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应用生态学报 2019年第02期杂志 文档列表

应用生态学报杂志土壤物理与生态环境专栏

黄土旱塬区土壤水分状况与作物生长、降水的关系359-369

摘要：土壤水分研究是统筹农业生产和生态环境建设的关键环节.本研究结合4年田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬冬小麦和春玉米2012—2015年土壤水分状况的研究,分析农田土壤干层形成情况、土壤水分对作物生长的影响、降水对土壤水库的影响以及作物对土壤水分状况的影响.结果表明:降水年型是冬小麦地土壤干层形成的主导因素,年内降水分布不均是春玉米地土壤干层形成的主导因素.长武旱塬区冬小麦和春玉米一年一季的种植制度不会导致永久性干层的产生;相较于春玉米,冬小麦根系生长习性更符合黄土旱塬区土壤水分循环特征,黄土旱塬区土壤水分有效性可保证作物产量稳定;降水作用下,冬小麦土壤水库充、放水过程呈现收获期、休闲期和苗期连续充水、缓慢消耗期和大量消耗期连续失水相互交替的特点.0~300和300~600 cm土层土壤水库不一致性现象明显,以最大根深作为野外监测试验中土壤含水量的取样深度时,由于深层土壤水库负反馈作用,不同降水年型下,休闲期和苗期的蒸散均会被高估,缓慢消耗期和大量消耗期的蒸散均会被低估.冬小麦田间过渡层存在的范围为140~360 cm;作物生长的时间跨度影响土壤水库效应的发挥,土壤水库对冬小麦供水表现为年际间的调节作用,土壤水库对春玉米供水表现为季节间的调节作用.

黄土高原不同生态治理小流域土壤有机质、容重及黏粒含量的对比370-378

陕西不同区域苹果林土壤水分动态和水分生产力模拟379-390

摘要：基于WinEPIC和偏最小二乘回归模型对1981—2016年陕西不同区域成龄苹果林的水分生产力影响因子和土壤水分动态进行比较.结果表明:研究期间,陕北丘陵沟壑区、渭北残塬区和关中平原区成龄苹果林年均产量分别为16.94、22.62和25.70 t·hm-2,年均蒸散量分别为511.2、614.9和889.88 mm,水分生产力分别为3.81、3.82和3.24 kg·m-3.在陕北区和渭北区,林地水分胁迫最严重,年均胁迫天数分别为54.89、28.38 d,关中区的N素胁迫较为剧烈,年均胁迫天数为25.87 d.陕北区和渭北区影响苹果林产量的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别为0.274和0.235,但施N量对产量也有较大影响,回归系数分别达0.224和0.232;关中区的最大影响因子为施N量,回归系数为0.335,其次是供水量和施P量,回归系数分别为0.154和0.147.陕北区和渭北区影响苹果林水分生产力的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别0.238和0.194;关中区最主要的影响因子为施N量和供水量,回归系数分别为0.182和0.178.在模拟期间,陕北区、渭北区和关中区苹果林地的过耗水总量分别为1152.17、1342.95和1372.42 mm,2~15 m土层土壤有效含水量下降速率分别为63.44、57.08、51.41 mm·a-1,深层土壤干层出现时间分别为8、13和17年后,干层稳定至11 m深的时间分别为18、21和26年,干燥化严重.不同区域苹果林的管理重心应参考水分生产力的主导因子确定.

模拟降雨条件下生物结皮坡面产流产沙对雨强的响应391-397

摘要：生物结皮是黄土丘陵区退耕地广泛存在的地被物.本研究通过人工模拟降雨试验分析了雨强对生物结皮坡面产流产沙的影响.结果表明:生物结皮坡面产流产沙随降雨历时的延长先增加、10~18 min趋于平稳.相对于裸土坡面,生物结皮显著延长了坡面初始产流时间,抑制了坡面产流产沙,可降低21%~78%的坡面径流量和77%~95%的产沙量.雨强主要通过影响生物结皮坡面径流而影响其产沙.随着雨强的增加,生物结皮坡面产流产沙与雨强的相关性出现了由不显著相关向显著相关的转折,雨强>1.5 mm·min-1时,生物结皮坡面的减流减沙作用随着雨强的增加而降低.本研究结果为降雨条件下生物结皮坡面产流产沙过程的模型模拟奠定了基础.

