气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅵ. 黑龙江省三江平原地区降水资源变化特征及其对春玉米生产的可能影响

利用黑龙江省三江平原地区1959—2007年降水资料和1983—2007年春玉米生育期资料,采用百分位法确定了各站点的极端降水阈值,结合极端降水频次、强度、最长连续（无）降水日数、极端降水贡献率等指标,分析了三江平原地区极端降水的年际间变化特征、不同等级的降水量变化以及春玉米各生育阶段极端降水的分配特征.结果表明：1959—2007年间,研究区域年降水量呈略微减少趋势,且年降水日数的减幅远大于降水量,年内降水量分布更趋于集中;极端降水频次和强度均呈减少趋势,极端降水频次的年际间波动大于极端降水强度;年极端降水量占全年降水量的比例略有减少,减少趋势不显著;年小雨日数极显著减少,而年中雨日数和年内大到暴雨日数的减少趋势不显著.三江平原地区春玉米各生育阶段的极端降水分配比例由高到低依次为生殖生长阶段、营养生长与生殖生长并存阶段、营养生长阶段和出苗前;春玉米生长季内降水量占年降水量的比例显著减少,导致春玉米生长季缺水的风险加大;春玉米生长季内最长连续无降水日数呈极显著增加趋势,增幅达1.1 d·(10 a) ^-1,而最长连续降水日数却呈极显著下降趋势,减幅为0.5 d·(10 a)^-1,说明研究区自然降水条件下春玉米生长季干旱风险有所加大.     

气候变暖对华北平原玉米叶片形态结构和气体交换过程的影响

未来全球变暖对农田生态系统产生的影响不仅可能改变整个陆地生态系统的碳平衡状态,更重要的是还关系到全球的粮食安全问题。然而,目前有关农作物对全球变暖响应和适应性机理的研究还很少见,尤其是缺少通过农田原位增温实验探讨作物叶片形态结构及其气体交换过程对增温的响应和适应性机理的研究。利用典型农田生态系统的实验增温平台,研究了未来全球气候变暖对我国华北平原重要农作物玉米叶片的形态、结构特征(解剖及亚显微结构)以及气体交换参数所可能产生的影响。研究结果显示,实验增温分别使玉米叶片的宽度和厚度减少了4%(P=0.017)和10%(P0.001)。然而,实验增温却导致叶绿体长度和宽度显著增加46%(P0.001)和50%(P0.001),从而使叶绿体的剖面面积显著增加了141%(P0.001)。另外,研究结果还显示,实验增温分别增加了玉米叶片的净光合速率52%(P=0.019)、气孔导度163%(P=0.001)以及蒸腾速率81%(P=0.017);同时,实验增温使玉米叶片的暗呼吸速率显著降低了24%(P=0.006),但却并没有对细胞间CO2浓度和水分利用效率产生显著的影响。因此,研究结果表明,未来气候变暖不仅会直接改变玉米叶片的形态和结构特征,同时还可能对玉米叶片的功能(例如光合和呼吸等关键生理生化过程)产生显著的影响。     

松嫩平原主要盐碱植物群落生物生态学机制的初步探讨

 本文采用野外调查分析和室内实验相结合的方法,从不同方面初步探讨松嫩平原三个盐碱植物群落的生物生态学机制,实验和分析结果表明：(1)土壤盐碱含量是决定盐碱植物群落组成和分布的主导因素。在植物群落的生态分布上,表现出虎尾草群落、星星草群落和碱蓬群落对盐碱的耐性有逐渐增强的趋势。(2)在实验室控制条件下,群落的建群种碱蓬、星星草、虎尾草对盐碱生境的生理适应性依次减弱。(3)在盐碱含量不同的土壤上,星星草体内脯氨酸含量与土壤总含盐量,特别是土壤中Na+含量呈正相关,说明植物通过调节体内某些生理反应来适应盐碱生境。上述结果初步揭示了松嫩平原主要盐碱植物群落的生物生态学机制。     

