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矿区受损生态系统修复与碳汇潜力的文献计量研究

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林业科学研究 2024年第2期37卷 144-155页

作者：张宇昂李亚桐杜忠毓祁新华侯红陈光才国家林业和草原局产业发展规划院北京100010 中国林业科学研究院亚热带林业研究所浙江杭州311400 福建师范大学地理科学学院福建福州350007 中国环境科学研究院北京100012

[目的]矿业开采导致的受损生态系统因分布范围广、环境污染重、生态功能受损,严重威胁环境质量、生态安全和人民健康。在“双碳”目标背景下,矿区受损生态系统的修复是现阶段我国生态保护与修复的重点和难点之一。[方法]采用文献计量方... 详细信息

[目的]矿业开采导致的受损生态系统因分布范围广、环境污染重、生态功能受损,严重威胁环境质量、生态安全和人民健康。在“双碳”目标背景下,矿区受损生态系统的修复是现阶段我国生态保护与修复的重点和难点之一。[方法]采用文献计量方法,针对2010—2022年间发表的914篇矿区生态修复相关文献进行分析,从矿区受损生态系统评价、生态修复技术、碳源/汇潜力及监测技术四个方面对矿区生态修复领域的研究进展进行了系统综述。[结果]矿区受损生态系统修复由“工程修复为主”向“系统生态修复”,由“条块化、分裂式”向“区域综合受损生态系统”转变;矿区碳源/汇与区域环境的碳循环机制研究逐渐深入;遥感等新兴技术手段的应用推动矿区修复监测评价体系的发展革新;法律法规和系统管控理念的完善、多学科的融合发展、“三生空间”的权衡博弈共同影响着退化矿区的修复效益。[结论]本研究明晰了当前矿区受损生态系统修复与碳汇潜力研究和应用的困境与挑战,展望后续研究的方向与可能,为未来矿区生态修复治理及监测评估提供参考。

关键词：矿区生态修复评价碳汇监测

氮磷添加对荒漠草原植物-凋落物-土壤生态化学计量特征的影响

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生态学报 2022年第21期42卷 8773-8783页

作者：刘姝萱安慧张馨文杜忠毓刘小平宁夏大学生态环境学院西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750021 盐池县草原实验站盐池751506

为明确植物、凋落物和土壤养分含量及化学计量比对土壤中添加多种限制性养分的响应,阐明“植物⁃凋落物⁃土壤”连续体化学计量动态及各组分之间的协同作用,以宁夏荒漠草原为研究对象,于2018年开始进行氮(N)、磷(P)养分添加控制试验。试... 详细信息

为明确植物、凋落物和土壤养分含量及化学计量比对土壤中添加多种限制性养分的响应,阐明“植物⁃凋落物⁃土壤”连续体化学计量动态及各组分之间的协同作用,以宁夏荒漠草原为研究对象,于2018年开始进行氮(N)、磷(P)养分添加控制试验。试验处理包括对照(CK)、N添加、P添加、NP共同添加4个处理。结果表明:(1)NP共同添加显著增加了荒漠草原植物N和P含量、以及凋落物和土壤P含量,显著降低了荒漠草原植物C∶N和C∶P、以及土壤和凋落物C∶P和N∶P。P添加显著增加了荒漠草原植物、凋落物和土壤P含量,显著降低了植物、凋落物、土壤C∶P和N∶P。N添加分别增加了植物、凋落物N含量和N∶P,但对植物N含量影响未达到显著水平。(2)C、N、P含量和N∶P大小均表现为植物>凋落物>土壤,C∶N和C∶P均表现为凋落物>植物。(3)N添加提高了荒漠草原植物对P再吸收效率,降低了荒漠草原植物对N利用效率;P添加提高荒漠草原植物对N再吸收效率,降低荒漠草原对P的利用效率;NP共同添加提高了荒漠草原植物对N和P再吸收效率,降低了荒漠草原植物对N和P利用效率。(4)植物⁃凋落物⁃土壤的N、P含量和化学计量比之间显著相关,其中植物N、P、N∶P与凋落物和土壤N、P、N∶P显著正相关,凋落物P、C∶N与植物和土壤C∶P、N∶P显著负相关。(5)荒漠草原植物和凋落物N较稳定(1/H=0.45和1/H=0.48),而植物和凋落物P、N∶P较敏感(1/H=0.80、0.73和1/H=0.81、0.78)。荒漠草原植物生长受N限制,N添加缓解荒漠草原植物N限制,P添加和NP添加加剧荒漠草原植物N限制,荒漠草原植物通过改变养分利用策略和再吸收利用效率适应土壤中N、P含量的变化。

