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黑土区不同种类有机物料腐解过程中的溶解性有机质特征

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应用生态学报 2025年第2期36卷 513-525页

作者：雷琬莹滕培基盛明王博李娜中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土地保护与利用全国重点实验室哈尔滨150081 中国科学院大学北京100049

溶解性有机质(DOM)是有机物料中最活跃的组分,在有机物料还田腐解转化为土壤有机质、培肥土壤过程中发挥重要作用。本研究以东北黑土区为研究区域,在典型黑土带上由南向北选择辽宁省昌图县、吉林省德惠市、黑龙江省哈尔滨市、海伦市和... 详细信息

溶解性有机质(DOM)是有机物料中最活跃的组分,在有机物料还田腐解转化为土壤有机质、培肥土壤过程中发挥重要作用。本研究以东北黑土区为研究区域,在典型黑土带上由南向北选择辽宁省昌图县、吉林省德惠市、黑龙江省哈尔滨市、海伦市和黑河市5个地点,布设6种有机物料(鸡粪、猪粪、木耳菌糠、大豆秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆)的田间腐解试验,采用光谱学技术研究有机物料还田腐解后其自身DOM性质的变化及主要影响因素。结果表明:有机物料腐解2年后,溶解性有机碳浓度显著下降,芳香性指数、疏水性组分含量、有色溶解性有机质浓度和腐殖化指数均不同程度增加,且不同种类有机物料间存在差异。DOM的荧光指数值均<1.4,自生源指数值介于0.4~0.7,外源输入特征明显,生物可利用性较低。平行因子分析发现,腐解后有机粪肥和菌糠DOM中类富里酸和类蛋白质组分的相对含量减少,类腐殖质组分的相对含量增大;作物秸秆DOM中类蛋白质组分的相对含量大幅下降。有机物料腐解后DOM性质具有明显的地带性变化规律,DOM的芳香性和腐殖化程度随试验地点积温的升高而增强,从积温最低的黑河到积温最高的昌图,DOM的芳香性和腐殖化指数分别提高了6.9%~42.7%和23.9%~59.0%。有机物料的种类和试验地点以及二者的相互作用均对DOM性质有显著影响,相关性和主成分分析结果表明,有机物料DOM性质与其自身化学结构密切相关,且受有机物料种类影响较大,受试验地点影响较小。综上,有机物料还田腐解2年后,DOM中活性组分向稳定组分转化,芳香性和腐殖化程度提高,自身性质是影响有机物料腐解中DOM性质变化的主要因素。

关键词：有机物料腐解溶解性有机质光谱特征东北黑土区

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浮游藻类物候遥感监测研究进展

湖泊科学 2025年第1期37卷 1-13页

作者：严照江房冲宋开山王翔宇吕云峰中国科学院东北地理与农业生态研究所长春130102 长春师范大学地理科学学院长春130032

浮游藻类广泛分布于海洋和内陆水体生态系统中,其生长和发育过程具有明显的时空异质性,对气候变化的响应也极为复杂。藻类物候描述了其在长期适应气候、水质和人类干预等因素下的周期性变化,从而形成一种与环境条件相适应的生长发育节... 详细信息

浮游藻类广泛分布于海洋和内陆水体生态系统中,其生长和发育过程具有明显的时空异质性,对气候变化的响应也极为复杂。藻类物候描述了其在长期适应气候、水质和人类干预等因素下的周期性变化,从而形成一种与环境条件相适应的生长发育节律。它主要包括藻类的出现时间、增长高峰以及减少或消亡的时间等特征。遥感技术通过高时空分辨率持续获取叶绿素a浓度数据(浮游藻类生物量的表征参数),实现对藻类物候的长期监测。本文详细地回顾了近年来遥感藻类物候监测和提取方法的进展,指出目前存在的问题与不足,并对未来的发展趋势进行展望。首先,回顾了现有卫星遥感提供大范围时空连续的藻类生长信息。其次,总结了浮游藻类物候阶段的监测,以及估计藻类特定物候阶段的方法。同时,介绍了用于遥感时间序列估算藻类物候的常用数据处理方法,探讨了浮游藻类物候特性的变化趋势。最后,探索了可能影响藻类物候变化的因素和驱动机制。基于以上分析,本文指出未来藻类物候遥感的研究应重点关注:(1)开发并验证适用于不同水域环境的通用算法,结合机器学习等智能算法改进物候模型,提高物候监测精度和算法的业务化应用水平;(2)结合数值模型和生态系统动态模型,深入研究浮游藻类物候背后的驱动机制。

