我国寒温带四种森林植被类型下土壤团聚体粒级组成及其稳定性比较研究

为了探明我国寒温带大兴安岭地区四种森林植被下土壤的结构和稳定性,于2018年5月至10月对兴安落叶松林、樟子松林、山杨林和白桦林进行土壤样品采集,对四种植被类型0～5 cm、5～10 cm和10～20 cm土层土壤水稳性团聚体粒级组成及其稳定性指标(MWD、GMD和分形维数)进行了研究。结果表明:樟子松林、山杨林和白桦林0～10 cm土层以及兴安落叶松林的0～5 cm土层土壤在生长季内以大团聚体(> 0.25 mm)占绝对优势,其他土层均以微团聚体(<0.25 mm)为主;且四种植被类型生长季中期三个土层的大团聚体含量均高于生长季初期和末期。0～5 cm土层四种植被类型土壤团聚体稳定性较高且相近,随土层加深土层团聚体稳定性降低。寒温带四种森林植被类型生长季内表层(0～5 cm)土壤水稳性大团聚体比例及土壤团聚体稳定性均高于下层(5～20 cm),且阔叶林大团聚体含量高于针叶林,但相对于国内其他研究地区较低。     

基于USLE模型的长株潭城市群生态绿心区水土流失研究

[目的]研究2018年长株潭(长沙市—株州市—湘潭市)城市群生态绿心区最佳植被覆盖和水土流失状况,为区域综合治理提供理论依据。[方法]运用GIS和RS技术,以长株潭区域降雨、土壤、地形、土地利用等数据为基础,采用归一化植被指数(NDVI)模型和USLE国际通用土壤流失方程为优选模型。[结果]长株潭绿心区总面积为52 287 hm~2,整体植被状况较好,高覆盖度(75%～100%)面积最大,占绿心区总面积一半以上,为26 598.40 hm~2;中低覆盖度(30%～40%)面积最小,占区域总面积的8.61%,为4 501.91 hm~2。长株潭城市群生态绿心区总侵蚀(不含微度)面积为3 654.24 hm~2,占总面积的6.99%。湘潭市侵蚀比重最高,为8.51%,长沙市次之,为6.67%,株洲市侵蚀总比例最小,为5.68%。工程建设用地在禁止开发区、限制开发区和控制建设区的侵蚀面积分别为963.92,310.74,735.11 hm~2。[结论]受人为因素、城市建设、产业分布等影响,长株潭城市群生态绿心区覆盖度空间呈现西部低,中东部高的格局,工程建设是造成绿心区土壤侵蚀的主要原因。     

2003-2017年陕西省NDVI时空变化及其影响因素

[目的] 研究影响陕西省植被覆盖主导气候类和非气候类因子,为区域生态文明建设提供科学依据。[方法] 基于2003—2017年MODIS NDVI数据,利用趋势分析和地理探测器模型等方法,研究了气候类和非气候因素对陕西省植被覆盖的影响。[结果] ①2003—2017年陕西省NDVI空间分布总体上为改善趋势,但在不同植被类型区和生态区有所差异。②降水是影响陕西省植被覆盖空间分布的主导气候类因素,其他因素对当地植被覆盖影响程度有所差异。③降水与气温、日照、风速、相对湿度的交互作用对陕西省植被覆盖空间分布起主导作用。且气温的作用只有在和降水的交互作用下才能体现出来。④植被类型和地貌是陕西省植被覆盖空间分布的主导非气候类因素,其他因素的影响有所差异。⑤植被类型、地貌和土壤类型之间的交互作用对陕西省植被覆盖空间分布起主导作用。人口、GDP的影响也只有在与其他因素的交互作用下才能显现出来。[结论] 气候类因素的影响大于非气候类因素,气候类和非气候类因素的共同作用能够充分的解释植被覆盖空间分布。     