东北三江平原覆盖作物种植效果

以土壤紧实度、冬前生物量、根系性状、植株氮累积量等为指标对供试12种覆盖作物(豆科:紫花苜蓿、光叶苕子、毛叶苕子、红三叶、白三叶、箭筈豌豆;非豆科:苏丹草、青萝卜、Nitro radish、甘蓝型油菜、羽衣甘蓝、菊苣)在东北三江平原地区的种植效果及应用潜力进行综合评价。结果表明: 12种覆盖作物在试验播期均能正常生长,不同覆盖作物与对照相比均有利于降低土壤紧实度,其中青萝卜、Nitro radish和苏丹草土壤紧实度下降最显著,分别较对照下降了47.1%、43.4%和33.4%;覆盖作物群体冬前鲜生物量为3.38～13.98 kg·m^-2,干生物量为0.78～2.43 kg·m^-2,非豆科覆盖作物的生物量显著高于豆科覆盖作物;覆盖作物的群体根系体积以萝卜、油菜、菊苣较大,尤其Nitro radish的根体积高达4018.5 cm³·m^-2,苏丹草的根系横向延展范围最宽;豆科覆盖作物的灰分含量显著低于非豆科覆盖作物,能提供更多易分解的有机物质;覆盖作物总氮积累量为18.72～53.09 g·m^-2,其中,羽衣甘蓝和菊苣的氮积累量最高,且生物量相对较大,有利于氮的积累和固定。在三江平原地区根据主栽作物的类型与冠层结构,选择豆科的三叶草、苕子、紫花苜蓿和非豆科的萝卜、羽衣甘蓝、苏丹草作为覆盖作物进行行间或行内混播的种植方式,可以在调控土壤结构的同时促进养分循环,有利于三江平原黑土地力的提升。     

辽河三角洲湿地生长季蒸散量时空格局及影响因素

蒸散是湿地系统水分损失的重要途径之一,有效量化湿地蒸散量并对其时空格局进行研究具有重要意义。本文以Landsat数据和气象观测数据为基础,利用SEBAL模型估算辽河三角洲湿地1985—2017年共8期植被生长季的蒸散量,并分析其时空格局和影响因素。结果表明:(1)反演得到的蒸散量平均相对误差为9.01%,估测值与实测值相关系数为0.61,基本满足湿地蒸散研究需求;(2)研究区多年日蒸散量均值和相对变化率整体呈双峰态势,极小值出现在2005年,极大值出现在1989年和2014年;(3)日蒸散量具有水陆交界处最低、西部较低、中东部和南部高的趋势,具有显著的空间分异特征;(4)不同土地利用/覆被类型的蒸散量大小依次为:水体区湿地植被区非湿地植被区非植被区(除水体外),多年不同土地利用/覆被类型的蒸散量变化也呈双峰态势,日总蒸散量变化与土地利用转型有关,土地利用/覆被是导致湿地蒸散时空分异的重要因素;(5)平均蒸散量与太阳辐射、气温、风速、相对湿度四个气象因子加权值显著相关,相关系数为0.69,两者年际波动趋势基本一致,蒸散量变化与气象条件变动联系密切。     

Estimating regional landbird populations from enhanced North American Breeding Bird Surveys

Estimating the size of bird populations is central to effective conservation planning and prudent management. I updated estimated regional bird populations for the East Gulf Coastal Plain of Mississippi using data from 275 North American Breeding Bird Surveys from 2009 to 2013. However, regional bird populations estimated from count surveys of breeding birds may be biased due to lack of empirical knowledge of the distance at which a species is effectively detected and the probability of detecting a species if it is present. I used data recorded within two distance classes (0–50 m and >50–400 m) and three 1‐min time intervals on 130 Breeding Bird Surveys to estimate detection probability and effective detection distance for 77 species. Incorporating these empirical estimates of detection probability and detection distance resulted in estimated regional populations for these species that were markedly greater than regional populations estimated without species‐specific estimates of detection parameters. Using the same Breeding Bird Survey data, I also estimated probability of site occupancy for 66 species and extrapolated this to the proportion of area occupied in the East Gulf Coastal Plain of Mississippi. I combined the area occupied with the reported range of breeding territory size for 54 species to obtain independent estimates of regional bird populations. Although the true population of these species is unknown, estimated populations that incorporated empirical estimates of detection probability and detection distance were more likely to be within the range of independently estimated, occupancy‐based, regional population estimates than were population estimates that lacked empirical detection and distance information.     

