祁连山南坡微地形下典型生态系统土壤蓄水能力差异

[目的]探讨祁连山地区微地形形态下典型生态系统土壤蓄水能力差异性,为该区进一步提高水源涵养能力提供参考。[方法]以微地形不同坡向青海云杉和高山草地为研究对象,采取野外采样和室内试验分析相结合的方法,研究不同坡向对典型生态系统土壤蓄水能力的影响。[结果](1)微地形高山草地所在阳坡区域,土壤水分贮存量随坡位上升逐渐呈减少趋势,坡中上(PZS)为土壤水分贮存量最低的坡位;坡位对土壤饱和蓄水量影响较小。(2)坡位显著影响着阴坡青海云杉土壤水分贮存量,土壤贮水量沿坡位上升呈增加趋势,坡顶处(PSD)土壤水分贮存量最高;坡位对青海云杉土壤潜在蓄水能力影响显著,坡中和坡中上土壤潜在蓄水能力最强。(3)两类典型生态系统土壤蓄水能力存在显著差异,高山草地(阳坡)土壤实际蓄水能力在不同坡位均高于青海云杉,青海云杉(阴坡)土壤潜在蓄水能力在坡位和土层尺度均显著大于高山草地(阳坡)。[结论]研究区微地形坡中上至坡顶段是该区保水增蓄的重点区域,坡中上以下区域是两类生态系统土壤蓄水能力核心区域,应继续保护。

川中丘陵区农田生态系统太阳辐射及土壤热通量数据集(2005-2021年)

太阳辐射是地表生态系统的主要能量来源,是生态系统维持本身正常运转和发展的原始动力;地表层土壤热通量是地表能量平衡的重要参数之一。四川盐亭农田生态系统国家野外科学观测研究站(简称盐亭站)是国家布局在亚热带四川盆地农业生态区的唯一农田生态系统监测野外站。该区域具有优越的光、热、水资源,非地带性土壤紫色土广泛分布,形成亚热带湿润季风气候与非地带性紫色土的最佳农业组合,农耕活跃,是四川盆地农业的主体区域。本研究基于盐亭站综合气象观测场Vaisala(芬兰)自动气象观测系统,经过数据采集、处理、数据质量控制与评估,集成2005-2021年紫色土典型农田生态系统太阳辐射和土壤热通量数据集,太阳辐射监测包括总辐射、反射辐射、紫外辐射、净辐射和光合有效辐射。数据集包含5个EXCEL文件,有各类辐射的时值、日值和月值观测及统计数据,数据量32.7 MB。本数据集可为生态系统生产能力评估、应对气候变化等方面的研究提供数据支持。

高氮负荷森林生态系统对大气氮沉降降低的响应研究进展

大气氮沉降对全球生物多样性和生态系统功能构成严重威胁。过去50多年,由于减排措施的实施,欧美国家率先出现大面积区域的氮沉降降低,中国从2010年开始趋于稳定,氮沉降的未来变化趋势可能因全球各地而异。本研究采用文献检索方法和综合分析方法,综述了国内外氮沉降恢复的方法,分析了森林生态系统土壤(酸化和溶液化学)、结构(植被-微生物多样性)与功能(生产力和碳吸存)对氮沉降降低的响应。随着氮沉降的降低,植被物种组成、土壤微生物群落和土壤过程可能恢复缓慢,而一些土壤参数(如pH、硝酸盐和铵浓度等)对氮输入减少的响应相对较快。当氮沉降降低时,可在某种程度上减轻土壤酸化,促进树木生长,但也可能因环境氮沉降速率依然很高并保持土壤酸化,林木的活力仍在恶化。植被多样性的恢复可能存在恢复障碍并在短期内难以维持富营养化的恢复,但促进了贫营养型物种的增加。森林生态系统恢复响应对减排政策存在延迟,且氮沉降增加存在遗留效应,致恢复相当缓慢,但恢复只是时间问题。因此,高氮负荷生态系统的恢复是一个长期缓慢的过程,进一步加强减排尤为重要。