关键词：藻类物候叶绿素a 海洋和内陆水体

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黑土区不同耕作方式对土壤有机碳及其组分的影响

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生态学报 2025年

作者：袁玉玉王洋崔政武徐光辉王楠徐林浩中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生态与环境重点实验室中国科学院大学延边大学融合学院

针对以秸秆覆盖还田等保护性耕作为主的不同耕作方式下东北黑土有机碳的赋存与变化尚不清楚，以休耕轮作（包含三个条带：种植带、休闲带、覆盖带）、常规耕作和免耕三种耕作措施的长期定位试验为基础，研究土壤有机碳（SOC）及溶解性... 详细信息

针对以秸秆覆盖还田等保护性耕作为主的不同耕作方式下东北黑土有机碳的赋存与变化尚不清楚，以休耕轮作（包含三个条带：种植带、休闲带、覆盖带）、常规耕作和免耕三种耕作措施的长期定位试验为基础，研究土壤有机碳（SOC）及溶解性有机碳（DOC）、易氧化有机碳（ROC）、轻组有机碳（LFOC）、重组有机碳（HFOC）、颗粒态有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MAOC）的变化特征。结果表明，SOC及组分随着土壤深度的增加呈下降趋势，20—40cm土壤各处理的SOC及组分含量差异不显著；休耕轮作0—20cmSOC含量较高，较常规耕作和免耕高17.33%—21.57%。休耕轮作种植带和免耕0—20cm土壤ROC和DOC含量最高，休闲带0—20cmPOC和LFOC含量最高。休耕轮作显著促进0—10cm土壤POC含量增加，对下层土壤的作用不明显，但促进了各层次土壤LFOC含量不同程度的增加。休耕轮作表层土壤POC/SOC、LFOC/SOC均高于常规耕作，秸秆覆盖还田有助于SOC组分组成的优化。SOC与ROC、DOC、POC、MAOC、HFOC均呈极显著相关关系（P<0.01），与LFOC呈显著相关关系（P<0.05），表明活性有机碳组分受到SOC含量及耕作方式的显著影响，休耕轮作和免耕显著提高了0—20cm土壤活性有机碳组分含量，也改善了SOC不同组分结构比例，有助于土壤有效养分的提升。

关键词：黑土休耕轮作有机碳有机碳组分秸秆覆盖

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四环素在苏打盐碱湿地土壤中的吸附解吸特性

农业环境科学学报 2025年

作者：杨文聪于锐吴霞邵玟玥周嘉罗那那哈尔滨师范大学中国科学院东北地理与农业生态研究所

为了研究苏打盐碱湿地土壤的吸附解吸特性，本研究以退化型、芦苇型、蒲草型苏打盐碱湿地土壤为对象，采取静态吸附实验的方法，探究苏打盐碱湿地土壤的吸附解吸特征。结果表明，3种盐碱化不同的苏打盐碱湿地土壤四环素最终吸附量大小... 详细信息

为了研究苏打盐碱湿地土壤的吸附解吸特性，本研究以退化型、芦苇型、蒲草型苏打盐碱湿地土壤为对象，采取静态吸附实验的方法，探究苏打盐碱湿地土壤的吸附解吸特征。结果表明，3种盐碱化不同的苏打盐碱湿地土壤四环素最终吸附量大小顺序为蒲草型(490.9 mg·kg-1)＞芦苇型(486.7 mg·kg-1)＞退化型(471.9 mg·kg-1)。吸附动力学符合Elovich方程(R2=0.929～0.940)，说明四环素在苏打盐碱湿地土壤的吸附是非均相扩散吸附。等温吸附过程符合Freundlic方程(R2=0.910～0.995)，表明非均相的多层吸附是影响四环素在苏打盐碱湿地土壤的吸附行为的关键机制。四环素在苏打盐碱湿地土壤上的解吸常数明显高于吸附常数，解吸过程存在明显的滞后现象，3种苏打盐碱湿地土壤滞后系数平均大小依次为退化型＞芦苇型＞蒲草型，表明四环素在退化型苏打盐碱湿地土壤结合紧密且最难解吸，在蒲草型土壤中最易解吸。土壤理化性质对四环素吸附特征及滞后系数有直接影响，解吸平衡受土壤盐碱化程度控制。研究证明了四环素在不同苏打盐碱湿地土壤可能存在潜在累积风险和危害。