关键词：荒漠草原氮添加磷添加生态化学计量特征养分利用效率

喀斯特石漠化锑矿区植物群落主要物种生态位特征及其种间联结

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生态学报 2023年第7期43卷 2865-2880页

作者：杜忠毓邢文黎薛亮肖江陈光才中国林业科学研究院亚热带林业研究所杭州311400 南京林业大学南京210037

锑矿的开采等活动剥离了喀斯特石漠化区的地上植被,导致该区群落物种组成与结构被破坏、生态系统受损或功能丧失。为了解锑矿开采后生态破坏区优势物种亮叶桦(Betula luminifera)群落特征及演替状态,并为复层植被重建的物种选择提供理... 详细信息

锑矿的开采等活动剥离了喀斯特石漠化区的地上植被,导致该区群落物种组成与结构被破坏、生态系统受损或功能丧失。为了解锑矿开采后生态破坏区优势物种亮叶桦(Betula luminifera)群落特征及演替状态,并为复层植被重建的物种选择提供理论依据。基于贵州晴隆大厂镇锑矿生态破坏区调查数据,分析了该区优势物种的Levins生态位宽度和Pianka生态位重叠度,并运用卡方检验(χ^(2))、Ochiai指数(OI)和Pearson相关性计算了群落优势物种种间联结性。结果表明:(1)石漠化锑矿生态破坏区物种组成远低于未破坏区(30科53属68种),仅为14科18属22种,乔木层物种仅为亮叶桦,灌木层物种重要值由高到低依次为密蒙花(Buddleja officinalis)、茅莓(Rubus parvifolius)和水麻(Boehmeria penduliflora)等,草本层物种重要值由高到低依次为芒(Miscanthus sinensis)、头花蓼(Polygonum capitatum)、破坏草(Ageratina adenophora)、艾草(Artemisia argyi)和鬼针草(Bidens pilosa)等。(2)锑矿生态破坏区灌草层和未破坏区乔灌草层的物种重要值与生态位宽度呈极显著正相关,但不同物种的生态位宽度不同,这是物种生物学属性不同所致;锑矿生态破坏区除水麻与插田泡(Rubus coreanus)的生态位重叠值为1外,其他物种间的生态位重叠程度较低。(3)石漠化锑矿生态破坏区灌木层总体呈显著负联结,种对间负联结数占比较高(5对);草本层总体联结性不显著,但种对间负联结数有15对,其中艾草与芒、艾草与白三叶(Trifolium repens)、芒与破坏草种对间联结程度较高,表明植被群落处于演替前期,极不稳定且易受破坏。未破坏区乔木层和灌木层总体联结性不显著,草本层总体为显著正联结,表明未破坏区植被群落相对稳定。(4)石漠化锑矿生态破坏区植被恢复应选择生态习性相近、重叠程度较小、种间为正联结的物种,例如乔本层的亮叶桦和山苍子(Litsea cubeba)等,灌木层的密蒙花和茅莓等,草本层的艾草、蕨(Pteridium aquilinum)、芒和马唐(Digitaria sanguinalis)等,以达到乔灌草配置具有高稳定性植物群落的效果。锑矿生态破坏区物种组成较少,植物群落结构不稳定,处于演替早期;未来喀斯特石漠化锑矿生态破坏区植物群落仍需要很长一段时间演替才能达到未破坏区植物群落状态,适宜的乡土植物和合理的配置模式有助于加快植被恢复进程。

