不同气候区生态系统服务权衡空间异质性及其驱动因素——以川滇-黄土高原生态屏障带为例

厘清生态系统服务权衡关系的驱动因素对实现生态系统高效管理至关重要。然而,在不同气候区生态系统服务权衡关系在空间上如何变化及其驱动机制是否一致,尚不清楚。以川滇-黄土高原生态屏障带为例,基于InVEST模型、CASA模型评估生态系统服务空间分布特征,采用RMSE量化生态系统服务权衡关系,利用地理探测器探究不同气候区生态系统服务权衡的驱动机制,以期为生态系统管理提供参考依据。结果如下:(1)不同生态系统服务在不同气候区存在明显差异,WY整体由东北向西南呈递减趋势,NPP和SC呈现由北向南递减的趋势。(2)WY∩NPP的权衡最高值在中温带为0.317,最低值在高原气候区为0.181。WY∩SC在不同气候区RMSE变化幅度较小,由南向北呈现递减趋势;中亚热带气候区WY∩SC的权衡程度最高,为0.295,南温带的权衡程度最低,为0.229。NPP∩SC的RMSE差值最小,仅有0.064,高原气候区权衡程度略低于温带和亚热带。(3)在不同气候区自然因素对权衡关系作用显著高于社会因素,但在人口密集区,人为活动可以部分突破自然因素的约束,使其对权衡的影响有所提升。因此,在制定不同气候区生态系统服务管理的针对性措施时,应考虑生态系统服务权衡的空间特征和驱动因素的差异性。

南方低质低效人工林质量改善与生态服务提升技术研究前瞻

南方低山丘陵区是我国“三区四带”生态安全屏障建设的重要区域,是我国南方低质低效人工林的主要集中分布区,长期存在水土流失、生态服务能力低、系统稳定性差等突出问题。针对南方低质低效人工林生态系统服务分布格局、演变特征及对气候变化的响应,人工林群落结构-土壤质量-生态服务耦合机制,低质低效人工林质量与生态系统服务多目标决策优化算法与路径等关键科学问题,选取长汀、南宁、赣州、黄冈、黄山为典型示范区,开展国家重点研发计划活动。以南方低质低效人工林生态系统服务分布格局及退化机制为主线,从基础理论研究、技术模式研发和集成优化示范等3个层面开展生态服务提升与示范研究,重点破解适用于杉木、马尾松、毛竹等典型人工林的群落结构优化、林下植被功能群诱导恢复、土壤生境修复等关键技术瓶颈,构建低质低效人工林提质增效智慧决策平台,为改善南方低质低效人工林质量和提升生态系统服务提供理论和技术支撑。

生态系统服务多功能区时空变化及其影响因素分析:以青藏高原生态屏障区为例

生态功能分区是生态系统管理的重要环节,基于生态系统服务簇进行生态功能分区对维持生态系统的可持续性具有重要意义。以青藏高原生态屏障区为例,采用生态系统服务和权衡的综合评估模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs,InVEST)、修正通用土壤流失方程模型(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)和卡内基-阿梅斯-斯坦福模型(Carnegie-Ames-Stanford Approach,CASA)评估产水量、土壤保持、固碳和生境质量,在县域尺度上基于主导的生态系统服务类型将研究区划分3个生态系统服务多功能区(生态调节多功能区E1、生态供给多功能区E2和生态支持多功能区E3),并分析了生态系统服务多功能区的时空变化及影响因素。结果表明:(1)与2000年相比,2015年青藏高原生态屏障区产水量和土壤保持减弱,固碳和生境质量提高;(2)青藏高原生态系统服务多功能区时空变化主要是E1和E3之间的相互转化;(3)降水是影响青藏高原生态系统服务多功能区空间格局形成的最主要因素,人口密度是增幅最明显的因素。社会经济因素和自然因素的共同作用加强了多功能区的相互转化。该研究结果可为青藏高原土地多功能属性的管理和国土空间整体功能的提升提供价值参考。

