南方红壤区生态系统服务权衡与协同关系演变对退耕还林的响应

我国南方红壤区具有丰富的水热资源和优越的社会区位条件,是重要的农业生产基地。由于长期高强度的农业开发,同时山地丘陵的坡度较大,降水集中且强度大,导致该区生态功能退化、环境问题突出,威胁粮食安全和生态安全。以南方红壤区为研究对象,利用估算区域植被净生产力（Carnegie Ames-Stanford Approach,CASA）模型、InVEST模型及修正通用土壤流失方程（RUSLE）定量评估了该区退耕还林前后植被净初级生产力（Net Primary Production,NPP）、农作物生产（Crop Production,CP）、土壤保持（Soil Conservation,SC）和产水（Water Yield,WY）四种生态系统服务;采用偏相关分析和空间自相关分析探讨了各项生态系统服务间权衡与协同关系的时空变化特征和集聚特征,揭示了退耕还林对南方红壤区的多种生态系统服务间相互关系的影响。结果表明：（1）退耕还林后,南方红壤区的NPP、CP、SC和WY总体增强,但部分区域呈现减弱趋势。其中,NPP在南部呈现减弱趋势,SC在东北部减弱,CP与WY均在东南沿海减弱;（2）退耕还林后,NPP与WY间由极显著协同关系（r=0.315,P=0.025）转变为显著权衡关系（r=-0.279,P=0.059）：而SC与WY间由无显著相关转变为极显著权衡关系（r=-0.427,P=0.024）;（3）退耕还林前后,南方红壤区的NPP、CP和SC的空间分布格局均未发生显著变化,而WY的空间分布发生较大变化;（4）四种生态系统服务间的权衡与协同关系空间异质性显著,CP-SC关系的Moran''s I指数最小（0.012）,NPP-SC和NPP-WY关系的Moran''s I指数均大于0.7。研究结果有利于深入理解退耕还林对南方红壤区生态系统服务时空变化的影响,并为确定生态脆弱区的生态农林牧业的发展方向与面向可持续发展目标的生态系统服务优化调控提供科学依据。     

基于最小累积阻力模型的东北地区生态安全格局构建

生态安全格局对于缓解生态保护与经济发展之间的矛盾具有积极意义。以东北地区为研究对象,综合参考《生态保护红线划定技术指南》、《全国生态功能区划》以及东北地区自然资源禀赋和社会经济发展水平,基于水源涵养、防风固沙、生物多样性维持与保护等功能指标和敏感性指标划分生态源地;利用夜间灯光数据修正基本生态阻力面,并运用最小累积阻力模型划分缓冲区、识别生态廊道和生态战略节点,从而构建东北地区生态安全格局。结果表明:东北地区生态源地总面积为6.50×10⁵km²,占全区土地总面积的45.02%,包括18个生态源地,主要分布在大兴安岭、小兴安岭、长白山脉和西部草原的部分区域;划分了高、中、低3个水平缓冲区,关键生态廊道中心线总长11073.52km,生态战略节点29个,在东北地区形成以生态源地为中心的网状空间布局。结果可为保障区域生态系统服务功能和可持续发展政策的制定提供科学参考。     

荒漠草原向灌丛地转变过程中两种优势植物种子萌发及阈值特征

选取宁夏荒漠草原人为灌丛地转变过程中的两种优势种沙芦草（Agropyron mongolicum）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）为对象,利用不同浓度PEG条件下的种子萌发特性来探究其在干旱胁迫下植被更新萌发特征,结果表明：柠条锦鸡儿平均初始萌发时间早于沙芦草14 h,且柠条锦鸡儿吸水率低于沙芦草,分别为201.21%、293.43%;柠条锦鸡儿和沙芦草种子萌发率和萌发速率均随渗透势的升高呈先上升后下降趋势,且均在-0.02 MPa时萌发率最高,分别为28.67%、44.67%,在-1.2 MPa时最低,分别为6.67%、1.33%;两者萌发速率均在-0.02 MPa时达到最大,分别为12.84%、9.52%,且柠条锦鸡儿起始萌发天数少于沙芦草1-4 d;通过S型生长曲线和线性模型模拟种子萌发水势和萌发率关系,分析得出柠条锦鸡儿萌发水势阈值范围为-0.3--0.86 MPa、沙芦草为-0.3--0.65 MPa,灌木柠条锦鸡儿种子萌发水势阈值范围低于多年生禾草沙芦草。以上结果表明灌丛引入下的荒漠草原在未来干旱条件下,其灌丛柠条锦鸡儿种子在植被更新中较沙芦草更具萌发优势。     