关键词：喀斯特锑矿生态破坏区重要值生态位种间联结

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气候变化对蒙古莸潜在适生区的影响

草地学报 2023年第2期31卷 540-550页

作者：贺一鸣王驰王海涛杜忠毓段义忠榆林学院生命科学学院陕西榆林719000 湖南农业大学园艺学院国家柑橘改良中心湖南长沙410128 西北大学生命科学学院陕西省秦岭珍稀濒危动物保育重点实验室陕西西安710069 中国林业科学研究院亚热带林业研究所浙江杭州311400

蒙古莸(Caryopteris mongolica)是干旱半干旱区具有较高经济价值和生态价值的小灌木,其地理分布范围日渐缩小,成为濒危植物。为了探究蒙古莸地理分布格局形成演化过程,以蒙古莸49个分布点的环境因子数据为变量,通过建立MaxEnt生态位模型... 详细信息

蒙古莸(Caryopteris mongolica)是干旱半干旱区具有较高经济价值和生态价值的小灌木,其地理分布范围日渐缩小,成为濒危植物。为了探究蒙古莸地理分布格局形成演化过程,以蒙古莸49个分布点的环境因子数据为变量,通过建立MaxEnt生态位模型,探明影响蒙古莸地理分布的主要环境因子,模拟蒙古莸在当代和未来的潜在地理分布,结果表明:最冷季度降水量、最冷季度平均温、年平均气温、季节性降水量变异系数是影响蒙古莸分布的主要生态因子;适宜蒙古莸存活的年平均气温为2.26℃~8.90℃,最干季度平均温为-15.31℃~-5.02℃,最冷季度降水量为1.42~9.97 mm;未来气候变化条件下,蒙古莸潜在分布区面积呈增加趋势;蒙古莸分布核心区域的变化受到年均降水量和温度影响,在RCP 4.5气候变化情景下向北迁移。RCP 8.5气候变化情景下先向东北方向迁移之后沿原途径返回。

关键词：蒙古莸 MaxEnt模型生态因子物种分布迁移路线

氮添加对宁夏荒漠草原植物初级生产力的影响机制

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生态学报 2023年第6期43卷 2476-2487页

作者：张馨文安慧杜忠毓刘姝萱薛斌刘小平文志林宁夏大学生态环境学院/西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地/西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750021 盐池县草原实验站盐池751506

许多研究探索了与全球变化相关的生态系统功能的变化,但对生态系统功能变化的机制与途径了解较少。初级生产力是生态系统功能的重要组分,但关于氮(N)添加下荒漠草原植物群落初级生产力如何变化以及变化机制尚未明确,N是否通过影响生物... 详细信息

许多研究探索了与全球变化相关的生态系统功能的变化,但对生态系统功能变化的机制与途径了解较少。初级生产力是生态系统功能的重要组分,但关于氮(N)添加下荒漠草原植物群落初级生产力如何变化以及变化机制尚未明确,N是否通过影响生物多样性来影响荒漠草原初级生产力?为此,本研究在荒漠草原开展了为期4年的N添加控制实验(2018—2021年),试验处理包括对照和4个N添加水平(5、10、20和40 g m^(-2)a^(-1)),研究了N添加对荒漠草原物种多样性、功能多样性、初级生产力及其关系的影响。结果表明:(1)N添加处理(2018—2021年)改变了植物物种多样性及功能多样性,但年际间变化趋势不同。N添加处理第四年(2021年)荒漠草原植物功能多样性(Rao指数)、群落加权平均值-株高、功能均匀度和功能离散度均显著增加,而荒漠草原植物物种丰富度和Shannon-Wiener指数均显著降低。(2)N添加可以通过影响物种丰富度和功能多样性进而间接地促进荒漠草原初级生产力,但群落加权性状值-株高对初级生产力的影响是正效应,而物种丰富度和功能离散度对初级生产力的影响是负效应。(3)生物量比率假说更能解释荒漠草原植物群落初级生产力的变异。我们的研究表明了N添加主要通过改变群落内优势物种的功能性状来调节荒漠草原植物初级生产力。