冀西北地区不同生态系统枯落物的水文效应

[目的]揭示不同植被生态系统枯落物水文效应的差异,为张家口地区生态空间格局优化提供支撑。[方法]基于样地调查和统计分析方法,分别对冀西北地区张家口市森林、农田和草地3种生态系统的枯落物在生长季末期持水能力及其与生物量之间的关系进行分析。[结果]①森林生态系统枯落物的最大持水量(30.7t/hm~2)、有效拦蓄量(22.97t/hm~2)、有效拦蓄率(187.49%)和吸水速率(5.84g/h)4个指标均优于其他两类生态系统。②草地枯落物的各项水文指标均值皆高于农田,最大持水率甚至高于森林生态系统。③枯落物生物量与其最大持水量和有效拦蓄量呈显著正相关关系,而枯落物占生态系统总生物量的比例随总生物量增加呈幂数下降。[结论]如果造林营林方式正确,森林生态系统能够提升区域水源涵养水平,同时草地的水源涵养能力不容忽视,市域内大范围的耕地向草地扩展,将直接影响区域的水源涵养能力。以生物量表征的生态系统固碳能力与枯落物蓄水所反映的水源涵养能力之间的响应关系在生态系统不同尺度下具有不同的表现,在对区域生态空间格局进行优化时,需明确特定环境下不同生态系统类型枯落物的水源涵养能力及其变化对其他生态服务功能的影响,从而实现各生态系统平衡发展。     

1988-2018年哈密绿洲植被覆盖度时空变化及其驱动力

[目的] 对近30 a来哈密绿洲植被覆盖度时空变化及驱动力进行分析,为该地区绿洲持续健康发展提供理论借鉴。[方法] 以1988,1998,2008及2018年4期影像为基础数据,利用像元二分模型计算了基于AFRI_SWIR2指数提取的植被覆盖度,利用动态度指数与植被覆盖度转移矩阵分析哈密绿洲植被覆盖度动态变化;再通过地理探测器对8个影响因子进行探测,探寻哈密绿洲植被覆盖度的驱动因子。[结果] 近30 a来哈密绿洲面积从1988年的214 km²增长到2018年的632.1 km²,增幅达195%,但绿洲内植被覆盖度等级却较低,同时哈密绿洲面积主要扩展的区域在西北部和东南部区域;哈密绿洲的发展阶段可分为3个阶段：1988-1998年为低强度稳定期,1998-2008年为极度扩张期,2008-2018年为高强度稳定期。[结论] 土地利用类型变化是造成哈密绿洲植被覆盖度变化的直接原因,同时在近30 a内,人为因素对哈密绿洲植被覆盖状况的影响远高于自然因素。     

球等鞭金藻三级培养过程中细菌群落多样性分析

球等鞭金藻三级培养过程中生长差异明显,在完全灭菌的一级培养中生长最佳,在未灭菌的三级培养中生长最差。为揭示培养过程中藻际细菌群落多样性与其生长差异的相关性,以球等鞭金藻(Isochrysis galbana)为研究对象,利用Illumina HiSeq平台通过高通量测序的方法对球等鞭金藻三级培养过程中细菌群落多样性进行研究。结果表明,一、二、三级培养组之间的藻际细菌群落组成差异明显。Shannon和Simpson指数分析说明,一级培养组中细菌群落多样性显著低于二级和三级培养组。MetaStat分析发现,一级和三级培养组之间存在两株丰度显著差异的细菌,其中麦氏交替单胞菌(Alteromonas macleodii)在三级培养下丰度显著高于一级,而红球菌(Rhodococcus erythropolis)相反。进一步通过2216E平板涂布法分离并鉴定了麦氏交替单胞菌等17株球等鞭金藻藻际环境细菌;系统进化树构建结果显示,整个进化树分成13个分支,分别对应13个属,包括交替单胞属(Alteromonas)、假交替单胞属(Pseudoalteromonas)、海杆菌属(Marinobacter)等。本研究结果为探索藻菌互作机理奠定了基础,有助于提高水产养殖过程中球等鞭金藻的产量和质量。     