关键词：苏打盐碱湿地土壤四环素吸附解吸滞后系数

直流电与交流电场影响猪粪堆肥腐熟效果对比研究

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中国环境科学 2025年

作者：吴霞于锐周嘉杨文聪邵玟玥梁梦月袁宁罗那那哈尔滨师范大学中国科学院东北地理与农业生态研究所

为了对比研究直流电和交流电对猪粪堆肥腐熟效果的影响，以新鲜猪粪和玉米秸秆为原料，在好氧堆肥的基础上，分别施加3V直流电（DC）和3V交流电（AC），以不施加电场作为对照（CK），进行为期42d的堆肥实验。结果表明：CK、DC、AC处理... 详细信息

为了对比研究直流电和交流电对猪粪堆肥腐熟效果的影响，以新鲜猪粪和玉米秸秆为原料，在好氧堆肥的基础上，分别施加3V直流电（DC）和3V交流电（AC），以不施加电场作为对照（CK），进行为期42d的堆肥实验。结果表明：CK、DC、AC处理堆体高温期（>50℃）分别持续了9d、9d、8d，最高温度分别为68.3℃、69.3℃、76.5℃；堆肥结束时，CK、DC、AC处理堆体pH值分别为7.71、7.92、7.61，EC值分别为3.75mS·cm-1、3.11mS·cm-1、3.82mS·cm-1，C/N分别为11.40、10.51、11.96，各处理堆体理化性质均符合无害化的基本要求；堆肥结束时，CK、DC、AC处理含水率分别为55.35%、54.70%、45.45%，各处理种子发芽指数（GI）分别为76%、99%、87%，各处理胡敏酸与富里酸比值（HA/FA）分别为1.53、2.03、1.62。总之，直流电使堆体腐熟时间缩短了18%，直流电促进猪粪堆肥腐熟效果比交流电更好；交流电使堆体最高温度升高约8℃，但交流电明显降低了堆体含水率。

关键词：电场强化堆肥好氧堆肥直流电交流电腐熟度

基于密集时间序列Sentinel数据的湖滨湿地分布动态监测研究——以鄱阳湖为例

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生态学报 2025年第2期45卷 716-729页

作者：陈亚杰王宗明毛德华中国科学院东北地理与农业生态研究所长春130102 中国科学院大学北京100049

湖滨湿地受湖泊水位动态变化影响显著,具有范围易变、变化程度和频率时空差异明显等特点,湖滨湿地的精准监测对于全球变化背景下湖滨生态系统的保护与管理具有重要的意义。以受气候变化和人类活动等影响显著的通江湖泊——鄱阳湖为例,利... 详细信息

湖滨湿地受湖泊水位动态变化影响显著,具有范围易变、变化程度和频率时空差异明显等特点,湖滨湿地的精准监测对于全球变化背景下湖滨生态系统的保护与管理具有重要的意义。以受气候变化和人类活动等影响显著的通江湖泊——鄱阳湖为例,利用GEE平台支持下的密集时间序列Sentinel雷达和光学数据,利用OTSU算法,提出了基于淹水频率的湖滨湿地空间范围遥感监测方法,并构建了2019—2022年鄱阳湖密集时间序列水体和植被数据集,结果表明:(1)构建的基于淹水频率的湖滨湿地提取方法能够有效界定湖滨湿地与湖泊水体之间的范围,为大尺度湖滨湿地监测提供了重要的方法参考。(2)鄱阳湖水体面积季节性波动显著,2019—2022年间由夏季汛期峰值退至枯水警戒水位的退水速率逐年加快,湿地水文周期缩短;湖滨湿地面积分别为3075.83km^(2)、2726.28km^(2)、2953.91km^(2)、3331.03km^(2),呈波动上升趋势。(3)湖滨湿地植被的生长发育受淹水状态的显著影响,极端干旱气候下,0—20%的淹水频率对植被表现为非抑制作用,高植被覆盖频率沼泽面积显著增加。研究有助于深入了解湖滨湿地水文、植被的时空变化及其动态响应关系,为湖泊水位调控、湖滨湿地的保护与修复提供科学依据。

