凹凸棒土添加对土壤蒸发及裂缝特征的影响

水分是限制干旱与半干旱地区植被恢复和农业发展的最重要因素之一,减少土壤水分无效蒸发损失可提高水分利用效率。凹凸棒土(ATP)作为一种黏土矿物,其亲水性和吸附性对限制土壤蒸发具有重要作用。本研究选取黄土高原干旱与半干旱区3种不同质地的典型土壤(黑垆土、黄绵土、风沙土),设置5种ATP添加量(0%、1%、2%、3%、4%),使用微型蒸发器在自然条件下进行土壤蒸发试验,探究ATP添加对不同土壤蒸发过程和蒸发面裂缝特征的影响。结果表明: 当ATP添加量<3%时,在同一种土壤下累积蒸发量与蒸发损失率随ATP添加量的增加而减小;ATP添加量为3%时,黑垆土、风沙土的累积蒸发量和蒸发损失率均减小,黄绵土的累积蒸发量和蒸发损失率增加;ATP添加量为4%时,黑垆土的累积蒸发量减小、蒸发损失率增加,风沙土的累积蒸发量增加、蒸发损失率减小,黄绵土的累积蒸发量和蒸发损失率均减小。不同土壤平均累积蒸发量表现为:黑垆土>黄绵土>风沙土。在同一种土壤的整个蒸发过程中,施加ATP处理的土壤含水量始终高于对照。累积蒸发量与时间平方根关系的模拟结果表明,蒸发结束时ATP处理下土壤样品可以释放的水量高于对照。添加ATP后黑垆土和黄绵土的裂缝面密度显著增加,风沙土裂缝面密度随ATP添加量的增加而增加,3种土壤的裂缝面密度在ATP添加量为4%时均达到最大值。ATP添加量为3%时可以在最大程度上减少土壤水分无效蒸发。     

祁连山气候变化特征及其对水资源的影响

祁连山作为我国重要的生态功能区、西北地区重要的生态安全屏障和河流产流区,是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,其生态环境对西北地区经济发展起着重要作用。本研究利用祁连山区气温和降水观测数据、MOD10A2积雪产品以及石羊河、黑河和疏勒河流量资料,系统分析了1961—2020年祁连山区的气候变化特征,以及在气候变暖背景下,气候变化对祁连山区水资源的影响。结果表明: 1961—2020年,祁连山区平均气温呈显著上升趋势,升温速率达0.39 ℃·(10 a)^-1,西段升温速率最大,中、东段次之,冬季升温趋势最显著,春季最小;祁连山区平均气温在1997年发生突变。祁连山区年降水量总体呈波动增加趋势[10 mm·(10 a)^-1],中段增加最明显,2004年以来祁连山区处于多雨时期,气候呈暖湿化趋势;四季降水量均呈增加趋势,夏季降水增加对年降水贡献最大;年降水以年际尺度变化为主,2.8年的年际尺度贡献率高达64.3%。祁连山积雪面积受气温和降雪影响明显,与夏季气温存在负相关,与降雪量存在正相关;2016—2020年,祁连山增温趋缓、降雪增多,积雪面积呈增加趋势。2000年以来,祁连山升温加剧,降水增多,冰雪融水增加,石羊河、黑河和疏勒河出山径流均呈增加趋势。研究结果对祁连山区生态文明建设和应对气候变化具有重要意义。     

