基于多源数据的黄土高原陆地水循环结构变化分析

近几十年间,黄土高原的水循环进程在人类活动与气候变化的影响下已产生了剧烈的变化。为加深对水循环结构变化的了解与认识,利用1982-2010年的降水、蒸散发、径流、土壤储水量和社会经济用水等数据,运用Mann-Kendall趋势检验和线性回归分析方法,对黄土高原的水量平衡进行评估,且细化了组成水循环的12种水文变量,并分析了水循环各分量的变化趋势及其结构的演化规律。由于网格化的社会经济用水数据（1982-2010年）对本研究产生了较大的时间限制,因此本文注重于探究这29年间黄土高原各水文变量的变化趋势及水循环结构的演化规律。结果表明：在自然系统中,蒸散发以1.97 mm/a的速率上升（P<0.01）,径流、降水和土壤储水量分别以1.01 mm/a（P<0.01）、0.77 mm/a和0.46 mm/a的速率下降。在社会系统中,社会经济用水以0.50 mm/a的速率上升,其中主要由于生活、制造业、发电和采矿用水分别以0.22、0.23、0.30 mm/a和0.01 mm/a的速率增加所导致。此外,灌溉和牲畜用水分别以0.25 mm/a（P<0.05）、0.01 mm/a（P<0.01）的速率减少。就水循环结构而言,多年平均蒸散发和社会经济用水占水循环的平均比例分别为80.95%、15.27%,并以每年0.16%、0.06%的速率逐渐升高。径流、土壤储水量的变化占水循环的平均比例分别为4.00%、-0.24%,并以每年0.24%（P<0.01）、0.02%的速率逐渐下降。随着社会经济的发展和人口的增加,区域水资源供需矛盾将进一步加剧,本研究对黄土高原水资源的科学调控与可持续利用有重要参考意义。     

黄河三角洲石油化工区农田土壤-玉米体系PAHs的分布特征及风险评价

为明确黄河三角洲石油开采区表层土壤和玉米中多环芳烃（PAHs）的含量及其污染水平,采集农田土壤和玉米各71个样品,检测农田土壤和玉米各部位中16种PAHs含量,并采用内梅罗指数法和健康风险评价模型评估了农田土壤中多环芳烃的生态健康风险。结果表明,农田土壤、玉米根、茎和叶中多环芳烃的含量分别为256.6-1936、291.4-680.9、324.9-527.9、289.5-2400 μg/kg。农田土壤中多环芳烃以4-6环为主。多环芳烃在玉米根茎叶富集系数大小排序为：叶 > 茎 > 根。玉米不同组织中PAHs浓度与相应农田土壤中PAHs浓度的进行相关分析结果表明,农田土壤中PAHs含量与玉米根、茎中PAHs含量均存在极显著正相关关系,相关系数分别为0.98（P<0.01）、0.98（P<0.01）,表明玉米根和茎的多环芳烃主要来源于农田土壤中,农田土壤中PAHs的含量影响着PAHs在玉米根茎中的积累和分布。玉米叶中PAHs含量与农田土壤中PAHs含量与玉米根、茎中PAHs含量不存在相关关系,表明玉米叶中多环芳烃并非来自土壤中PAHs的迁移,可能来源于大气。内梅罗指数结果表明,农田土壤PAHs达到了中度污染,其中BaA、Pyr和BbF达到了偏重污染;健康风险评价结果表明,农田土壤PAHs对儿童和成人的平均非致癌风险分别为0.44和0.12（均小于1）,表明农田土壤多环芳烃对成人和儿童的非致癌风险是可接受;农田土壤PAHs对儿童和成人的平均致癌风险分别为3.6×10^-5、9.0×10^-6,没有超过致癌风险水平上限（10^-4）,致癌风险尚在可接受范围内。3种暴露途径中,皮肤接触是土壤PAHs的最主要暴露方式,其次是经口摄食,吸入暴露途径甚微,可忽略不计。PAHs对儿童健康的威胁风险要大于成人,所以应尽可能避免儿童直接接触或误食土壤等其他介质的污染物。     

