新一代遥感技术助力生态系统生态学研究

随着气候变化和人类活动的加剧, 生态系统正处于剧烈变化中, 生态学家需要从更大的时空尺度去理解生态系统过程和变化规律, 应对全球变化带来的威胁和挑战。传统地面调查方法主要获取的是样方尺度、离散的数据, 难以满足大尺度生态系统研究对数据时空连续性的要求。相比于传统地面调查方法, 遥感技术具有实时获取、重复监测以及多时空尺度的特点, 弥补了传统地面调查方法空间观测尺度有限的缺点。遥感通过分析电磁波信息从而识别地物属性和特征, 反演生态系统组成、能量流动和物质循环过程中的关键要素, 已逐渐成为生态学研究中必不可少的数据来源。近年来, 随着激光雷达、日光诱导叶绿素荧光等新型遥感技术以及无人机、背包等近地面遥感平台的发展, 个人化、定制化的近地面遥感观测逐渐成熟, 新一代遥感技术正在推动遥感信息“二维向三维”的转变, 为传统样地观测与卫星遥感之间搭建了尺度推绎桥梁, 这也给生态系统生态学带来了新的机遇, 推动生态系统生态学向多尺度、多过程、多学科、多途径发展。因此, 该文从生态系统生态学角度出发, 重点关注陆地生态系统中生物组分, 并分别从生态系统类型、结构、功能和生物多样性等方面, 结合作者在实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态, 阐述遥感技术在生态系统生态学中的研究现状并指出我国生态系统遥感监测领域发展方向及亟待解决的问题。     

阑尾切除术后切口感染患儿PCT、ESR和 CRP变化及切口脓液病原菌分析

目的研究阑尾切除术后切口感染患儿血清C-反应蛋白(CRP)、降钙素原(PCT)和红细胞沉降率(ESR)水平变化及切口脓液病原菌分布。方法选取2014年7月至2019年7月我院收治的100例阑尾切除术后切口感染患儿为观察组,对照组选取同期来我院进行体检的80例健康儿童。对比两组对象血清CRP、PCT和ESR水平,同时分析观察组患儿阑尾切除术后切口脓液病原菌的构成。结果观察组患儿血清CRP、PCT和ESR水平显著高于对照组(均P0.05)。送检的100例脓液及脓性分泌物标本中检出细菌51例,检出率为51.00%。共分离得到病原菌55株(其中有4例为2种细菌混合感染),病原菌种类共13种,其中革兰阴性菌39株(70.91%),革兰阳性菌16株(29.09%),主要病原菌为大肠埃希菌(49.09%)、肺炎克雷伯菌(10.91%)、金黄色葡萄球菌(9.09%)和铜绿假单胞菌(5.45%)。大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌对厄他培南、亚胺培南、美罗培南、哌拉西林/他唑巴坦、氨曲南较为敏感。结论阑尾切除术后切口感染患儿血清PCT、CRP和ESR水平较高,主要病原菌为大肠埃希菌。     

增温和外源碳输入对泥炭地土壤碳氮循环关键微生物功能基因丰度的影响

为探讨温度升高和外源碳输入对泥炭地土壤碳氮循环关键微生物的影响,于2017年7月采集多年冻土区泥炭地表层(0—10 cm和10—20 cm)土壤样品,在10、15℃两个温度下开展为期42d的增温模拟试验,同时设置葡萄糖添加处理,利用荧光定量PCR技术分析泥炭地土壤碳氮循环关键微生物丰度变化,同时分析增温和外源碳输入对泥炭地土壤活性碳组分和无机氮含量的影响。结果表明:温度升高可导致北方泥炭地表层土壤微生物丰度以及群落结构变化,0—10 cm土壤微生物比10—20 cm土壤微生物更加敏感。增温条件下微生物首先快速分解活性有机碳,同时温度升高加快土壤氮周转速率,增加有效氮含量。外源碳输入整体提高了深层土壤微生物丰度,使得10—20 cm土壤细菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化细菌以及反硝化细菌丰度显著增加,说明外源碳输入可能会促进10—20 cm土壤甲烷氧化过程、氨氧化过程和反硝化过程。温度和葡萄糖的交互作用对泥炭地表层土壤碳氮循环关键微生物丰度均有显著影响。在增温和外源碳输入条件下,北方泥炭地表层土壤微生物丰度受土壤碳氮活性基质的影响。     

