祁连山国家公园植被时空变化及其对人类活动的响应

祁连山国家公园地处青藏、蒙新、黄土三大高原交汇地带的祁连山北麓,作为国家公园体制试点之一,是我国重要的生态功能区、水源涵养地和生物多样性保护优先区域,其生态功能不可忽视。以祁连山国家公园2000—2019年归一化植被指数(NDVI)和净初级生产力(NPP)数据为基础,结合气温、降水、土地利用、矿产开采和旅游发展数据,利用泰尔-森趋势分析(Theil-Sen趋势分析)、曼-肯德尔检验(Mann-Kendall显著性检验)、土地转移概率矩阵和多元残差分析方法,分析该区域的植被时空分布特征、变化趋势特征及其对气候变化和人类活动的响应。结果表明：(1)2000—2019年祁连山国家公园内NDVI和NPP在空间上呈现出东南高西北低,由东南向西北递减的格局。时间上呈现上升趋势,上升速率分别为0.0053/a和0.0014/a;(2)祁连山国家公园内NPP提高、降低和稳定区域分别占总面积的87.29%、0.40%和12.30%。降低区域零星分布于整个国家公园,其中在走廊南山和冷龙岭交汇处,靠近甘青两省交界边缘分布最为集中。提高区域分布广泛,尤其以国家公园东部最为明显;(3)祁连山国家公园NDVI与气...     

固氮蓝细菌束毛藻生物固氮策略研究进展

固氮蓝细菌束毛藻(Tricodesmium)是海洋中丰度最高的固氮微生物,贡献了约42%的海洋生物固氮,为海洋生态系统提供了新的氮源,驱动海洋初级生产力和食物网,在海洋生物地球化学循环中发挥重要作用。作为海洋中“新氮”主要贡献者,束毛藻是一种不产生异形胞的丝状固氮蓝细菌。因为生物固氮的关键酶固氮酶对氧气十分敏感,一般固氮蓝细菌通常产生异形胞或采用夜间固氮的方式进行生物固氮,避免氧气对固氮酶的抑制作用。近年来研究发现,束毛藻具有一套独特的生物固氮体系,能够使同一藻丝在白天同时完成光合作用和生物固氮,并具有复杂的调控机制。本文综述了近年来束毛藻生物固氮策略的最新研究进展,介绍了其生物固氮和光合作用之间的精密调控机制,对拓展固氮微生物尤其是海洋蓝细菌固氮机制的认识具有借鉴意义。     

全球不同气候带陆地植被净初级生产力变化趋势与可持续性

分析全球不同气候带陆地植被净初级生产力(NPP)的变化趋势与可持续性,对于估算全球陆地生态系统的结构、功能和碳源(汇)具有重要意义。运用Mann-Kendall突变检验、Theil-Sen斜率估计、Hurst指数分析全球不同气候带陆地NPP的变化趋势与可持续性。结果表明：(1)全球陆地NPP有明显的地域分异规律,呈现低纬高、高纬低,沿海高、内陆低的特点。约48.79%陆地生态系统的植被NPP得到了改善,其中显著改善的面积占全球陆地生态系统的8.45%,主要分布在北美洲北部和中部、亚马逊河流域西部、刚果盆地、欧洲南部、印度半岛西北部、中国黄土高原;轻微改善的面积占全球陆地生态系统的40.34%,主要分布在南美洲中南部、亚洲东部和澳大利亚大陆东部。(2)各气候带NPP变化趋势和突变点表现为：热带、亚热带、极地带的NPP呈不显著下降趋势(R²=0.111,P=0.176;R²=0.144,P=0.120;R²=0.002,P=0.854),热带无明显突变点,亚热带突变点为2015年,极地带突变点为2005年;干旱气候带的NPP...     