Biogeochemical cycle of Sulfer in the Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem in the Sanjiang Plain, China

To better understand the Sulfur (S) cycle in the wetland ecosystem, the S cycle and its compartmental distribution within an atmosphere-plant-soil system were studied using a compartment model in the Calamagrostis angustifolia wetland in the Sanjiang Plain, Northeast China. The results showed that the soil was the main S storage and flux hinge in which 97.78% S was accumulated. In the plant subsystem, the root was the main S storage, and it remained at 79.60% of the total S contents, which in the Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem showed that the parts above the ground took up 0.75 g S/m², the S re-transferring biomass to the root was 0.24 g S/m², and to the litter was 0.51 g S/m²; the root took up 3.76 g S/m² and the S transferring biomass to the soil took up 3.07 g S/m²; the litter S biomass was 0.75 g S/(m²·a) and the S transferring biomass to the soil was more than 0.52 g S/(m²·a). The emission amount of H2S from the Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem to the atmosphere was 1.42 mg S/m², whereas carbonyl sulfide (COS) was absorbed by the Calamagrostis angustifolia wetland from the atmosphere and the absorption amount was 1.83 mg S/m². The S input biomass from the rain to the ecosystem was 4.85mg S/m² during the growing season. The difference between input and output amounts was 5.26 mg S/m², which indicated that S was accumulated in the ecosystem and would lead to wetland acidification in the future.     

三江平原土壤动物群落多样性对CO2浓度升高的响应

为研究大气CO₂浓度升高条件下土壤动物的响应, 本文采用开顶式气室(OTC)控制大气CO₂浓度, 设置了3个梯度, 分别为低浓度370 ppm背景CO₂ (AC)、中浓度550 ppm CO₂ (EC1)和高浓度700 ppm CO₂ (EC2)。于2017年秋季取样并用改良Tullgren干漏斗法和Baermann湿漏斗分离土壤动物。结果表明: (1)共捕获土壤动物6,268头, 隶属于7纲15目, 优势类群为甲螨亚目, 占捕获量的88.13%; 常见类群为弹尾目和双翅目幼虫, 合计占捕获量的9%。不同CO₂浓度水平下, 优势类群(甲螨亚目)和常见类群(弹尾目、双翅目幼虫)相同, 但是稀有类群存在一定差异。(2) CO₂浓度升高显著增加了甲螨亚目的类群数和个体密度, 显著降低了弹尾目的类群数和个体密度, 对其他土壤动物无显著影响。(3)三江平原不同浓度条件下土壤动物的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数均为AC > EC1 > EC2, 而优势度指数为EC2 > EC1 > AC, 丰富度指数为AC > EC2 > EC1。研究表明, 气候变化有可能影响土壤动物的群落结构以及土壤动物的多样性。     

辽河铁岭段水生生物和微生物状况、评价及变化趋势

以2003年至2007年辽河铁岭段水生生物浮游植物、微生物监测数据为基础,应用Shannon-Wiener多样性指数法和Kolkwitz-Marsson污水生物系统法等生物学指标分析方法,分析辽河铁岭段水质状况,评价水质质量,划分水质污染等级,得出水质变化趋势。     

松嫩平原两种碱蓬群落土壤种子库通量及幼苗死亡的分析

角碱蓬和翅碱蓬都是１ａ生耐碱性较强的藜科植物。在松嫩平原碱化草甸２个固定的单优碱蓬群落土壤中有活力种子的数量动态和种群动态的研究结果表明：土壤种子库存量在尚未萌发输出以前为最大,角碱蓬群落为２２２６０粒／ｍ＾２,翅碱蓬群落为３７２３０粒／ｍ＾２。整个生长季均有种子输出,２群落的种子库存率随着时间呈渐近形式规律地下降。现存植株数量角碱蓬种群以５月上旬最大,为１９４８０株／ｍ＾２,翅碱蓬则在４月上旬最