宁夏东部荒漠草原灌丛引入对土壤水分动态及亏缺的影响

全球气候变化背景下,荒漠草原人工灌丛引入加速其灌丛化进程,对草原土壤水分产生重要影响。为了解宁夏东部荒漠草原灌丛引入过程中土壤水分动态及亏缺现状,选取了封育草地、放牧草地、不同年限(3a、12a、22a)和间距(40 m、6 m、2 m)灌丛柠条(Caragana korshinskii)地进行土壤水分测定,并利用土壤水分相对亏缺指数(compared soil water deficit index,CSWDI)、样地土壤水分相对亏缺指数(plot compared soil water deficit index,PCSWDI)对土壤水分亏缺进行定量分析。结果表明:灌丛引入过程中不同年限、间距灌丛地0—200 cm土层土壤含水量均显著低于封育草地与放牧地(P0.05);各样地季节动态均表现为春季返潮、夏季消耗、秋季蓄积的季节规律,但不同年限、间距灌丛地表现为春季返潮微弱,土壤含水量仅为7.80%—10.90%,显著低于封育草地和放牧地(11.90%—16.09%);灌丛引入过程中各灌丛地0—100 cm有效储水量(-16.98—18.69 mm)均低于封育草地(34.67 mm),虽在种植22a灌丛地和2 m间距灌丛地略有升高,仍不足20.00 mm。土壤水分相对亏缺量(除封育草地外)为6.69—97.16mm;灌丛引入过程中各样地不同土层CSWDI值呈波动变化,除封育草地各土层无显著的亏缺外,其他样地均存在亏缺,亏缺值为0.03—12.10,PCSWDI值均随着灌丛引入年限和密度的增加呈增大趋势。荒漠草原灌丛引入过程产生土壤水分过度利用,使得土壤水分亏缺,并加剧其深层土壤水分的消耗。     

金佛山亚热带常绿阔叶林地表土壤动物群落特征及其影响因素

为探讨小尺度下不同微生境的土壤动物群落特征及其与环境因子之间的关系,于2018年10月在金佛山西坡亚热带常绿阔叶林样带内,对其凋落物层及腐殖质层两类微生境的土壤动物群落进行调查及相应环境因子的测定。此次调查共捕获地表土壤动物12381头,隶属于3门9纲22目。其中优势类群为蜱螨目和长角虫兆目,个体数占比为75.24%;常见类群为原虫兆目、愈腹虫兆目、短角虫兆目、双翅目、鞘翅目和膜翅目,个体数占比为21.23%。同时,土壤动物的密度（M）、Shannon-Wiener多样性指数（H）、Simpson优势度指数（D）及Pielou均匀度指数（E）均表现为腐殖质层极显著高于凋落物层（P<0.01）。根据回归分析及冗余分析结果发现,两类微生境的土壤动物群落特征与环境因子的关系存在一定差异;影响凋落物层土壤动物群落特征的重要环境因子为凋落物的总有机碳、碳氮比、湿度及pH,而影响腐殖质层土壤动物群落特征的重要环境因子为腐殖质的干重、总氮、总磷、湿度、pH及微生物生物量氮。研究表明,常绿阔叶林生态系统的不同微生境间土壤动物多样性特征存在显著差异,小尺度下环境因子对土壤动物群落特征具有重要影响。     

油菜FBA基因克隆、表达分析及其与抗旱性的关系

为了解果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase,FBA)在油菜抗旱中的作用,揭示油菜干旱胁迫下FBA基因表达量、光合指标、产量等之间的关系,为油菜等作物抗旱性鉴定和抗旱性改良提供依据。以抗旱性强的甘蓝型油菜94005为材料,在初花期进行干旱胁迫处理,以正常浇水作为对照;测定叶片光合参数和FBA酶活性,通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析FBA基因的表达量;采用RACE方法对FBA基因进行全长克隆,并对测序结果进行生物信息学分析;复水后生长至成熟期测定产量,分析产量、光合指标、FBA基因表达量等之间的关系。结果表明,随着干旱的加剧,油菜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、产量均下降,FBA活性和FBA基因的表达量上升。在轻度、中度和重度干旱胁迫下,油菜叶片胞间CO_2浓度(Ci)显著下降,水分利用率(WUE)上升;极度胁迫下,Ci上升,WUE下降;油菜产量、净光合速率与FBA活性和FBA表达量呈显著负相关。FBA基因全长序列1440bp,ORF(开放阅读框)位于60—1172区域,编码370个氨基酸;蛋白分子量为38.51 KDa,等电点6.92;同源性对比显示,甘蓝型油菜FBA基因与拟南芥FBA基因的一致性在87%以上。二级结构预测结果表明FBA蛋白由α-螺旋、无规则卷曲、延伸链以及β-转角组成,4种二级结构元件所占比例分别为43.85%、31.28%、17.60%、7.26%。因此,干旱胁迫下油菜的净光合速率下降、产量降低,随着胁迫的加剧,降低幅度增大。FBA基因与干旱胁迫密切相关,干旱胁迫下,FBA基因主要通过抑制光合、降低蒸腾、促进糖酵解和有氧呼吸等途径来提高植物对干旱胁迫的适应性。     

