大兴安岭北部不同海拔天然林土壤胞外酶化学计量特征及其季节动态

研究了大兴安岭北部奥克里堆山不同海拔(750～1420 m)天然林土壤胞外酶活性(EEA)和酶计量比的变化特征及影响机制。结果表明: 海拔、季节及其交互作用对β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP)活性均存在显著影响。5月,BG和NAG活性随海拔升高呈逐渐增大趋势,AP活性随海拔升高呈先升高后降低的趋势。7月,NAG活性随海拔升高而增大,AP活性则先升高后降低。9月,不同海拔上NAG活性变化幅度较大,在1420 m处活性最高,为124.22 nmol·h^-1·g^-1。随着海拔的升高,酶化学计量比ln(BG)∶ln(NAG+LAP)呈降低的趋势。除海拔830 m外,7月化学计量比值最高。土壤C、N、P转化酶活性对数转换后的比值为1∶1.25∶0.82。海拔和土壤温度是影响土壤胞外酶的主要因素,土壤温度与BG、NAG和AP呈显著正相关。ln(BG)∶ln(NAG+LAP)和ln(NAG+LAP)∶ln(AP)与pH分别呈显著正相关和负相关,与DOC分别呈显著负相关和正相关,而ln(BG)∶ln(AP)受土壤容重的影响较大。     

杉木采伐迹地营造阔叶树种对土壤微生物生态化学计量特征的影响

研究土壤微生物生物量及其生态化学计量特征对造林树种转换的响应,对深入了解森林生态系统土壤养分循环和有效性具有重要意义。本研究以1993年春在二代杉木采伐迹地上营造的26年生米老排和杉木人工林为对象,采用氯仿熏蒸法测定了0～40 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)的变化。结果表明: 与杉木人工林相比,米老排人工林0～10 cm土层MBC和0～20 cm土层MBN和MBP均显著提高, 0～20 cm土层MBC/MBP和10～20 cm土层MBN/MBP显著降低。两种人工林所有土层MBC/MBN均无差异。相关分析显示,土壤含水率、总有机碳、总氮、全磷、有效磷与MBC、MBN和MBP呈显著正相关,而与MBC/MBP和MBN/MBP呈显著负相关。逐步线性回归分析表明,MBN和MBP主要受土壤总氮和有效磷的影响,而MBC/MBP和MBN/MBP主要受有机碳和有效磷的驱动。研究表明,造林树种从杉木转换成米老排能够增加表层土壤微生物生物量,加速氮磷养分周转,增加土壤氮磷养分供应能力。米老排人工林土壤MBP的增加可能在一定程度上缓解了树木生长的磷限制。     

南亚热带人工林种植对赤红壤团聚体分布及稳定性的影响

本文选取南亚热带地区桉树、杉木、马尾松、米老排和红锥5种典型人工林为研究对象,采用Elliott湿筛法和Le Bissonnais(LB)法研究了人工林对土壤团聚体稳定性的影响。结果表明: 5种人工林土壤经湿筛法处理后,水稳性团聚体(WR_>0.25)均在62.2%以上,团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别介于1.58～3.71和0.57～2.02 mm,表现为杉木林最大,桉树林最小。各林分土壤团聚体结构破坏率(PAD)介于4.6%～31.5%之间;采用转移矩阵法评价5种人工林土壤团聚体,得出土壤团聚体稳定性指数(ASI)为杉木林>红锥林>米老排林>马尾松林>桉树林。在LB法3种处理下,快速湿润处理(FW)对土壤团聚体的破坏程度最大,说明消散作用是研究区团粒崩解的主要机制;预湿润振荡处理(WS)的破坏程度最小;慢速湿润处理(SW)介于两者之间,MWD和GMD值变化一致,均表现为WS>SW>FW,且随土层的加深,呈现逐渐降低的趋势。5种人工林土壤在LB法FW处理下团聚体GMD值与湿筛法ASI、MWD、GMD均达到显著正相关,表明湿筛法与LB法的FW处理具有很好的相关性,可用于表征南亚热带赤红壤地区土壤团聚体的稳定性。综合MWD、GMD、PAD和ASI等团聚体稳定性指标,杉木人工林比其他4种人工林更有助于土壤团聚水平的提高,其土壤结构相对较为稳定。     