树种多样性和土壤微生物多样性对人工林生产力的影响

林分生产力通常会随着树种多样性增加而增加,但不同营养级生物多样性以及树种和土壤微生物多样性之间的相互作用如何影响生产力目前尚不清楚。以亚热带不同丰富度和树种组成的人工林为研究对象,从物种、功能性状、遗传三个维度的树种多样性以及土壤真菌和细菌系统发育多样性,探究了中国亚热带人工林树种多样性和土壤微生物多样性对林分生产力的影响。研究发现,林分生产力随树种功能多样性(FD)(P<0.001)、比叶面积群落加权均值(CWM-SLA)(P<0.01)、树种系统发育多样性(PD)(P<0.05)和土壤真菌多样性(PDF)(P<0.01)的增加而显著增加,分别解释了林分生产力总变异的12.86%、6.80%、3.67%和3.08%。FD和CWM-SLA可分别通过增加土壤真菌、细菌多样性而间接提高林分生产力。研究结果表明多营养级生物多样性是维持高水平林分生产力的基础,树种多样性和土壤微生物多样性之间的自上而下的级联效应在调节生态系统生产力方面发挥着重要作用。     

生态系统水分利用效率研究进展

水分利用效率(WUE)是反映生态系统水碳循环相互关系的重要指标,开展生态系统水平WUE的时空变异性的研究有助于预测气候变化对生态系统水碳过程的影响.目前不同研究常常基于不同的算法估算生态系统WUE,一方面不同算法因包含了不同复杂程度的水过程而有着不同的内涵,另一方面各种算法又因包含了相同的核心过程而有着密切的联系.长期以来人们通过传统的生物量动态调查和生态系统水文过程的测定来估算生态系统的WUE,但该方法大大限制了在短时间尺度上对生态系统WUE进行分析,近年来发展起来的以涡度相关为代表的新技术的应用使得研究生态系统WUE在多个时空尺度上的变异特征取得了突破性的进展.生态系统WUE的主要影响因子与叶片尺度相似,主要有空气饱和水气压差(VPD)、土壤水分、大气CO2浓度、Ci/Ca等,另外,生态系统水分平衡特征也有着重要影响.比较分析表明,森林与草地生态系统WUE的日变化和季节变化存在显著的差异,同时森林和农田生态系统的WUE整体高于草地、荒漠和冻原.当前生态系统WUE的研究尚处于初始阶段,许多工作仍需深入开展,其中,多时间尺度以及生态系统间WUE的时空变异特征及机理的对比研究可能是未来工作的热点.     

鼎湖山针阔叶混交林的第一性生产力研究

本文应用“树木收获法”和“气体分析法”,结合凋落物收集数据,综合测定了鼎湖山针阔叶混交林中的各种群第一性生产力以及群落的光。进一步综合分析表明,该群落的叶面积指数为１１;生物量为２６１ｔ·ｈｍ￣（－２）;总生产力约为１１７．６ｔ·ｈｍ￣（－２）·ａ￣（－１）,光能利用效率为１２％;第一性生产力为２０．９ｔ·ｈｍ￣（－２）·ａ￣（－１）。由于该群落是南亚热带演替系列中间阶段的代表性类型,因而本研究结果有助于了解本地带植被动态过程生产力发展规律和对能量的利用状况。     

黄土高原泾河流域牲畜承载力分析

畜牧业是泾河流域北部地区的经济支柱产业。过度放牧使草地退化,土地沙化严重,是流域生态环境恶化的主要原因之一。根据降雨,植被．牲畜量之间的定量关系。利用泾河流域1971—2000年平均降雨数据,估算了泾河流域牲畜承载力的空间分布格局,并根据同期的各县市牲畜存栏数据和该区植被分布数据,分析各县市放牧压力的时空分布。对于泾河流域的牲畜承载力水平而言,目前是一个什么状况以及与理论上的最大承载力的可变动的空间如何,是研究的主要目的,以期为该区的农牧业合理布局及其退耕还林（草）工程具体实施提供科学依据和理论指导。 利用DEM对该流域近30a的降水数据空间插值,获得降雨空间数据,并以降雨．生产力．牲畜量的经验模型进行估算,研究结果表明以降雨R估算的泾河流域牲畜承载力空间分布自南向北逐渐变小。基于县域单元,对于表征放牧压力的牲畜放牧指数（SRI）而言,相对总面积的SPd只有环县、吴旗、定边、盐池和泾川5县超过1,表明这5个县属于过度放牧区域,其它地区不存在牲畜超载现象;对于基于草地面积的SPd,除了经济相对发达的西峰市、咸阳市区、兴平市和泾渭交界的地区部分县市小于1,大部分地区的SPd值都大于1,尤其是北部的环县、吴旗、盐池、定边等县。都超过10几倍。属于严重的超载放牧地区,超载放牧是北部地区土地沙漠化的主要原因,而北部区域是泾河乃至整个黄土高原的泥沙的主要来源,因此产生严重的生态影响。退耕还林（草）工程实施中应明确上述县市的严重的生态现象,并对这些区域的生态地位重点进行宣传教育。同时,表明基于草地面积计算的牲畜放牧指数较基于总面积计算的更具有现实意义。     