顺磁物质对土壤低场核磁共振信号特征及含水量测定的影响

核磁共振(NMR)技术由于具有高效快速、不破坏土壤结构且对人体无害等优点,逐渐被应用到土壤学相关领域研究中。然而,土壤中顺磁物质的存在对核磁共振信号特征的影响仍不明确。本研究旨在揭示顺磁物质对不同类型土壤低场核磁共振(LF-NMR)信号特征和土壤含水量测定的影响。结果表明:土壤水的LF-NMR信号量最高可达150左右,土壤矿物、有机质和微生物等固相物质的LF-NMR信号量基本不超过0.3,相对可以忽略。质地和顺磁物质对土壤水的LF-NMR信号量测量有更大影响。LF-NMR仪器存在弛豫时间监测盲区,信号量损失主要是由于顺磁物质加速了水中氢质子的弛豫过程,导致小孔隙中水分反馈的极快的LF-NMR信号不能被监测设备捕获。对于顺磁物质含量较少的壤性潮土(1.2%)和黏壤性黑土(1.3%),LF-NMR信号量损失不大,其与土壤含水量呈线性关系;但对于黏粒含量(45.3%)和顺磁物质含量(4.0%)较高的黏性红壤,测定中会损失一部分LF-NMR信号量,监测到的LF-NMR信号量与土壤含水量不再呈线性关系。此外,外源添加顺磁物质(3.0 g·L^-1的MnCl₂溶液)也会降低黑土和红壤中可被监测的LF-NMR信号量,黑土和红壤的信号量最大损失率分别为41.0%和46.7%,极大地改变其与土壤含水量之间的定量关系。因此,在利用LF-NMR测量富含顺磁物质(>1.3%)或有外源顺磁物质进入的黏性土壤的含水量时,应先通过校正降低顺磁物质等对LF-NMR信号量的影响。研究结果对利用低场核磁共振技术准确分析土壤水分分布及土壤孔隙结构具有重要意义。     

南亚热带10种造林树种的水力结构和水力安全

南亚热带地区人工纯林面积大, 但是结构简单, 对气候变化响应敏感。在区域气候干旱化的背景下, 造林树种的生理生态策略及其对季节性干旱的响应亟待研究。该研究选择南亚热带地区10种造林树种(包括6种乡土种和4种外来种), 测定这些树种的平均生长速率、水力学性状以及经济学性状, 分析性状与生长速率之间的相关关系, 并比较水力安全边际和气孔安全边际的种间差异。结果发现: (1)造林树种的生长速率与木质部导水率显著正相关, 但与木材密度、比叶面积以及水力安全性指标无显著相关性。(2)造林树种的水分传导效率性和安全性之间没有权衡关系, 外来树种Acacia crassicarpa和Eucalyptus grandis × urophylla同时具有较高的木质部导水率和较强的抗栓塞能力。(3)造林树种的水力安全边际和气孔安全边际的种间差异显著, 大叶相思(Acacia auriculiformis)、红锥(Castanopsis hystrix)、壳菜果(Mytilaria laosensis)和阴香(Cinnamomum burmannii)在干季发生水力失败的风险较高。建议南亚热带人工林的生态监测指标体系中应包括树木水力学性状, 进而为人工林的可持续经营管理提供重要参考。     

樟子松固沙林林水关系研究进展及对营林实践的指导

中国有着世界上最大面积的人工林, 如何维持人工林的可持续性已成为气候变化背景下需要面对的重大挑战。樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)以其抗旱、抗寒、耐贫瘠等优良特性成为中国北方生态治理中最主要的常绿针叶树种之一, 近70年来发挥了巨大的防风固沙与生态固碳功能。然而, 随着林分的生长与气候变化, 樟子松人工固沙林正经历着越来越严峻的环境胁迫, 部分地区出现了林分“早衰”或死亡的现象, 引起了人们对樟子松固沙林适应与应对气候变化能力的担忧。该文在回溯樟子松基本生物学特征与引种推广历史, 系统总结近年来樟子松林林水关系研究新成果的基础上, 全面分析了樟子松固沙林林水关系存在的主要矛盾, 并提出了基于林水关系相协调的林分经营措施的调整: 由倡导防护功能为主的单一目标向包含林分稳定性、生态固碳功能、可持续发展等多目标平衡方向调整; 由以沙地森林景观培育为主向以良好土壤生境培育为主的方向调整; 由倡导天然更新为主向以人工造林与天然更新相结合的世代更新方向调整。在立足于北方沙地脆弱生境与气候变化客观现实的基础背景下, 应坚持樟子松在固沙林生态系统演化过程中的先锋种与建群种地位, 基于“以水定绿”原则, 采取“隔行带伐+再造林”等方式开展林分密度动态调控, 促进林分向异龄林结构演化, 促进樟子松固沙林生态服务的优质化和生态固碳功能的最大化。     

