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    2019年 第38卷 第5期    刊出日期:2019-05-10
    目录
    2019, 38(5):  0. 
    摘要 ( 243 )   PDF (489KB) ( 60 )  
    研究报告
    放牧对不同径级胡杨根际土壤真菌群落代谢特征的影响
    王文娟,王健铭,张天汉,曲来叶,李景文
    2019, 38(5):  1267-1275. 
    摘要 ( 408 )   PDF (958KB) ( 151 )  
    放牧是干旱区主要的人类干扰活动,对土壤微生物的结构和组成具有重要影响。分析放牧对干旱区胡杨绿洲土壤真菌群落功能性质的影响对认识干旱区元素循环和生态系统维持与稳定具有重要意义。在额济纳胡杨林绿洲,依据胡杨林放牧差异(牲畜的数量、放牧频率)选取3个放牧强度样地:重度放牧(heavy grazing, HG)、中度放牧(moderate grazing, MG)和轻度放牧(light grazing, LG);设置A(胸径:0~10 cm)、B(胸径:10~20 cm)、C(胸径:20~30 cm)、D(胸径:30~40 cm)和E(胸径:>40 cm)5个胡杨径级,采用BiologFF微平板方法分析真菌群落代谢特征。结果表明:胡杨径级对其根际真菌群落代谢活性具有显著影响,解释率为7.8%;根际真菌群落代谢活性随放牧强度的增加而减弱(AWCDLG>AWCDMG>AWCDHG);轻度放牧情况下,胡杨径级对真菌群落代谢活性不具有显著影响,而在中度和重度放牧下,不同径级胡杨根际真菌群落代谢活性之间具有显著性差异,说明放牧对不同径级胡杨具有不同影响,从而导致其根际真菌群落代谢活性的差异性响应;放牧和胡杨径级对胡杨根际真菌群落的总碳源利用率和各分类碳源利用率均不具有交互作用,但对功能多样性指数具有交互影响,表明各径级下,不同放牧强度没有改变真菌的整体代谢强度,但改变了真菌群落的组成结构;此外,放牧强度和径级大小主要是通过改变利用小分子碳源的真菌而影响真菌群落代谢特征的。
     
    氮添加对高寒草甸植物功能群数量特征和光合作用的影响
    沈豪,董世魁,李帅,许驭丹,韩雨晖,张静
    2019, 38(5):  1276-1284. 
    摘要 ( 350 )   PDF (1606KB) ( 76 )  
    氮沉降对植物群落的影响,特别是对脆弱生态系统中植物群落的影响,一直是生态学研究的热点问题。为了更好地探究氮沉降对脆弱生态系统植物群落不同功能群生理生态特征的影响,以青藏高原高寒草甸为研究对象,将植物群落划分为禾本科、莎草科、杂类草3种不同功能群,通过模拟氮沉降试验,观测不同氮添加水平下(0、8、24、40、56、72 kg·hm-2·a-1)3种功能群数量特征和净光合速率的动态变化,以期揭示植物对氮沉降的响应规律。结果显示:1)氮添加对不同功能群植物数量特征的影响具有显著差异,氮添加提高了莎草科的多度和高度,而对禾本科和杂类草的多度和高度无显著影响(P>0.05),禾本科的地上生物量随着氮添加水平的升高表现出先下降后上升的变化趋势,而莎草科和杂类草的地上生物量随着氮添加水平的升高均表现出下降趋势;2)氮添加对不同功能群植物光合作用的影响有显著差异,禾本科的净光合速率(Pn)随着氮添加水平的升高表现出先下降后上升的变化趋势,而莎草科和杂类草净光合速率均表现出线性下降趋势,氮添加显著提高了不同功能群植物的气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)。3)三个功能群植物的净光合速率与地上生物量之间均呈显著正相关。研究表明,短期高氮添加会削弱植物的光合能力,降低植物地上生物量的积累,抑制植物生长。
     
    昆嵛山腮扁叶蜂发生与赤松纯林林分因子的关系
    胡瑞瑞,梁军,谢宪,黄咏槐,苑晓雯,王俊,张英军,张星耀
    2019, 38(5):  1285-1291. 
    摘要 ( 183 )   PDF (569KB) ( 58 )  
    为了解林分因子与昆嵛山腮扁叶蜂发生的关系,为昆嵛山赤松纯林的营林措施和昆嵛山腮扁叶蜂的防控技术提供理论指导,本研究在昆嵛山区域选取林龄相对一致(34±2 a)的赤松纯林为对象,调查林分密度、郁闭度、草本盖度、树高、枝下高、胸径、冠幅7个林分因子以及昆嵛山腮扁叶蜂虫巢数。依据虫情指数的分布范围,将样地分为4组,通过方差分析和多重比较研究了4组样地中各项林分因子的差异性。采用逐步回归法,筛选出影响昆嵛山腮扁叶蜂虫情指数的关键因子,在此基础上通过偏相关分析和单因素方差分析法进一步阐明关键因子与虫情指数之间的关系。结果表明,7个林分因子在4组样地中均存在极显著的组间差异。逐步回归筛选出冠幅、枝下高和林分密度为影响昆嵛山腮扁叶蜂发生的关键因子,根据关键因子建立了虫情指数的线性预测方程。冠幅和枝下高对昆嵛山腮扁叶蜂虫情指数的影响均达到极显著正相关水平(P<0.01),林分密度对昆嵛山腮扁叶蜂虫情指数的影响为极显著负相关(P<0.01)。影响虫情指数的关键因子可能会因林分的不同而不一致,因此要根据关键因子调整林分结构,以达到控制虫害流行的目的。
    安徽九华山风景区古树群落主要种群生态位的动态变化
    董冬,许小天,周志翔,何云核,王存志,石方可,高陆陆
    2019, 38(5):  1292-1304. 
    摘要 ( 279 )   PDF (1250KB) ( 117 )  
    开展古树群落生态位特征及动态变化研究,可以了解物种对环境资源的利用和适应,为古树资源的保护和管理提供科学依据。本文基于九华山古树群落固定样地的动态监测,分析了2007—2017年间古树群落主要种群物种重要值、生态位宽度和生态位重叠等变化。结果表明:2007年样地中有物种230种,到2017年,有39种从群落中消失,12种进入群落;从重要值变化看,10年间细叶青冈(Cyclobalanopsis myrsinaefolia)、枫香(Liquidambar formosana)、灯台树(Cornus controversa)、檫木(Sassafras tzumu)等古树种群优势地位进一步增强,而马尾松(Pinus massoniana)、金钱松(Pseudolarix amabilis)、白玉兰(Magnolia denudate)等古树种群的优势地位逐步减弱;在生态位宽度的变化上,细叶青冈依然是乔木层宽度最大物种,但灌木层生态位最宽物种阔叶箬竹(Indocalamus latifolius)被细叶青冈幼树和常春藤(Hedera nepalensis var.sinensis)取代,细叶青冈种群对环境资源的利用进一步增强。而优势种中,古树种群金钱松、白玉兰、马尾松生态位宽度变窄,对资源的利用能力以及对环境的适应能力有所下降。Bray-Curtis聚类分析将各群落层次优势种分为3组,其中,古树种群灯台树、细叶青冈、枫香、白玉兰聚为一类,生态位宽度相似性高;10年间生态位重叠值超过0.2的种对所占比例增加明显,群落优势种可能因利用相同资源而产生的种间竞争趋于激烈,亦可能是不同物种可以从不同的角度和侧面利用资源,形成相对稳定又处于相互竞争的动态平衡。在九华山风景区,古树种群细叶青冈、枫香、灯台树等在群落中较为稳定,但金钱松、马尾松等的优势地位存在被环境适应能力强的其他树种替代的可能。
    样地面积对黔中喀斯特石漠灌丛林植物多样性的影响
    张喜,霍达,向凯旋,侯贻菊,谢涛,崔迎春
    2019, 38(5):  1305-1313. 
