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。     

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。     

浙江杭州午潮山亚热带常绿阔叶林群落结构和物种组成

运用数量化的方法对植物群落进行分类和排序,可以客观地揭示植物群落和环境之间的相互关系,为植被恢复和森林经营管理提供理论依据。以浙江杭州午潮山45个20 m×20 m的森林动态监测样地为研究对象,运用聚类和排序等数量化方法,分析亚热带常绿阔叶林的群落类型、生物多样性特征及群落与环境的关系。结果表明: 午潮山亚热带常绿阔叶林样地可划分为3个群落类型: 木荷群落、白栎-薄叶山矾群落和青冈群落。3个群落类型中,树木个体密度和胸高断面积均无显著差异,而物种丰富度差异显著。青冈群落的物种丰富度显著高于木荷群落,但与白栎-薄叶山矾群落无显著差异。冗余分析(RDA)排序表明,群落分布与环境因子有明显的相关性。土壤和地形等解释了群落分布46.4%的变异,土壤全磷、有效磷、速效钾含量,以及海拔、坡度、坡向和透光度对群落的分布有显著影响,而土壤全磷、速效钾含量和海拔可能是影响午潮山亚热带常绿阔叶林群落分布最重要的环境因素。53.6%未能解释的部分可能归因于人为干扰。     

荒漠草原两种类型土壤的水分动态对比

基于2017—2018年的定位监测数据,分析了宁夏东部的盐池荒漠草原2种不同类型土壤(灰钙土和风沙土)的水分时空动态特征。结果表明: 2017和2018年生长季(5—10月),研究区降雨量分别为208.2和274.8 mm,降雨在各月份的分配差异较大。2018年除5月存在极端降雨事件(129.6 mm)外,其余各月降雨量均低于2017年。土壤水分变化的季节动态规律大致可以分为两个阶段:土壤水分补偿期(5月初至6月初)和土壤水分波动期(6月中旬至9月底)。0～20 cm土层土壤含水量在降雨后呈骤增骤减的脉冲式特点,深层土壤含水量较稳定。灰钙土土壤含水量随土层加深表现为“升-降-升”的变化,风沙土土壤含水量在0～60 cm土层出现井喷式增加,而后增加缓慢,但随着土层深度的增加土壤含水量逐渐增大。2017年,灰钙土全剖面(0～100 cm)土壤水分表现为积累型,风沙土表现为消耗型;2018年,两种类型的土壤水分在全剖面均表现为消耗型。两种土壤类型土壤水分的时间稳定性随土壤深度的增加而增强,灰钙土和风沙土全剖面的平均土壤含水量代表性土层分别为80～100和40～60 cm。2种类型土壤的土壤水分时空分布不同,风沙土受降水的影响高于灰钙土。降水会降低土壤水分的变异性,改变土壤水分的时间稳定性。     

干旱河谷微生境变化对乡土植物幼苗定植的影响

干旱区植被斑块状分布格局引起的微生境差异对植被更新影响显著。气候变化和人类活动扰动下, 干旱区生态系统微生境多样化, 急需揭示乡土植物定植对不同微生境斑块变化的响应及其种间差异性, 并采用微生境调控技术促进退化生态系统植被恢复。该研究选择岷江干旱河谷区自然分布的灌木、半灌木和裸地微生境斑块, 采用移栽鞍叶羊蹄甲(Bauhinia brachycarpa)幼苗的试验方法, 揭示微生境变化对幼苗定植的影响; 进一步以极端退化的道路边坡为案例, 通过6种乡土植物种子直播试验探讨微生境调控技术及其对乡土植物幼苗定植的促进作用。结果显示, 在自然生态系统中, 裸地斑块上幼苗保存率和生物量显著大于植被斑块, 表明裸地微生境有利于幼苗定植; 养分添加仅对裸地斑块中幼苗生物量积累有促进作用。在裸地斑块中, 叶片生物量所占的比例和比叶面积较小, 相反根和茎生物量所占的比例较大。道路边坡上植被恢复试验结果显示, 6种乡土植物均能较好地适应土石混杂的边坡生境, 多数物种出苗率大于60%; 灌木幼苗保存率大于75%, 并且形成镶嵌式乡土灌草群落结构。地表覆盖和养分添加提高了边坡上种子出苗率和幼苗保存率, 促进了幼苗定植和结构稳定。该研究提供了有效促进工程边坡上乡土植物定植的方法, 可为干旱、半干旱生态系统退化荒坡和工程破坏地乡土植被恢复提供理论依据和技术指导。     

长毛孜然芹,中国伞形科一新记录种

报道了中国伞形科（Apiaceae）孜然芹属一新记录种：长毛孜然芹[Cuminum borszczowii（Regel et Schmalh.）Koso-Pol.]。该物种在形态上与孜然芹（C.cyminum）相近,与后者的区别在于总苞宽披针形具较宽的膜质边缘,不反折,比伞辐短;果实密被长毛。提供了该种详细的形态学描述及图版。凭证标本保存在新疆农业大学标本馆（XJA）和中国科学院新疆生态与地理研究所标本馆（XJBI）。     

五唇兰对PEG模拟的干旱胁迫响应研究

为了解干旱对五唇兰(Phalaenopsis pulcherrima)生长的影响,以聚乙二醇(PEG)溶液模拟干旱胁迫,对其叶片的光合色素、渗透调节物质和非结构碳水化合物(NSC)含量变化进行研究。结果表明,随着PEG浓度增加,五唇兰植株含水量和鲜质量逐渐下降,以PEG为13.75%～14.84%时最显著。PEG处理显著降低叶片的叶绿素a和b含量。随着植株含水量的降低,叶片可溶性蛋白、淀粉(St)含量均呈下降趋势,可溶性糖(SS)含量、NSC和SS/St均呈先升后降的趋势。因此,干旱胁迫会影响五唇兰植株的含水量和光合产物的积累;在较低程度干旱胁迫下,可溶性糖在抗旱响应中发挥主要作用;随着干旱胁迫程度加深,五唇兰的生理代谢受到严重影响。