籽粒镉低积累水稻地上部镉高积累遗传特性分析

农田土壤镉（Cd）污染日益严重,导致稻米Cd含量超标事件频繁出现,使粮食安全问题备受关注。因此,合理利用Cd污染农田、降低水稻籽粒Cd含量成为亟待解决的问题。籽粒Cd低积累水稻雅恢2816的地上部具有较强的Cd积累能力,研究旨在弄清其地上部Cd积累能力的遗传稳定性,进一步揭示控制该性状的遗传基础,为利用分子标记辅助选育地上部Cd富集能力强、籽粒Cd安全的水稻提供途径。以水稻雅恢2816和3个不同品种水稻分别组配获得的F₁为研究对象,分析地上部Cd积累相关性状的杂种优势。进一步以优势组合C268A/雅恢2816构建F₂作图群体,对地上部Cd积累相关性状进行QTL定位分析。结果表明：（1） F₁地上部Cd积累相关性状杂种优势明显,遗传稳定性强。地上部Cd积累相关性状属数量性状,F₂中/超亲分离现象明显。（2）在第4、6号染色体上共挖掘到1个控制水稻地上部生物量和3个控制地上部Cd积累量的QTL位点,分别为qSB-6、qSCdA-4、qSCdA-6-1和qSCdA-6-2,表型贡献率为10.6%—14.4%,且增效等位基因均来自雅恢2816。（3）地上部Cd积累量与地上部生物量、Cd含量,根、糙米的生物量、Cd积累量,根-地上部转移系数均呈极显著正相关,与地上部-籽粒转移系数呈极显著负相关,存在4个QTL集簇区Cl-4-1、Cl-6-1、Cl-6-2和Cl-6-3。（4）区间marker 04171-marker 04197控制着地上部生物量和Cd积累量,与控制糙米Cd含量的QTL不重叠。研究表明：籽粒Cd低积累水稻雅恢2816携带控制地上部Cd高积累的等位基因,可在世代间稳定遗传,QTL位点qSCdA-4、qSCdA-6-1、qSCdA-6-2是控制该性状的重要遗传基础,可为分子标记辅助选育地上部Cd高积累、籽粒Cd低积累水稻提供理论依据。     

基于野外调查和同质种植园实验的芦苇植物功能性状变异研究

研究表型可塑性和遗传变异在植物表型分化中的相对作用,有助于预测全球环境变化下的植物群落组成和生态系统功能的变化。芦苇（Phragmites australis）是全球性广布的草本植物,种内变异丰富,在我国西北和东部均存在多个分化稳定的生态型,但中国芦苇在更大尺度上的表型研究还非常匮乏。将位于黄河上游的宁夏平原和黄河下游的黄河三角洲作为研究区域,通过野外调查和同质种植园实验对芦苇自然种群的植物功能性状变异进行观测。结果表明,无论在野外还是同质种植园,黄河三角洲芦苇的基径、叶长和叶宽均显著大于宁夏平原芦苇,说明两个地区的芦苇种群之间存在着受遗传决定的表型分化,这可能与两个地区间的降水等气候差异有关。在野外,宁夏芦苇的株高和叶厚显著大于黄河三角洲芦苇,但在同质园中差异消失或相反,说明株高、叶厚受环境影响较大,表型可塑性也是芦苇适应环境变化的重要机制。在同质种植园中,宁夏平原芦苇的叶片氮磷含量较低,但株数却显著多于黄河三角洲芦苇,反映了不同地区芦苇之间存在不同的适应策略,宁夏平原芦苇更偏向于高扩散率的杂草策略,而黄河三角洲芦苇更偏向于竞争策略。此外,宁夏平原芦苇的株高、叶长两个性状以及基径-比叶面积相关性在野外和同质园两个环境中存在一致性,表明了性状变异和权衡策略的遗传稳定性。综上,位于黄河上下游的芦苇种群间存在着适应性分化,这是表型可塑性和遗传变异共同作用的结果,不同来源芦苇对全球变化下的多重环境因子的响应还需要进一步研究。     

中国兽类分类与系统演化研究进展

中国兽类（即哺乳动物）种类繁多,对维持生态平衡发挥着重要的作用。自John R.Reeves于1829—1834年在我国广东开展兽类调查以来,近200年我国兽类分类及系统学研究取得了令世人瞩目的进步和发展。目前中国已知的兽类物种数已达686种,约占全世界兽类种数的10%,是世界上兽类物种多样性最丰富的国家之一。随着我国对生态环境保护的重视,生态环境日益改善,但全球气候变化、生境破碎化、人类活动增加及人兽共患重大疫情涌现等问题仍十分突出,兽类多样性调查及分类学研究的必要性越发明显。同时,兽类分类学这门古老而传统的学科也在不断引入各种新方法与技术,如整合分类学、标本数字化、模式标本测序、便携式测序技术及基于深度学习技术的物种识别鉴定等,分类学研究的成果及应用在近年得到了飞速发展。动物分类学作为传统的基础学科,是遗传学、生理学、生态学、医学、药学等现代生物学的基石。然而,由于学科特征和差异等原因,该学科近年来没有得到足够的重视,导致出现了学科萎缩和分类学人才后继无人的危机。因此,从国家层面对分类学、形态学等基础学科的人才培养、课题设置和资金投入等,予以特殊的政策支持,十分必要,也亟待解决。     