植物子平台及中国数字植物标本馆(CVH)运维: 做法和经验

该文系统介绍了植物子平台所采取的以数字标本质量为导向的数字化技术规范和管理策略,以及CVH网站数据共享规则, 并指出存在的问题及今后努力方向。     

管控视角下生态空间与生态保护红线关系研究

国土空间规划背景下, 生态保护红线是在生态空间的现有基础上提出管控要求, 但其与各类生态空间的管控要求之间是否兼容以及如何协调, 仍需要梳理。本研究首先将生态空间划分为自然和管理两大属性和宏观、中观和微观三个层次进行类型体系梳理; 然后, 基于管控视角, 从管理目标、管控内容与管控强度三方面着重探讨13类生态空间与生态保护红线的差异。在管控目标方面, 两者的支持与调节目标兼容度较高, 供给与文化目标定位差异较大; 在管控内容方面, 差异主要表现在培育修复类和人工利用类; 在管控强度方面, 生态保护红线两级管控强度和生态空间三级管控强度不完全匹配。建议以“两大属性三个层次”系统完善生态空间类型体系, 从管理目标、管控内容与管控强度三方面进行生态空间管控要求体系化构建; 进一步完善生态保护红线管控内容和管控强度, 使其与对应的各类生态空间管控要求更好地协调。     

十种园林植物叶片导热系数及对流换热系数测定

为研究植物层传热特性,选取校园内十种常见园林植物测定其叶片导热系数、叶片与周边空气对流换热系数,拟合导热系数与叶片含水量的近似关系式,对比实验测定对流换热系数与通过经验公式理论计算所得对流换热系数,比较与叶片接触前后空气的相对湿度。结果表明,叶片存在降温增湿作用,在5～25 ℃下叶片导热系数随温度变化较小;叶温20 ℃时,叶片导热系数随叶片含水量降低而减小;实验测试对流换热系数与理论计算结果吻合度较高。     

Patterns of daily stem growth in different tree species in a warm-temperate forest in northern China

Radial growth in trees responds to environmental changes in various ways ranging from immediate to hysteretic responses. However, species-specific tree radial growth patterns and their responses to short-term weather changes are not fully understood. Here, the daily stem radial changes (SRCs) in four common tree species, linden (Tilia mongolica), birch (Betula dahurica), oak (Quercus wutaishanica) and larch (Larix principis-rupprechtii), were monitored with high-resolution point dendrometers during the main growing seasons in 2017–2019 on Dongling Mountain, northern China. The SRC was differentiated into tree water deficit-induced stem shrinkage (TWD) and growth-induced irreversible stem expansion (GRO) to evaluate species-specific responses to weather variables and short-term drought events. We found that the TWD and GRO of the four species were significantly different. The TWD was influenced primarily by the vapor pressure deficit (VPD), whereas the GRO was influenced primarily by precipitation (P). In linden and birch, a larger proportion of the GRO occurred at higher air temperature (T_mean) and VPD values; in contrast, the range of these changes was lower in oak and larch. With the increased durations of drought periods, oak and larch experienced large and rapid increases in TWD, whereas birch and linden showed small and slow increases. These results indicate that oak and larch would be sensitive to warmer and drier weather conditions predicted for the future, while linden and birch would have a conservative growth strategy. Our results provide further insights into the physiology of these four tree species and allow us to better predict the growth response of forest dynamics under climate change.     

Does experimental evolution produce better biological control agents? A critical review of the evidence

Biological control of crop pests is considered a good alternative or complement to the use of pesticides. However, legislation restricts the importation of natural enemies of pests. A potential way to circumvent this limitation is by using experimental evolution and/or artificial selection to improve native biological control agents. Here, we review studies that have used these methodologies and evaluate their success. Experimental evolution or artificial selection has been used on a wide range of traits, with most focusing on improving the performance of natural enemies in ecologically relevant environments, such as in the presence of pesticides or at different temperatures. Although most studies were poorly replicated, the selected traits generally improved following the selection process. However, correlated responses (often in the form of trade‐offs) with other traits of interest were common. We suggest that the selection procedure can be improved by increasing replication and performing experimental evolution under more semi‐natural environments, to ensure that the most useful traits are being selected.