气候变化对黄土丘陵沟壑区植被净第一性生产力的影响模拟

以黄土丘陵沟壑区典型小流域纸坊沟流域为例,利用当前气候状况和不同气候情景下的气象数据驱动植被净第一性生产力模型VSIM,模拟气候变化对黄土丘陵沟壑区植被净第一性生产力（NPP）的影响.结果表明：（1）流域NPP对温度升高比对降雨变化的反应更为敏感,土壤水分状况受降雨变化影响显著,温度升高后流域土壤水分也明显下降.（2）草本和半灌木群落的NPP由于温度升高降低最多,沙棘灌丛的NPP受降雨变化影响最为明显,而刺槐林、苹果林和柠条灌丛对降雨变化反应不敏感;（3）综合降雨和气温都增加的情况,流域NPP仍呈下降趋势,只有沙棘灌丛因降雨的增加NPP减小的程度明显降低;（4）大部分植被类型在降雨和温度升高后水分利用效率降低,只有沙棘灌丛和铁杆蒿群落在降雨增加后有所提高,除铁杆蒿群落外,降雨减少使得大部分植被类型的水分利用效率提高.     

森林生态系统碳循环的基本概念和野外测定方法评述

全球气候变化与森林生态系统碳循环息息相关,定量评估森林碳收支是生态系统与全球变化研究的重要任务。30年来森林生态系统碳循环研究已经取得了长足的进展,但全球和区域森林碳收支仍然存在很大的不确定性。这一方面与森林生态系统本身的复杂性有关,另一方面也与具体研究方法有关。评述了森林生态系统碳循环的基本概念和主要野外测定方法,为我国森林生态系统碳循环研究提供可参考的方法论。从生态系统碳浓度、密度、通量、分配和周转5个方面回顾了碳循环相关概念,指出碳浓度和碳储量是对碳库的静态描述,而碳通量和碳周转是对碳库的动态描述。净初级生产力是测量最普遍的碳通量组分,但大多数情况下因忽略了一些细节而被系统低估。普遍使用的净生态系统生产力,由于没有包含非CO2形式的水文、气象和干扰过程产生的碳通量,通常情况下高于生态系统净碳累积速率。在详细介绍碳通量组分的基础上,改进了森林生态系统碳循环的概念模型。重点讨论了碳通量的3种地面实测方法:测树学方法、箱法和涡度协方差法,并指出了其注意事项和不确定性来源。针对当前碳循环研究的突出问题,建议从4个方面减小碳循环测定的不确定性:(1)恰当运用生物量方程估算乔木生物量;(2)尽可能全面测定生态系统碳组分;(3)给出碳通量估算值的不确定性;(4)多种途径交互验证。     

根间相互作用对玉米与马铃薯响应异质氮的调控

近年研究表明养分异质促进植物多样性与群落生产力的正相关性。然而,相关的促进机制还很不清楚。以农田生态系统下作物多样性群体(玉米马铃薯间作体系)为例,在盆栽条件下采用控释性氮肥构建养分异质性,通过目标植物法设计根间作用处理,探讨根系的觅养行为,植株个体生长和总生产力对土壤氮空间分布和根间作用的响应特征。结果表明:根间作用提高作物的觅养精确度(F=3.017,P=0.094),在异质性条件下马铃薯的根冠比增加(P=0.001),而玉米的根冠比则不论在均质性还是异质性条件下均显著降低(F=4.781,P=0.039);氮异质性显著地提高在根间作用下两作物的生物量生产(P=0.021),明显增加总生产力LER(Land equivalent ratio)(F=4.171,P=0.064),显著地降低相对关系指数RII(Relative interaction index)值(F=5.636,P=0.026),显著降低玉米的根冠比(F=4.273,P=0.049),增加根间作用下马铃薯的根冠比,而在无竞争下则降低。上述结果说明,非资源性的根间作用激发玉米和马铃薯对异质性氮的觅养能力,这可能是为什么异质性养分环境促进植物多样性与群体生产力正向关系的重要原因;结果还表明觅养能力的激发主要来自非资源性的根间作用机制,因此本研究验证了植物对异质性养分和竞争者的协同响应理论。而有关的非资源性根间作用机制,例如种间识别作用等值得进一步深入探讨。