四川省大熊猫保护地生态安全及其时空演变

大熊猫是生态保护的旗舰物种,保护大熊猫及其栖息地具有重要的示范作用和科学价值。中国致力于建设以国家公园为主体的自然保护地体系,分析大熊猫保护地生态安全,为建立大熊猫国家公园提供理论依据,具有重要意义。以四川省为例,选取被划入或将来可能被划入大熊猫保护地的典型县域,构建大熊猫保护地生态安全评价指标体系,采用熵权法、层次分析法进行综合评价,并结合空间相关性分析,从时间和空间两个维度对大熊猫保护地生态安全状况进行时空动态分析。结果表明：（1）2003-2017年四川省大熊猫保护地生态安全综合指数呈波动性上升趋势,生态环境改善显著,但仍有部分县域出现不同程度的环境恶化现象。（2）各县域生态安全状况表现出较强的差异性,并且相邻县域生态安全指数存在显著的空间正相关性和空间集聚性。（3）大熊猫保护地生态安全与周边社会经济发展之间矛盾依然尖锐,相邻县域之间的经济发展和生态保护状况相互影响的作用明显,需联合治理,共同促进生态平衡,提高大熊猫及其栖息地保护效果。     

外来物种刺槐对土壤微生物功能多样性的影响

以延河流域不同植被区内人工刺槐(Robinia pseudoacacia)群落和乡土植物群落的土壤微生物为研究对象,利用Biolog微平板技术对土壤微生物功能多样性进行测定,分析人工引种刺槐在不同环境梯度(3个植被区)下对土壤微生物功能多样性的影响。结果表明:刺槐对不同环境梯度下的土壤微生物的影响明显不同。从草原区到森林区,刺槐林之间土壤微生物群落的平均颜色变化率(AWCD)和土壤微生物功能多样性指数均没有显著变化;但与乡土植物群落比较,草原区、森林草原区和森林区土壤AWCD分别表现为刺槐乡土植物、刺槐乡土植物、刺槐乡土植物;在草原区和森林草原区刺槐林土壤微生物群落的群落丰富度指数(S)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)、Mc Intosh指数(U)均大于乡土植物,森林区刺槐林群落丰富度指数(S)、Shannon指数(H)、Simpson指数(D)均小于乡土植物;刺槐林和乡土植物群落下土壤微生物碳源利用存在差异,主要体现在对糖类、氨基酸类的利用上。PCA分析显示主成分1贡献较大的碳源有24种,在主成分分离中起主要贡献作用的是糖类、氨基酸类和羧酸类。土壤碳氮含量能影响土壤微生物功能多样性指数,土壤含水量和温湿度能够影响碳源的利用类型。刺槐对土壤微生物功能多样性的影响存在区域差异,在评价刺槐对土壤生态过程与功能的影响时必须要考虑这种空间差异性。     

吕梁山森林群落草本层植物物种多样性的空间格局及其对模拟增温的响应

为研究气候变暖背景下森林群落草本层植物物种多样性对温度升高的响应及其随海拔、纬度的空间分布格局,按照纬度梯度选择吕梁山系北段的管涔山和南段的五鹿山为研究区,并在每个山地的不同海拔梯度(高、中、低)分别设置对照(CK)、低度增温(OTC1)和高度增温(OTC2) 3种试验样地。于2017年植被生长季对植物多度、频度、盖度、高度进行调查,计算物种多样性指数(Simpson指数、Shannon指数、Pielou指数、Patrick指数)。结果表明:(1)吕梁山森林群落草本层植物物种多样性随海拔呈"v型"变化格局,即在中间海拔梯度处最低,且海拔梯度对各多样性指数的影响均达到极显著水平(P0.01)。(2)物种多样性随纬度升高呈递增趋势(P0.05),即较高纬度山地具有较高的物种多样性。(3)物种多样性随温度升高整体呈递减趋势(P0.05),即温度升高可抑制林下草本层植物物种多样性。(4)在增温处理下,五鹿山草本植物的Simpson指数、Shannon指数和Patrick指数呈递减趋势,Pielou指数先降低后升高;管涔山草本植物的Simpson指数、Shannon指数和Pielou指数先增加后减小,Patrick指数呈递增趋势。整体来说,在吕梁山较低海拔,持续增温会使物种多样性降低;在中等海拔,物种多样性随温度升高呈现先下降后上升的变化趋势;在较高海拔,适度增温可提高物种多样性,持续增温则抑制多样性。因此,增温对吕梁山森林群落草本植物物种多样性的影响随海拔升高整体呈下降趋势。     