中国东北地区人乳头瘤病毒16型全基因组克隆及HPV16.HaCaT重组细胞模型的构建及初步鉴定

为构建含东北地区人乳头瘤病毒16型(HPV16)全基因组的HPV16.HaCaT细胞模型,收集中国东北地区HPV16单一感染患者宫颈脱落细胞,提取DNA,将HPV16全基因组分成4个区段,通过4对特异性引物对HPV16全基因组进行分段扩增,测序后进行序列拼接及核酸序列分析,克隆HPV16全基因组序列;通过细胞转染,构建含HPV16全基因组的HPV16.HaCaT重组细胞模型;利用聚合酶链式反应(PCR)和细胞免疫荧光法检测重组细胞内HPV16早期基因的表达.成功克隆出中国东北地区HPV16全基因组序列(GenBank登录号:MW320358);构建了东北地区HPV16全基因组的重组质粒及HPV16.HaCaT重组细胞模型;证明了 HPV16早期基因E1-E4、E5、E6和E7在重组细胞模型内均有表达,从而获得中国东北地区HPV16全基因组序列及含有HPV16全基因组的HPV16.HaCaT重组细胞模型.     

陆地生态系统环境控制实验的研究方法及技术体系

生物及生态系统与环境变化间的反馈关系及其过程机制是生态学研究的重要内容。不同类型的生物环境因素控制实验以及大尺度的联网野外控制实验被认为是认识生态系统响应和适应环境变化过程机制、精细定量表达的有效手段及认知过程的加速器。近年来发展了大型野外物理模拟实验装置网络(如ECOTRON)、生态系统分析与实验平台(AnaEE)、国际干旱实验研究网络(Drought Network)、氮沉降联合实验网络(Nutrient Network),以及基于各区域性生态观测实验站的联网控制实验(如USA-ILTER)。发展大陆尺度联网实验研究平台事业正日益受到学术界的重视,将会在认知生态系统环境响应过程机制方面发挥更重要的作用。基于以上背景,本文综述了生态系统环境控制实验的研究方法和实验体系的发展,明确指出各种类型的生物环境控制实验需要形成联合协作体系,共同解决生态系统对环境变化的响应及适应的基本科学问题。目前的控制实验包括: 1) 实验室封闭装置内的生物生理生态学控制实验;2) 野外实验场的半开放部分环境要素控制实验;3) 近自然状态的野外环境控制实验;以及4) 基于野外生态站的联网控制实验。进而,本文还深入讨论了陆地生态系统的环境响应及适应过程机制实验系统设计的发展趋势,分析了基于大尺度自然环境梯度实验及生态站尺度的要素控制实验的优势,提出了整合两种实验技术、发展新一代的野外联网实验体系的科学设想,讨论了基于野外联网控制实验的研究体系,论证了研究生态系统对环境变化短期响应和长期适应的规律和机制、生态系统环境响应定量表达的技术途径。若本文提出的控制实验体系设计方案能够得以实施,必将大大促进我国乃至全球生态系统和环境变化科学的研究水平,对我国应对气候变化和生态环境建设具有重要的科学意义。     

间伐强度对坝上樟子松林下持水能力的影响

河北坝上地区地势复杂、气候条件较差,导致了水土流失和地质灾害的发生,使华北地区生态安全受到严重威胁。为了改善当地生态环境,樟子松、落叶松等耐贫瘠速生树种被大面积种植,然而不合理的植被密度会导致降雨的低效率利用。本研究以5种间伐强度(0、20%、40%、60%、80%)的樟子松林为对象,分析间伐强度对林下草本、枯落物、土壤各层以及整体持水能力的影响。结果表明: 草本层持水率变化幅度为47.7%～90.7%,且随着间伐强度增加持水能力整体呈减小趋势,间伐强度小于40%时减速较缓,之后迅速减小。随间伐强度的增大,枯落物未分解层、半分解层自然含水率和最大持水率均逐渐减小,而有效持水能力大小依次为60%>40%>20%>80%>0,且半分解层持水能力均优于未分解层。土壤持水能力随间伐强度的增强逐渐降低,间伐强度小于40%时对持水能力起促进作用。不同间伐强度下,林下总持水率是8.3%～14.3%,依次为20%>0>40%>60%>80%。 鉴于林下各层及整体变化,研究区内选择强度为20%的间伐措施能有效提高林下持水能力,实现更好的生态效益。     

大尺度陆地生态系统动态变化与空间变异的过程模型及模拟系统

当代生态系统科学研究更加关注区域生态环境及生态系统状态变化的监测、评估、预测、预警及生态环境可持续管理。在深入理解陆地生态系统的要素、过程、功能、格局及其相互作用机理基础上,发展生态系统定量化描述方法和数值模拟技术,集成构建大陆尺度的“多过程耦合-多技术集成-多目标应用”的陆地生态系统数值模拟器已成为生态系统与全球变化及其资源、环境和灾害效应科学研究的重要科技任务。本研究围绕宏观生态系统模拟分析方法问题,在回顾陆地生态系统模型研究现状和发展趋势的基础上,深入讨论开发大尺度陆地生态系统动态变化和空间变异及其资源环境效应模拟系统的理念,以及模拟系统的功能定位、结构设计等基本问题,为构造中国陆地生态系统数值模拟器提供参考。