    摘要 ( 218 )   PDF (834KB) ( 60 )  
    在生境要素及植被发育程度相似的黔中喀斯特石漠灌丛林内,一次性完成12个200 m2样地及其中96个25 m2样方的调查,采用改进的巢式样方法研究植物多样性指数值随样地面积增加的变化规律,并为确定植物多样性研究的最小调查样地面积提供科学依据。结果表明:随着有序样地面积增大,灌木植物Patrick指数、Gleason指数及Margalef指数值增加,Shannon指数、Pielou指数及Alatalo指数值先增后减,样地间6种植物多样性指数值的差异性显著;Simpson指数及McIntosh指数值也先增后减,但样地间2种植物多样性指数值的差异性不显著。8种植物多样性指数按信息保存量≥80%划分,最小调查样地面积被划分为2种类型:100 m2样地包括Patrick指数,反映物种数量多少;25 m2样地包括Gleason指数、Margalef指数、Simpson指数、Shannon指数、Pielou指数、Alatalo指数及McIntosh指数,反映植物多样性及均匀度。8种植物多样性指数值的Connor & McCoy模型拟合效果较好、de Caprariis模型及MichaelisMenton模型拟合效果较差,Patrick指数和Margalef指数的Arrhenius模型及Logistic模型拟合效果也较好。8种植物多样性指数与96个样方的灌木植物平均高度和草本植物平均盖度的相关性显著,与草本植物平均高度的相关性不显著。主成分分析表明,立地要素、林分密度及林分空间属性对石漠灌丛林灌木植物多样性的贡献率分别为4.3%~11.7%、35.4%~67.9%和20.4%~60.2%,灌木植物多样性主要受林分结构及发育程度的影响。
    大兴安岭南瓮河落叶松-白桦混交林地表可燃物含水率
    胡海清,罗碧珍,罗斯生,孙龙
    2019, 38(5):  1314-1321. 
    摘要 ( 198 )   PDF (667KB) ( 110 )  
    以大兴安岭南瓮河国家级自然保护区落叶松-白桦混交林的阳坡和阴坡2种林分为研究对象,监测2种林分在不同防火期的地表可燃物含水率的动态变化,采用基于平衡含水率和时滞的直接估计法,分析防火期和坡向对地表可燃物含水率预测模型精度的影响。结果显示:不同防火期林内气象因子(防火期影响)及林分郁闭度(坡向影响)不同,地表可燃物含水率变化呈现差异(P<0.05),秋季>春季,阳坡>阴坡。在构建的地表可燃物含水率预测模型中,秋季防火期预测模型精度优于春季防火期预测模型精度,阳坡预测模型精度优于阴坡预测模型精度。因而,在进行森林火险预测预报时,需考虑坡向和防火期对可燃物含水率的影响,分别建立不同的预测模型,将有助于提高火险预测预报精度。
    基于化感效应的米槁-绿壳砂林药间作系统可行性评价
    陈敬忠,刘济明,熊雪,黄小龙,童炳丽,文安来
    2019, 38(5):  1322-1330. 
    摘要 ( 217 )   PDF (965KB) ( 69 )  
    为实现对土地资源的合理利用,降低田间管理成本,从化感角度出发,对构建米槁绿壳砂林药间作系统的可行性进行评价,为米槁林下作物套种提供理论支撑。本研究设置不同浓度的米槁果皮与叶片水浸提液处理绿壳砂种子和幼苗,观察其对绿壳砂的化感影响。结果表明:果皮与叶片高浓度水浸提液对绿壳砂种子有显著抑制作用(50 mg·mL-1),绿壳砂的总生物量与苗高随着米槁果皮与叶片水浸提液浓度的增加,总体呈现出低促高抑的现象;米槁果皮水浸提液处理下,可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量、MDA含量显著下降,可溶性糖含量、土壤多酚氧化酶活性、脲酶活性显著上升;米槁叶片水浸提液处理下,MDA含量、SOD活性、脲酶活性显著上升,游离脯氨酸含量显著下降;采用GC-MS法从米槁果皮和叶片鉴定出92个化合物,其中7个与米槁的化感作用关系密切;米槁果皮与叶片对绿壳砂幼苗存在一定化感作用,但化感作用最强部位(果皮)不会在林下大量堆积;在米槁田间管理中及时清理米槁林下落果、落叶等凋落物,在米槁林下套种绿壳砂时采取幼苗移栽法,构建米槁绿壳林药间作经营体系具有一定现实可行性。
    基于Gash修正模型模拟侧柏及其混交林的林冠截留过程
    李亦然,马睿,张永涛,程甜甜,李泽东,牛勇
    2019, 38(5):  1331-1338. 
    摘要 ( 158 )   PDF (686KB) ( 66 )  
    为探究Gash修正模型对纯林及混交林林冠截留模拟的适用性和差异性,以北京市八达岭森林公园侧柏纯林和侧柏黄栌混交林为研究对象,以研究区2013年5—10月的实测资料为基础数据,运用Gash修正模型对其林冠截留过程进行模拟,并分析模型参数敏感性。结果表明:(1)侧柏(Platycladus orientalis)纯林的穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量的实测值分别为395.2、22.3和129.5 mm,相对应的Gash修正模型模拟值分别为415.80、18.04和113.09 mm,相对误差分别为5.2%、19.0%和12.7%;侧柏黄栌(Cotinus coggygria)混交林的穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量的实测值分别为414.6、12.2和120.1 mm,相对应的Gash修正模型模拟值分别为454.26、10.27和82.40 mm,相对误差分别为9.6%、15.6%和31.4%;(2)选择Gash修正模型中的饱和林冠持水能力(S)、平均降雨强度(R)、饱和林冠平均蒸发速率(E)、郁闭度(c)、树干持水能力(St)和树干茎流系数(Pt)共6项参数,进行敏感性分析。对于侧柏纯林,当各参数在-50%~-20%范围内变化时,模拟林冠截留量对各项参数的变化敏感性排序为S>c>E>R>c>St>Pt,而当参数在-20%~50%范围内变化时,其排序为S>E>R>c>St>Pt;对于侧柏黄栌混交林,模拟林冠截留量对各项参数的变化敏感性排序为S>E>R>c>St>Pt。综上,Gash修正模型对于侧柏黄栌混交林的模拟精度较侧柏纯林小,但可满足应用需要;参数S是影响侧柏黄栌混交林和侧柏纯林中的Gash修正模型模拟精度的重要因素。
     
    不同相思树种单株抗寒性综合评价
    何琴飞,曹艳云,彭玉华,黄志玲,郝海坤,谭长强
    2019, 38(5):  1339-1345. 
