有利于逆境条件下植物的生长。     

锑矿废水影响下水库沉积物中细菌群落结构特征研究

【背景】水库沉积物中的微生物是水生态系统的重要组成部分,在沉积物物质循环中起重要作用。【目的】揭示含锑废水影响下水库表层沉积物中细菌群落结构特征及影响因子。【方法】基于Illumina高通量测序技术,对冷水沟水库表层沉积物细菌群落结构进行研究并分析其与沉积物理化性质的相关性;基于FAPROTAX软件对细菌功能进行预测分析。基于重金属污染负荷指数法评价水库重金属污染情况。【结果】高通量测序结果表明冷水沟水库的细菌群落较为丰富,主要由变形菌门(Proteobacteria,40.32%-20.19%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,25.89%-4.44%)、脱硫杆菌(Desulfobacter,9.43%-2.02%)等81个门570个属组成。相关性分析表明,不同提取形态的锑及水溶态锑与多个不同分类水平下的细菌群落有显著的相关性。FAPROTAX软件对细菌功能进行预测,结果表明,化能异养功能细菌占优势(占总细菌的14.59%-23.58%),包括化能异养(Chemoheterotrophy)和需氧化能异养(Aerobic Chemoheterotrophy);此外,与碳、氮、硫元...