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喀斯特不同土地利用方式土壤有机碳矿化特征及其影响因素

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生态学报 2024年

作者：黎俊杜馨如莫小亮张婷黄婧贺同鑫裴广廷宋立全孙立飞孙建飞胡宝清张伟东南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室广西地表过程与智能模拟重点实验室南宁师范大学地理科学与规划学院弄岗喀斯特生态系统广西野外科学观测研究站中国科学院会同森林生态实验站亚热带森林生态系统结构与服务功能湖南省重点实验室

土壤有机碳（SOC）矿化直接影响土壤养分循环和大气CO2浓度，对维持土壤肥力和全球碳循环具有不容忽视的影响。探究喀斯特地区不同土地利用方式土壤有机碳矿化的特征及其影响因素，对深入理解喀斯特地区碳循环和石漠化生态恢复有重要意... 详细信息

土壤有机碳（SOC）矿化直接影响土壤养分循环和大气CO2浓度，对维持土壤肥力和全球碳循环具有不容忽视的影响。探究喀斯特地区不同土地利用方式土壤有机碳矿化的特征及其影响因素，对深入理解喀斯特地区碳循环和石漠化生态恢复有重要意义。在广西马山县选取5种不同土地利用方式（玉米地、草地、金银花、人工林和灌木林），通过为期30 d的矿化培养，结合土壤性质、微生物群落结构等指标变化，探究不同土地利用方式SOC矿化特征及其调控机制。结果表明：（1）相较于玉米地而言，灌木林和人工林的SOC矿化显著提高，而金银花和草地无显著差异。由于人工林SOC矿化潜力大且碳存留能力相对较弱，在人为干扰或全球变化背景下更容易发生碳流失。而灌木林、草地和金银花具有较高的固碳能力，能存留更多的SOC，因此可作为石漠化区退耕还林的优选模式。（2）表层土壤的有机碳矿化高于深层土壤，但其高的碳输入、较低的有机碳矿化常数和相当的固碳能力促进表层SOC存留。（3）冗余分析结果表明，土壤理化性质解释了SOC矿化特征的65.50%，其中SOC、MBC、DOC和Ca2+是解释喀斯特SOC矿化的重要土壤因子。细菌和真菌群落结构分别解释了有SOC矿化特征的66.50%和19.80%，其中拟杆菌门细菌、放线菌门细菌和被孢霉门真菌是调控SOC矿化的主要微生物类群；而细菌多样性和真菌多样性对土壤有机碳矿化特征的变化均无显著影响。综上，土地利用方式不同导致土壤碳底物和Ca2+的变化影响微生物群落结构，特别是特定微生物组群，进而调控SOC矿化。

关键词：喀斯特土地利用方式有机碳矿化有机碳累积矿化率土壤微生物

2013-2020年海河流域农田水热碳通量及气象要素观测数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2024年第1期9卷 207-216页

作者：徐自为刘绍民肖青柏军华朱忠礼北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室地理科学学部北京100875 中国科学院空天信息创新研究院遥感国家重点实验室北京100101

本研究以海河流域官厅水库旁农田生态系统为研究对象,采用蒸渗仪、涡动相关仪、大孔径闪烁仪和自动气象站/气象要素梯度等观测系统,开展农田生态系统多尺度通量和气象要素的长期定位观测。本数据集由多尺度通量(米,百米,公里级)和气象... 详细信息

本研究以海河流域官厅水库旁农田生态系统为研究对象,采用蒸渗仪、涡动相关仪、大孔径闪烁仪和自动气象站/气象要素梯度等观测系统,开展农田生态系统多尺度通量和气象要素的长期定位观测。本数据集由多尺度通量(米,百米,公里级)和气象要素数据组成,观测项目包括生态系统净碳交换量、潜热通量/蒸散发、感热通量、空气温度、空气相对湿度、风速、风向、向下/上短波辐射、向下/上长波辐射、净辐射、大气压、降水、红外辐射温度、光合有效辐射、土壤温度、土壤水分、土壤热通量、平均土壤温度等。本数据集经过了严格的处理和质量控制,可用于研究水库消涨对周边生态系统碳水等物质和能量的循环带来的影响,也可为相关遥感模型或过程模型等研究提供有力的数据基础。

关键词：涡动相关仪自动气象站大孔径闪烁仪蒸渗仪农田

基于树木年轮重建大兴安岭北部过去242年4~7月降水量变化

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第四纪研究 2024年第4期44卷 895-907页

作者：于健陈佳佳孟盛旺何怀江赵业思张鹏杨保刘琪璟江苏农林职业技术学院风景园林学院江苏句容212400 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟院重点实验室北京100101 吉林省林业科学研究院吉林长春130033 南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023 北京林业大学林学院北京100083

大兴安岭北部是气候变化的敏感区之一,受限于较短的器测资料,当前对该区域降水量的年际-年代际变化认识仍很薄弱。本研究利用大兴安岭北部满归地区樟子松(Pinus sylvestris ***)树轮样本,建立树木年轮宽度年表,阐明制约樟子松径向生长... 详细信息