高阶相互作用对宿主-寄生群落动态的影响

物种间相互作用是影响生物群落稳定性和多样性的重要因素。基于Lotka-Volterra竞争模型,通过构建多宿主种群的种内和种间高阶相互作用模型,研究宿主种群的间接竞争效应对寄生群落动态的影响机制。为有效地揭示高阶作用对种群动态的影响,通过对比宿主-寄生群落的现象模型以及机制模型,利用机制模型产生的合理数据集对现象模型中高阶项的参数进行拟合,进而探讨了高阶相互作用在群落动态中的作用。结果显示,完整的高阶相互作用模型在描述多宿主-寄生系统的群落动态中表现最优,而直接相互作用模型对群落动态的描述相对较差,即同时考虑种间和种内的高阶相互作用模型更加符合机制模型所描述的群落动态。此外,种内高阶作用和种间高阶作用产生不对称效应,宿主间的种间高阶作用对群落产生的影响较种内高阶作用更为显著。该研究结果在一定意义上丰富了宿主-寄生生物群落的稳定性研究,为理解物种间相互作用的多样性研究提供了依据。     

不同人类干扰背景下横断山南段保护优先区规划研究

建立自然保护区是保护和维持生物多样性最有效、最基本的措施。在有限的资金和人力条件下,如何参考不同人类干扰在保护优先区建设中的影响并选择合适的保护规划方案,在更大程度上的保护本区域的生物多样性,一直以来都是保护生物学家争论的焦点。以横断山南段区为例,重点关注保护区建设过程中不同的人类干扰程度,以人类干扰的高低为切入点,基于多准则决策分析的原理和方法,以横断山南植被生态系统和人类干扰强度因子为基础,对比分析横断山南的生态系统保护价值分布、人类干扰格局和保护成效,结果显示：一是区域内森林生态系统（针阔混交林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、落叶混交林、常绿针叶林）、湿地生态系统（湖泊、河流、草本湿地）、高山生态系统（冰川和永久积雪、高寒草甸、高寒草原）价值高且分值在21分以上;二是从人类干扰高低分析入手,基于维持和提升区域生物多样性的角度出发,提出了不同的保护优先区域和保护策略。三是识别出横断山南段区的保护优先区主要包括峨边县、马边县、石棉县、越西县、保山市、腾冲市、维西县、德钦县、察隅县等区域。     

露天煤矿排土场边坡植被组成特征及其群落稳定性评价

研究植被恢复过程中植物群落组成、结构及稳定性的变化,可进一步了解到植物群落的演替过程及规律。采用空间代时间的方法对内蒙古锡林郭勒盟北电胜利露天煤矿4个排土场边坡人工恢复植被进行群落调查,在此基础上采用多样性指数与优化后的M.Godron稳定性指数对植物物种组成、物种多样性及其群落稳定性进行分析,探究不同恢复年限排土场边坡植被在恢复过程中群落特征及稳定性变化特征。结果表明：（1）排土场边坡植物物种组成共有16科44属56种,植物群落组成较简单,其中禾本科种类最多,生长型以草本植物为主。（2）随着恢复年限的增加,植物生活型由一、二年生转变为多年生,坡面优势种由人工种植植物转变为本土植物。（3）整体看,随着恢复年限增加,物种多样性呈下降趋势,群落稳定性整体呈上升趋势。（4）由于不同坡向土壤微环境差异,北坡恢复效果及稳定性好于南坡。本研究在一定程度上可为露天煤矿排土场边坡人工修复过程中植物物种及合理配置模式的选择提供科学依据。     