面向水土生态系统服务协同的土地利用模拟

针对水土生态系统服务功能的相关成果难以应用到实际土地利用规划中的问题。本研究以黄土高原为研究区,使用K-means聚类算法在小流域尺度上划分土地利用结构,结合InVEST模型探究土地利用结构对水土生态系统服务功能的影响。以阳泉市为典型区,设置多情景,结合多目标优化算法和PLUS模型进行未来土地利用模拟。结果表明:在小流域尺度上,黄土高原的土地利用结构可以划分为6类。农地结构、林地结构、农地-草地结构、草地结构、农地-林地-草地结构、裸地结构,最优土地利用占比分别是0.6—0.7,0.5,0.45/0.4(农地/草地),0.75—0.85,0.15/0.4/0.25—0.35(农地/林地/草地)。各土地利用结构中生态系统服务之间的约束曲线基本上是驼峰型、凹波、半凹波和凸波。从未来的土地利用数量上看,3种情景下水域和灌木面积均处于较低水平。其中,对照情景中城建用地面积最大,基准情景次之,协同情景最小。3种情景下,阳泉市均以城市建设为中心,向外依次为耕地、草地和林地的层次分布特征。土地利用的发展过程中各种土地类型之间存在替代规律,即城市建设倾向于取代耕地和草地,草地则可能取代林地和耕地,而林地则可能与草地发生替代关系。研究成果对黄土高原土地利用规划有重要参考价值。

西南高山峡谷区水土流失综合防治技术与示范

西南高山峡谷区覆盖大横断“七脉六江”地区,是国家“三区四带”重要生态安全屏障,对保障国家生态安全和区域高质量发展具有重要作用。针对西南高山峡谷区存在的水土流失分异演变地带性规律及其关键驱动机制,水土流失对农业耕作、高陡地形、岩溶地质及冻融作用等复杂驱动条件的响应及其防控机制,民族聚集区生态系统服务功能整体提升及生态生产协同的理论与对策等问题,选取兰坪、云龙、永胜、康定以及波密县为典型示范区,开展国家重点研发计划活动,以西南高山峡谷不同类型区水土流失分异规律和综合防治为主线,按照三个层次开展水土流失综合防治与示范研究,攻克高精度土壤侵蚀预报模型与监测技术瓶颈,形成生态系统服务整体提升的“水土流失防治-生态系统服务-民族经济发展”的多目标水土流失综合防治技术体系,最终为西南高山峡谷区生态系统恢复提供科学依据与技术支撑。

2005-2020年中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集

土壤有机碳库是陆地生态系统碳库中最大、最为活跃的部分,在全球碳循环过程和全球气候变化中起着重要的作用。中国西北旱区位于欧亚大陆的腹地,生态系统极其脆弱,对气候变化的响应也极为敏感,是近年来众多学者关注的热点地区,土壤有机碳储量估算以及空间分布特征日益成为该区域的研究焦点之一,但是数据共享不足与实测数据相对缺乏是造成研究结果不确定性的重要因素。在收集中国生态系统研究网络(CERN)位于中国西北六省区的农田、荒漠、草地生态系统野外科学观测研究站土壤长期观测数据的基础上,通过筛选、质量控制后,采用有机碳估算模型计算生成了中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集。本数据集涵盖了11个站点2005-2020年各类长期观测样地的表层(0-20 cm)和剖面分层土壤有机碳密度数据,以期为中国西北干旱区土壤碳储量估算和碳循环过程研究提供有价值的实测数据。

呼伦贝尔草原生长季叶绿素荧光的特征及其对气象条件变化的响应

在2022年生长季内,基于轨道植被观测仪(型号NZD-G1)对呼伦贝尔草原开展了日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induce chlorophyll Fluorescence, SIF)的原位观测。相较于归一化植被指数,SIF的低频变化分量同样可以表征植物在生长季内的长势变化,而高频变化可以更清楚地监测植物内光合作用的生理过程,且其高频变化与气象条件密切相关。土壤水含量和SIF的关系是非线性的,当降水持续偏多导致土壤偏涝时,牧草的生理代谢减弱,光合作用减缓(SIF值偏低);当前期降水适量导致土壤湿润,且太阳辐射较强时,SIF值可以持续稳定在较高水平,植物光合作用旺盛,长势良好。而在生长季后期,偏凉的秋雨会显著降低植物的光合作用,且后期难以恢复。

我国湿地土壤动物生态地理分布研究进展

土壤动物是湿地系统的重要成分,能改善土壤的性质、调节物质的分解、促进养分的循环、指示环境的变化等。目前,针对湿地土壤动物的生态地理分布、不同湿地土壤动物群落结构及物种多样性差异的研究较少,为进一步了解我国湿地土壤动物生态地理分布、群落结构及物种多样性差异,梳理了1979-2023年我国关于土壤动物生态地理分布和不同湿地土壤动物群落结构差异研究的相关文献。研究表明:目前对湿地土壤动物生态地理分布、生态特征和生态功能的研究具有明显的区域性。不同湿地土壤动物的优势类群不同,在土层中具有明显的表聚性,以腐食性动物为主,蜱螨类(A)和弹尾类(C)数量比具有典型的地带性,不同湿地土壤动物种类和数量具有典型的季节性变化,呈现出典型的湿地特征。建议在今后的研究中,将分子生物学技术应用到土壤动物分类和多样性研究中,深入研究土壤动物分布与地理环境的关系,筛选出不同湿地环境中的指示类群,加强土壤动物在湿地生态恢复中的应用性研究。

