未来气候变化情景下河南省粮食安全气候承载力评估

为探究未来气候变化对河南省粮食生产的影响,基于夏玉米和冬小麦两种主粮作物的生产潜力和气候资源承载力,结合1961—2017年河南省111个气象站的观测数据以及区域气候模式输出的2041—2080年RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的气象资料,采用农业生态区域法(AEZ模型)计算了河南省气候生产潜力及其变化特征,并根据不同生活水平下的粮食需求指标,分析了河南省的气候承载力和剩余空间。结果表明: 1961—2017年,河南省夏玉米气候生产潜力平均为18408.87 kg·hm^-2,表现为中东部高、西部低;与基准时段(1981—2010年)相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别下降13.0%和8.0%,高值中心由豫东地区向豫西南地区转移。1961—2017年,冬小麦气候生产潜力平均值为10889.79 kg·hm^-2,呈中部高、北部低;与基准时段相比,RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少18.6%、21.7%。当前,在温饱水平和小康水平粮食需求条件下,最大气候资源承载力分别平均养活人口2.52亿和1.83亿。2070s(2071—2080年)最大气候资源承载力平均养活人口有所减少,与基准时段相比,RCP4.5情景下小康水平和温饱水平分别下降9.7%和18.4%,RCP8.5情景下小康水平和温饱水平分别下降7.7%和16.6%。当前气候条件下,河南省气候资源相对剩余率在-93.0%～356.9%,与基准时段相比,未来气候资源相对剩余率减少近40%。     

施氮量对不同藜麦品种幼苗生长的影响

通过盆栽试验,研究5个水平的施氮量(N₀,0 g·kg^-1;N₁,0.05 g·kg^-1;N₂,0.1 g·kg^-1;N₃,0.15 g·kg^-1;N₄,0.2 g·kg^-1)对8个不同藜麦品种幼苗生长的影响。结果表明: 1)不同施氮量处理下,藜麦品种GB22和OY的生物量最大,而品种B2的生物量最小。品种B2的花质量比最大,品种GB22的茎质量比最大,品种R1的根质量比最大,品种W23的叶质量比最大。2)施氮显著影响藜麦幼苗的生长。在较低施氮量(N₁、N₂)下,叶片最大净光合速率、植株生物量积累都比对照(N₀)明显增加;在较高施氮量(N₃、N₄)下,藜麦叶片光合速率出现降低趋势,生物量积累减少。品种和施氮量对植株生物量有显著的交互作用,表明不同藜麦品种对施氮量的响应不同。品种R1、MY11、GB22、OY的最佳施氮量为0.05 g·kg^-1,品种GB11、DB、B2的最佳施氮量为0.1 g·kg^-1,品种W23的最佳施氮量小于0.05 g·kg^-1。3)品种和施氮量之间的交互作用显著影响藜麦幼苗的生物量分配。在达到0.2 g·kg^-1施氮量前,随着施氮量增加,藜麦将更多的生物量分配到花和叶。4)不同品种和施氮量下,幼苗生物量与最大净光合速率、苗高、地径、比叶面积呈显著正相关。本研究可为不同藜麦品种的养分管理提供参考。     

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。     

外来入侵植物与人工林下层植被结构的关联性

为有效防控外来入侵植物,在广西陆川县人工林区进行植被嵌套样方调查,分析群落物种组成与植被结构和环境因子之间的相关性。Mantel检验表明样方物种组成与样方植被结构的相关性(r=0.208, P=0.002)高于其与环境因子相关性(r=0.084, P=0.051)。MRPP分析表明,有入侵植物阔叶丰花草(Spermacoce alata)、假臭草(Praxelis clematidea)和胜红蓟(Ageratum conyzoides)样方的植被结构与无这3种植物样方的有极显著不同(P 0.01),而有无薇甘菊(Mikainamicrantha)样方的植被结构相似。t检验表明林冠盖度(3.0 m)与这4种植物入侵均无显著相关性(P0.073)。通过增加垂直高度1.5 m以下的植被密度,可以减少阔叶丰花草、假臭草和胜红蓟的入侵,但对抑制薇甘菊入侵无效。因此,植被结构作为过滤器,可能主要作用于植物的种子产生时间、萌发周期和生长习性;以种子方式繁殖的入侵植物能否定植相对更依赖干扰、暴露的裸地;兼具无性和有性繁殖且能攀援和匍匐生长使得薇甘菊能够在不同植被结构的群落中相对随机地定植。     

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。     

微花蛛毛苣苔在中国云南的发现及其补充描述

中越边境喀斯特地区是全球生物多样性热点地区,也是生物多样性保护的关键区域,近年来在该地区发现了多个蛛毛苣苔属植物的新种。微花蛛毛苣苔于2001年在越南北部喀斯特地区首次采集到标本,直到2018年才被发表出来,由于发表时仅基于一号花发育未成熟的标本,所以该物种的诸多形态特征仍不清楚。作者开展中越边境喀斯特地区植物多样性调查时,在我国云南东南部发现了微花蛛毛苣苔,并采集到花发育成熟的植株,对其进行了解剖观察和测量,现对该物种进行补充描述,并提供墨线图和野外生态照片以资辨认。微花蛛毛苣苔与腺花蛛毛苣苔在光滑无毛而反折的花萼以及被腺毛的花冠等形态上最相似,但不同之处在于微花蛛毛苣苔的叶上面幼时被褐色蛛丝状绵毛,后变近无毛,花序顶生,花冠长9～12 mm,蒴果直,不旋扭,长1.2～2.8 cm。微花蛛毛苣苔在滇东南的发现,说明中国南部喀斯特地区和越南北部喀斯特地区构成了一个完整的植物区系地理单元。     

