小叶锦鸡儿灌丛化对典型草原群落结构与生态系统功能的影响

草原灌丛化是全球干旱半干旱地区面临的重要生态问题。灌丛化对草原生态系统结构与功能的影响较为复杂, 有待于在更广泛的区域开展研究。该研究在内蒙古锡林郭勒典型草原选择轻度、中度和重度灌丛化草地, 通过群落调查, 结合植物功能性状和土壤理化性质观测, 研究了小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛化对草原群落结构(物种多样性、功能多样性和功能群组成)和生态系统功能(初级生产力、植被和土壤养分库)的影响。结果表明: 1)不同程度灌丛化草地的物种丰富度、功能性状多样性和群落加权性状平均值差异显著, 其中, 中度灌丛化草地的物种多样性和功能多样性较高, 表明一定程度的灌丛化有利于生物多样性维持。2)重度灌丛化草地的地上净初级生产力(ANPP)显著高于轻度和中度灌丛化草地, 其原因主要是随着灌丛化程度加剧, 群落内一/二年生草本植物显著增加, 而多年生禾草和多年生杂类草显著减少。三个灌丛化草地的植被叶片和土壤碳、氮库差异均不显著。3)灌丛化对草原生态系统功能包括ANPP、植被和土壤养分库均没有直接的影响, 而是通过影响功能群组成、土壤理化性质和功能多样性, 间接地影响生态系统功能; 灌丛化导致功能群发生替代和土壤旱碱化是最重要的生物和非生物因素。     

青海祁连瑞香狼毒的光谱差异特征提取

瑞香狼毒是分布在青海省高寒草甸的主要毒害草之一,近年来其迅速蔓延对当地畜牧业危害严重并使草地生态系统日趋退化.在海北州祁连县选取狼毒分布的典型退化草甸,采用2012—2014年狼毒盛花期获取的实测光谱数据,分析狼毒与牧草的光谱差异性.结果表明： 在350~900 nm的可见光 近红外波段,狼毒顶花的光谱反射特征明显异于狼毒叶片和同期牧草等绿色背景,顶花与绿色背景的光谱反射率差异主要体现在红谷和蓝谷.随着盖度的增加,狼毒群落光谱反射率整体升高,在近红外反射峰处狼毒群落与牧草群落光谱反射率具有最大差值,且不同盖度狼毒群落之间的差异性最明显.顶花与绿色背景以及狼毒群落与牧草群落的一阶导数光谱差异均体现在黄边幅值和蓝边幅值.狼毒群落盖度与光谱特征参量的线性回归分析表明,红谷与狼毒群落盖度的相关性最好(R²=0.94),反演狼毒群落盖度的精度最高.盛花期区分狼毒与牧草的主要光谱特征参量为红谷、蓝谷与近红外反射峰,其对应的红、蓝及近红外波段的组合可用于构建狼毒提取的敏感指数.     

广西中南部耕地土壤有机质和全氮变化的遥感监测

以1981年、2011年土壤数据为基础,以AVHRR和MODIS遥感影像为数据源,通过研究广西中南部土壤有机质、全氮及其变化与归一化差异植被指数(NDVI)、植被覆盖度、植被净初级生产力(NPP)等遥感因子之间的耦合关系,建立表层土壤有机质、全氮含量变化的遥感监测模型。研究表明:近30年来,研究区土壤有机质、全氮变化均呈极显著上升趋势,分别增加了5.43g/kg和0.21g/kg;1981—2011年间,NDVI、植被覆盖度和NPP 3个遥感因子变化趋势一致,均呈现缓慢上升趋势,且遥感因子变化与有机质、全氮变化均具有显著正相关关系;利用逐步线性回归方法,建立土壤有机质、全氮变化的遥感监测模型,分别能够解释有机质、全氮变化的16.9%和20.3%;根据所建模型对研究区耕地土壤有机质、全氮变化可进行空间预测制图。结果表明,研究区内耕地土壤表层有机质、全氮分别上升了6.65g/kg和0.31g/kg,验证结果显示遥感模型能够反映出不同区域土壤有机质和全氮长期变化的空间特征。     

暖温带乔木和灌木物候变化及对气候变化的响应

根据2003-2014年气象数据和暖温带3种乔木(辽东栎、五角枫和核桃楸)和3种灌木(土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木)的物候观测数据资料, 采用气候倾向率和回归分析等方法, 观察乔木和灌木物候变化特征的差异, 分析温度、降水以及乔木、灌木的物候变化趋势, 同时对气象因子与乔木和灌木物候期的相关关系进行研究。结果表明: ①研究期间, 北京东灵山平均气温呈不显著的上升趋势, 气候倾向率为0.200℃·10a–1, 春季(3–5月)和夏季(6-8月)温度显著上升; 降水量呈下降趋势, 平均减少71.630 mm·10a–1, 总体呈暖、干的趋势。②3种乔木的生长季长度都缩短, 辽东栎、五角枫和核桃楸平均生长季长度分别缩短50.70 d·10 a–1、29.83 d·10a–1和22.36 d·10a–1。3种灌木的生长季长度也都缩短, 土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木的平均生长季长度分别缩短42.55 d·10a–1、42.76 d·10a–1和38.15 d·10a–1。乔木和灌木的物候变化趋势相同, 整体表现为春季物候推迟, 秋季物候提前, 生长季长度都缩短且生长季长度相差不大。乔木和灌木都表现出芽期推迟最明显, 每10年推迟达19天以上。③乔木和灌木各物候期与气温总体表现为负相关, 即气温升高, 物候期提前, 其相关性显示出夏季(6-8月)温度对植被物候期影响较大, 夏季温度与各物候期表现为正相关, 即夏季温度升高, 物候期推迟。同时乔木和灌木与总体降水没有明显的相关关系, 但秋季物候与不同时段降水表现不同的相关性, 由此可知夏季温度变化对木本植物春季物候(出芽期、展叶期和首花期)的影响更大, 而秋季物候(叶变色期和落叶期)受温度和降水共同影响。     