江汉平原不同氮肥运筹模式下豆麦和稻/麦轮作系统小麦产量和经济效益差异

研究江汉平原豆麦(大豆/小麦)和稻麦(水稻/小麦)轮作系统中冬小麦生长规律对氮肥运筹模式的响应,可为缩小两种轮作模式下的小麦产量差异提供理论依据。试验设置传统施肥(70%底肥,30%越冬期追肥)和优化施肥(1/3底肥,1/3越冬期追肥,1/3拔节期追肥)2个处理,并以不施氮处理为对照,分析了豆麦和稻麦轮作系统中冬小麦的生长规律、产量及产量构成因素、肥料利用率和施肥效益等。结果表明: 施氮和轮作模式均对小麦产量有显著影响,优化施肥产量显著高于传统施肥,两者产量差异在豆麦轮作系统下为920 kg·hm^-2,在稻麦轮作系统下为2195 kg·hm^-2。相同轮作模式下,传统施肥冬季、春季群体茎蘖数高于优化施肥,而优化施肥在整个生育期干物质总积累量较传统施肥高5%~31%(豆麦)和14%~28%(稻麦)。传统施肥下豆茬小麦产量较高的原因是穗数、成穗率、群体干物质积累量等均高于稻茬小麦;优化施肥下稻茬小麦产量较豆茬小麦增加幅度更大,表明优化氮肥模式可缩小豆麦与稻麦轮作中小麦的产量差异。两种轮作模式中小麦花后粒重分别呈现“慢-快-中”(豆麦)和“中-快-慢”(稻麦)的增加趋势;氮肥农学效率、小麦季纯收益等指标均以稻麦轮作优化施肥处理最高。综上,在江汉平原地区,稻麦轮作优化施肥处理下小麦群体结构合理,干物质积累量较高,产量和施肥效益增加显著,是江汉平原地区兼顾产量与施肥效益的最佳模式。     

甘肃省生境质量变化的图谱特征

生境质量是影响地区生态系统服务价值和保护地球生态系统中生物多样性的重要因素。以地处三大自然区交汇带的甘肃省为研究对象,在定量估算地区2000—2018年生境质量水平基础上,基于图谱变化分析理论和InVEST模型,探索地区生境质量时空分异格局及其图谱转移状态和变化强度。结果表明: 2000—2018年,甘肃省生境质量总体维持中等水平并略有提升,在空间上自北向南呈逐级递增的阶梯式变化特征,在数量上则高低并存;从图谱转移视角分析,甘肃省生境质量格局较为稳定,未发生状态转移的图谱单元占主导,而在发生了生境质量状态转移的图谱单元中,“较高较低”、“较高高”、“较高低”这6类状态间的互换转移最显著,空间分布也较为集聚; “北剧南和”是甘肃省生境质量变化强度的主要格局,自北向南依次为“强变区”、“复合区”、“温缓区”和“平和区”4类变化强度区。     

县域生态效率驱动机制对比——以宁南山区3县为例

以宁南山区3县(同心县、西吉县和隆德县)为研究区,运用扩展火用分析方法对比研究2008—2017年3县的生态效率驱动机制,探讨造成生态退化差异性的成因。结果表明: 研究期间,宁南山区3县整体生态效率差异显著,同心县生态效率偏低,年际变化幅度较大;西吉县生态效率较稳定;隆德县整体生态效率较高,位居三县首位。3县扩展火用规模整体差异较小,经济部门之间的火用比例不协调,均以农业部门、居民部门为主导,呈现显著的资本拉动型与劳动密集型特征,显现出欠发达地区生态退化的驱动力主要来源于农业生产与居民生活。3县系统内部的火用转化率与外界的能量交换率极低,形成了高输入、低储存、低开放和低转化的简单网络流通路径,削弱了社会经济子系统的内生发展能力,由此造成对本身就脆弱的生态系统的胁迫。     

灌木斑块格局对产流及产沙过程的影响

研究景观斑块盖度和连通方式影响下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化规律,对于揭示坡面土壤侵蚀过程的水动力机制和水文连通性具有重要意义。本研究采用野外人工模拟降雨试验,分析灌木样地不同覆盖度水平(0%、20%、40%、60%、90%)和不同连通方式(竖路径、横路径、S路径、随机斑块路径)下坡面径流、输沙及其水动力学参量的变化。结果表明: 随灌木覆盖度增加,产流量和产沙量均呈指数递减趋势;覆盖度增加到60%以上时,灌木减水减沙能力趋于稳定。随灌木覆盖度增加,流速、径流深、雷诺数、弗劳德数、径流功率和径流剪切力显著降低,曼宁糙率系数和Darcy-Weisbach阻力系数显著增大;但当灌木覆盖度增加到60%以上时,水力学参数特征值变化无显著差异。4种连通方式的产流率大小依次为竖路径>S路径>横路径>随机斑块;产沙率表现为竖路径最大,S路径次之,横路径与随机斑块无显著差异。连通性差的路径(横路径、随机斑块路径)与连通性好的路径(竖路径、S路径)相比,表现出较强的水力传输阻力和较差的水力挟沙能力。研究灌木斑块不同覆盖度和不同组合方式对坡面产流产沙量和水动力参量的作用,阐明植被减水减沙的临界盖度和合理配置方式,可为黄土高原水土流失治理和黄河流域高质量发展提供重要的理论依据。     