南水北调中线水源区丹江口市域景观格局变化及氮磷净化能力

丹江口库区是南水北调中线工程重要水源地,通过探究库区景观格局变化与氮磷净化能力,对未来景观规划和生态系统功能提升提供科学依据。在县域尺度上以丹江口市为研究区,运用景观格局指数和InVEST模型研究2003—2018年库区景观格局和氮磷净化能力,并利用Pearson相关分析和RDA分析法探讨二者之间的关系,分析引起氮磷净化能力变化的因素。结果表明:在斑块类型上,水域面积和林地面积不断增加,耕地和园地面积逐渐减少,建设用地面积整体上呈增长趋势;在景观水平上,景观形状指数不断减少,蔓延度指数和聚集度指数整体呈增长趋势,形状复杂程度降低,景观聚集程度提升,散布与并列指数增加了5.58,香农多样性指数变幅较小,各斑块类型趋于规则,呈均衡趋势分布。2003年、2008年、2013年和2018年氮磷净化能力呈持续增强趋势,其中TN输出总量分别为899.224、801.481、776.979、672.149 t, TP输出总量分别为77.308、69.921、68.163、60.802 t, 15年间TN、TP的净化能力分别增强了25.3%和21.4%;对氮磷净化能力重要性等级划分表明,极重要、高度重要区主要分布于库区、河流两岸和林地区域。利用Pearson相关分析和RDA分析法表明,在斑块类型上林地与氮磷的输出呈显著负相关,耕地、园地和建设用地与氮磷输出量呈正相关;在景观水平上氮磷输出量与景观形状指数呈显著正相关,和散布与并列指数表现出显著负相关,与蔓延度指数、聚集度指数呈负相关。因此,可在库区氮磷输出量较高的地区种植喜氮喜磷植物,通过调节景观格局结构,合理规划土地利用,增加林地面积,建设河岸植被缓冲带充分滞缓径流等一系列措施,充分保障库区水源水质安全。     

深圳近海公园植物群落结构特征及其与景观格局的相关性

城市公园植物群落为城市生态系统提供重要的生态服务。对深圳最具代表性的6个近海城市公园进行实地调查,同时结合高分辨率的遥感图像,分析其植物群落结构特征及其与公园内部景观格局的相关关系。结果表明：（1）共调查到近海公园植物108科310属471种,其中乡土植物82科169属231种。草本植物中乡土植物比例较高,而木本中乡土植物占比较低。（2）TS-4和H-1分别是近海公园最常见的乔灌群落类型和草本群落类型,其样地量分别占总量的39%和26%。常见群落的指示种多数具有热带性质并占据主体地位。（3）公园中灌木植物种数低于乔木和草本植物,但群落稳定性较高。（4）半自然型和人工型近海公园各类植物的相似性,以灌木层植物最低。（5）公园整体景观格局中,斑块密度与林地面积比、林地最大斑块面积比呈显著负相关（P<0.05）。（6）各层植物多样性也受到景观格局显著影响：草本层植物多样性与草地、林地的斑块形状复杂程度分别呈显著负相关（P<0.05）;灌木层植物多样性与林地、水体的景观破碎度呈显著负相关（P<0.05）;乔木层植物多样性与草地最大斑块指数呈显著负相关（P<0.05）。公园景观破碎度的增大可能会导致植被景观面积减少。建议在公园植物造景初期就要重视对灌木的运用,尤其是一些生态本底比较脆弱的公园,以提高植物群落的稳定性和低维护性。同时应尽可能保留大面积的核心植被生态斑块,更好地发挥其生态功能。研究结果可为城市公园的规划设计、植物群落的优化配置与城市生物多样性保护提供依据。     

华北低山丘陵区常用树种木质部解剖特征及水其力学抗旱性

木本植物木质部解剖特征与水分运输和干旱适应策略密切相关,但目前对华北低山丘陵区常用树种这方面的研究仍然不足。为研究这一地区植物木质部解剖特征与抗旱性的关系,研究以抗旱树种和非抗旱树种各5种为研究对象,通过测定与木质部横截面导管、薄壁组织相关的大量解剖学性状和非结构性碳浓度,比较两类树种木质部解剖特征的差异和解剖性状间的关联,以探究这些树种水力学的干旱适应策略差异。结果显示:1)10个树种的16个木质部性状均有较大变异性;2)两类树种间的平均导管直径和导管密度无显著差异,但抗旱树种导管壁厚度、最大导管直径、旁管薄壁组织比例和轴向薄壁组织比例以及非结构性碳(NSC)浓度显著大于非抗旱树种;3)抗旱树种的导管壁厚度与平均导管直径、最大导管直径和潜在最大导水率均呈显著正相关关系,最大导管直径与潜在最大导水率呈显著正相关关系,但非抗旱树种不存在这些关系。本研究抗旱树种同时具有较大的最大导管直径和较厚的导管壁,在保证较高的水分运输效率的同时又具备一定的抗栓塞能力,较多的旁管薄壁组织和NSC也为抗旱树种提供了更大的木质部水储存和栓塞修复能力。     