根系微生物多样性的研究进展

根系微生物参与土壤生态功能、环境功能和植物免疫功能,是维持植物健康的核心与关键。了解不同微生物的调控机制对有效利用微生物来维持作物健康生长至关重要。植物根系、土壤及微生物构成了一个动态稳定的生态系统,它们相互影响,相互制约。植物根系通过分泌物来选择富集偏好微生物,反过来在植物生长发育过程中土壤微生物也发挥着重要作用,比如利用微生物的抗干旱、解磷、增强植物抵御病原菌等一系列多样性特性来促进植物生长发育。文章主要从根系微生物对魔芋套作的多种特性影响综述了微生物在植物生长发育过程中的作用,为作物设计育种提供重要的理论依据。

2005-2017年中国干旱半干旱区典型生态系统土壤储水量数据集

土壤水是地球水体的重要组成部分之一,陆地上植被和作物所利用的水分主要是从土壤中直接汲取的。因此土壤水的存贮、补给、消耗、更新和平衡对全国尤其是干旱半干旱区域的农业、牧业、林业、自然生态环境和水资源平衡,有着极其重要的意义。本数据集选取中国生态系统研究网络(CERN)位于中国西北干旱半干旱区的8个生态系统观测研究站,收集整理了各站2005–2017年的土壤含水量长期观测数据,通过质量控制、开展剖面-样地尺度上层次及时间归一化统计计算,生成了相应的土壤储水量数据集,以期为中国干旱半干旱区典型生态系统土壤储水量分布及变化状况提供长时序的数据刻画和支撑。

黄土高原关键带土壤水文过程研究进展与展望

地球关键带是21世纪地球科学的前沿和重点领域之一。黄土约占全球陆地面积的10%,中国的黄土高原是典型的地球关键带之一。土壤水文过程驱动着黄土高原关键带不同尺度的系列生物地球化学循环过程,决定土壤−植被−大气连续体的演化方向与可持续性。基于地球关键带“4M”研究框架,综述了黄土高原关键带土壤水文过程研究的热点与前沿,梳理了不同尺度土壤水文过程的观测方法与技术、模型模拟与填图、深层土壤干化管理等研究进展;在此基础上,围绕黄土高原关键带土壤水资源优化利用与生态系统服务功能提升,提出了全球气候变化和大规模人类活动共同影响下黄土高原关键带土壤水文过程的优化管理对策和建议,展望了黄土高原关键带土壤水文过程研究的未来趋势。以期深化黄土高原关键带研究的科学认知,促进地球关键带科学的发展,为黄土高原自然资源优化管理、山水林田湖草系统治理提供科学参考。

三江源国家公园土壤保持实物量计算——基于CSLE模型

土壤保持能力是生态产品价值中可调节产品的重要组成部分,在土壤侵蚀控制及生态环境改善方面具有关键作用。自我国开展国家公园体制以来,其对于三江源地区的土壤侵蚀模数及土壤保持能力的影响尚不明确。对比CSLE与USLE模型及其因子的差异,选取CSLE进行2000年与2020年的土壤侵蚀模数对比研究并计算黄河源区玛多县20年间土壤保持总量。结果表明:1)在研究区中,CSLE模型在区分不同土壤侵蚀模数强度时显著优于USLE模型,其对坡度坡长因子以及生物措施因子的优化计算方法可更精确地评估土壤侵蚀模数。2)从2000年至2020年,玛多县的土壤侵蚀强度得到了较大地改善,约有75%左右区域的土壤侵蚀模数具有明显下降,但仍有小部分区域的土壤侵蚀模数上升,其土壤侵蚀强度加剧。3)玛多县20年间土壤保持总量为1.683×10~6 t,在核算生态产品价值中的土壤保持量时,应以75%的土壤侵蚀模数减少的区域进行计算,而并非采用默认全区土壤均得到了有效保持的USLE公式进行计算。