广西西江经济带生态重要性分区及其与建设用地的空间叠置关系

生态重要性评价是识别重要生态功能区、优化区域空间开发格局的有效途径。本文提出了基于生态因子适宜性和生态区位重要性的分项评价、进行生态重要性整合分析的研究思路,以广西西江经济带为案例区,开展生态重要性评价及其与现状建设用地的空间叠置关系研究。结果表明,经济带极重要区、很重要区、重要区、一般区、不重要区所占比重分别为16%、36%、17%、15%、16%;西部地区重要性相对较高,东部地区重要性居中,中部地区重要性较低。已有城镇建设用地和农村居民点主要分布在不重要区、重要区和很重要区,工矿用地分布相对分散。依据重要性评价结果进行有选择、有导向的生态空间占用,可在一定程度上减轻区域工业化和城镇化所带来的生态环境压力,实现区域可持续发展。     

松嫩平原农业区土壤理化性质与真菌代谢产物——球囊霉素相关土壤蛋白的关系

对不同土壤深度的真菌特征代谢产物球囊霉素相关土壤蛋白(glomalin-related soil protein,GRSP)与土壤理化性质相关关系的研究,有助于揭示土壤真菌在不同土壤深度对养分的调节作用。本研究在松嫩平原农田5个土层(0~100 cm)采集360个土样,分析了易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)、总提取球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)含量和11个土壤理化性质指标及其相关关系。结果表明:表层EE-GRSP和T-GRSP平均含量为0.74和6.0 mg·g-1,随土层加深均呈显著下降趋势;深层土壤养分储量较大,有机碳、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾储量在深层(40~100 cm)占总储量的41.2%~62.8%;土壤p H、容重、含水量和电导率也表现了明显的垂直变化规律;各理化性质在不同土层与GRSP的相关关系不同,有机碳在全部深度与GRSP均有显著的相关关系,而p H与GRSP均在20~100 cm深度有极显著的相关性(P0.01),且与EE-GRSP、T-GRSP显著相关的理化性质指标分别在60~80、20~60 cm最多,在表层最少;GRSP在深层土壤与各指标的相关性与表层不同,可能会影响GRSP对不同土壤深度养分的调节功能;鉴于深层土壤中GRSP与养分显著相关,本研究提出,种植与土壤真菌具有共生关系的深根性植物是对富集养分的深层土壤进行生物修复的有效方法。     

Ecosystem nitrogen fixation throughout the snow‐free period in subarctic tundra: effects of willow and birch litter addition and warming

Nitrogen (N) fixation in moss‐associated cyanobacteria is one of the main sources of available N for N‐limited ecosystems such as subarctic tundra. Yet, N₂ fixation in mosses is strongly influenced by soil moisture and temperature. Thus, temporal scaling up of low‐frequency in situ measurements to several weeks, months or even the entire growing season without taking into account changes in abiotic conditions cannot capture the variation in moss‐associated N₂ fixation. We therefore aimed to estimate moss‐associated N₂ fixation throughout the snow‐free period in subarctic tundra in field experiments simulating climate change: willow (Salix myrsinifolia) and birch (Betula pubescens spp. tortuosa) litter addition, and warming. To achieve this, we established relationships between measured in situ N₂ fixation rates and soil moisture and soil temperature and used high‐resolution measurements of soil moisture and soil temperature (hourly from May to October) to model N₂ fixation. The modelled N₂ fixation rates were highest in the warmed (2.8 ± 0.3 kg N ha^?1) and birch litter addition plots (2.8 ± 0.2 kg N ha^?1), and lowest in the plots receiving willow litter (1.6 ± 0.2 kg N ha^?1). The control plots had intermediate rates (2.2 ± 0.2 kg N ha^?1). Further, N₂ fixation was highest during the summer in the warmed plots, but was lowest in the litter addition plots during the same period. The temperature and moisture dependence of N₂ fixation was different between the climate change treatments, indicating a shift in the N₂ fixer community. Our findings, using a combined empirical and modelling approach, suggest that a longer snow‐free period and increased temperatures in a future climate will likely lead to higher N₂ fixation rates in mosses. Yet, the consequences of increased litter fall on moss‐associated N₂ fixation due to shrub expansion in the Arctic will depend on the shrub species’ litter traits.     