关键词： Sentine-1,2 湖滨湿地淹水频率植被覆盖频率时空变化

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城市森林景观多功能性及权衡协同关系

应用生态学报 2025年

作者：郭玉洁任志彬何兴元中国科学院沈阳应用生态研究所中国科学院森林生态与管理重点实验室中国科学院东北地理与农业生态研究所中国科学院大学中国科学院沈阳树木园

城市森林景观多功能性的评估对于城市森林景观配置、优化和规划的决策至关重要。然而，由于城市森林的高度破碎化和异质性，科学评估其多功能性与权衡协同关系面临挑战。本研究以长春市为研究区，基于样方调查和卫星遥感数据，构建城市... 详细信息

城市森林景观多功能性的评估对于城市森林景观配置、优化和规划的决策至关重要。然而，由于城市森林的高度破碎化和异质性，科学评估其多功能性与权衡协同关系面临挑战。本研究以长春市为研究区，基于样方调查和卫星遥感数据，构建城市森林生态功能估测模型，提出综合考虑质量和数量的多功能评估框架，定量刻画了多功能空间格局与权衡协同关系。结果表明：2020年，长春市建成区城市森林年固碳量达到36.78 t，平均降温0.96 ℃，年清除PM2.5量达到527.52 t，休闲游憩功能为50.08人·m-2。与城市中心区相比，郊区森林的固碳能力、空气净化功能和休闲游憩功能更强，呈现中间低、周边高的空间分布模式。休闲游憩功能与固碳、降温功能之间存在明显的权衡关系，固碳功能与空气净化、降温功能之间具有较强的协同关系。随着城市化强度的变化，功能权衡与协同关系也表现出空间异质性，其中，固碳和降温功能在城市中心区表现为协同关系，郊区为弱权衡关系。长春市城市森林景观多功能性在阈值为25%时性能最佳，高值区集中在城市外环，呈现西强东弱的空间格局。从一环（1.61）到五环（2.01）多功能性整体上升，呈现中间低、外围高的分布特点。长春市城市森林的潜在主导功能是固碳和降温功能。本研究为长春市城市森林景观规划与管理提供了科学依据，有助于优化城市森林多功能、促进城市可持续发展。

关键词：景观功能生态系统功能多功能性阈值法权衡与协同

典型黑土区不同土地利用类型侵蚀沟沟岸土壤可蚀性及其影响因素

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水土保持研究 2025年第3期 18-27+54页

作者：王丽鑫陈卓鑫郭明明张晟旻王文龙中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心中国科学院水利部水土保持研究所中国科学院大学中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土区农业生态院重点实验室吉林农业大学资源与环境学院

[目的]探究典型黑土区发育于不同土地利用类型下侵蚀沟沟岸土壤的可蚀性及其主要影响因素，明确关键因子的作用机制，为黑土区水土流失治理提供科学依据。[方法]以典型黑土区发育于农地、林地和草地的侵蚀沟为研究对象，通过野外调查取... 详细信息