河岸带农田不同恢复年限对土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响——以温榆河为例

弃耕地撂荒是土壤与植被向自然方向进行的次生演替,研究河岸带土壤撂荒后碳氮磷生态化学计量特征,是恢复和重建由农田干扰导致的退化河岸带生态系统的重要科学基础之一。以河岸带农地为对照,不同撂荒年限(撂荒2年、撂荒8年、撂荒10年)的土壤为研究对象,探索不同撂荒年限对土壤碳、氮、磷含量及相互关系的影响。结果表明:(1)土壤有机碳、氮的含量均呈现撂荒10年撂荒8年农田撂荒2年;土壤中磷含量呈现撂荒10年撂荒8年撂荒2年农田;农田和各撂荒年限的土壤碳、氮、磷含量,均随着土层深度的增加而呈降低的规律,但土壤碳和氮差异的显著性比磷明显。(2)河岸带土壤中C/N、C/P的均值均呈现:撂荒10年农田撂荒8年撂荒2年趋势。N/P的均值呈现:撂荒10年(0.78)农田(0.77)撂荒8年(0.77)撂荒2年(0.67),表明N是本研究区河岸带植被恢复的限制性营养元素。(3)河岸带农田和不同撂荒年限土壤碳、氮含量均存在极显著的耦合线性关系,而碳与磷、氮与磷之间的线性拟合程度相对较低。(4)在农田撂荒演替的初期阶段(2年),土壤的容重没有显著的变化,而随着撂荒时间的增加(8年和10年),土壤容重均有显著的降低,土壤结构得到改善。     

重点生态功能区农户的生计风险多维感知及影响因素——以甘南黄河水源补给区为例

重点生态功能区承担着保护与修复生态环境、提供生态产品的重要任务,农户作为该区最重要的生态保护主体,面临着多重风险的冲击,其对生计风险的多维感知不仅会影响其生产行为决策,更关系到重点生态功能区主体功能的发挥,因此,急需准确地了解农户的生计风险多维感知及影响因素,为制定有效的生计风险防范体系提供借鉴。以甘南黄河水源补给区为例,基于多维度生计风险感知测量框架,利用入户调查数据,分析了农户的生计风险感知,并采用经济计量模型分析了影响农户生计风险感知的关键因素。结果表明:①甘南黄河水源补给区农户面临的主要生计风险为家庭发展需求风险、健康风险、社会风险,且重点保护区农户面临环境风险、家庭发展需求风险、政策风险的比例均显著高于恢复治理区和经济示范区农户。②农户对家庭发展需求风险的熟悉性、自愿性、持续性感知均最高,对健康风险的恐慌性、严重性及可能性感知均最高,对社会风险的可控性感知最高。其中,重点保护区农户对政策、市场及健康风险的可控性感知均高于其他区域。③人力资本对可能性感知、严重性感知、恐慌性感知、熟悉性感知产生了显著影响;物质资本对自愿性感知产生了显著影响。最后,提出了农户防范生计风险的对策建议。     

自然保护区管理中生态与娱乐属性的权衡:一个选择实验的应用

随着自然保护区多样化的发展以及旅游需求的日益增长,保护区管理者面临着保护生态环境与满足娱乐需求的双重压力,这使得保护区管理者需要更多的信息进行决策。以中国东北部的扎龙国家级自然保护区为例,进行了一项选择实验,选取生物多样性、预期游客数量、景区的环境教育设施、门票价格等4个属性,分别采用多项logit模型、随机参数logit模型和潜在分类模型,探究游客在可能存在冲突的管理优先级之间的偏好。目的是揭示游客如何评价保护区不同的管理属性,以及各属性的边际支付意愿和偏好,并根据这些信息制定有效的保护区管理指南。研究结果表明生物多样性是保护区游客最关注的属性,并且游客对于生态属性的关注度高于娱乐属性。因此,保护区管理者应首先维持并改善生物多样性及其生态环境,在不破坏生态环境的基础上开发具有环境教育作用的娱乐服务。此外,研究发现游客可分为生态友好型和价格敏感型两种类别,不同类型的群体对游览保护区存在不同偏好,女性和年轻的受访者对生态更友好,男性和年长的受访者对价格更敏感。本文的贡献是将某一方面属性价值的描述扩展到涵盖多个管理属性的研究,并为保护区管理中生态与娱乐的权衡问题提供了更具体的见解。     

气候变化与人类活动对内蒙古东部草地净初级生产力的影响

内蒙古东部草地是该区域的主体生态系统类型,属于脆弱的生态系统,对气候和人类活动反应敏感。基于土地覆被数据和改进CACS模型,估算得到的草地NPP,分析2000-2015年内蒙古东部草地和NPP时空格局与年际动态。进而,定义相对退化指数（RDI）,确定草地生产力变化过程中人类活动因素的贡献率,分析内蒙古东部地区2000-2015年RDI空间格局与年际动态。同时,分析16年间NPP和气候因子相关关系。结果表明：1）2000-2015年间,损失草地面积4743.80 km²,新增草地面积2705.57 km²。2）2000-2015年内蒙古东部地区草地植被平均NPP位于166.56-248.14 gC m^-2 a^-1之间,NPP在波动中呈现明显的上升趋势（3.65 gC m^-2 a^-1/a,R²=0.47）。3）2000-2015年RDI在16.64%-30.54%之间波动,RDI值呈缓慢下降趋势,表明人类活动对草地植被净初级生产力的干扰程度在下降。4）草地NPP变化主要是因为草地本身生产力下降。整体来看相关草地保护工作取得了阶段性进展,草地生境质量得到有效缓解,草地生态环境得到转变。