宁夏平原北部地下水埋深浅地区不同灌木的水分来源

宁夏平原北部引黄灌区地下水埋深浅是该地区土壤盐碱化的主要原因, 种植耐盐植物可以吸收利用地下水, 在降低地下水位的同时可以减少对地面灌溉的依赖。为了分析银川平原北部4种灌木对不同水源的利用特征, 于2010年生长季测定了灌溉前后20年生多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、3年生多枝柽柳、3年生宁夏枸杞(Lycium barbarum)和3年生四翅滨藜(Atriplex canescens)木质部水及不同潜在水源稳定氧、氢同位素组成(δ¹⁸O和δD), 应用IsoSource同位素线性混合模型估算了不同灌木对不同水源的利用率。同时测定了0-200 cm土壤剖面的全盐含量、含水量和pH值以及灌溉前后光合气体交换参数。结果表明: 不同深度土壤水δ¹⁸O和δD值存在较大差异, 并呈规律性变化。土壤水δ¹⁸O和δD值随深度加深呈逐渐降低的趋势。灌溉后80 cm以上土壤水δ¹⁸O和δD值低于灌溉前。无论灌溉前还是灌溉后, 20年生多枝柽柳与3年生灌木相比具有更低的δ¹⁸O和δD值。灌溉前, 3年生多枝柽柳、宁夏枸杞和四翅滨藜主要利用表层土壤水(70.1%、52.3%和48.9%); 20年生多枝柽柳对地下水的利用率最高(21.5%)。灌溉后, 3年生多枝柽柳和宁夏枸杞对80-140 cm土壤水利用率较高(59.5%和58.8%)。20年生多枝柽柳对地下水的利用率最高(18.3%)。灌溉前, 20年生多枝柽柳净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著高于其他3种灌木, 灌溉后3年生四翅滨藜净光合速率最高。灌溉对3年生多枝柽柳和宁夏枸杞的净光合速率和气孔导度有显著影响。无论灌溉前还是灌溉后, 3年生四翅滨藜瞬间水分利用效率均高于其他3种灌木。研究表明, 不同灌木在不同水分条件下水分利用策略不同, 这主要与植物种类及树龄有关。灌溉前幼龄多枝柽柳凭借其对干旱较强的忍耐能力利用浅层不饱和土壤水, 灌溉后其又转而利用中层土壤水, 表现出潜水湿生植物的特征, 主要吸收利用深层土壤水分, 对灌溉反应不明显。     

天山林区雪岭云杉和异果小檗夏季水分来源

天山雪岭云杉针叶林内乔灌木水分利用模式尚不明确,水分利用动态缺乏定量分析。本研究对雪岭云杉和伴生灌木异果小檗茎杆木质部水及各潜在水源的氢氧稳定同位素组成进行测定,运用IsoSource模型定量分析两树种夏季对各潜在水源的相对利用比例。结果表明: 7月,土壤含水量充足时,雪岭云杉和异果小檗主要吸收利用60 cm以上土壤水,相对利用比例分别为73.8%和63.2%。8月,土壤含水量相对较低时,雪岭云杉水分来源保持稳定,对60 cm以上土壤水的相对利用比例为69.5%;异果小檗则转换至利用更深层的水源,对0～20 cm浅层土壤水的相对利用比例降至14.3%,主要吸收利用中层(20～60 cm)和深层(60～100 cm)土壤水,相对利用比例为67.7%。9月,随着0～20 cm浅层土壤含水量升高,两树种恢复对浅层土壤水的吸收利用,相对利用比例达95.0%。综上,雪岭云杉表现出典型的浅根系特征,其吸收利用的水源主要来自浅层土壤水;异果小檗则能够在0～100 cm的土壤各层吸收利用水分,同时随土壤含水量的变化灵活转换其水源,从而应对环境水分变异。     

阿拉善荒漠灌木根际中、微量元素含量特征

探讨了阿拉善干旱荒漠区霸王、白刺、红砂、沙冬青、沙木蓼、梭梭和驼绒藜7种旱生灌木根际与非根际土壤Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu的含量特征.结果表明:(1)除梭梭根际pH值高于非根际之外,其余6种灌木根际土壤均表现出不同程度的酸化作用.(2)7种灌木根际全钙和交换性钙的含量均低于非根际.除沙木蓼和驼绒藜外,其余5种灌木根际全镁含量均高于非根际,白刺的富集率最高,为43.04%;除沙木蓼外,其余灌木根际交换性镁的含量均有所富集,梭梭的富集率最高,为26.52%.(3)7种灌木根际全铁、全锰、全锌含量总体上小于非根际,但是根际有效铁、有效锰、有效锌含量均大于非根际,表现出明显的富集效应,沙木蓼根际有效铁、有效锰、有效锌的富集率最高,分别为:29.76%、20.92%、86.99%.(4)沙木蓼根际全铜和有效铜含量略高于非根际.梭梭根际全铜含量低于非根际,但梭梭根际有效铜含量却有富集的趋势.其余五种灌木根际全铜和有效铜含量均低于非根际.(5)根际及非根际土壤各养分性状之间,存在复杂的相关性.