陕北黄土区退耕还林(草)地土壤质量特征及其对降水的响应

为了解陕北黄土区退耕还林（草）地土壤质量差异特征及其对降水的响应,该文沿370～470 mm的降水梯度,选取了陕西省吴起县境内的王洼子（370～395 mm）、大吉沟（440～445 mm）和白豹（460～470 mm）3个降水梯度区作为研究区,并结合土壤质量指数法,定量评价降水梯度区广泛栽植的刺槐林（Robinia pseudoacacia）、沙棘林（Hippophae rhamnoides）和草地的土壤物理结构、持水性、盐碱度、碳汇指标以及速效养分指标方面的综合得分,明确植被恢复后土壤质量随降水梯度的变化特征。结果表明：1）降水量、植被类型以及二者的交互作用对土壤指标影响显著（P<0.05）。2）在460～470 mm降水量区,刺槐林（0.829）对土壤质量改良效果最好,其次为沙棘林（0.808）,二者土壤质量均达到肥沃水平,且差异不显著,草地（0.679）土壤质量指数最低,土壤为较肥沃水平;在440～445 mm降水量区,沙棘林（0.74）对土壤改良效果最好,其次为刺槐林（0.601）,二者均达到较肥沃水平,草地（0.479）土壤质量指数最低为中等水平;在370～395 mm降水量区,3种植被类型土壤质量指数由大到小表现为沙棘林（0.744）>刺槐林（0.387）>草地（0.251）,沙棘林土壤质量等级为较肥沃、刺槐林和草地为贫瘠水平。3）在370～470 mm降水梯度内,3种植被类型土壤质量综合指数均随着降水量的减少而降低,其中沙棘林土壤质量指数变异性较低（4.1%）,刺槐林（30.1%）和草地（37.2%）土壤质量变异性较高。该研究结果可为陕北黄土区370～470 mm降水梯度下的植被恢复与重建等林业生态工程实施提供数据支撑与理论支持。     

秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同时期土壤酶活性及细菌群落结构的影响

  【目的】  通过研究秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同生育期土壤酶活性和细菌群落结构的影响,揭示土壤细菌群落对不同施肥措施的响应规律,为调节土壤养分,提高作物产量,改善土壤生物功能提供科学依据。  【方法】  基于河南农业科学院原阳试验基地5年连续定位试验,选取不施肥 (CK)、单施化肥 (氮肥基追比1∶1,N)和秸秆全量还田下氮肥基追比1∶1 (SN1)、1∶1.5 (SN2) 和1∶2 (SN3) 共5个处理,于2016年夏玉米抽丝期和收获期采集0—20 cm土壤样品,采用常规方法测定土壤基础理化性质,采用荧光微型板酶检测技术测定土壤酶活性,采用Illumina Miseq高通量测序方法测定土壤细菌群落结构。  【结果】  秸秆还田下氮肥基追比对玉米产量及氮肥利用率产生明显影响,相比于N处理,SN1处理显著增产9.98%;SN1和SN2处理氮肥利用率分别提高9.83、5.10个百分点。在夏玉米抽丝期和收获期,相比于N处理,秸秆还田下各氮肥运筹处理不同程度地提高了土壤pH、有机碳、全氮和速效钾含量,其中均以SN1处理增幅最为明显。在玉米抽丝期,除土壤磷酸酶外,SN1处理土壤酶活性均为最高;SN1处理对收获期土壤β-葡萄糖苷酶、纤维二糖甘酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性的促进最明显。细菌群落除抽丝期SN1与CK处理Shanno指数显著高于N处理而Simpson指数显著低于N处理外,其余处理间差异不显著。各施肥处理下门水平和纲水平的主要优势种群均为变形菌门、放线菌门和α-变形菌纲和放线菌纲。线性判别效应分析 (LEfSe) 显示,不同生育期比较,抽丝期最大LDA（linear discriminant analysis) 值为酸杆菌纲,收获期为芽单胞菌纲;而同一生育期各处理间比较,抽丝期各处理最大LDA值均为变形菌门的α-变形菌纲,收获期均为γ-变形菌纲。典范对应分析表明,抽丝期土壤pH (P = 0.002)、有机质含量 (P = 0.004) 和收获期土壤pH (P = 0.03)、硝态氮 (P = 0.036)、速效钾 (P = 0.044) 含量对细菌群落结构产生显著影响。  【结论】  土壤pH、有机碳、硝态氮和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要因素。秸秆还田条件下,氮肥运筹显著影响土壤酶活性和细菌群落结构,氮肥基追比为1∶1时可显著提升土壤养分含量和酶活性,提高δ-变形菌纲、绿弯菌纲和TK10 (未分类) 相对丰度,从而更有效地促进秸秆分解和转化,发挥有机质调节土壤养分释放、减少养分损失的作用,最终提高玉米产量和氮肥利用率。     

