生态系统光合与呼吸拆分的同位素理论、方法和应用进展

生态系统光合和呼吸是构成净生态系统CO₂交换量(NEE)的重要组分。涡度相关技术可直接观测生态系统NEE,并通过建立温度回归或光响应曲线等函数将NEE统计拆分为生态系统光合和呼吸,但是存在自相关和高估白天呼吸等问题。稳定同位素红外光谱技术的进步使高时间分辨率大气CO₂及其稳定碳同位素组成(δ¹³C)的连续观测成为可能,与涡度相关技术观测的NEE数据相结合,可实现昼夜和季节尺度生态系统光合和呼吸拆分。本文系统阐述了生态系统光合与呼吸的同位素通量拆分方法的基本理论与假设,阐述了同位素通量观测技术的发展及其应用进展,综述了同位素通量拆分理论解析生态系统光合与呼吸过程的新机制认识,最后总结并展望了同位素通量拆分理论的不确定性以及开展多种拆分方法综合比较的必要性。     

高寒区大豆关键生育期低温冷害指标构建

构建高寒区大豆低温冷害指标对系统分析高寒区大豆适应气候变化对策、防灾减灾及其他胁迫的协同适应技术具有参考意义。本研究利用1980—2020年黑龙江省大豆低温冷害灾情史料、生育期资料及研究区78个气象站逐日气温资料,采用GIS技术匹配生育期与气象数据,考虑不同生育阶段积温距平、日平均气温低于生育下限温度的持续日数,构建高寒区大豆综合性冷害指数。利用K-S分布拟合检验及置信区间下限值确定阈值方法,构建高寒区大豆关键生育阶段低温冷害等级指标。结果表明: 大豆播种-出苗期,研究区大豆轻度、中度、重度冷害低温指数下限值分别为0.061、0.115、0.237;出苗-开花期分别为0.072、0.152、0.312;开花-成熟期分别为0.133、0.245、0.412。由低温指数反演的黑龙江省大豆低温冷害时间分布与历史灾情记载吻合度很高;空间上表现出较明显的纬度特征,冷害发生频率呈自南向北逐渐增加的趋势。     

喀斯特常绿落叶阔叶林个体死亡对空间格局及种间关联性的影响

树木死亡作为森林生态系统中一个重要的生态学过程,研究其如何影响物种的空间分布格局及种间关联性,可以为揭示树木死亡机制及群落动态变化规律提供重要参考。本研究根据木论25 hm²喀斯特常绿落叶阔叶林动态监测样地两次木本植物调查数据,采用点格局分析方法,分析了树木死亡前后空间格局和种间关系的变化。结果表明: 样地内个体死亡前后主要表现为聚集分布,但死亡后聚集分布的物种比例较死亡前略微下降,小尺度上呈现随机分布的物种比例有所增加,个体的死亡呈非随机性死亡。在物种水平上,13个优势种的死树和活树之间在0～30 m各尺度上呈显著正关联,表明样地内优势物种个体之间种内和种间竞争作用不激烈;树木死亡前后种间关联性主要为正关联,且大部分物种种间关系在死亡前后并未发生变化,表明群落已发展到相对稳定的阶段;死亡后,在1～30 m尺度上表现为正关联的物种对比例有所增加,负关联和无关联的物种对在大部分尺度上有所减少,说明个体死亡发生后,各个物种之间的竞争压力在一定程度上有所缓解。     

北京通州平原生态林空间结构特征

林分空间结构直接反映林木间资源竞争情况和生长空间分配状况,对掌握生态林生长状况、制定林分结构调控措施,提升森林质量和生态服务具有重要作用。本文以北京市通州区油松林、白蜡林、旱柳林、毛白杨林、国槐林、刺槐林和垂柳林7种平原生态林为对象,采用聚集度、角尺度、大小比数、开敞度、树冠指数、竞争指数、边缘效益和空间结构综合指数评价了平原生态林的空间结构特征。结果表明: 研究区林分水平分布格局良好,聚集度处于0.32～1.41,角尺度都分布在0.4左右,大小比数主要分布在0.5附近。林分垂直分布格局有待改善,开敞度介于0.19～0.52,大部分树冠指数在0.7左右,竞争指数均大于50,整体居于高位状态。除刺槐林空间结构综合评价指数为Ⅲ级外,其他6种林分均为Ⅱ级,林分开阔程度较低,生活力一般,各林分空间结构综合评价指数从大到小为刺槐林>垂柳林>油松林>旱柳林>白蜡林>国槐林>毛白杨林。     