关键词：生物多样性-初级生产力关系功能多样性群落加权平均值-株高生物量比率假说初级生产力结构方程模型

喀斯特锑矿植被恢复区植物多样性及群落稳定性

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环境科学研究 2023年第1期36卷 188-197页

作者：杜忠毓王剑武邢文黎肖江薛亮侯红陈光才中国林业科学研究院亚热带林业研究所浙江杭州311400 浙江省森林资源监测中心浙江杭州310020 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012

了解喀斯特锑矿区植物群落结构及稳定性对生态恢复和群落构建具有重要意义,本研究以贵州晴隆大厂镇锑矿植被恢复区(锑矿区)为研究对象,并选择锑矿区周边未被破坏的植物群落作为对照区展开研究.基于样方法对锑矿区和对照区进行植被调查,... 详细信息

了解喀斯特锑矿区植物群落结构及稳定性对生态恢复和群落构建具有重要意义,本研究以贵州晴隆大厂镇锑矿植被恢复区(锑矿区)为研究对象,并选择锑矿区周边未被破坏的植物群落作为对照区展开研究.基于样方法对锑矿区和对照区进行植被调查,分析了植物物种多样性及群落(群落、乔木层、灌木层和草本层)的Godron稳定性.结果表明:锑矿区植物共22种,分属14科18属,且有16种为草本植物,低于对照区的30科53属68种;豆科(Leguminosae)、禾本科(Poaceae)、菊科(Compositae)、蔷薇科(Rosaceae)和荨麻科(Urticaceae)各有2~4种,且以被子植物的双子叶植物为主(共11科13属17种),占总物种数的77.27%.锑矿区优势植物以亮叶桦(Betula luminifera)、苎麻(Boehmeria nivea)、密蒙花(Buddleja officinalis)、茅莓(Rubus parvifolius)、水麻(Boehmeria penduliflora)和插田泡(Rubus coreanus)为主;对照区优势植物以亮叶桦、油桐(Vernicia fordii)、杨树(Populus simonii)、响叶杨(Populus adenopoda)和香樟树(Cinnamomum camphora)为主.锑矿区与对照区乔灌植物的密度间差异不显著(P>0.05),但锑矿区植物高度101~130 cm、131~200 cm和>200 cm的物种数显著低于对照区(P<0.05).锑矿区乔木层和灌木层物种丰富度和Shannon-Wiener指数显著低于对照区(P<0.05),物种丰富度分别比对照区显著降低了82.8%和89.5%(P<0.05),Shannon-Wiener指数分别比对照区显著降低了100%和94.8%(P<0.05). Godron稳定性分析结果表明,锑矿区植物群落不稳定.综上,锑矿区物种组成简单,物种多样性低且不稳定,处于植被演替早期阶段.

关键词：喀斯特锑矿区植物物种多样性群落稳定性

气候变化情景下孑遗植物绵刺在中国的潜在地理分布

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生态学报 2022年第11期42卷 4473-4484页

作者：秦媛媛鲁客杜忠毓史建国柴乖强张宇雷凯宇段义忠榆林学院陕西省陕北生态修复重点实验室榆林719000 榆林市林业和草原局榆林市林业产业开发中心榆林719000 中国林业科学研究院亚热带林业研究所杭州311400 榆林市林业和草原局榆林市造林绿化服务中心榆林719000

绵刺(Potaninia mongolica Maxim.)为我国西北干旱、半干旱地区孑遗濒危荒漠植物,具有重要的生态作用。预测过去、当代及未来气候变化情景下绵刺植物在中国的潜在地理分布区和迁移路线,将为绵刺的保护利用及种群合理建立提供一定的科学... 详细信息