不同有机肥对植烟红壤真菌群落结构及功能的影响

  【目的】  研究植烟土壤中与养分循环相关的真菌群落结构和功能类群对不同有机肥施用的响应,为指导烤烟合理施肥、减缓连作障碍和土传病害提供科学依据。  【方法】  选择烤烟品种‘云烟87’为供试作物,以当地农业废弃物为原料堆制有机肥,设置6个处理:单施化肥 (CK)、鸡粪有机肥 (T1)、芝麻饼肥 (T2)、菜籽饼肥 (T3)、牛粪 (T4)、稻草 (T5),所有处理氮磷钾总量和比例用化肥调整为一致。随机区组田间试验,每个处理3次重复。采用高通量测序结合FUNGuild分析方法,测定分析烟草不同生长阶段各处理的土壤真菌群落结构、多样性、组成及群落功能。  【结果】  结合UPGMA聚类分析和主坐标分析 (PCoA) 发现,相比T2和T3处理,T5、T4和T1处理在烟草旺长期对土壤真菌群落结构的影响较大;成熟期T2与T3处理对土壤真菌群落结构的影响逐渐增大,且超过T4和T5处理。相比CK,T2、T3及T5处理中腐生营养型真菌比例分别显著提高了262.0%、64.0%和198.0%。其中T5处理土壤中腐生营养型真菌所占比例超过病理营养型真菌,成为其主要优势菌群;T1、T2及T4处理的土壤共生营养型真菌分别显著增加了80.0%、320.0%和85.71%。T1、T2和T4处理分别提高了土壤中植物病原菌Monographella (408.98%)、Microidium (93.63%)、Gibberella (559.22%) 的相对丰度。  【结论】  相比单施化肥处理,有机肥会导致土壤真菌群落结构发生变化,且不同有机肥的影响程度和时期均不同,其主要是增加了土壤腐生营养型真菌的比例,更有利于土壤生态系统的稳定和健康。5种供试有机肥处理中,稻草配施化肥最有利于降低长期烟稻轮作的土传病害风险,提高土壤肥力,鸡粪和菜籽饼次之;芝麻饼和牛粪在提高腐生营养型和共生营养型真菌比例的同时,也会增加烟稻轮作体系中水稻赤霉病及烟草根腐病风险。     

基于实地和遥感调查的离子型轻稀土尾砂土壤侵蚀对植被修复措施响应

稀土开采产生大量尾砂,导致严重土壤侵蚀,伴生水质和地质灾害,评价植被修复措施对稀土尾砂土壤侵蚀治理效果可为措施优选提供理论依据。以寻乌县离子型轻稀土尾砂区为研究区,基于1982—2015年GIMMS NDVI 3 g、DEM等遥感和尾砂理化性状现场调查数据,采用空间代时间方法,结合RUSLE模型及其全微分公式探究不同修复年限土壤侵蚀量对植被修复措施的响应机理。结果表明:1982—2015年研究区土壤侵蚀模数显著下降,倾向率为-60 t/(km~2·10a),突变年份为2008年;在植被修复措施实施年(2008年)前后,多年平均土壤侵蚀量减幅超过60%;土壤侵蚀模数呈现上升、平稳、上升、平稳、上升和下降的阶段性变化,与NDVI时程变化呈负相关;水土保持措施、植被覆盖、土壤可蚀性和降雨变化对土壤侵蚀量减小的贡献率分别为33.18%,32.19%,19.95%,13.19%。植被修复过程中,矿区土壤侵蚀量减少的主要影响因子为水土保持措施因子和植被覆盖因子。