基于遥感空间信息的武夷山国家级自然保护区植被覆盖度变化与生态质量评估

成立于1979年的武夷山国家级自然保护区,是中国东南部面积最大、保留最为完整的中亚热带森林生态系统,对其成立40年以来的植被及其生态质量的变化迄今并无研究涉及。本研究选取1979—2017年的5景Landsat系列影像,借助MODIS的归一化植被指数(NDVI)数据对Landsat影像的NDVI数据进行植被的时相纠正,通过计算植被覆盖度(FVC)和遥感生态指数(RSEI)来评估武夷山国家级自然保护区植被覆盖度及其生态质量的变化。结果表明: 通过近40年的保护,保护区的植被覆盖度有明显提升,从1979年的73.6%上升到2017年的89.5%;生态质量也随之上升,从1988年的0.801上升到2017年的0.823。2017年,整个保护区生态质量为优、良等级的面积占总面积的98.7%。从空间分布来看,生态变好的区域主要分布在东北核心区和西南核心区中部;变差的区域主要分布于道路两侧和山顶。在垂直高程上,以高程1300~1900 m范围内的植被覆盖度和生态质量最好。除了局部年份可能受到气候的影响外,武夷山国家级自然保护区植被和生态质量的改善主要得益于当地政府的有效政策和群众的积极保护。     

江西早稻高温热害等级动态判识及时空变化特征

构建考虑高温天气过程(包括发生时间、持续日数)的水稻高温热害指标,可以实现对水稻高温热害等级的动态判识,对精准监测、预警与评估水稻高温热害意义重大。以江西早稻为对象,利用气象资料、早稻高温热害灾情史料和生育期资料,反演历史早稻高温热害,采用K-S分布拟合检验和置信区间方法,构建基于高温天气过程的早稻高温热害动态指标,并采用预留的独立的早稻高温热害样本进行检验验证。在此基础上,计算江西各站点早稻高温热害指数(M),并分析水稻热害。结果表明: 高温天气过程起始时间、持续日数是影响早稻高温热害发生程度的关键因子,其中,起始时间的影响大于持续日数。3～5 d早稻轻、中、重度高温热害的起始时间阈值分别为抽穗后第10～12、5～9、2～4天;6～8 d早稻轻、中、重度高温热害的起始时间阈值为抽穗后第11～18、8～10和1～7天;>8 d早稻轻、中、重度高温热害的起始时间阈值为抽穗后第12～18、8～11和0～7天。指标验证完全一致的吻合率为73.7%,完全一致及相差1级的吻合率为89.5%。1981—2015年,M的线性倾向率为0.04·a^-1,1999年左右发生由低到高突变;M高值区域主要位于江西中部和东北部,M>0.18;江西中部、东北部和南部地区M值呈显著增加趋势,线性倾向率均大于0.04·a^-1。总体来说,本文构建的指标实现了基于高温天气过程的早稻高温热害动态判识,江西中部和东北部是早稻高温热害的高风险区域。     

外源砷胁迫对两种土壤中细菌和古菌群落的影响

采矿和冶炼等活动会导致土壤中砷的累积,给农产品质量安全和土壤微生物带来不利影响。本文研究了外源砷进入黄壤(YS)和紫色砂页岩发育土壤(RS)后有效砷含量随时间的变化,并采用MiSeq高通量测序研究土壤中细菌和古菌在未加砷和外源砷胁迫1、30、360 d后的群落变化,探讨砷胁迫下土壤细菌和古菌的适应机制。结果表明: 外源砷进入土壤后,土壤有效砷含量随时间推移逐渐降低,并显著影响土壤细菌和古菌的群落组成。土壤细菌的优势菌群丰度变化显著;而古菌中仅丰度较低的菌群发生显著改变,优势菌群丰度变化较小,推测古菌群落具有高耐砷性和稳定性。与砷胁迫时间相比,土壤砷的有效性对细菌和古菌群落结构的影响更大。研究结果可为砷污染农田的安全利用及微生物修复等提供参考。