2001—2020年川西北高原归一化植被指数演变特征及其对极端气候的响应

川西北高原是典型的生态气候敏感区,其植被状况与气候变化密切相关。本研究基于2001—2020年MODIS-NDVI数据集和气象数据,采用最大值合成、地理探测器模型、线性趋势分析、相关分析等方法,研究川西北高原生长季归一化植被指数(NDVI)的变化趋势及其对气候因子的响应机制。结果表明: 研究期间,川西北高原植被覆盖度整体状况良好,86.8%的区域植被稳定,12.6%的区域NDVI呈弱持续性上升趋势,0.6%的区域NDVI呈下降趋势,全区生态环境呈稳中向好的发展趋势。研究区植被覆盖度空间差异大,总体呈由西南向东北上升的趋势,并有显著的立体变化。海拔1350 m以下,NDVI随海拔升高而上升;海拔1350～3650 m,NDVI无显著变化;海拔3650～5900 m,NDVI随海拔升高而下降,在4750～5900 m快速下降;海拔5900 m以上,几乎无植被。川西北高原的NDVI受多种自然因子交互作用影响,热量因子(月最高气温极大值、月最低气温极小值、植物生长期、年均温、生长期均温)是主导气候因子,除月最高气温极大值外,其余温度因子对NDVI均以正贡献为主。NDVI对气温指数的响应高于降水指数。在气候变暖背景下,极端气温暖指数对川西北高原植被生长尤其是高海拔地区植被生长及改善以促进作用为主。     

秦岭皇冠优势灌木苦糖果的空间分布格局及种内种间关联

以秦岭皇冠暖温性落叶阔叶林25 hm²森林样地中的优势灌木苦糖果为对象,研究了苦糖果不同径级个体的空间分布格局以及种内种间关系。结果表明: 苦糖果径级结构呈现出下宽上窄的金字塔型,小径级植株数量最多,更新状态较好,处于稳定增长阶段,有利于群落更新和演替。以Ripley's K函数为基础,采用单变量和双变量成对相关函数,在3个零模型(完全空间随机模型、异质泊松模型和先决条件模型)的处理下,树种整体和不同径级以聚集分布为主,且聚集程度随研究尺度的加大而逐渐减小,逐渐趋向随机分布。受到生境异质性、扩散限制、负密度制约等影响,种内不同径级个体之间以正关联为主,但也有一定程度的无关联,未出现负关联的情况。种间关系较为复杂,既有无关联,也有正关联和负关联,但以负关联和无关联为主。     

基于生态安全格局的上海国土空间生态修复关键区域识别与修复策略

新时期国土空间生态修复被赋予维护区域生态安全、提升区域生态系统质量和稳定性、提供优质生态产品的重任。从生态安全角度准确判定国土空间待修复关键区域,是其首要事项,也是科学开展生态修复的关键和难题。本研究基于主流生态安全格局构建理论和方法,以上海市为研究区域,集成运用形态学空间格局分析方法和InVEST模型识别生态源地,利用电路理论提取生态廊道、生态“夹点”和障碍点,综合判定待修复关键区域,并提出针对性修复策略。结果表明: 上海市生态源地主要分布在长江入海口、崇明岛、杭州湾沿岸及淀山湖区域,约占研究区面积的17.9%;源间关键廊道共计103条;待修复关键区域包括12处生态“夹点”和54处生态障碍点,主要分布在生态源地与生态廊道接壤处以及生态廊道与生态廊道的交点或拐点处;根据待修复关键区域典型问题及其土地利用状况,提出生态景观重塑、重要廊道贯通和生态岸线保护修复3类修复策略分区及其可能的工程措施建议。本研究结果可为上海市编制国土空间生态修复规划,以及全国其他地区构建相近尺度生态安全格局、开展系统性生态修复工作提供参考。     