    摘要 ( 213 )   PDF (782KB) ( 58 )  
    选择赤云相思(Acacia mangium ×A. auriculiformis (Chiyun))、杂交相思(A. mangium ×A. auriculiformis)和马占相思(A. mangium)3个品种的8个单株,对其扦插繁殖幼苗进行12、9、6、3、0 ℃的低温处理,以25 ℃为对照,测定幼苗叶片相对电导率、丙二醛、可溶性糖、游离脯氨酸、可溶性蛋白和超氧化物歧化酶含量等6个生理指标,应用隶属函数法综合各项生理指标进行抗寒性评价,筛选高度抗寒品种单株,为相思选育提供优质材料。结果表明:在低温胁迫下,幼苗叶片相对电导率升高,游离脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量增加,且这4个指标可作为相思树种抗寒性评价的参考指标;结合生理指标的变化情况,相思发生寒害的温度主要是0~6 ℃;依据平均隶属函数值,综合筛选出抗寒性较强的品种单株依次是杂交相思1、杂交相思4和赤云相思,抗寒性最弱的是马占相思11。
    坡形对华南省藤种群天然更新及生长的影响
    李雁冰,范少辉,彭超,陈本学,梁昌强,刘广路
    2019, 38(5):  1346-1351. 
    摘要 ( 166 )   PDF (607KB) ( 62 )  
    为揭示低地次生雨林华南省藤种群天然更新的适生坡形,以海南甘什岭天然分布的华南省藤为研究对象,以种群数量、生长特征(株高、地径、羽叶面积等)和死亡率为天然更新的衡量指标,运用方差分析、多重比较和相关性分析等方法,分析不同坡形(凸坡、缓坡、凹坡)与华南省藤不同生长阶段种群更新的关系。结果表明,坡形对华南省藤种群数量、株高、羽叶面积、相对生长速率和死亡率等的影响均达到显著水平(P<0.05),对地径影响极显著(P<0.01),对高径比影响不显著(P>0.05)。其中,凹坡种群数量(84株·hm-2)、株高(212.38 cm)、羽叶面积(36.22 m2)最大,株高(0.153%)和羽叶面积月相对生长率(0.145%)最高,幼苗期凹坡死亡率低(8.72%),藤株整体生长最好。坡形是影响海南低地次生雨林华南省藤种群数量及生长特征的重要环境因子,坡形通过改变区域土壤水分、养分、光照等,影响华南省藤的种群数量和生长。凹坡是华南省藤的适生坡形,在今后华南省藤的资源更新保育和人工栽培中,应优先选择。
    濒危植物树枫杜鹃(Rhododendron changii)种群结构及伴生群落特征
    杨阳,马立辉,王海洋
    2019, 38(5):  1352-1362. 
    摘要 ( 234 )   PDF (965KB) ( 74 )  
    分析了濒危植物树枫杜鹃种群结构及伴生群落物种组成、乔灌层物种多样性、垂直成层及个体径级结构等特征,并通过冗余分析(RDA)、典范对应分析(CCA)方法检验了树枫杜鹃种群及群落乔灌层物种组成与环境因子间的关系。结果表明:(1)树枫杜鹃种群径级结构呈单峰型,更新不连续,缺乏幼苗,幼株时期为又一死亡高峰期,种群呈衰退趋势;(2)4个伴生群落中共有木本植物56种,隶属于23科40属,优势科为壳斗科、蔷薇科、槭树科、杜鹃花科,林下多箭竹(Fargesia spathacea);伴生群落的乔灌层多样性指数均较低,草本层不发达;群落1与群落2为高度1~1.5 m的灌丛,群落3为高度3~4 m的常绿阔叶苔藓矮林,群落4为高度8~10 m的常绿落叶阔叶混交林;树枫杜鹃均位于群落下层,相比于乔木林群落,其在灌丛群落中生长较占优势;群落中耐阴种的小径级个体比例大,均呈增长趋势,林下竞争将持续增强;(3)前向选择及蒙特卡罗(Monte Carlo)检验表明,坡位对乔木层物种组成影响极显著,郁闭度与坡向对灌木层物种组成影响极显著(P<0.01);而枯落物厚度与空气相对湿度是影响树枫杜鹃幼苗的主要环境因子,林冠郁闭度、坡向则是影响幼株与成株的主要环境因子;同时,幼株与成株也分别受到林下物种密度与林下竹类覆盖度的影响(P<0.01)。因此,疏伐上层林木,人为干预林下幼树及箭竹的生长,并清理地表枯落物,对缓解树枫杜鹃濒危的现状及维持其种群的发展具有重要意义。
    籼稻和粳稻品种糙米矿质营养对开放式空气CO2浓度升高的响应
    蒋倩,朱春梧,刘钢,徐习,陈晨,张继双,朱建国
    2019, 38(5):  1363-1369. 
    摘要 ( 155 )   PDF (695KB) ( 95 )  
    基于FACE(free-air CO2 enrichment)试验平台,以籼稻IIY084与粳稻WYJ23为试验对象,连续两年(2013、2014)研究糙米产量和矿质元素(Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se)含量对CO2浓度升高的响应。结果表明,CO2浓度升高条件下,IIY084与WYJ23籽粒和糙米产量增加,其中,糙米两年平均增产34.3%和16.3%。CO2浓度升高连续两年降低IIY084糙米中Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se含量,其两年平均分别降低了10.4%、13.4%、15.5%、11.7%、25.7%、3.2%,而WYJ23糙米中矿质营养含量未出现一致的下降现象。其中,2014年糙米Mn、Cu、Zn和Ni含量对CO2浓度升高的负响应达到显著水平(P<0.05)。此外,糙米Fe(P<0.1, 2014)、Mn(P<0.01, 2013和2014)、Cu(P<0.1, 2014)、Zn(P<0.01, 2013和2014)、Ni(P<0.01, 2014)、Se(P<0.05, 2013;P<0.01, 2014)含量在水稻品种间存在显著性差异。CO2浓度升高不同程度地增加糙米中矿质元素积累量,6种元素两年平均增加2.1%~29.2%(IIY084)和12.8%~19.3%(WYJ23)。可见,CO2浓度升高条件下,IIY084糙米中矿质元素含量较WYJ23有更明显的下降趋势,导致食用IIY084较WYJ23有更大的Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Se缺乏风险。因而,在确保粮食安全而进行增产品种选育时,应该优先选择矿质营养品质较高的水稻品种。
    不同施肥处理下北方杂交粳稻干物质积累转移特性及其与产量关系
    房闵,史文华,姜艺晖,刘晓琳,刘安晋,王鑫,苗微
    2019, 38(5):  1370-1375. 
    摘要 ( 219 )   PDF (439KB) ( 85 )  
    为了探究北方杂交粳稻具有生物量大、抗逆性强而产量优势不突出的原因,以140份恢复系材料与不育系辽99A杂交组配而成的140个杂交粳稻组合为试材,通过田间小区对比试验,设置正常肥力(施加底肥、蘖肥和孕穗肥)和低肥(仅施加底肥)两种施肥量处理,对杂交粳稻在不同施肥处理条件下干物质积累转移的特性及其与产量关系进行了研究。结果表明:结实率低、千粒重小是制约杂交粳稻产量优势发挥的主要限制因素;杂交粳稻产量更依赖齐穗期后干物质的生产;低肥条件下杂交粳稻茎和鞘部干物质输出率增加,而叶片干物质输出率减少。降低茎部积累干物质的输出率、增加叶片干物质输出率的相差值,有利于降低不同肥力条件下产量的差值,提高杂交粳稻的耐低肥特性优势,为杂交粳稻抗逆性选择育种提供依据。
    长期机械耕作压实对绿洲农田土壤优先流的影响
    闫加亮,赵文智
    2019, 38(5):  1376-1383. 