环渤海滨海湿地鸻鹬类水鸟多样性及其环境影响因子

环渤海湿地是水鸟南北迁徙的重要驿站,尤其对于该线路上的鸻鹬鸟类具有非常重要的意义。以环渤海地区12处典型滨海湿地为研究对象,于2016-2020年每年春季开展水鸟调查,明确了鸻鹬类水鸟群落组成及其时空变化,采用结构方程模型 （Structural Equation Modeling,SEM）分析了鸻鹬类水鸟多样性与环境因子的响应关系,评估了各环境因子的影响强度。结果表明：（1）共记录到鸻鹬类水鸟7科51种,几乎全部为旅鸟。全球极危物种1种,濒危物种3种,近危物种9种。国家一级保护鸟类2种,国家二级保护鸟类8种。黑腹滨鹬（Calidris alpina）、大滨鹬（Calidris tenuirostris）、黑尾塍鹬（Limosa limosa）、灰鸻（Pluvialis squatarola）、斑尾塍鹬（Limosa lapponica）个体数量最多。（2）山东黄河三角洲、辽宁辽河口、天津北大港等河口湿地,水鸟种类多,单位面积水鸟数量较少。（3）河北沧州沿海、山东滨州贝壳堤岛及其周边区域为环渤海地区湿地集中区,水鸟种类较多。（4）综合影响强度为保护强度>食物>气候,建立自然保护地是保护水鸟多样性的最有效措施。（5）建议将河北南大港湿地和鸟类省级自然保护区提升至国家级,扩大滨州贝壳堤岛与湿地国家级自然保护区面积,对山东黄河三角洲、辽宁辽河口覆盖的各级各类自然保护地进行优化整合。研究结果能为环渤海地区鸻鹬类水鸟保护策略的制定提供相关依据。     

太白山栎属树种叶片生态化学计量特征沿海拔梯度的变化规律

植物叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量学能够反映植物对环境的适应性以及环境变化对植物的影响,是生态化学计量学的热点之一。研究亲缘关系相近物种对环境变化的适应差异对于深入了解植物的化学计量策略具有重要意义,而目前对于亲缘关系相近物种沿海拔梯度各如何变化未获得一致性的结论。因此,本研究在秦岭太白山海拔约1100-2200 m范围内,对槲栎（Quercus aliena）、栓皮栎（Q.variabilis）、锐齿栎（Q.aliena var.acuteserrata）、辽东栎（Q.wutaishansea）这4种栎属树种的叶片C、N、P含量进行测定与分析,考察叶片化学计量特征随海拔的变化趋势,同时量化气候、土壤和地形3种影响因素对其变异规律的解释程度。结果表明：（1）总体来看,4树种叶片C含量随海拔升高先上升后降低,叶片N含量和N：P则表现出随海拔升高而降低的趋势,而叶片C：N随海拔升高而升高。（2）不同树种随海拔的变化趋势不同：槲栎与锐齿栎具有相似性,叶片N、P含量都随海拔升高显著降低,C：N都随海拔升高显著升高;栓皮栎的叶片N含量和C：N与前两者呈现相反趋势;辽东栎叶片C含量随海拔上升而下降,与栓皮栎相同,但其叶片P含量和N：P分别呈现先升高后降低、先降低后升高的曲线变化趋势。（3）叶片不同化学计量特征值受到不同因子的影响。其中,叶片N含量和C：N主要受气候因子影响（解释度为39.91%和36.59%）;叶片C含量主要受土壤因子影响（解释度为25.22%）;叶片P含量、N：P和C：P则主要受到土壤因子和坡度影响（解释度有23.70%-39.83%）,且这两个因子的交互效应影响较大（交互效应解释度有16.24%-24.72%）。本研究结果说明：（1）亲缘关系较近的物种在应对环境变化时,也会有不同的变化格局及对应的养分策略,而且这能在一定程度上解释它们的地带性分布规律;（2）地形因子会与土壤因子共同影响植物的化学计量特征,在研究山地森林生态系统时,坡度也是需要考虑的重要影响因子。