苦苣苔科凹柱苣苔属在越南的发现及水晶凹柱苣苔的补充描述

中越边境喀斯特地区有着异乎寻常的植物多样性,已经成为全球生物多样性研究和保护的热点区域,近年来在该区发现了多个苦苣苔科植物的新种或新属。凹柱苣苔属是2010年才被建立的新属,该属的花与叶相比,花较大,叶相对较小,叶片边缘稍外卷,花序仅单花,柱头盘状或凹坑状,蒴果长椭球形而有别于苦苣苔科的其他属。凹柱苣苔属为喀斯特专性植物,目前仅包括分布于黔西南的凹柱苣苔和分布于滇东南的水晶凹柱苣苔两个物种。作者在开展中越边境喀斯特地区植物多样性调查时,在越南北部的河江省发现了水晶凹柱苣苔,基于该新发现居群的植物标本,对其进行了补充描述,确认其花期为11月—12月,并对该物种濒危状况进行了重新评估,同时提供了野外生态照片以资辨认。目前,越南已记录苦苣苔科植物32属150余种,凹柱苣苔属在越南北部的发现,不仅丰富了该国苦苣苔科植物的多样性,再一次充分证明了中越边境喀斯特地区是一个完整的植物区系地理单元,而且为稀有的水晶凹柱苣苔提供了更加丰富的野外本底资料,对其将来的深入研究和保护具有重要的生物地理学和保护生物学意义。     

农业主产区湖泊水质对湖滨带多尺度景观格局的空间响应

为分析农业主产区湖泊水环境质量对不同空间尺度上景观格局的响应关系,以洪湖为研究对象,以5种湖泊功能区为基础,利用RS和GIS软件生成7种空间尺度的湖滨带缓冲区,采用Fragstats 软件分析景观格局指数,结合冗余分析等数理统计方法与模型,研究景观格局对洪湖水质变化的空间尺度效应。结果表明: 1)景观格局在不同宽度缓冲区内对湖泊水质的影响具有空间尺度性,在200 m宽度其解释能力最大,达到86.1%,是影响水质的最有效空间尺度。2)景观配置变量(如最大斑块指数、斑块密度等)对水质的影响程度大于景观组成变量(如面积比例和均匀度指数等)。3)景观类型对水质的影响机制具有较大的差异性,农业用地受流域的地形地貌和耕作方式等因素的影响,在100～500 m小尺度的湖滨带缓冲区内对水质退化起主导作用;在远离水体的相对较大尺度(1000～5000 m),林地分布越密集、面积越大,对污染物进入水体的净化作用越明显;草地对水质的影响与林地一致;密集分布的城市用地对水质的影响与林地相反。研究结果可以从宏观尺度上为农业主产区湖泊流域水质管理和景观合理配置提供科学参考。     

淡紫紫孢菌PLF-1对感染尖刀镰孢菌百合种球的促生作用及其相关防御酶活性变化

为了探究淡紫紫孢菌(Purpureocillium lilacinum)PLF-1对百合种球的促生作用及对百合尖刀镰孢菌的防治效果,采用平板对峙法评估淡紫紫孢菌对尖孢镰刀菌的拮抗效果,以及淡紫紫孢菌对百合抗尖孢镰刀菌的抗性作用。同时监测百合种球中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性变化情况。研究结果表明：浓度为4.34×10⁴ CFU/mL和4.34×10⁵ CFU/mL的淡紫紫孢菌孢子悬浮液对百合种球表现为促进作用,浓度为4.34×10⁴ CFU/mL时最高茎长达11 cm。平板拮抗实验中该淡紫紫孢菌菌株能有效抑制尖孢镰刀菌生长,抑制率高达72%。接种淡紫紫孢菌和病原菌的百合种球茎长会增长37.6%,根长会增长33%。该菌株能提高感染尖刀镰孢菌百合种球中的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性,有效抑制尖刀镰孢菌的毒害作用,促进植株健康生长。     

Meta‐replication,sampling bias,and multi‐scale model selection: A case study on snow leopard (Panthera uncia) in western China

Replicated multiple scale species distribution models (SDMs) have become increasingly important to identify the correct variables determining species distribution and their influences on ecological responses. This study explores multi‐scale habitat relationships of the snow leopard (Panthera uncia) in two study areas on the Qinghai–Tibetan Plateau of western China. Our primary objectives were to evaluate the degree to which snow leopard habitat relationships, expressed by predictors, scales of response, and magnitude of effects, were consistent across study areas or locally landcape‐specific. We coupled univariate scale optimization and the maximum entropy algorithm to produce multivariate SDMs, inferring the relative suitability for the species by ensembling top performing models. We optimized the SDMs based on average omission rate across the top models and ensembles’ overlap with a simulated reference model. Comparison of SDMs in the two study areas highlighted landscape‐specific responses to limiting factors. These were dependent on the effects of the hydrological network, anthropogenic features, topographic complexity, and the heterogeneity of the landcover patch mosaic. Overall, even accounting for specific local differences, we found general landscape attributes associated with snow leopard ecological requirements, consisting of a positive association with uplands and ridges, aggregated low‐contrast landscapes, and large extents of grassy and herbaceous vegetation. As a means to evaluate the performance of two bias correction methods, we explored their effects on three datasets showing a range of bias intensities. The performance of corrections depends on the bias intensity; however, density kernels offered a reliable correction strategy under all circumstances. This study reveals the multi‐scale response of snow leopards to environmental attributes and confirms the role of meta‐replicated study designs for the identification of spatially varying limiting factors. Furthermore, this study makes important contributions to the ongoing discussion about the best approaches for sampling bias correction.