绵刺(Potaninia mongolica Maxim.)为我国西北干旱、半干旱地区孑遗濒危荒漠植物,具有重要的生态作用。预测过去、当代及未来气候变化情景下绵刺植物在中国的潜在地理分布区和迁移路线,将为绵刺的保护利用及种群合理建立提供一定的科学依据。基于绵刺在中国的73个有效分布点和8个环境因子变量,利用MaxEnt模型和ArcGIS软件预测末次间冰期、末次盛冰期、当代及未来绵刺在中国的潜在地理分布变化,综合分析影响绵刺分布的主要环境因子及其适宜范围,并用检验受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)评估模型的精确度。结果表明:(1)MaxEnt模型预测精确度极高,受试者工作特征(ROC)曲线下面积(AUC)值为0.988,预测显示当代绵刺主要分布在内蒙古中西部地区(阿拉善地区)、宁夏东北部和西北部、甘肃中东部、新疆中部和西部少量狭长分布区,潜在地理分布的总适生区面积约是51.94×10^(4) km^(2);(2)影响绵刺潜在地理分布的重要环境因子变量是降雨(最干月降雨量、年均降雨量、最湿月降雨量、最冷季度平均降雨量)和温度(最热月的最高温);(3)从末次间冰期到末次盛冰期,绵刺不同等级潜在适生区面积大幅度缩小;末次盛冰期到当代,绵刺不同等级潜在适生区面积有所增加,但未恢复到末次间冰期面积;未来四种气候情景下,绵刺潜在适生区面积除未来2070年典型浓度路径(RCP8.5)情景下少量减少外,其他三个气候情景(2050年RCP4.5、2050年RCP8.5和2070年RCP4.5)均增加,但高适生区和中适生区面积均减少,低适生区面积大幅增加,且绵刺分布中心有向西南迁移的趋势。

关键词：绵刺气候变化 MaxEnt模型地理分布

红砂(Reaumuria songarica)叶绿体基因组解析及系统发育分析

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分子植物育种 2022年

作者：白慧慧张凯杜忠毓鲁客宋珊珊张剑锋段义忠榆林学院生命科学学院陕西省陕北生态修复重点实验室中国林业科学研究院亚热带林业研究所

为获得红砂(Reaumuria songarica)叶绿体基因组信息特征对其亲缘关系进行研究，可对红砂的保护遗传学及资源开发利用等研究提供分子理论基础。本研究采用Illumina HiSeq X Ten测序平台构建红砂叶绿体基因组图谱，同时利用MEGA-X软件构... 详细信息

为获得红砂(Reaumuria songarica)叶绿体基因组信息特征对其亲缘关系进行研究，可对红砂的保护遗传学及资源开发利用等研究提供分子理论基础。本研究采用Illumina HiSeq X Ten测序平台构建红砂叶绿体基因组图谱，同时利用MEGA-X软件构建红砂系统发育树。结果表明，红砂叶绿体基因组长度为157 072 bp，其中大单拷贝区(LSC)为86 543 bp、小单拷贝区(SSC)为18 441 bp、两个反向重复区(IRa和IRb)均为26 044 bp。红砂叶绿体中GC含量为36.8%，共注释到128个基因，其中蛋白编码基因83个，转运RNA (tRNA)基因37个和核糖体RNA(rRNA)基因8个，该注释基因中共包含内含子16个。此外，红砂与疏花水柏枝(Myricaria laxiflora)、匍匐水柏枝(Myricaria prostrata)、柽柳(Tamarix chinensis)及沙生柽柳(Tamarix taklamakanensis)共同构成一个单系分支。本研究不仅解析了红砂叶绿体基因组特征信息，而且对红砂的未来研究提供了一定的依据和基础。

关键词：红砂(Reaumuria songarica) 叶绿体基因组高通量测序系统发育分析

水氮添加对荒漠草原植物种间关系及群落稳定性的影响

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水氮添加对荒漠草原植物种间关系及群落稳定性的影响

作者：杜忠毓宁夏大学

学位级别：硕士

大气氮沉降和降水量增加对植物种间关系和群落稳定性具有重要影响,了解氮沉降和降水量增加对荒漠草原植物种间关系和群落稳定性的影响,有助于揭示荒漠草原植物对全球气候变化的适应机制。本文以宁夏荒漠草原为研究对象,设置对照(CK,自... 详细信息