HYDRUS-1D模型模拟渭北旱塬深剖面土壤水分的适用性398-404

摘要：黄土高原生态恢复过程中,深剖面土壤水分平衡状况发生了重要变化,但传统观测方法难以量化深层渗漏等水文变量,需要借助模型进行分析.本研究利用HYDRUS-1D模型,模拟渭北旱塬长武塬农地和苹果园10 m深剖面土壤水分的垂直分布和时间变化,评价模型的适用性.基于2011年9月—2013年10月观测的土壤水分数据,通过优化土壤水力参数,模拟深剖面土壤水分空间和时间的离散化过程.结果表明:校准期和验证期,HYDRUS-1D模型的决定系数在0.65~0.85、模型效率系数在0.55~0.83、土壤水分的均方根误差在0.01~0.02cm3·cm-3.实测与模拟土壤水分的剖面分布和时间变化状况具有很好的一致性,表明HYDRUS-1D可以用于模拟渭北旱塬深剖面的土壤水文状况.

耕作深度对蔗地土壤物理性状及甘蔗产量的影响405-412

摘要：探讨蔗地机械化耕作深度对耕层土壤物理性状及甘蔗产量构成因子的影响,阐明深松作业的针对性土壤区位和障碍因子,可为甘蔗良好耕层的构建和土壤改良策略的制定提供科学依据.本研究设置3种深松作业深度(35、40和45 cm),以不深松为对照,对蔗地土壤物理性状(紧实度、容重、含水率、孔隙度、三相容积率)和甘蔗产量构成因素及蔗茎产量等指标进行研究.结果表明:耕作作业深度与蔗地土壤结构特性及甘蔗产量的改善提升效应呈显著正相关.深松能够打破犁底层,显著降低土壤紧实度和容重,减小机械作业相应的贯入阻力和抗剪强度,尤其对20~30 cm土层的上述因子具有显著改善效应,对甘蔗高产意义重大.深松显著提高了30 cm以内土层的液相容积率,增大了土壤水分库容,使10~30 cm土层的水分指标显著改善.10~30 cm土层是深松对耕层土壤固相容积率改善效应最显著的区位.耕作深度的增加对甘蔗有效茎数、株高、蔗茎产量及蔗糖含量具有显著的促进效应.鉴于蔗区当前较普遍的机具装备水平,我国适宜蔗区实施机械化深松的作业深度标准应不小于40 cm.

蚂蚁筑巢对西双版纳热带森林土壤易氧化有机碳时空动态的影响413-419

摘要：蚂蚁筑巢定居能够形成与巢穴周围显著不同的微生境和土壤养分环境,从而对土壤易氧化有机碳(EOC)产生重要影响.本研究以中国科学院西双版纳勐仑热带植物园白背桐群落为研究对象,比较蚂蚁巢地与非巢地土壤EOC时空分布特征,并分析蚂蚁筑巢引起土壤理化性质的改变对土壤EOC时空动态的影响.结果表明:研究区蚁巢和非蚁巢地土壤EOC随月份均呈明显的单峰型变化规律,表现为6月>9月>3月>12月;土壤EOC沿土层呈逐渐降低的变化趋势,在0~5 cm土层,蚁巢土壤EOC显著大于非巢地,在5~10和10~15 cm土层的差异不显著.蚂蚁筑巢显著提高了土壤温度、土壤有机碳、土壤易氧化有机碳、土壤微生物生物量碳、全氮、硝态氮和水解氮含量,显著降低了土壤含水率和容重,但对铵态氮、pH值的影响不显著.土壤有机碳、土壤微生物生物量碳是调控蚁巢和非巢地土壤EOC时空变化的主要因子,土壤温度、含水率、全氮和硝态氮等土壤指标对土壤EOC的影响次之.蚂蚁筑巢主要通过改变微生境(土壤温度和水分)及土壤养分(主要是土壤有机碳和微生物生物量碳)的状况,进而调控热带森林土壤易氧化有机碳的时空动态.

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封面说明369-369

摘要：图片由西南林业大学生态与水土保持学院李少辉2018年6月拍摄于中国科学院西双版纳热带植物园,其地理位置为21°55’N、101°16’E.地处东南亚热带北缘,属北热带季风气候,年平均气温21.5℃,≥10℃积温7860℃,年平均降雨量1557 mm,终年无霜.一年中干湿季分明,其中,雨季(5—10月)为1335 mm,占全年的87%,干季(11月至次年4月)为202 mm.