    摘要 ( 184 )   PDF (1082KB) ( 162 )  
    长期机械耕作压实会对土壤的物理性质和水力特性产生显著影响,进而影响土壤优先流强度,但机械耕作压实对土壤优先流强度的影响仍存在较大争议。本研究在临泽绿洲农田边缘持续压实区(CC)和正常耕作区(对照,CK)分别设置3个样方,利用亮蓝溶液进行原位染色试验,测定土壤容重、土壤孔隙度和土壤饱和导水率等指标,分析长期机械压实对土壤优先流的影响。结果表明:长期机械耕作压实对耕作层(0~20 cm)的土壤物理和水力特性无显著影响,而对犁底层20~60 cm的土壤物理和水力特性影响显著(P<0.05)。其中,持续压实区土壤剖面20~60 cm土壤容重增加了10.8%,土壤总孔隙度减少了11.9%,土壤饱和导水率减少了32.3%。长期机械耕作压实显著改变了土壤优先流特征及强度。持续压实区的土壤优先流呈现明显的横向流,显著区别于正常耕作区的大孔隙流;并且持续压实区的土壤优先流显著大于正常耕作区的土壤优先流(P<0.05),主要体现在最大入渗深度(P<0.05)。本研究结果表明,长期机械耕作压实显著改变了耕作层以下的土壤物理和水力特性,并加强了土壤优先流强度。
    生物质炭对黄瓜连作土壤中微生物量碳氮及酶活性的影响
    张志龙,陈效民,曲成闯,陈粲,张俊,黄春燕,刘云梅
    2019, 38(5):  1384-1391. 
    摘要 ( 217 )   PDF (569KB) ( 74 )  
    本研究旨在探索添加生物质炭对黄瓜连作土壤中微生物量及酶活性的影响,为减缓土壤连作障碍提供科学依据。本试验设置CK(不施生物质炭)、C1(5 t·hm-2)、C2(10 t·hm-2)、C3(20 t·hm-2)、C4(30 t·hm-2)和C5(40 t·hm-2)共6个处理,采集第三季黄瓜成熟期0~20 cm土样,分析了添加生物质炭对土壤微生物量碳氮及酶活性的影响。结果表明:土壤微生物量碳氮随生物质炭添加量的增加呈现先增加后降低的趋势;C2处理和C3处理微生物量碳较CK处理分别提高了70.62%和81.09%(P<0.01);与CK处理相比,C2处理和C3处理的微生物量氮呈极显著增加(P<0.01);土壤酶活性也呈现出先增加后降低的趋势;与CK处理相比,C2、C3和C4处理的过氧化氢酶活性呈极显著增加(P<0.01),C4处理脲酶的活性提高了84.08%(P<0.01),而碱性磷酸酶活性在C3、C4和C5三个处理中均呈极显著性增加(P<0.01)。由聚类分析可知,6个处理在欧氏距离为1.01时可以划分为4个类群,分别是CK类、C1类、C2-C3类以及C4-C5类;添加生物质炭可以增加土壤微生物的数量,以减缓连作障碍;当生物质炭添加水平为20 t·hm-2时,微生物量碳氮提高效果最为显著(P<0.01);添加水平为20 t·hm-2时过氧化氢酶活性最高,30 t·hm-2时脲酶和碱性磷酸酶活性最高。
    洞庭湖区水稻土有机氮矿化的模型模拟
    李文军,曾细妹,彭保发,杨基峰,赵迪
    2019, 38(5):  1392-1401. 
    摘要 ( 169 )   PDF (730KB) ( 34 )  
    有机氮矿化是土壤氮循环的关键过程,预测土壤有机氮矿化对于评价土壤供氮能力具有重要意义。本研究利用有效积温、双曲线、一阶(One-pool)和二阶(Two-pool)指数模型拟合洞庭湖区典型水稻土有机氮矿化过程,并分析模型参数与土壤有机氮组分间的关系。结果表明,洞庭湖区不同发育类型水稻土有机氮矿化表现出明显差异,各培养时期累积矿化氮量总体上表现为潴育性水稻土>潜育性水稻土>淹育性水稻土。各矿化模型均可对各试验土壤有机氮矿化过程进行有效拟合,但综合比较模型拟合决定系数(R2)、均方根误差值及参数取值显示,One-pool指数模型拟合效果最差,有效积温模型和双曲线模型次之,Two-pool指数模型拟合效果最优。各模型拟合的不同土壤间有机氮矿化速率常数变异较小,与各有机氮组分均无显著相关性(P>0.05);不同有机氮组分中,氨基酸氮和氨态氮与矿化模型中表征土壤有机氮矿化强度或矿化势的各参数始终具显著正相关关系(r=0.755~0.950, P<0.05)。通径分析结果进一步显示,氨基酸氮是土壤有机氮矿化强度或矿化势变化的最主要决策组分并起直接影响作用。Twopool指数模型将土壤可矿化有机氮分为易矿化氮和难矿化氮两类,相对于其他模型可更为准确地描述研究区水稻土有机氮素的矿化;固定该模型中两类可矿化有机氮库的矿化速率常数取值,有助于提升模型实时定量预测土壤矿化供氮的实用性。
    寒地水稻关键生育期涝害的过程雨量指标构建
    吕佳佳,王晾晾,石磊,王铭,连萍,朱海霞,姜丽霞,赵慧颖
    2019, 38(5):  1402-1409. 
    摘要 ( 234 )   PDF (671KB) ( 67 )  
    建立寒地水稻涝害的过程雨量指标对寒地水稻应对气候变化、防灾减灾、安全生产意义重大。本研究以黑龙江省粳稻为研究对象,基于1961—2000年长序列水稻灾情史料、生育期资料及研究区73个气象观测站逐日降水量资料,采用统计方法,反演水稻关键生育期涝害的降水日数及过程雨量,建立寒地水稻涝害样本过程雨量序列。利用KS分布拟合检验,采用置信区间下限值确定阈值方法,构建寒地水稻涝害过程雨量等级指标;并用预留的灾害样本对指标进行验证。结果表明:在农田排水不畅条件下,降水过程在1~3 d之间水稻轻度、中度和重度涝害雨量下限值分别为分蘖期48、89、136 mm,抽穗期44、87、102 mm;降水过程在4~7 d之间水稻轻度、中度和重度涝害雨量下限值分别为分蘖期68、97、142 mm,抽穗期66、103、127 mm。指标计算结果与历史灾情记录吻合度较高。研究结果为开展寒地水稻灾损定量评估提供基础支撑。
    水氮调控对设施土壤供氮潜力的影响
    吴汉卿,李素捷,刘洋屹,张鑫蕊,赵奇隆,李梦思,邹洪涛,党秀丽,张玉玲,虞娜
    2019, 38(5):  1410-1418. 