滇西北玉龙雪山不同海拔云南松(Pinus yunnanensis)径向生长对气候因子的响应

云南松(Pinus yunnanensis)是重要的造林树种,在我国西南地区广泛分布。研究不同海拔云南松径向生长对气候变化的响应,有助于了解气候变化背景下云南松的敏感性和适应性。在滇西北丽江玉龙雪山不同海拔采集了云南松树木年轮样品,采用传统的树木年轮方法制作了不同海拔云南松树轮宽度标准化年表,并分析了不同海拔云南松径向生长与气候因子的相关性。结果表明:1)低海拔样点云南松具有较快的年平均生长速率。2)不同海拔云南松对气候因子的响应模式一致,树轮宽度与当年5—6月的降水量、帕尔默干旱指数(PDSI)和相对湿度呈正相关,与同期温度呈负相关。3)不同海拔的云南松径向生长对气象因子的响应程度不一样,即低海拔样点云南松树轮宽度与当年5月份的干旱指数、相对湿度、降水量相关系数较高;而高海拔样点的云南松树轮宽度与5—6月的降水、相对湿度、干旱指数的相关系数较低。研究表明春末夏初的水分条件是玉龙雪山云南松径向生长的主要限制因子,且低海拔地区云南松生长受水分限制更为严重,区域气候变暖和干旱化趋势可能对低海拔地区云南松的生长产生持续的负面效应。研究结果可为探讨气候变化下云南松的适宜分布区、以及云南松人工林的经营和可持续管理提供参考。     

同种雄性竞争对手的存在对星豹蛛雄蛛求偶和交配行为的影响

越来越多的研究发现,雄性产生精子(精液)也需付出代价。雄性除了依据配偶质量和竞争对手的竞争强度适应性调整生殖投入外,雄性在求偶和交配行为上也相应产生适应性反应,求偶和交配行为具有可塑性。目前雄性求偶和交配行为可塑性研究主要集中于雌性多次交配的类群中,在雌性单次交配的类群中研究甚少。以雌蛛一生只交配一次而雄蛛可多次交配的星豹蛛为研究对象,比较:(1)前一雄性拖丝上信息物质对后续雄蛛求偶和交配行为的影响,(2)雌雄不同性比对雄蛛求偶和交配行为的影响。研究结果表明,星豹蛛前一雄蛛拖丝上的信息物质对后续雄蛛求偶潜伏期、求偶持续时间和交配持续时间都没有显著影响,但前一雄蛛拖丝上的信息物质对后续雄蛛求偶强度有显著抑制作用。同时,性比对星豹蛛雄蛛求偶和交配行为都没有显著影响。可见,星豹蛛雄蛛对同种雄性拖丝上的化学信息可产生求偶行为的适应性调整,而对性比不产生适应性反应。     