应用生态学报杂志中国生态学学会2018年学术年会会议专栏

不同季节杉木幼苗叶片养分和代谢组分对增温和减少降水的响应420-428

摘要：研究冬季和夏季亚热带杉木幼苗在增温5℃和减少50%自然降水处理下叶片养分和代谢组分的变化.结果表明:由于不同季节温度和水分差异,杉木叶片的养分和生理代谢组分在不同季节有不同的表现.冬季杉木叶片碳、氮、磷和钾含量显著高于夏季.夏季减少降水、增温处理对杉木叶片各类抗氧化酶活性均无显著影响,冬季减少降水处理分别显著降低超氧化物歧化酶活性20.7%和过氧化物酶活性17.8%.冬季增温后杉木叶片非酶促的抗坏血酸含量显著增加132.5%.冬季增温+减少降水处理降低杉木碳含量,促进渗透物质脯氨酸和氮含量的累积.夏季增温+减少降水处理显著提高杉木叶片碳含量3.3%.无论是冬季还是夏季,增温+减少降水处理对杉木叶片抗氧化系统无显著影响.植物对夏季增温的适应机制与冬季增温不同,杉木叶片的养分变化对同时增温+减少降水更加敏感.为了更好地管理种植林,以提高植物的生产力,在未来气候变化下,应提高植物对养分供需和对季节响应的关注.

基于植被生产力的西南地区生态系统脆弱性特征429-438

摘要：中国西南地区是全球生物多样性保护的重要地区之一.在全球气候变化背景下,该地区生态系统呈现出脆弱性增加的趋势.本研究基于生态系统总初级生产力(GPP),根据IPCC有关脆弱性的概念,计算西南地区生态系统的脆弱性,并分析了该区脆弱等级的空间分布格局,以及生态系统脆弱性与降水、温度、海拔、坡度和植被类型等因子间的相关性.结果表明:西南地区生态系统脆弱性呈现由东南向西北逐渐增强的趋势,区域内多数地区为轻度、中度脆弱区(二者共占69%).脆弱等级随着区域内年平均降水量、多年平均温度的增加而减少,随着区域内海拔、坡度的增加而增加.西南喀斯特山区和西北山地农牧交错区呈现较高的脆弱性,更容易受气候变化或其他外界扰动的影响.针叶林、灌丛和草地的脆弱性相对较高,未来可能更容易受到气候变化的影响.

基于参与式制图的城市保护地生态系统文化服务价值评价——以上海共青森林公园为例439-448

摘要：生态系统服务价值定量化评价及其空间制图可以为确定生态系统文化服务(CES)优先保护地域提供有效途径.本研究以上海共青森林公园为例,采用问卷和结构式访谈结合参与式制图(PPGIS)方法,将非货币CES价值和空间信息结合,把丰度、多样性和稀有度指数转化为空间生态综合指数,定量评价了CES价值及其空间分布,识别出优先保护地域.结果表明:不同景观类型的CES价值分布不同,共青森林公园美学服务价值主要分布在相对开阔的草地、滨水和疏林区,滨水区具有较高的社会关系和灵感价值.多样性较高价值区主要沿湖滨水分布,而稀有度价值较高区域多分布在森林和草地区.通过对8个梯度阈值生态指数的最高值区域进行叠加,验证了25%为有效划分阈值,能够更准确划分公园CES优先保护范围.该方法引入公众参与,实现了使用者体验的空间化、定量化、类型化,建立了景观、空间、体验的地域关系,可为城市保护地优先保护地域划分及其规划管理提供重要依据.

协同分布式实验2.0(CDE 2.0):生态学野外研究新方法449-455

摘要：全球野外实验网络是近年来兴起的生态学实验方法,产生了'协同分布式实验'(CDE)、'分布式协作实验'(DCE)的野外实验网络和英国生物学记录中心(BRC)的野外观察网络等具体方法,但均存在尺度小、周期短或数据偏差问题.野外实验网络的协议设计应秉持实验优于观察测量、数据数量优于数据质量和尺度优于操作的原则.综合上述方法,本研究提出利用公众科学(citizen science)获得大范围、多尺度和长周期的数据,采用环境因子作为协变量对公众参与者的实验数据集进行验证后,将其作为后验概率与作为主观概率的生态学家实验数据集进行比对,以完成数据有效性验证,克服公众参与者数据质量瑕疵,并提出了相应的统计学模型.讨论了生态学实验数据中应用先验概率、先验与后验概率的逻辑关系以及后验概率发现演化过程新关系的可能性.这种方法更符合统计学采样规范,并增加了大尺度时空的样本量.该方法有望为生态学研究所寻找的一般性理论提供方法支持,新方法可称之为'协同分布式实验2.0'(CDE 2.0).