    摘要 ( 250 )   PDF (578KB) ( 46 )  
    利用连续3年不同灌水下限(25、35和45 kPa)和施氮量(75、300和525 kg N·hm-2)的膜下滴灌设施番茄田间试验,探讨水氮调控对设施土壤供氮潜力的影响。结果表明:灌水下限和施氮量对土壤有机碳和全氮储量的影响显著,而水氮交互作用对二者影响均不显著;灌水下限、施氮及其交互作用对休耕期0~30 cm设施土壤有机氮组分、微生物量氮和固定态铵储量的影响显著;不同水氮调控下,设施番茄休耕期0~30 cm土壤酸解氮组分储量及占酸解总氮比例的大小顺序依次为酸解氨基酸氮>酸解铵态氮>酸解未知氮>酸解氨基糖氮;酸解氨基酸氮是设施土壤中最主要的有机氮形态;酸解氨基酸氮与酸解铵态氮、酸解氨基糖氮、酸解总氮、非酸解氮、有机碳和全氮均呈显著相关;土壤固定态铵与酸解氨基酸氮呈显著正相关;土壤微生物量氮与酸解铵态氮、酸解氨基糖氮呈显著正相关,与酸解氨基酸氮呈显著负相关。土壤酸解氨基酸氮、土壤微生物量氮和固定态铵在一定程度上可作为设施土壤供氮潜力的反映指标,科学合理的水氮措施对提升设施土壤供氮潜力具有重要意义。
    多年模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹人工林土壤节肢动物的影响
    李曾燕,邱细容,陈冠陶,郑军,李娟,涂利华
    2019, 38(5):  1419-1425. 
    摘要 ( 298 )   PDF (572KB) ( 49 )  
    土壤动物在生态系统养分循环中扮演着重要角色,其中土壤节肢动物在凋落物破碎和土壤团聚体形成中起着决定性作用。为探究多年模拟氮沉降对苦竹人工林土壤节肢动物的影响,于2007年11月起在华西雨屏区苦竹人工林进行了每月1次的模拟氮沉降试验,以硝酸铵为氮源,设对照(0 g N·m-2·a-1)、低氮(5 g N·m-2·a-1)、中氮(15 g N·m-2·a-1)和高氮(30 g N·m-2·a-1)4个处理。在施氮6.5年后分别于2014年1月、10月,2015年1月采集凋落物层和0~15 cm土层样品带回实验室分离鉴定。结果显示:本试验共观察到土壤节肢动物1852只,隶属于3门7纲18目;凋落物层土壤节肢动物个体数和类群数随施氮浓度的升高而增加,且高氮处理显著高于对照;土壤层土壤节肢动物个体数和类群数随施氮浓度的升高而减少,但与对照相比均不显著;模拟氮沉降对凋落物层和土壤层土壤节肢动物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数均无显著影响。
    不同生活史时期福寿螺(Pomacea canaliculata)对酸胁迫的响应
    靳书瑞,罗渡,张海涛,牟希东,胡隐昌
    2019, 38(5):  1426-1432. 
    摘要 ( 193 )   PDF (688KB) ( 61 )  
    为探究不同生活史阶段的福寿螺(Pomacea canaliculata)对酸性环境胁迫的响应差异,本文研究了壳高为5、10、15、20、25、30、40、50、60 mm的福寿螺在酸性环境下的生存行为和致死效应。结果表明:当pH≥4.0时,福寿螺在7 d内的活动、产卵行为正常,其对酸性刺激的反应随酸度的增加而越发剧烈;pH=2.0条件下的半致死时间(LT50)小于pH=3.0条件下的LT50;壳高40 mm组福寿螺的LT50(22.95 h)最大,壳高60 mm组福寿螺的LT50(13.55 h)最小;福寿螺的死亡率存在显著的壳高差异(P<0.001)和时间差异(P<0.001),壳高和时间的交互作用显著(P<0.001);pH=2.0条件下,24和30 h时,壳高40 mm组福寿螺的死亡率分别为46.67%±11.50%和53.33%±11.50%,均显著低于其他组;pH=3.0条件下,24 h时壳高60 mm组福寿螺的死亡率(86.67%±11.50%)最高,壳高5~50 mm不同大小的福寿螺死亡率没有显著差异;30 h时,壳高40 mm组福寿螺的死亡率(66.67%±11.50%)低于其他组,而壳高5、10、20和60 mm组的福寿螺死亡率均达100%,显著高于40 mm组的福寿螺;福寿螺的耐酸性随发育期不同呈先升高后降低的抛物线形;阐明不同发育期福寿螺对逆境胁迫的差异响应,有助于从生活史上解释其生态适应性机制和入侵策略。
    气泡幕对异齿裂腹鱼的阻拦效果
    范纹彤,刘雁,王谦,石小涛,赵守江,刘国勇,林晨宇,许家炜,金志军
    2019, 38(5):  1433-1437. 
    摘要 ( 193 )   PDF (948KB) ( 64 )  
    为了研究气泡幕对异齿裂腹鱼的阻拦效果,在环形水槽装置中分别设置60、90、120 L·min-1 3种不同气量的气泡幕,在静水条件下,比较不同时间段气泡幕对异齿裂腹鱼的阻拦效果和异齿裂腹鱼空间分布的变化。结果表明:3种气量的气泡幕对异齿裂腹鱼都有明显的阻拦效果,且阻拦率无显著差异(P=0.130),在气量为60 L·min-1时阻拦率最高,为81.3%;实验过程中鱼对气泡幕无明显的适应性;90和120 L·min-1两种气量下,异齿裂腹鱼喜欢在气泡幕附近停留。本研究结果可为气泡幕诱驱鱼技术在工程上的应用提供参考。
    聚乙二醇-4000对暗纹东方鲀肠上皮电生理的影响
    朱琳,来琦芳,高鹏程,张海明,周凯,么宗利
    2019, 38(5):  1438-1443. 
    摘要 ( 159 )   PDF (580KB) ( 51 )  
    以暗纹东方鲀(Takifugu obscurus)为研究对象,采用Ussing chamber技术研究了聚乙二醇-4000(PEG-4000)对肠上皮开路电压、短路电流(Isc)、短路电流变化(?Isc)、电导(G)、跨膜电位(TEP)的影响。结果表明:PEG-4000在肠道中6 h残留浓度为1.83 g·L-1,显著高于其在水中浓度(P<0.05),残留率达184%;PEG处理组暗纹东方鲀离体肠上皮Isc为69.20 μA·cm-2,显著低于对照组(P<0.05);ΔIsc显著低于对照组(P<0.05),仅为对照组的68.57%;PEG处理组暗纹东方鲀离体肠上皮电导为24.97 mS·cm-2,显著低于对照组(36.22 mS·cm-2)(P<0.05);PEG-4000在暗纹东方鲀肠道中极易残留、不易渗透,使得肠道上皮的转运蛋白或者离子通道受阻,从而显著影响肠上皮Isc、?Isc以及电导,降低了离子的主动流动量。本研究结果为鱼类肠道电生理平台的构建提供了技术参数,该平台不仅能用于评估PEG等污染物对鱼类肠道的影响,还能用于鱼类肠道上皮细胞离子转运机制的研究。
    基于遥感数据的东北三省水域与农田用地时空演变
    薛冰,肖骁,李京忠,谢潇,逯承鹏
    2019, 38(5):  1444-1452. 
    摘要 ( 231 )   PDF (4215KB) ( 85 )  
    水域与农田用地是粮食生产的重要资源,其时空变化过程维系着区域农业的可持续发展。东北三省是人类活动对土地覆盖变化产生显著影响的地区,对于从人类环境耦合系统的角度分析水域、农田变化及其驱动机制具有重要意义。通过2000、2005、2010、2015年东北三省遥感解译而得的土地利用分类数据,运用空间分析与可视化方法量化表达了水域用地和农田用地的时空演变特征。研究表明:15年间水域用地面积呈现“微减微增骤减”的变化态势,年平均减少面积为213.48 km2,主要原因是滩地、湖泊等水域流转为农田,其中松花江上中游以及东辽河流域水域用地显著缩减;农田用地面积持续增加,增长速率为707.94 km2·a-1,主要原因是毁林开荒和土地垦殖等;减少的农田回转为水域的面积小于水域向农田的转移面积。研究结果为东北三省制定农业资源管理政策以及实施农业可持续发展规划方案提供了科学依据。
    2006—2015年秦巴山区植被光合有效辐射吸收比例的时空变化特征
    章金城,周文佐
    2019, 38(5):  1453-1463. 