[目的]探究典型黑土区发育于不同土地利用类型下侵蚀沟沟岸土壤的可蚀性及其主要影响因素，明确关键因子的作用机制，为黑土区水土流失治理提供科学依据。[方法]以典型黑土区发育于农地、林地和草地的侵蚀沟为研究对象，通过野外调查取样与室内试验相结合的方法，沿侵蚀沟沟岸采集0—30 cm,30—60 cm,60—100 cm,100—150 cm,150—200 cm土层的土壤样品和根系样品，测定和计算土壤各项理化性质和根系密度（RBD），土壤可蚀性参数选择土壤可蚀性因子K、>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量（WSA>0.25）、崩解速率（SDR）、抗剪强度（τf）。[结果]各侵蚀沟沟岸根系主要集中在0—30 cm土层，其RBD均随土层深度的增加而显著降低，其中林地沟RBD分别是草地沟和农地沟的2.56倍和5.75倍。土壤容重（SBD）和饱和导水率（SHC）均表现为农地沟>林地沟>草地沟，含水量（SWC）与之相反；草地沟的有机碳（SOC）、全氮（TN）和全磷（TP）含量分别是林地沟的1.87倍、2.20倍和1.33倍，是农地沟的2.01倍、1.65倍和1.08倍。SBD,SHC呈现出随土层增加而增大的趋势，而SWC,SOC,TN和TP均随土层增加而降低。K和τf表现为农地沟>林地沟>草地沟，呈现出随土层增加而增大的趋势，WSA>0.25则与之完全相反，SDR表现为农地沟>草地沟>林地沟，随土层增加而增大。相关性分析结果表明SBD,SWC,SHC、粉粒含量（Silt）、SOC,TN,TP和RBD对土壤可蚀性参数有显著影响，冗余分析进一步表明，SOC对土壤可蚀性的解释率高达46.1%，是影响土壤可蚀性的最重要因素，其次分别是Silt(11.5%)>RBD(6.0%)>SHC(5.5%)>SWC(2.6%)>TP(2.4%)>SBD(1.4%)。[结论]侵蚀沟沟岸土壤可蚀性受到植被类型、土壤有机质含量及土壤质地等多种因素的控制，植被覆盖的增加通过提升有机质含量和优化土壤质地显著降低了土壤可蚀性。

关键词：黑土区侵蚀沟土壤可蚀性土壤理化性质根系密度

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生物炭用量对东北黑土团聚体碳氮磷循环关键酶活性的影响

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应用与环境生物学报 2025年

作者：闻盈棋王少杰袁存霞罗莎莎吉林农业大学资源与环境学院/秸秆综合利用与黑土地保护教育部重点实验室中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土地保护与利用全国重点实验室/黑土区农业生态研究中心

酶是土壤养分转化的关键驱动力，生物炭作为土壤改良培肥的重要物质，显著改变土壤团聚体微域环境，进而影响土壤微生物分布与酶的活性。针对东北黑土玉米田，分析不同大小的土壤团聚体粒级中碳氮磷循环关键酶活性对生物炭施用量的响应... 详细信息

酶是土壤养分转化的关键驱动力，生物炭作为土壤改良培肥的重要物质，显著改变土壤团聚体微域环境，进而影响土壤微生物分布与酶的活性。针对东北黑土玉米田，分析不同大小的土壤团聚体粒级中碳氮磷循环关键酶活性对生物炭施用量的响应，可为黑土地生物炭合理施用提供理论依据。根据生物炭用量设置4个处理，分别为0 t hm-2（B0）、10 t hm-2（B10）、30 t hm-2（B30）、50 t hm-2（B50），并于试验布设的第5年采集土壤样品进行酶活性测定。结果显示，B10显著提高了 > 2 mm粒级中多酚氧化酶、木聚糖酶、木质素过氧化物酶活性。在氮循环方面，B10、B30、B50均提高了硝酸盐还原酶在各粒级中的活性，> 2 mm粒级中氧化亚氮还原酶活性、亮氨酸还原酶活性，2 mm-0.25 mm粒级中亚硝酸盐还原酶活性，以及 < 0.25 mm粒级中的固氮酶、氧化亚氮还原酶活性；B10显著提高了在各粒级中一氧化氮还原酶的活性。在磷循环方面，B30和B50显著提高了各粒级的碱性磷酸酶活性；B10、B30、B50均显著降低了2 mm-0.25 mm粒级中辅酶F420活性，< 0.25 mm粒级中FDA水解酶活性、辅酶F420酶活性。施用10 t hm-2生物炭可显著提高土壤各粒级中酶活性的GMea，抑制了大团聚体中碳、磷循环相关酶活性，而增强了微团聚体中土壤碳循环相关酶活性。

关键词：中国东北黑土生物炭酶化学计量团聚体土壤碳氮磷循环酶