不同水旱复种轮作方式对稻田土壤有机碳及其组分的影响456-462

摘要：通过连续2年的田间试验,研究不同水旱复种轮作方式对土壤有机碳及其组分的影响.结果表明:稻田2年水旱复种轮作后的土壤总有机碳(TOC)呈现先升高后下降的趋势,易氧化有机碳(ROC)分蘖期最高、成熟期最低,土壤微生物生物量碳(SMBC)在分蘖期最高,可溶性有机碳(DOC)则在成熟期达到最高.土壤TOC的差异变化最大值和最小值分别出现在孕穗期和成熟期,ROC出现在返青期和孕穗期,DOC出现在成熟期和返青期,SMBC出现在分蘖期和返青期.'冬闲-早稻-晚稻→冬闲-早稻-晚稻'的土壤TOC、DOC变化幅度最大,'紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻'的土壤ROC变化幅度最大,'蔬菜-花生/玉米-晚稻→紫云英-早稻-晚稻'模式的SMBC变化幅度最大.'马铃薯-玉米/大豆-晚稻→蔬菜-花生/玉米-晚稻'在孕穗期的TOC含量较高;'紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻'能在晚稻生长的前期和中期积累较多的土壤ROC;'油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米/大豆-晚稻'在返青期和成熟期的土壤DOC含量较高,在孕穗期和抽穗期的SMBC较高.土壤各有机碳及其组分的大小关系为:TOC>ROC>SMBC>DOC.可见在当地土壤肥力条件下,水旱复种轮作方式能提高土壤有机碳及其组分的含量,有利于改善土壤质量,提高土壤肥力.

基于通量分析方法的河川型水库生态屏障区位设计463-471

摘要：区位选择是水生态屏障研究及建设过程中面临的重要科学问题.针对河川型水库入流方式多样、地形起伏大的特征,本研究从水生态屏障的非点源污染去除功能出发,提出一种基于通量分析的河川型水库生态屏障区位选择方法.以我国三峡库区为例,选择库区典型研究区运用该方法进行生态屏障区位研究.结果表明:按照三峡库区沿岸100 m宽度的设计方案,研究区内水生态屏障作用不能得到有效发挥,其中,最佳功能区仅占设计面积的11%,无效区占设计面积的10%,流域内79%的总氮与93%的总磷集中在占生态屏障区总面积21%的区域进入水库.根据污染物通量及流量通量过程,可提取出高污染通量汇流区域及高污染物浓度区,根据保护目标,分别对应开展以污染物总量削减及污染物浓度达标的生态工程措施.采用该方法可充分考虑地形对污染物质通量的影响,划分出水生态屏障的重点保护区域,能有效解决河川型水体的水生态屏障区位设计问题.

太行山区水资源供需关系的垂直梯度特征472-480

摘要：太行山区具有水少土薄的生态劣势,却承担着华北平原水源供应的重要作用.开展太行山区水资源供需关系垂直特征研究,有助于指导山区生态系统的可持续管理.本研究基于遥感数据以及In VEST模型,定量评估太行山区产水量,并根据不同地区人均综合用水指标计算耗水量,通过不同海拔的水资源产耗比科学划定太行山区水资源的供给区和受益区.结果表明:2005—2014年,太行山区年均产水总量为65.94亿m~3,耗水总量为45.32亿m~3,水资源盈余20.62亿m~3;从县域和集水区尺度看,太行山区边缘低海拔地区存在一定程度的水资源短缺问题,整个太行山区的产耗比为1.53;根据产耗比随海拔的变化,可将太行山区划分为3个垂直带,0~300 m为水资源补给区,建议发展为农林复合型过渡带,300~950 m为水资源过渡平衡区,建议维持当前自产自耗的现状,950 m以上为水资源外溢区,建议划为水源涵养保护区,严禁一切开发破坏行为.