杉木人工林林下植物多样性及其环境对不同间伐强度的短期响应

以江西省官山林场的杉木人工林为研究对象,探究不同间伐强度(0%、20%、40%)物种多样性、地上生物量、林分光环境和土壤理化性质及其之间的相关性。结果表明:(1)林下物种数量随间伐强度的增加而增加,林下灌木层优势种不断变化,而草本层一直不变。(2)林下植物各多样性指数均随间伐强度的增大而增大,除Margalef指数外,其余各指数均在间伐40%与未间伐间呈显著差异。(3)灌木层地上生物量占总生物量的主体,且随间伐强度的增大而增大,不同间伐强度间差异显著,而草本层却呈相反趋势。(4)叶面积指数随间伐强度的增加而下降,冠层开度、林下直射光、散射光、总光照随之上升,但仅在间伐40%后显著。(5)土壤全氮含量间伐后显著上升,但土壤磷、钾、有机质含量均显著下降(6)灌木层多样性指数与灌木层地上生物量、土壤全氮呈显著正相关,与草本层地上生物量、速效磷、全钾含量呈显著负相关。草本层多样性指数与冠层开度、林下直射光、林下散射光、林下总光照呈显著正相关,与草本层地上生物量、叶面积指数呈显著负相关。总之,林下植物地上生物量、土壤化学性质是影响灌木层多样性指数变化的主要控制因子,林分光环境是影响草本层的主要控制因子。就本研究3种间伐强度而言,该地杉木人工林的最适宜间伐强度为40%。

基于小流域尺度的土壤可蚀性K值空间变异

采用传统统计学和地统计学相结合的方法,以邓下小流域为研究区,利用EPIC模型中土壤可蚀性K值算法,研究了小流域尺度下土壤可蚀性K值空间变异特征及不同植被类型对其影响。结果表明:(1)研究区K值的变化范围为0.1498～0.4981,均值为0.3316,变异系数为22.11%,小流域土壤可蚀性存在中等程度的空间变异性。(2)研究区土壤可蚀性K值总体分布趋势是从西北向东南增大,条带状分布明显,K值较高处以"岛状"嵌于小流域中南部。北部森林覆盖区土壤抗侵蚀能力较强,中南部耕作种植及居住生活区土壤抵抗侵蚀能力较弱。(3)研究区8种不同植被类型除旱耕地外,K值垂直变异特征均是K0～20cm<K20～40cm<K40～60cm,土壤可蚀性随土壤垂直剖面深度增大而增大,土壤表层(0～20cm)抗侵蚀性能力最强。8种不同植被类型土壤表层K值(K0～20cm)的大小顺序为:休闲地>茶园>旱耕地>草地>阔叶林>灌木林>针叶林>毛竹林。

浙江安吉主要林地类型土壤渗透性

对浙江安吉县龙王山地区主要植被类型的土壤渗透性进行了研究.结果表明,不同土地利用类型的土壤渗透性存在很大差别.根据土壤渗透能力可将8种植被类型分为4类:第1类,落叶阔叶林,土壤渗透能力极强;第2类,草地、松林、灌木林和茶园,土壤渗透能力强;第3类,毛竹林和常绿阔叶林,土壤渗透较强;第4类,裸露地,土壤较紧实,土壤结构较差,土壤通透性不佳,渗透能力弱.经主分量分析,得到表征渗透性能综合参数α和表征根系特征的综合参数β,构建了回归方程:α=0.1708eβ-0.3122.土壤理化性质、植被根系显著地影响土壤渗透性能.植被根系提高土壤入渗性能的实质是≤1mm细根能有效地改善土壤性状.

黏土矿物中重金属离子的吸附规律及竞争吸附

采用等温吸附法,研究了重金属铜、铅、镉、镍在膨润土中的吸附特征,发现膨润土对铜、铅的吸附明显强于镉、镍,吸附强度大小顺序为Pb2+>Cu2+>Ni2+>Cd2+。Langmuir和Freundlich方程对这4种金属离子等温吸附的拟合均呈极显著关系。Pb2+、Cd2+、Ni2+分别与Cu2+的双组分竞争吸附表明,黏土矿物对4种离子具有"选择性吸附"。在Pb2+、Ni2+、Cd2+的存在条件下,黏土矿物对Cu2+的吸附产生不同程度的下降;100mg/LCu2+对Pb2+的影响不大,但可完全抑制Ni2+、Cd2+的吸附。建立了IAS和LCA模型来预测Pb2+与Cu2+的双组分竞争吸附,并对LCA模型进行修正,提出了更符合实际情况的竞争吸附模型。文章最后用LCA修正模型对Pb2+与Cu2+的双组分竞争吸附进行了模拟。