α-酮戊二酸依赖型双加氧酶催化特性及反应耦联辅因子对其催化羟基化反应的影响

【目的】以重组大肠杆菌表达的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)L-异亮氨酸双加氧酶(L-isoleucine dioxygenase,IDO)为研究对象,考察其催化L-异亮氨酸(L-Ile)羟基化反应的影响因素,构建IDO催化合成羟基氨基酸的反应体系。【方法】通过Ni-NTA亲和层析法从重组大肠杆菌(Escherichia coli)BL21/p ET28a-ido中纯化获得重组IDO,以L-Ile为底物,考察重组IDO催化羟基化反应的影响因素,并进一步针对耦联反应优化α-酮戊二酸(α-KG)在重组IDO酶促转化体系中的添加浓度。【结果】基于重组IDO催化L-Ile羟基化的活性测定,计算该酶Km为0.247 mmol/L,kcat为1.260 s-1,kcat/Km为5.101 L/(mmol·s),与其他同源酶动力学参数比较分析表明,重组IDO的底物亲和性及催化效率较高。重组IDO催化反应的最适温度为20°C、最适p H为7.0;在35°C以下较为稳定;反应体系中Fe2+最适浓度为1 mmol/L。重组IDO可催化不同L-氨基酸反应,对L-异亮氨酸、L-正亮氨酸、L-甲硫氨酸的活性较高。通过优化α-KG浓度,反应体系中添加30 mmol/Lα-KG时,可将底物浓度提高至70 mmol/L,产物4-羟基异亮氨酸(4-HIL)的摩尔产率达66.20%,表明α-KG作为反应耦联辅因子,其浓度对重组IDO催化L-Ile羟基化具有显著影响。【结论】重组IDO的底物亲和性、催化效率、最适催化条件、稳定性等基本性质有利于催化L-Ile羟基化反应。在其催化反应体系中,α-KG作为反应耦联辅因子,对酶促转化效果影响显著。研究结果为4-HIL及其他羟基氨基酸的酶促转化提供了研究基础。     

长白山温带混交林林冠下层CO2通量对生态系统碳收支的贡献

作为ChinaFLUX的重要组成部分,从2002年年底开始利用涡度协方差技术在长白山温带混交林林冠上层和下层进行连续通量观测,这为量化林冠下层CO2通量对整个森林生态系统碳收支的贡献提供了一条有效途径.利用2003年林冠上层和林冠下层的观测数据,研究表明林冠下层夜间的CO2通量与5 cm深度的土壤温度存在明显的指数正相关关系.林冠下层的呼吸通量与箱式法观测的土壤呼吸通量之间具有很好的一致性(R2=0.77),二者在全年都与整个森林的光合产物量相耦合,且都在7～8月份达到最大值.林冠下层的呼吸量和土壤呼吸量分别为770 g Cm-2a-1和703 g Cm-2a-1,占整个森林生态系统呼吸年总量的比重高达59.88%和54.69%.林冠下层的光合作用呈双峰型季节变化,两个峰值分别出现在5月中旬和8月下旬.尽管全年林冠下层光合产物量为87 g Cm-2a-1,对整个森林光合产物量的贡献率仅为5.69%,但林冠郁闭度低的4、5月和10月份,林冠下层的光合产物贡献率也分别达到19.99%、21.06%和14.53%.林冠下层净初级生产力的季节动态受该层呼吸作用的季节变异控制,林冠下层在全年都表现为碳源,其净碳排放速率在8月份达到最大.     

植被恢复对黄土区煤矿排土场土壤团聚体特征的影响

目前关于植被恢复对排土场土壤团聚性的影响还不清楚,以植被恢复下黄土区露天煤矿排土场为研究对象,采用湿筛法测定了排土场土壤水稳性团聚体组成,研究了植被恢复类型(草地、灌木)和排土场地形(平台、边坡)对土壤团聚体特征的影响。结果表明:植被恢复促进了排土场水稳性团聚体的形成,平台0—20 cm土层水稳性大团聚体数量(R_(0.25))、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别达到31.1%,0.70 mm和0.26 mm,边坡分别达到13.3%,0.37 mm和0.17 mm,均显著高于裸地,分形维数(D)在平台和边坡分别为2.91和2.96,均显著低于裸地;平台土壤团聚性要好于边坡,草地对于平台土壤团聚结构改良效果较好,而灌木对于边坡改良效果较好;排土场土壤有机碳和粘粒含量均与土壤团聚体指标有显著相关性。植被恢复提高了排土场土壤团聚性,植被恢复类型和地形对排土场土壤团聚体特征有显著影响。     