中国稻田生态系统固碳效应模拟研究

【目的】研究稻田生态系统固碳量的动态变化,为制定与推广耕地固碳减排措施提供依据。【方法】基于3年稻田受控试验数据,校验生物地球化学脱氮—分解作用(denitrification-decomposition,DNDC)模型,并估算2018—2020年间中国稻田生态系统的固碳量;分析稻田生态系统土壤及作物固碳量的时空分布,评估农田生态系统在实现“碳中和”中的贡献。【结果】DNDC模型模拟的水稻产量及土壤有机碳含量与田间观测结果一致性较高(相关系数均大于等于0.77,平均绝对误差和归一化均方根误差均小于13%);2018—2020年中国水稻固碳总量为523.29 Tg,作物对总固碳量的贡献率达97%以上。江西、湖南、广东和广西的双季稻固碳能力较强,而云南、浙江和海南的相对较弱。单季稻固碳量分布呈现北高南低的空间分布特征,其中黑龙江、江苏和湖北的固碳量较高。湖南、福建、江西和广西的双季稻固碳量大于单季稻,双季稻固碳量占总固碳量的60%以上。【结论】DNDC模型可用于模拟稻田生态系统的碳收支,中国稻田生态系统是重要的碳汇,且呈现出较强的空间异质性。

陆地生态系统土壤CO_(2)排放对模拟增温的响应特征及影响因素

全球变暖已经成为不争的事实,陆地生态系统碳循环的研究受到了各界广泛关注,是当前全球变化研究中的重点。土壤CO_(2)排放是陆地生态系统与大气间二氧化碳交换的最大通量之一,当前陆地生态系统中土壤CO_(2)排放如何响应全球气候变暖及其影响因素仍不清楚,限制了对土壤碳循环过程及影响机制的深入认识。旨在明确全球变暖背景下陆地生态系统中土壤CO_(2)排放格局及影响因素。基于Web of Science、PubMed和中国知网等中英文期刊数据库,充分收集全球范围内的相关野外试验文献81篇,提取出65个研究位置和213组相关研究数据,采用Meta分析方法探讨陆地生态系统土壤CO_(2)排放对增温的响应特征,分析其与海拔、气候、土壤含水量、容重(BD)、pH、全氮(TN)和土壤有机碳(SOC)的相关关系。结果表明:陆地生态系统中土壤CO_(2)排放对增温整体有显著的正向响应,在农、林、草生态系统中,增温使土壤CO_(2)排放分别显著增加13.1%、18.0%、5.9%(P<0.05),森林生态系统对增温响应的正效应最强烈;增温能在短时期内促进土壤呼吸,但随着增温持续时间增加,土壤呼吸对温度的敏感性会降低,对温度变化产生适应性,从而使其对增温的响应能力减弱;响应特征受到环境因子、土壤特性以及其他试验条件等的影响,绝大多数条件下对增温表现出显著的正响应特征,不同影响因子之间共同作用、相互影响。增温通常能够改变植物生物量、土壤养分含量及微生物数量和活性,从而影响到植被根际呼吸和土壤呼吸速率。相关分析表明,海拔对土壤CO_(2)排放有显著负向影响,而年均气温、年均降水量、土壤含水量和仪器嵌入土壤深度则对土壤CO_(2)排放产生显著正向影响。这些结果对于理解全球土壤CO_(2)排放的时空变化格局有重要意义,也为准确评价全球变暖背景下土壤碳汇功能及其持续性提供理论依据。

腾格里沙漠东南缘固沙植被区蚁丘对中小型土壤节肢动物群落的影响

为阐明固沙植被区中蚂蚁筑巢活动形成蚁丘对中小型土壤节肢动物群落的影响规律,于2022年在腾格里沙漠东南缘建植第5、8、34、57年的固沙植被区中,分别采集蚁丘内、外土壤样品,采用干漏斗法分离中小型土壤节肢动物,调查了固沙植被演替过程中蚁丘内外中小型土壤节肢动物群落组成、多样性分布特征及影响因素。结果显示:(1)中小型土壤动物的优势类群包括球角虫兆属、等节虫兆属和小真古螨科,分别从第8、34、57年开始呈现出蚁丘内显著高于蚁丘外的分布特征(P<0.05)。中小型土壤节肢动物优势类群个体数及总个体数均从固沙植被建植第8年开始,蚁丘内显著高于蚁丘外(P<0.05)。(2)中小型土壤动物群落类群数和Shannon-Wiener指数均表现为从固沙植被建植第34年开始,表现为蚁丘内显著高于蚁丘外(P<0.05),而且34年固沙植被区蚁丘内分别是蚁丘外的1.6倍、2.2倍,57年固沙植被区蚁丘内分别是蚁丘外的2.3倍、3.9倍;均匀度指数仅在固沙57年呈现出蚁丘内显著高于蚁丘外(P<0.05)的分布特征,即蚁丘内是蚁丘外的5.4倍。(3)结构方程模型显示,在固沙初期,土壤黏粒含量是影响中小型土壤节肢动物群落分布的主要环境因子,而在中后期则为土壤全氮和全钾含量。综合分析表明,腾格里沙漠东南缘固沙植被演替初期蚁丘仅增加中小型土壤节肢动物个体数,而只有在长期演替后蚁丘才表现为显著增加其个体数和多样性、直至改变群落组成结构,并对裸沙地中小型土壤节肢动物个体数分布具有重要辐射作用。