腐殖质对Cu^(2+)和Pb^(2+)的吸附特性

研究了腐殖质对重金属Cu2+和Pb2+的吸附特性。结果表明:腐殖质对Cu2+、Pb2+均具有较强的吸附性能,但存在着明显的差异,腐殖质对Pb2+的吸附能力远远大于Cu2+。腐殖质对Cu2+的吸附用Langmuir方程拟合效果优于用Freundlich方程拟合效果,而两个方程对Pb2+吸附的拟合程度都较好。用Langmuir吸附等温式推测腐殖质对Cu2+、Pb2+的饱和吸附量,分别为13.09mg/g和84.15mg/g,腐殖质对Pb2+的饱和吸附量几乎是Cu2+的6.4倍。pH对吸附的影响很大,pH较高时腐殖质具有较大的吸附量。通过IR光谱分析表明,羧基和羟基与重金属离子的络合引起腐殖质对Cu2+和Pb2+的吸附。

生态河道研究进展及发展趋势

在广泛查阅国内外生态河道建设相关资料的基础上,对生态河道建设理论与应用技术的研究进展和发展趋势进行了总结和分析,提出生态河道发展的两个阶段,即自然型河道和生态型河道,并分别从生态河道影响因素、河流生态修复以及生态河道工程实践方面进行了归纳和总结。最后针对我国的实际情况,提出了我国生态河道研究和建设的努力方向。

黄浦江源区主要植被类型土壤水土保持功能研究

在野外调查、实测的基础上,采用因子分析、系统聚类分析的方法,根据土壤层水土保持功能的强弱,将黄浦江源区主要植被类型分为4类:落阔林、灌木林为第一类,表现出很强的水土保持功能;茶园、草地、松林为第二类,土壤水土保持功能较强;毛竹林、常绿阔叶林表现出较强的抗蚀性和抗冲性,但渗透性能并不突出,土壤贮水能力也一般,水土保持功能中等,为第三类;裸露地水土保持性能很差,单独作为第四类,其渗透性、抗蚀性、抗冲性、土壤水库容都显著小于其他各样地。

浙江安吉主要植被类型土壤抗蚀性研究

经因子分析,10个用于表征土壤抗蚀性的指标,可以简化为水稳性团粒因子、无机黏粒类因子两个相互独立的公因子。根据土壤抗蚀能力可以将8个样地分为3类。落阔林、灌木林、毛竹林为第一类,土壤抗蚀能力强。茶园、草地、常阔林、松林划为第二类,抗蚀性较强。而裸露地抗蚀性差,单独作为第三类。≤1 mm细根能有效提高土壤抗蚀性能。在表征根系的参数中,根体积更能映根系提高土壤抗蚀性能的效应。

膨润土对Cu^(2+)的吸附及其它金属离子对Cu^(2+)的竞争吸附

膨润土对重金属铜的吸附随铜离子浓度的增加先快速增长而后趋于缓慢最后达成平衡,饱和吸附量为34.10 mg.g-1。Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程均能拟合实验结果,但Temkin方程拟合为最佳。pH是影响膨润土对Cu2+吸附的主要因素。低pH值不利于膨润土对Cu2+的吸附。引入竞争离子,膨润土对Cu2+的吸附量明显降低。Pb2+、Cd2+、Ni2+对Cu2+的吸附产生不同程度的竞争作用,其竞争力为Pb2+>Cd2+>Ni2+。在竞争离子存在的情况下,Cu2+的吸附依然遵守等温吸附模型。饱和吸附量从34.10 mg.g-1下降到16.93 mg.g-1(Pb2+)、19.21 mg.g-1(Cd2+)、26.08 mg.g-1(Ni2+)。

NaCl胁迫下施加外源钾对多枝柽柳生理的影响

为提高多枝柽柳的耐盐性,探讨K^(+)加入后多枝柽柳在生理方面的变化,以1/2 Hoagland营养液培养为CK组,以含200 mmol/L NaCl的1/2 Hoagland营养液培养和含200 mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl的1/2 Hoagland营养液培养为试验组。对处理后7、15、30 d的多枝柽柳新鲜叶片和新生根进行采样,测得其生理指标。试验结果表明:相较于200 mmol/L NaCl处理,200mmol/L NaCl+10 mmol/L KCl处理组多枝柽柳叶绿素含量高,根系活力增强;同时H 2O 2和MDA含量明显降低,SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性明显升高,脯氨酸和可溶性糖等渗透调节物质含量也明显升高。可见,加入外源K+明显提升了多枝柽柳耐盐性,为钾肥在盐碱地使用提升植物耐盐能力提供了理论依据。