面向生态系统服务的森林生态系统经营:现状、挑战与展望

森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性,对全球生态系统和人类经济社会发展起着至关重要和无可替代的作用。伴随着人口的不断增长和经济社会的迅猛发展,对森林资源和森林生态系统服务的需求不断高涨,而且人类对森林资源价值的认识也发生了很大程度的改变。推进森林资源可持续经营,增加森林总量、提高森林质量、增强生态功能,已成为中国林业可持续发展乃至推进中国生态文明建设和建设美丽中国的战略任务。本文全面综述了森林生态系统经营发展历程,分析了森林生态系统经营的现状和存在问题,在此基础上,提出整合基于生态系统管理与满足现代人类福祉对森林多重需求的新的森林生态系统经营理念,面向生态系统服务的森林生态系统经营理念是未来的发展趋势。森林经营发展战略表现为:1)从单纯的森林面积数量扩张,转变到提高单位面积的森林生产力和森林质量;2)从单一追求木材生产逐步转变为多目标经营,将森林林产品单一的经营目标转变为广泛的生态、经济和社会等多目标经营;3)森林经营重点从林分水平转变为森林景观的经营,强调森林景观的时空异质性和动态变化,权衡和协同多种生态系统的服务功能,倡导森林景观的多样性和连通性,提高森林与其它土地利用模式镶嵌构成的复合景观的可持续性和稳定性,增强森林生态系统对气候变化影响的适应能力;4)森林生态系统经营将从依赖传统经验的主观决策转变为信息化、数字化和智能化的决策,发展森林生态系统经营决策支持系统和森林景观恢复与空间经营规划系统。     

竹产业生态系统结构及演化规律——以贵州省赤水市为例

以"中国竹子之乡"命名的贵州省赤水市为例,研究了竹产业生态系统结构及演化规律。结果表明:(1)竹子各构件都有开发价值,包括生态服务、食药、竹材加工和文化产品等5方面,产业系统呈3级链环模式,第二、第三产业链环由近200家加工企业及6大系列近300个竹加工品种组成,包括一般加工和深加工产品,第一产业链环主要由占全市森林面积47.3%的竹林资源构成。第一产业链环是环境保障与原材料的基础,第二和第三产业链环是产业化能力,三者互相依存。(2)竹产业生态系统由环境资源、原生产业、外生产业、共生产业和产业创新5个子系统组成,子系统间相互作用、重要性不同,出现原生产业子系统为主(Ⅰ)、外生-原生产业子系统为主(Ⅱ)、原生-外生产业子系统为主(Ⅲ)和外生产业子系统为主(Ⅳ)4种状态,赤水市竹产业生态系统处于Ⅱ→Ⅲ级状态。竹外生产业子系统产值占全市GDP的40%以上、呈逐年上升的趋势,2014年竹产业生态系统中原生、外生和共生产业子系统产值分别为0.95×10~9、2.85×10~9元和2.30×10~9元,总产值6.10×10~9元。(3)依据各子系统间相互作用及生产要素转化过程,赤水市竹产业生态系统演化过程划分为4个阶段。原始发展阶段(约1950年以前)处于Ⅰ级状态,手工利用阶段(1951—1980年)整体处于Ⅰ级、毛竹林资源及加工利用部分有向Ⅱ级转化的趋势,工业利用阶段(1981—2000年)处于Ⅱ级状态,系统利用阶段(2001年至今)整体处于Ⅱ级、杂竹林资源及加工利用部分有向Ⅲ级转化的趋势。现时竹产业发展需提高原生产业子系统规模与生产力,依靠产业创新子系统引领竹产业生态系统走创新驱动之路。