大气氮沉降和降水量增加对植物种间关系和群落稳定性具有重要影响,了解氮沉降和降水量增加对荒漠草原植物种间关系和群落稳定性的影响,有助于揭示荒漠草原植物对全球气候变化的适应机制。本文以宁夏荒漠草原为研究对象,设置对照(CK,自然降水+不添加氮)、水添加(W,添加50%降水)、氮添加(N,添加10 gNm-2yr-1)和水氮添加(WN,添加50%降水+添加10 gN m-2 yr-1)处理。基于三年植被调查和地上生物量数据,揭示荒漠草原植物种间关系和群落稳定性对氮沉降和降水量增加的响应机制,对理解全球气候变化背景下荒漠草原植物种间关系和群落稳定性适应机制具有重要意义。研究结果显示:(1)除2020年外,WN处理显著提高植物群落高度、盖度、地上生物量和功能群(禾本科、豆科、杂类草)植物高度和地上生物量。2020年,N和WN处理显著提高禾本科、杂类草植物多度,显著降低杂类草植物高度;W处理显著提高植物群落高度、盖度和功能群(禾本科、豆科、杂类草)植物盖度;N处理显著降低禾本科植物高度。2019年,WN处理显著降低植物群落和禾本科植物多度;2018年和三年均值显示,WN处理显著提高禾本科植物重要值,显著降低Shannon-Winner指数和Pielou指数。此外,2019年W、N处理也显著降低Pielou指数;(2)W处理提高草原石头花、米蒿、冬青叶兔唇花、北芸香和砂珍棘豆的生态位宽度;N处理提高牛枝子的生态位宽度,降低阿尔泰狗娃花、短翼岩黄耆、砂珍棘豆的生态位宽度;WN处理降低冬青叶兔唇花、砂珍棘豆生态位宽度,提高北芸香生态位宽度。W、N和WN处理后,物种的生态位重叠度均有不同程度的下降。CK、W、N和WN处理,多数种对间的生态位重叠度高于0.95(分别占58.33%、72.22%、50.00%和47.72%),少数种对间的生态位重叠度处于0.85～0.90之间(分别占13.89%、2.78%、8.33%和8.33%)。优势物种的生态位宽度随重要值的增加而显著增加;(3)N处理显著增加优势物种总体联结,W降低总体联结。36对物种间,W和N处理分别有5对和1对为显著正联结,均有2对为显著负联结,WN处理各种对间无显著联结。N和WN处理,分别有14对和27对物种的Ochiai指数(OI)和Dice指数(DI)值高于0.8(分别占38.9%、75.0%)。W处理后优势物种的OI和DI指数分别有24对和23对高于0.8,分别占66.7%和63.9%。W处理后,米蒿与短翼岩黄耆、阿尔泰狗娃花与砂珍棘豆呈显著正相关,草原石头花与短翼岩黄耆、米蒿与砂珍棘豆、冬青叶兔唇花与砂珍棘豆呈显著负相关。N处理,草原石头花与砂珍棘豆呈显著正相关。WN处理,长芒草与阿尔泰狗娃花、长芒草与短翼岩黄耆呈显著负相关;(4)N处理显著降低了荒漠草原植物群落和豆科植物的稳定性;N处理与W、WN处理相比显著降低植物群落稳定性。与CK相比,N处理显著降低物种异步性;WN处理显著增加物种异步性,W和N处理对物种异步性具有显著交互效应。植物群落稳定性与物种异步性、豆科植物稳定性呈显著正相关,与物种稳定性呈显著负相关。三年试验结果表明:WN改变了荒漠草原的物种组成,显著提高植物群落高度、盖度和地上生物量。N处理显著增加优势物种种间关系,降低植物群落的稳定性。物种异步性与物种稳定性对荒漠草原植物群落稳定性的影响机制不同,物种异步性可能是影响荒漠草原植物群落稳定性的重要机制。未来在荒漠草原恢复和管理过程中,可通过物种异步性来评判该区生态系统的稳定性。

关键词：水氮添加荒漠草原种间关系生态位特征群落稳定性