不同林龄杉木人工林菌根侵染特征研究

丛枝菌根真菌是一种通过土壤侵染植物根系,与寄主植物互利共生的重要有益真菌。探究不同林龄杉木林中菌根侵染状况与土壤养分的变化规律,有利于深入认识丛枝菌根真菌—杉木相互作用的养分调控因素,从而为改善杉木人工林土壤肥力、促进杉木林可持续经营提供依据。分别选取10a、25a、45a杉木纯林,分析了不同林分菌根侵染率与孢子密度及部分土壤养分因子(全磷、速效磷、全钾、速效钾)的关系。结果表明:(1)菌根侵染率与孢子密度均呈现出随林龄增大而增大的趋势,pH随林龄增大而减少的趋势;(2)根际土中磷的含量总体偏低,而且受到土壤酸化流失和丛枝菌根真菌积累的双重影响呈现出先减少后增加的趋势;(3)虽然有效钾含量随林龄变化趋势不显著,但丛枝菌根真菌能促进土壤钾的积累。因此,丛枝菌根真菌能有效调控根际土的养分动力学特征,减缓土壤酸化造成的养分流失。

不同林分类型土壤对铜的吸附及其影响因素

测定了浙江安吉6种林分类型(茶园、毛竹林、湿地松林、灌木林、落叶栎林、常绿苦槠-青冈混交林)、4个层次(0—10、10—20、20—40、40—60 cm)土壤对Cu2+的吸附量,并探求土壤有机质含量、CEC、pH值及颗粒组成与Cu2+吸附量之间的关系。结果表明,落叶栎林对Cu2+的吸附量最大,灌木林次之,茶林与常绿苦槠-青冈混交林居中,毛竹林与湿地松林吸附量最小;不同层次土壤对Cu2+的吸附量随土层深度增加而减少。土壤有机质含量和CEC是影响供试土壤Cu2+吸附量的主要因素。建立了土壤有机质含量和CEC与土壤Cu2+吸附量的关系模型。

不同林龄杉木人工林根际效应及养分特征

以10、25、45年生杉木纯林为研究对象,分析了不同林分根际与非根际土壤养分因子(有机碳、活性有机碳、全氮、速效氮、全磷、速效磷)及其与酶活性(蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶)的关系。结果表明:随着林龄的增加,根际与非根际土壤养分质量分数、酶活性均呈现增加趋势,而pH值呈现下降趋势;土壤有机碳和活性有机碳的根际效应随林龄增加呈现先增加后减少的趋势,二者均与蔗糖酶活性显著相关,根际土壤惰性有机碳比例大于非根际;全氮和速效氮的根际效应25 a最大,与脲酶活性变化规律一致,造成45年生杉木根际对土壤氮的富集效应减弱;全磷和速效磷的根际效应随林龄增加而增加,但全磷的根际效应远大于速效磷,酸性磷酸酶活性与速效磷根际效应显著相关。因此,在杉木人工林经营管理中应考虑外源磷的添加,提高土壤微生物酶活性,缓解杉木人工林生态系统的磷限制。

土壤渗透性的区域变化规律及因子分析

通过应用数据挖掘和数据整合方法,以建立我国土壤渗透性数据库,并对影响土壤渗透性的各因子综合分析,揭示土壤渗透性的区域变化规律。结果表明:(1)土壤渗透性呈现明显的区域性变化,表现为西南地区<华北地区<东北地区。西南地区土壤渗透力最差,稳渗速率对数值为-0.5～-2.0;华北、东北地区整体数值均在0.5以上,土壤渗透力较强。(2)在影响土壤渗透力的各因子中,气候类型及林龄通过影响植被来间接改善土壤渗透力;植被能有效提升土壤渗透力,但不同植被类型间土壤渗透力并无显著差异;随土层深度的增加,土壤渗透力有所下降。土壤有机质、土壤容重及非毛管孔隙度对土壤渗透力的影响均存在一个阀值,其值分别为30%,1.0g/cm^3,30%。当各因子值超过此阀值,其对土壤渗透力的影响减弱。为更好地探究土壤类型对土壤渗透力的影响作用,在今后的研究中应加强对土壤结构、团聚体等数据的分析。(3)海拔、土层深度及土壤容重对土壤渗透力的影响主要通过影响土壤中非毛管孔隙数量来起作用的。非毛管孔隙度是影响土壤渗透力的主导因子,通径系数为0.34。