IGFBP7蛋白、PDCD5和MITF基因在多发性骨髓瘤中临床意义及对预后影响

[目的]研究IGFBP7蛋白、PDCD5和MITF基因在多发性骨髓瘤患者中表达的临床意义及对预后的影响。[方法]以2016年2月~2018年4月120例多发性骨髓瘤患者为疾病组,同期选择120例健康人群为健康组。对所有研究对象的血清IGFBP7蛋白、PDCD5和MITF基因进行检测,对比疾病组和健康组中各指标的差异;对不同预后组患者的IGFBP7蛋白水平、PDCD5和MITF基因表达水平进行对比分析;采用Spearman分析患者预后与IGFBP7蛋白水平、PDCD5和MITF基因表达水平的相关性;对患者的IGFBP7蛋白水平、PDCD5和MITF基因表达水平展开多因素logistic回归分析。[结果]健康组的IGFBP7蛋白水平、PDCD5和MITF基因表达水平明显高于疾病组(P<0.05),并且随着患者病情严重程度增加,患者的IGFBP7蛋白水平、PDCD5和MITF基因表达水平明显降低(P<0.05);随访结果表明生存组患者IGFBP7蛋白水平、PDCD5和MITF基因表达水平明显高于死亡组(P<0.05);疾病组患者的病情严重程度与IGFBP7蛋白水平、PDCD5和MITF基因表达水平呈现负相关(P<0.05);多因素回归分析发现,血清IGFBP7蛋白(OR=2.124,95%CI:1.363~2.622)、PDCD5(OR=1.632,95%CI:1.333~2.328)和MITF基因(OR=2.067,95%CI:1.188~3.583)均可作为多发性骨髓瘤患者死亡的毒理保护性因素。[结论]患者血清IGFBP7蛋白水平、PDCD5和MITF基因表达水平与多发性骨髓瘤患者的预后呈现负相关,以上指标均可作为多发性骨髓瘤患者死亡的毒理保护性因素,可以在患者的预后分析中作为辅助指标。     

古尔班通古特沙漠固定沙丘上白梭梭和梭梭的空间分布及种间关联性

为了探讨沙漠中固沙灌木种群共存和演替机制, 本文基于古尔班通古特沙漠东南缘固定沙丘上白梭梭(Haloxylon persicum)和梭梭(H. ammodendron)种群的地理位置和生长发育阶段信息(幼株、营养株、生殖株和死株), 采用点格局分析方法(g(r)函数)及Monte-Carlo随机模拟检验和零模型选取的方法, 分析了固沙灌木白梭梭和梭梭种群不同生长发育阶段在0-20 m尺度内的空间分布格局及种间关联性。结果表明: (1)两个种群在研究尺度范围内呈聚集分布, 随着尺度的增大, 其聚集强度逐渐减弱; (2)两个种群整体上呈负关联关系, 尺度越大负关联关系越显著; (3)白梭梭种群生长发育阶段相差越大, 个体间正关联关系越显著; 梭梭种群生长发育阶段越接近, 个体间正关联关系越显著; (4)两个种群中龄级较大的个体(如营养株、生殖株和死株)会对对方种群中龄级较小的幼株产生一定的抑制作用; 同时, 随着两个种群中个体的成长, 双方受到的抑制作用逐渐减弱, 主要表现为正关联和无关联。总体而言, 古尔班通古特沙漠固定沙丘白梭梭和梭梭种群的分布格局整体上为聚集分布, 随龄级增加聚集性减弱, 受生境异质性和扩散限制的影响明显。种间关系多为负相关, 种内不同生长发育阶段之间均为正关联关系。     

准噶尔荒漠土壤多功能性的空间变异特征及其驱动因素

荒漠是重要的陆地生态系统之一, 其生态系统极其脆弱, 极易发生荒漠化。荒漠土壤的稳定和功能对于荒漠生态系统结构和功能的维持至关重要。但在荒漠地区, 大多数土壤功能的研究还主要集中在单一的土壤功能性。本研究基于准噶尔荒漠79个样点的土壤有机碳(SOC)、氮(N)、磷(P)、有效氮(AN)和有效磷(AP)等指标, 通过平均值法和因子分析法计算土壤多功能(soil multifunctionality, SMF)指数, 研究SMF空间变异特征及驱动因素。空间分析所示从整体来看, 荒漠SMF在空间分布上具有较大的异质性, 自西向东, SMF总体呈现逐渐增加的趋势, 而从南向北, SMF呈现先增加后降低的趋势。最优拟合显示, SMF与年均降雨量(MAP)和年均温(MAT)呈显著二次函数关系, 随着MAP和MAT的增加表现出先降低后升高的趋势; SMF与pH和植被增强指数(EVI)呈显著线性关系, SMF随着pH的增加表现出显著降低趋势, 而随着EVI的增加表现为显著上升的趋势; SMF与Aridity (干旱度)之间既符合二次函数关系也呈现线性关系(二者R²相同), 随Aridity增加而减少。结构方程模型结果表明, 土壤含水率(SWC)是SMF变化的最重要的驱动因素, 其次为EVI。土壤pH、SWC、MAT、Aridity和EVI对荒漠SMF具有显著的直接效应, 其中SWC和EVI为显著正效应, 其他为负效应。MAP、经度(Lon)、纬度(Lat)和海拔(Alt)可通过影响MAT等指标对SMF产生间接效应。研究结果对深入理解准噶尔荒漠SMF的空间变异特征及驱动因素具有重要意义, 将有助于预测环境变化对荒漠生态系统多功能性的影响, 为生态系统科学管理服务。