应用生态学报杂志研究论文

杉木凋落物覆盖对自身幼苗出土和早期生长的影响481-488

摘要：凋落物可通过物理和化学作用显著影响幼苗出土和早期生长,进而影响天然更新.杉木是中国南方重要的造林树种,但存在着天然更新障碍,其原因可能是林下较厚的凋落物层阻碍了杉木幼苗出土和早期生长.本试验利用覆盖自然和塑料凋落物来研究凋落物对杉木幼苗出土和早期生长的影响,并检验其影响是物理作用还是化学作用.本试验设置2种凋落物类型(自然和塑料凋落物)和4个覆盖厚度(对照,0 g·m-2;浅层,200 g·m-2;中层,400g·m-2;深层,800 g·m-2).结果表明:与对照(0 g·m-2)相比,浅层(200 g·m-2)凋落物覆盖对出苗率有促进作用但不显著,深层(800 g·m-2)凋落物覆盖对出苗率和存活率有显著抑制作用.随着凋落物覆盖厚度的增加,幼苗根长不断减小,而茎长逐渐增加.凋落物浅层覆盖下杉木幼苗的根生物量、叶生物量和总生物量均最大,深层覆盖下最小.幼苗的根冠比随着凋落物覆盖厚度的增加而不断减小.与对照相比,凋落物覆盖下幼苗光合与非光合组织生物量比均有所增加.相同覆盖厚度下,自然和塑料凋落物对杉木幼苗出土和早期生长的影响均无显著差异,表明短期内凋落物覆盖对幼苗出土和早期生长的影响主要是物理作用.随着凋落物覆盖厚度的增加,杉木幼苗出土和早期生长表现为先促进后抑制,且杉木幼苗为了穿过厚厚的凋落物层倾向于把资源分配给地上部分.本研究结果为凋落物是影响杉木幼苗建植和天然更新的一个重要生态因子提供了试验证据.

人工油松林中不同植物叶片非结构性碳水化合物含量对氮添加的响应489-495

摘要：全球氮沉降通过影响树木叶片的生理过程影响森林生态系统的结构与组成,但目前关于氮沉降对森林生态系统中不同植物叶片非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响还不十分清楚.本研究选取黄土丘陵区人工油松林中油松、辽东栎、忍冬、绣线菊、黄刺玫、茜草、披针苔草7种主要高等植物,比较了3年氮添加(0、3、6、9 g N·m-2·a-1,分别用N0、N3、N6、N9表示)对7种植物叶片中NSC的影响.结果表明:不同植物叶片可溶性糖、淀粉含量变异很大,二者变异最高的均为黄刺玫,最低的分别为绣线菊和披针苔草;不同植物可溶性糖、淀粉对氮添加的响应存在明显差异.N6处理下茜草的可溶性糖和淀粉的变异高于其他物种,N3和N9处理下绣线菊的变异高于其他物种,可溶性糖和淀粉含量变异最小的物种在不同氮添加水平下不同.随着氮添加水平的增加,油松和披针苔草的可溶性糖含量持续升高,绣线菊持续降低,辽东栎、忍冬和黄刺玫的可溶性糖含量先降低后增加,在N6处理达到最小,而茜草的可溶性糖含量呈现较复杂的变化趋势.氮添加对植物叶片中淀粉含量的影响表现为油松、忍冬和披针苔草的淀粉含量持续增加,绣线菊先降低后增加,在N3处理达到最小,而黄刺玫和茜草则呈现较复杂的变化趋势,辽东栎淀粉含量变化趋势平缓.在氮添加后,土壤pH、有机碳、全氮、全磷与植物叶片NSC含量无相关关系,仅N0和N3水平下上述土壤理化指标会显著影响可溶性糖/淀粉.表明林地不同植物叶片中NSC含量对氮添加的响应明显不同,研究全球氮沉降或氮添加对林地生态系统的影响需要考虑不同植物,尤其不同生活型植物的不同响应.

气候变化条件下山西翅果油树适宜分布区的空间迁移预测496-502

摘要：气候变化对生物多样性的影响及其适应性直接关系着生物多样性保护的成效,预测未来气候变化条件下受威胁物种适宜生境的空间变化趋势对生物多样性保护具有重要的理论和实践意义.本文选取我国特有濒危植物翅果油树为研究对象,在区域尺度上预测气候变化条件下的物种适宜分布区,进而通过空间分析模拟不同气候变化情景下其适宜分布区的空间变化和迁移趋势.最大熵(Maxent)物种分布模型预测结果显示:翅果油树的两个适宜分布区在未来气候变化情景下呈现不同的迁移趋势,吕梁山适生区呈现出纬度方向上的轻微波动,而中条山适生区则呈现出向高海拔地区迁移的趋势.适生区空间格局变化分析表明,翅果油树当前适生区的边界存在明显变化区域,包括新增适生区(零星分布在两个适生区的边缘地带,新增率为9.1%~20.9%)和丧失适生区(集中分布在吕梁山适生区北缘和中条山适生区东南部,丧失率为16.4%~31.2%),且两者对气候变化的响应较为敏感.利用分类统计工具Zonal计算得出,在未来气候变化条件下吕梁山适生区的中心点呈现向南迁移的趋势,最大迁移距离为7.451 km;中条山适生区的中心点则呈现出向西北迁移的趋势,最大迁移距离为8.284 km.表明山西翅果油树的分布对气候变化的响应较为剧烈.