浙江凤阳山不同海拔常绿阔叶林土壤微生物特征

【目的】探明浙江凤阳山地带性植被常绿阔叶林土壤微生物群落特征,明确土壤微生物群落沿海拔梯度的变化规律及影响微生物群落结构和多样性的主要因子。【方法】采集海拔343、765、1 364、1 611 m处土壤样品,利用高通量测序技术,探究土壤微生物群落与海拔的关系。【结果】凤阳山细菌操作分类单元(OTU)数量多于真菌,中低海拔(343和765 m)共有的OTU数目较多;Chao 1指数随海拔上升呈下降趋势,Shannon指数没有明显的变化规律。在门水平上,细菌群落优势类群为酸杆菌门Acidobacteria (43.77%~51.55%)、变形菌门Proteobacteria (31.18%~35.77%)和放线菌门Actinobacteria (5.24%~7.99%);真菌群落优势类群为担子菌门Basidiomycota (33.16%~67.35%)和子囊菌门Ascomycota(22.98%~46.78%)。相对丰度前10位的细菌门中,芽单胞菌门Gemmatimonadetes、硝化螺旋菌门Nitrospirae、疣微菌门Verrucomicrobia与海拔呈极显著负相关(P<0.01)。真菌群落不存在与海拔相关的微生物门,而LefSe线性判别分析结果显示:真菌群落具有更多的差异类群。此外,主坐标分析显示:土壤微生物群落以765 m为界,存在海拔分异性特征,且第1主轴与温度、土壤全磷、土壤全钾、土壤pH显著相关(P<0.05)。【结论】海拔变化引起了凤阳山土壤微生物群落特征的变化,并且温度是最主要的驱动因子。图5表6参41。

凤阳山针阔混交林碳通量变化特征及其影响因子

为探究浙江凤阳山针阔混交林的碳通量特征及碳通量与各环境因子间的关系,以及为凤阳山针阔混交林生态功能的提升和碳源(汇)评估提供理论依据。采用涡度相关技术对浙江凤阳山针阔混交林生态系统进行为期11个月的碳通量及环境因子的观测。结果表明:凤阳山针阔混交林碳通量呈现明显的日变化和月变化。在白天,生态系统表现为碳汇,夜间,表现为碳源,日半小时碳通量表现为"U"型曲线变化特征,CO_2通量的范围为-0.501～0.842 mg·m^(-2)·s^(-1);月变化的特点是在7月份表现为很强的碳汇效应,整个研究周期中生态系统碳吸收总量高达540.06 g·m^(-2),整体表现为碳汇;净辐射是影响碳通量变化的重要因子。

森林土壤氧化亚氮排放对氮输入的响应研究进展

大气中氧化亚氮(N_(2)O)浓度的上升加剧了全球变暖。森林土壤在调节大气N_(2)O浓度中发挥着至关重要的作用。近年来,氮(N)输入对森林土壤N_(2)O通量的影响备受关注。然而,森林土壤N_(2)O排放对N输入响应的机制,尤其是植物和微生物对N_(2)O通量的调控作用尚缺乏系统研究。因此,本文综述了N输入如何通过森林植被(根系N吸收、凋落物分解和形成丛枝菌根)和土壤微生物(微生物生物量和群落组成)调控N_(2)O产生途径,从而影响森林土壤N_(2)O排放。结果表明,植物的竞争性氮吸收能降低氮输入对N_(2)O排放的促进作用,其作用大小可能主要取决于土壤“氮饱和”状态。植物凋落物主要通过分解过程中的养分归还和次生代谢产物释放来影响氮输入背景下的森林土壤N_(2)O排放,前者具有促进作用,而后者具有抑制作用。丛枝菌根主要通过吸收有效氮和水分、促进团聚体形成以及改变N_(2)O相关功能基因群落调控森林土壤N_(2)O通量。N输入导致的土壤酸化或养分限制,通常会降低微生物生物量和/或改变微生物群落组成,从而控制N_(2)O排放。N输入对N_(2)O不同产生途径也会造成影响,受土壤湿度、N_(2)O底物浓度以及N_(2)O相关功能基因丰度(AOB、AOA、nirK、nirS和nosZ)的调控。未来在模型预测中,需要将植物氮吸收、凋落物分解、菌根以及N_(2)O产生途径充分纳入模型,以提高模型预测准确性,为全球变化背景下制订森林管理政策和温室气体减排措施提供支持。