    摘要 ( 198 )   PDF (8588KB) ( 43 )  
    光合有效辐射吸收比例(fraction of absorbed photosynthetically active radiation, FPAR)反映了植被吸收光合有效辐射的能力,是许多陆面模型的重要输入参数。本文旨在研究中国重要的南北气候分界带秦巴山区植被FPAR的时空变化特征。基于2006—2015年MODIS遥感数据及气象数据,采用趋势分析法对秦巴山区植被FPAR像元尺度的时空变化特征进行了分析,并利用相关分析法探讨了植被FPAR变化对气候变化的响应。结果表明:秦巴山区植被FPAR空间差异明显,呈西北和东北低、中部和东南部高的分布特征,并且随海拔的升高而降低,具有明显的垂直地带性;2006—2015年秦巴山区植被FPAR空间变化表现为中部增加、四周减少的空间格局,显著增加的区域主要分布在嘉陵江、丹江流域及汉江下游地区,甘南高原及川西高原等地呈不显著减少趋势;近10年秦巴山区植被FPAR呈显著增加趋势,增速为4.8%·10 a-1P<0.05),以作物FPAR增加趋势最为明显(P<0.05),并且植被FPAR在冬季上升显著(P<0.05);从年际水平看,秦巴山区植被FPAR变化总体上与气温的关系比降水量更加密切,但存在植被类型差异:针叶林、阔叶林FPAR与年平均气温相关性更高,草地、作物FPAR受年降水量影响更大。
    2000—2015年山东省植被净初级生产力时空变化及其对气候变化的响应
    刘玉红,张筠,张春华,肖蓓,刘璐,曹煜
    2019, 38(5):  1464-1471. 
    摘要 ( 306 )   PDF (4654KB) ( 76 )  
    植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)是表征陆地生态系统功能状况和碳循环的重要指标。基于2000—2015年MODIS MOD17A3 NPP数据和对应年份的气象数据,采用相关分析、回归分析和空间分析相结合的方法,定量研究近16年山东省植被NPP的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:2000—2015年山东省植被NPP总体呈波动增加趋势,年均NPP介于501.29~583.55 g C·m-2·a-1,年际增加速率为2.05 g C·m-2·a-1;植被NPP表现为南高北低,东高西低的空间分布规律,大部分地区的植被NPP在200~400 g C·m-2·a-1,主要集中在山东省中部和西部地区;轻微增加的地区占全省总面积的44.5%,主要分布于山东省中部、西部和西南部;通过年均NPP与年均气温和年降水量的逐像元相关性分析,植被NPP与温度和降水量均存在明显正相关,降水量是影响植被NPP变化的主导因子。
    基于分省数据的中国农村人居环境时空差异
    李陈,赵锐,汤庆园
    2019, 38(5):  1472-1481. 
    摘要 ( 231 )   PDF (2660KB) ( 142 )  
    改善农村人居环境对实施乡村振兴战略和全面建成小康社会具有重要意义,科学评估中国农村人居环境建设,能够为农村人居环境优化提供决策基础。本研究综合采用变异系数、基尼系数、泰尔指数、收敛和发散分析的方法,对2006—2015年中国30个省市区、三大经济带农村人居环境的区域差异进行时空分析。结果表明:中国农村人居环境整体质量有所提升,综合得分提高6.26%,空间分布上各省农村人居环境综合得分保持“东-中-西”阶梯式递减的空间格局;农村人居环境水平总体差异趋于缩小,变异系数、基尼系数、泰尔指数分别缩小5.32%、6.50%、10.59%;评价得分上农村居住条件的改善贡献较大,但也出现局部恶化的情况;影响农村人居环境综合得分的因素依次是基本公共服务、生态环境质量和经济社会因素。
    面向大气环境影响的城市景观分类系统——以北京为例
    栾庆祖,李波,张新时
    2019, 38(5):  1482-1490. 
    摘要 ( 200 )   PDF (5479KB) ( 70 )  
    研究城市景观格局的大气环境影响必须建立在科学、实用的景观分类系统基础上,目前尚没有普适性的景观分类体系,针对大气环境影响的景观分类的详细探讨更是缺乏。本文借鉴景观分类理论和气象学下垫面分类方法,从城市景观的自然属性和物理结构特点出发,提出一种面向大气环境影响的景观分类系统,即采用景观类、景观亚类和景观型三级分类体系,以土地利用和城市地表参数为划分指标依据的分类系统。在此基础上,以城市化发展对大气环境影响较为明显的北京为例,采用3S技术进行景观制图,并以此为基础分析北京市景观格局对区域大气环境的潜在影响。结果表明:1级景观类中,受人为干扰的景观类型面积处于较高水平;2级景观亚类中,林地景观面积最大,占比54.73%,城镇景观面积占比15.09%;3级景观型中,C7类景观是城镇景观亚类的“基质”,C3、C2和C6类景观在城镇景观亚类中占比均不足0.1%,说明高地表粗糙度类型的景观在北京主城区域尚分布稀少,对大气的流通性有利。该分类系统能够反映实际存在的对大气环境产生影响的各种景观类型的特点,有助于深化对城市景观格局的大气环境效应规律的认识,可为城市规划和大气环境治理提供参考。
    1984—2016年西安市城市扩张时空度量分析
    葛媛媛,韩磊,赵永华,奥勇,丁娟,朱莹莹,刘冰
    2019, 38(5):  1491-1499. 
    摘要 ( 313 )   PDF (3647KB) ( 170 )  
    基于1984年、1996年、2006年和2016年的Landsat TM/OLI遥感影像和社会统计数据,使用ArcGIS 10.5等软件提取了西安市主城区建设用地信息,在计算扩张强度、分形维数、弹性系数等基础上,分析了研究区的时空扩张特征,以期揭示西安市城市扩张规律及驱动力。结果表明:在1984—2016年,研究区的建设用地增加了478.62 km2,总体增加了3.27倍,年均扩张速度14.50 km2·a-1,扩张强度为6.88%,城市重心向西北迁移了1.53 km;在填充型和延伸型两种城市扩张模式下,城市空间扩张具有不均衡性,由中心城区(莲湖区、新城区、碑林区)向周围城郊(灞桥区、雁塔区、未央区和长安区)扩张;城市用地扩张和人口增长之间协调性弱,扩张速度大于人口增长速度。在国土空间规划约束和城市边界线划定前提下,未来西安市城市建设应以保护历史文化名城为核心,统筹人口、环境、经济等要素协调发展,合理规划人口布局,加强区域与城乡协调发展,建设独具特色的现代化国家中心城市。
    有机肥连续施用对土壤剖面有机碳分布的影响及其与重金属的关系
    王怡雯,许浩,茹淑华,苏德纯
    2019, 38(5):  1500-1507. 