降水格局变化和放牧对草地土壤磷转化影响的研究进展

草地是重要的陆地生态系统,其植物生产力可能会受到营养元素磷的限制。植物在生长发育过程中所需的磷主要来源于土壤,磷元素在土壤中的转化及其有效性受到诸多因素的影响。放牧作为草地常见的利用方式,可以通过影响土壤理化性质、土壤微生物及植物根系分泌物等作用于土壤磷转化过程。然而,在全球降水格局变化的背景下,土壤磷形态及其有效性会如何响应放牧利用,是近些年学者关注的重点问题。本文从土壤含水量、pH、土壤磷酸酶及根系分泌物等方面,总结了降水和放牧对草地土壤磷转化的影响。未来应从自然因素和人为干扰、生物和非生物、长时间和大尺度上多角度考虑降水变化和放牧利用对草地土壤磷转化的影响,以期更好地理解草地土壤磷循环以及在降水格局变化背景下为草地恢复提供参考依据。

2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物回收量月动态数据集

中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称“策勒站”)地处塔里木盆地南缘,南依昆仑山,北临我国最大的塔克拉玛干沙漠。具有植被群落简单,土壤有机质积累缓慢等特点。凋落物是该区域重要的养分来源。基于对策勒站荒漠植物群落的长期定位观测,通过对不同植物凋落物器官(枝、叶、果)分组,本文整理统计得到2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物的回收量月动态数据,同时记载了观测场群落以及土壤养分的年度变化情况。数据的产生严格遵照CERN生物观测规范执行,数据的审核及质量控制由台站与分中心质控人员共同完成。本数据集以期为深入研究塔里木盆地南部荒漠草地凋落物动态变化提供基础数据,为了解和评估极端干旱荒漠生态系统养分循环过程提供理论支撑。

农田微塑料污染现状及对土壤生态系统的危害

微塑料由塑料分解而来,具有颗粒小、化学性质稳定、吸附性强等特点,广泛分布于环境中。农业中常见的农膜覆盖、肥料施用、农田灌溉等方式会造成大量的微塑料输入,且对土壤生态系统造成一定的影响和潜在威胁。为加深对农田土壤微塑料污染现状的了解,更好地防范其带来的生态风险,本研究综述了农田土壤微塑料的来源、污染现状、迁移和降解机制及对土壤生态系统的影响,在总结当前研究的基础上,为未来的土壤微塑料研究提供方向和思路。

中国典型农业生态系统的固碳减排现状、影响因素及减排措施

农业生态系统既是温室气体的重要贡献者之一,也是固碳端,在固碳减排上发挥着重要作用。在“碳达峰”和“碳中和”的背景下,农业生态系统的固碳减排潜力巨大。本文主要综述了中国典型农业生态类型中主要温室气体的来源、固定途径及其影响因素,讨论了农业生态系统固碳减排的现有研究成果、减排潜力以及存在问题,总结了推动整个农业生态系统固碳相关领域的研究,展望了新的研究方向和探索途径。为中国进一步固碳减排、农业可持续发展,尽快实现“双碳”目标提供重要理论参考。

增温与凋落物去除对人工草地土壤呼吸的影响

人工草地是重要的碳汇,但其土壤呼吸及其温度敏感性(Q10)对气候变化和干扰的响应尚不清楚。本研究在大陆性季风气候区的紫苜蓿(Medicago sativa)和无芒雀麦(Bromus inermis)2种人工草地开展了增温和凋落物处理试验,测量了土壤呼吸速率和Q10,并分析了不同草地对这些影响的响应差异。结果表明:增温使年均土壤温度显著增加约2℃(P<0.05);同时,使年均土壤湿度和电导率显著降低(P<0.05)。增温使年平均土壤呼吸速率降低8.81%;凋落物去除使年平均土壤呼吸速率降低9.33%。增温和凋落物去除均使Q10降低。不同草地对增温和凋落物处理有不同的响应,其中紫苜蓿草地对增温的响应大于无芒雀麦草地,而无芒雀麦草地对凋落物处理的响应大于紫苜蓿草地。本研究表明,试验区无芒雀麦群落相较于紫苜蓿群落更能抵抗气候变化和干扰的影响,有利于减少碳排放,是更好的建植人工草地的物种。