    摘要 ( 204 )   PDF (680KB) ( 45 )  
    应用大田定位试验方法,研究了连续4年施用不同类型有机肥后,土壤剖面中有机碳和易氧化有机碳的分布特征,并与相应的重金属含量进行了相关性分析。结果表明:连续4年施用不同类型有机肥后,土壤剖面中有机碳、易氧化有机碳主要累积在0~15 cm土层,其含量随土层深度的增加而降低。施用高量鸡粪时,有机碳可迁移到15~30 cm土层,易氧化有机碳可迁移到60~90 cm土层;施用猪粪和污泥时,有机碳均未发生明显的迁移现象,但高施用量处理下易氧化有机碳可迁移至60~90 cm土层。施用猪粪和污泥后,土壤剖面各层中易氧化有机碳占总有机碳的比例显著增加,且均高于施用鸡粪。施用不同有机肥后土壤剖面中有机碳、易氧化有机碳分布和Cu、Zn、Cd具有显著正相关。
    阿哈水库沉积物-水界面重金属扩散通量
    肖雄,龙健,张润宇,陈敬安,邹银洪,吴求生,吴劲楠
    2019, 38(5):  1508-1519. 
    摘要 ( 216 )   PDF (900KB) ( 86 )  
    为了解阿哈水库水体中重金属的污染现状,选取了4个典型点位进行夏、冬两季采样分析,研究了上覆水体及沉积物孔隙水中Co、Ni、Cu、Zn、As、Cr及Pb 7种重金属的时空分布规律及其界面扩散通量。结果表明:阿哈水库上覆水体中溶解性重金属的均值含量符合我国《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅰ类标准与《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006),未受到重金属污染。夏季分层期,底层水缺氧导致水体As、Co、Cr含量增高,而冬季混合期重金属的垂向变化较小。沉积物孔隙水中重金属浓度均值高于上覆水,且Co与Ni、As呈显著正相关,其在水库中的迁移转化过程受铁锰循环的共同影响;Cu、Zn与Pb存在正相关关系,具有相似的污染来源。分析沉积物水界面重金属扩散通量显示,Zn保持负扩散,表明沉积物对Zn具有很好的净化吸附效果;而Co、Ni、As、Pb保持正扩散,特别是夏季As的扩散通量达2.07 μg·cm-2·a-1,对上覆水体可能产生较大的释放风险。研究证实,近十年来阿哈水库水体重金属的污染控制取得了显著的效果。
    彬长矿区不同地表沉陷类型下植物群落特征
    杜华栋,宋世杰,张勇,张亦扬
    2019, 38(5):  1520-1527. 
    摘要 ( 187 )   PDF (1007KB) ( 45 )  
    地表沉陷是煤炭开发过程对生态环境造成严重损害的形式之一,直接或间接地影响植物分布与群落结构。本研究以陕西彬长矿区不同地表沉陷类型下植物群落为对象,调查植物群落组成、生产力和多样性等变化特征,探讨不同沉陷类型植物群落特征的变化规律及其机理。结果表明:1)彬长矿区植被以菊科、禾本科、豆科植物为主,植物生长型构型以多年生草本为主,水分生态类型以中旱生植物为主;沉陷扰动造成了一年生草本、多年生草本和中旱生植物比例增加,中生植物比例显著下降,而灌木和乔木比例变化不明显。2)不同沉陷类型下塬面裂缝区植物群落结构变化不显著,塬面台阶状沉陷区、沟谷边缘裂缝区和台阶状沉陷区植物群落物种数、盖度、生物量、物种密度、物种多样性显著下降。3)依据植物群落损害程度,将彬长矿区不同沉陷类型分为3类:轻微损害区,包括塬面裂缝区;中等强度损害区,包括塬面台阶状下沉区和沟谷边缘裂缝区;强烈损害区,包括沟谷边缘台阶状下沉区。
    公路边坡喷播绿化初期根系特征及其对抗剪强度的影响
    张晓航,杨建英,赵惠恩,朱立娟,张森
    2019, 38(5):  1528-1537. 
    摘要 ( 147 )   PDF (776KB) ( 75 )  
    植物根系对增强土体抗剪强度具有一定作用。为研究公路边坡喷播绿化初期根系特征及其对抗剪强度的影响,通过喷播的方式制备灌草混播试样,人工模拟边坡绿化7种灌草组合,植物生长3个月后进行原位剪切试验。挖取试样内植物根系,测定根系直径、根长密度、总表面积、总体积、根尖数、分叉数、根系密度、倾斜角度等根系特征指标,并通过灰色关联度法分析根系特征对土体抗剪强度的影响。结果表明:不同灌草混播组合根系特征随土层深度的变化存在一定差异;喷播绿化初期,0~2 mm细根占整个根系系统的96%~99%;水平根、侧根及垂直根分别占整个根系系统的7%~16%、44%~57%、33%~47%;不同灌草组合植物根系可增加土体抗剪强度6~17 kPa,且不同灌草比试样抗剪强度大小依次为灌草比1∶1>灌草比1∶4>灌草比1∶5>灌草比3∶1。灰色关联度分析结果表明,各根系指标对抗剪强度的影响大小依次为侧根数量>水平根数量>根系分布深度>根系密度>剪切面上部根长密度>根长密度> 0~2 mm细根数量>剪切面下部根长密度>总表面积>总体积>根尖数>垂直根数量>分叉数>2~10 mm根系数量。该结果可为评价公路边坡喷播绿化初期坡体稳定性、指导边坡植被恢复提供依据。
    综述与专论
    树轮异常结构的研究进展
    李彩娟,陈拓,王波,徐国保,张轩文,吴国菊
    2019, 38(5):  1538-1550. 
    摘要 ( 223 )   PDF (4217KB) ( 84 )  
    树轮作为反映气候变化的一个重要介质,在年代学、古气候学和古生态学研究中具有独特的优势。树轮是形成层细胞分裂和分化的结果,一般形成层对外界环境比较敏感。在恶劣的环境条件下,树木形成层活动和细胞分化受阻,导致树体的结构和功能发生改变。异常轮结构就是树木为适应环境突变产生的特殊痕迹,伪年轮或多层轮、霜轮、缺轮、浅轮、断轮、火疤、应力木、创伤性树脂道等异常轮的发生与温度、降水、光照等气候因子的变化密切相关。因此,通过分析这些树轮异常结构可探讨其产生的气候背景并用于重建森林干扰的历史以及预测未来森林变化动态,也是对基于树轮资料探究各类极端事件和自然灾害发生史等内容的补充。文章综述了异常轮的主要类型、成因、特征及其在极端事件中的应用和相关研究进展,以探讨其在重建过去气候变化中的潜在优势。
    矿产资源开发生态补偿研究进展
    李斯佳,王金满,张兆彤
    2019, 38(5):  1551-1559. 
    摘要 ( 238 )   PDF (700KB) ( 78 )  
    矿产资源的大规模开发对矿区生态环境产生了影响,对国民经济健康可持续发展产生了负面效应,完善矿区生态补偿机制对矿区自然资源破坏及生态环境污染的治理、恢复与校正具有重要意义,是保障矿区可持续发展的关键。本文系统梳理了生态补偿的发展历程、载体及方式、生态补偿的标准以及模式,发现在生态补偿的理论研究上存在一些不足,生态补偿理论研究落后于实践探索,我国矿产资源生态补偿标准的研究缺乏量化分析,并且准市场化的生态补偿模式研究有待促进。在此基础上,提出了深入研究方向:加强矿产资源开发区生态补偿理论研究,完善矿产资源开发生态系统补偿标准的研究,促进准市场化的生态补偿模式研究,以期为矿产资源开发区生态补偿和环境修复提供新的指导。
    模拟氮沉降增加对中国陆地生态系统土壤呼吸Q10的影响
    徐丽,杨雁茹,张军辉,冯月
    2019, 38(5):  1560-1569. 
    摘要 ( 271 )   PDF (746KB) ( 62 )  
    研究模拟氮沉降增加对土壤呼吸温度敏感性的影响可以降低全球变化条件下土壤碳收支评估的不确定性。本研究用meta分析方法探讨了模拟氮沉降增加对中国陆地生态系统土壤呼吸温度敏感性(Q10)的影响。结果发现:模拟氮沉降增加整体上对Q10影响不显著(0.49%),但显著降低了高原气候带生态系统Q10(16.32%),显著增加了沼泽Q10(38.19%)。效应大小与试验模拟的氮沉降量有一定关系,模拟氮沉降量小于50 kg·hm-2·a-1Q10增加2.59%,模拟氮沉降量为50~150和大于150 kg·hm-2·a-1时Q10分别降低4.33%和1.61%。使用只含硝态氮的氮肥显著增加了Q10(34.33%),而施加尿素的生态系统Q10则显著降低(8.11%)。模拟氮沉降的时间超过15个月显著降低Q10(19.24%)。模拟氮沉降影响土壤呼吸温度敏感性可能是由于氮通过影响土壤养分而影响了根系和土壤微生物的新陈代谢,进而影响土壤呼吸,使土壤呼吸对温度的敏感性不同。
    方法与技术
    基于稳定性氧同位素分析不同树龄小叶锦鸡儿用水策略
    付青云,刘廷玺,段利民,王冠丽,曹文梅,黄天宇
    2019, 38(5):  1570-1579. 
    摘要 ( 222 )   PDF (3106KB) ( 62 )  
    本研究以科尔沁沙地典型固沙植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)为对象,采用氧稳定同位素技术,比较了小叶锦鸡儿群落内3、5和9年生小叶锦鸡儿生长季内土壤水、降雨与植株木质部水的δ18O值关系,并利用多元线性混合模型定量研究了不同树龄小叶锦鸡儿用水来源;结合不同树龄小叶锦鸡儿土壤水分季节特征和根系分布分析用水来源变化原因;通过评价不同树龄小叶锦鸡儿与地区水分条件适应性,分析3种树龄小叶锦鸡儿的水分竞争关系,判断群落稳定性。结果表明:根系的分布决定了不同树龄小叶锦鸡儿对水分利用的范围和选择何种用水策略的可能性,水分的分布也一定程度上影响了小叶锦鸡儿的主要用水来源。生长季内30~80 cm土层是3年生小叶锦鸡儿主要水分利用层位;30~100 cm土层是5年生小叶锦鸡儿主要水分利用层位,其中80~100 cm土层贡献率所占较大;0~30和100~160 cm土层是9年生小叶锦鸡儿主要水分利用层位。小叶锦鸡儿群落内,不同树龄植株之间不存在强烈的水分竞争,该地区小叶锦鸡儿群落较为稳定。
    基于U-Net卷积神经网络的年轮图像分割算法
    宁霄,赵鹏
    2019, 38(5):  1580-1588. 
    摘要 ( 324 )   PDF (4169KB) ( 153 )  
    树木年轮学的研究需要统计树龄和测量轮宽,由此推算环境变换和树木生长信息,因此准确提取年轮特征信息至关重要。精准识别出年轮图像中的早材、晚材和树皮是实现自动化测量年轮参数的首要工作。树木年轮的生长过程中存在年轮的早材和晚材间边界过渡模糊、节疤和伪年轮等现象,且年轮圆盘在砍伐和采集过程中表面会存在毛刺和噪声点,使用传统的图像分割算法难以得到理想的效果。本文结合深度神经网络的特点,针对年轮图像的分割问题,构建了基于U-Net卷积神经网络的年轮图像语义分割模型。首先,对采集的100张年轮圆盘图像进行标注,并通过旋转、透视和图像变形等方式做数据增强,生成20000张数据集,随机选择其中16000张作为训练数据集,4000张作为测试数据集。其次,根据图像数据集的特征,利用Tensorflow深度学习框架,设计构建基于U-Net卷积神经网络的年轮圆盘图像分割网络。然后,将训练样本输送进网络,设置优化训练参数,对年轮图像分割网络进行迭代训练,直至评价指标和损失函数不再变化。最后,用训练好的模型对测试集样本进行分割,并进行分割指标评估。结果表明:该算法可有效避免毛刺、锯痕和节疤等因素的影响,完整地分割出年轮的晚材和树皮区域,在4000张测试数据集上分割的平均准确率达到96.51%,平均区域重合度达到82.30%。与传统图像处理算法相比,本文所采用的基于U-Net卷积神经网络的年轮图像分割算法,能够达到更好的分割效果,同时具有更强的泛化能力和鲁棒性。
    自然植被物候遥感提取精度评估
    张晓萱,崔耀平,刘素洁,李楠,付一鸣
    2019, 38(5):  1589-1599. 
    摘要 ( 302 )   PDF (2922KB) ( 191 )  
    利用遥感开展植被物候的研究涉及到物候提取方法这一基本问题,但当前不同方法的优劣尚无定论,亟待开展不同方法的综合评价。本研究利用2009年的叶面积指数数据,基于18种植被物候遥感提取组合,联立23个地面站点的物候观测数据,利用偏差等5个定量指标综合评价不同遥感提取组合对植被生长季开始时期(SOS)、结束时期(EOS)和长度(LOS)的提取精度。结果表明:基于SGSa 0.1(SG滤波法+阈值为0.1的季节性振幅法)组合能够较好地提取地面23个站点的总体植被物候;针对单个物候期,SOS、EOS和LOS的最优方法分别为SGSa 0.1、SGSa 0.3和DLSa 0.1,但提取结果与地面观测物候日期的最小偏差均超过5 d,显示了利用时间分辨率为8 d的遥感数据提取植被物候可以达到的精度水平;SOS、EOS和LOS各自最优与对应的最差方法提取的物候期差值分别可达到-51.55、19.06和86.33 d,说明选取适宜遥感提取方法的重要性。此外,遥感提取物候和地面观测物候不能完全匹配,采用多重评价方法,特别是偏差一致性方法可以有效选取出最优的遥感提取组合。
    关于三北防护林体系建设的思考与展望——基于40年建设综合评估结果
    朱教君,郑晓
    2019, 38(5):  1600-1610. 
    摘要 ( 346 )   PDF (1260KB) ( 130 )  
    三北防护林体系建设工程(简称:三北工程)是同我国改革开放同步实施的世界最大生态工程,是生态文明建设的重要标志。三北工程规划建设期限历时73年,现已经过40年建设,为科学、准确把握三北工程40年建设来的成效、经验、问题等综合状况,国家林业和草原局(原国家林业局)于2017年委托中国科学院作为第三方评估机构,对三北工程建设40年进行了全面、系统评价与分析。本文在简要介绍三北工程建设40年的历程、取得的成效、积累的经验和存在问题的基础上,对三北工程未来建设与发展进行了思考与展望;提出了重大生态工程未来研究方向,以期为推动三北工程未来高质量发展,为美丽中国生态文明建设提供重要证据和为全球生态安全建设提供经验与范式等提供参考。