大兴安岭北部是气候变化的敏感区之一,受限于较短的器测资料,当前对该区域降水量的年际-年代际变化认识仍很薄弱。本研究利用大兴安岭北部满归地区樟子松(Pinus sylvestris ***)树轮样本,建立树木年轮宽度年表,阐明制约樟子松径向生长的主要气候因子。结果表明:当年春季和生长季前期降水量是满归地区樟子松径向生长的主要限制因子。树木径向生长与当年4~7月降水量(r=0.549,p0.85)以来的当年4~7月降水量,方程方差解释量为30.1%。利用逐一剔除法(leave-one-out)和分段检验法(calibration-verification)对重建方程进行检验,均表明重建序列稳定可靠。过去242年间该地区存在着5个湿润期(1788~1805年、1841~1871年、1887~1899年、1926~1966年和1993~2000年)和6个干旱期(1776~1787年、1806~1840年、1872~1886年、1900~1925年、1967~1992年和2001~2017年),其中1900~1925年是最严重的干旱期。重建降水量的干湿时期与其他序列结果具有较好的一致性,进一步验证了重建结果的可靠性。空间相关分析表明重建序列对于采样点周边较大范围地区4~7月降水量变化特征均具有很好的代表性。与海温数据空间相关分析显示,降水重建序列与太平洋海温呈显著正相关。多窗谱分析和小波分析表明,重建序列存在2.1、2.5、2.8、4.1、7.0和63.7年的显著周期(p研究区域降水变化在多年代际尺度上可能受到ENSO和PDO的影响。

关键词：树木年轮气候变化降水重建大兴安岭干旱

基于原位风沙流观测的广冲击角的溅射函数构建

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中国沙漠 2024年第5期 254-260页

作者：蒋缠文董治宝罗万银钱广强张正偲逯军峰王晓艳渭南师范学院环境与生命科学学院/陕西省河流湿地生态与环境重点实验室陕西师范大学地理科学与旅游学院中国科学院西北生态环境资源研究院

风沙流中沙粒与床面的相互作用机理是风沙物理学研究的关键问题。由于沙粒运动的复杂性，数值模拟的研究结果通常与实际情况存在较大差异，因此，以实验手段得到的击溅函数对于理解粒-床碰撞的物理过程具有重要意义。基于饱和风沙流内... 详细信息

风沙流中沙粒与床面的相互作用机理是风沙物理学研究的关键问题。由于沙粒运动的复杂性，数值模拟的研究结果通常与实际情况存在较大差异，因此，以实验手段得到的击溅函数对于理解粒-床碰撞的物理过程具有重要意义。基于饱和风沙流内气流对碰撞过程的影响可以忽略不计的共识，学者们通过大量的无风碰撞实验进行击溅函数研究。然而，由于测量技术的限制，典型冲击角度(10°)下的粒-床碰撞过程的实测数据很少。鉴于数值模拟和无风碰撞实验都表明击溅函数对冲击角度较为敏感，基于高速摄影技术在风洞内获得了松散沙床表面大量冲击角在10°左右的粒-床碰撞过程，并结合前人沙粒离心发射器(冲击角20°～50°)的实验结果，构建了涵盖广泛冲击角度的溅射函数，这些函数能够适用于前人不同实验条件的风洞实验结果，这对未来的风沙物理学研究具有重要意义。

关键词：击溅函数跃移运动风洞实验粒-床碰撞过程高速摄影技术

我国典型生态系统状况本底调查和历史数据整编

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科技成果管理与研究 2024年第9期19卷 88-91页

作者：任小丽王祎中国科学院地理科学与资源研究所/生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 国家生态科学数据中心北京100101 国家科技基础条件平台中心北京100036

国家野外站是国家科技创新基地的重要组成部分,其主要职责是获取长期野外定位观测数据并开展高水平科学研究工作.在当前全球变化背景下,加强对生态系统结构、功能和过程的综合观测以提升对生态系统的科学认知,将为区域及国家生态安全、... 详细信息

国家野外站是国家科技创新基地的重要组成部分,其主要职责是获取长期野外定位观测数据并开展高水平科学研究工作.在当前全球变化背景下,加强对生态系统结构、功能和过程的综合观测以提升对生态系统的科学认知,将为区域及国家生态安全、环境安全和资源安全建设提供重要支撑.因此,通过国家野外站开展长期定位与联网观测、数据标准化整编及数据产品生产与共享,是系统认识我国生态系统状态的时空变化、揭示其演变规律的基础性工作.

关键词：数据标准化科技创新基地国家生态安全生态系统结构数据产品科学认知综合观测本底调查

广西喀斯特石漠化区不同植被恢复模式下土壤微生物多样性与群落结构特征及驱动因素分析

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地理科学 2024年第9期44卷 1630-1642页

作者：裴广廷李夏贺同鑫黎俊庞榆胡宝清张伟东孙建飞南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室、广西地表过程与智能模拟重点实验室广西南宁530001 弄岗喀斯特生态系统广西野外科学观测研究站广西崇左532499 南宁师范大学地理科学与规划学院广西南宁530001 中国科学院会同森林生态实验站亚热带森林生态系统结构与服务功能湖南省重点实验室湖南会同418307

对广西喀斯特地区5种植被恢复模式,即澳洲坚果模式(Macadamia integrifolia)、核桃(Juglans regia)模式、桑葚(Morus alba)模式、苏木(Caesalpinia sappan)模式和封育林模式下的土壤细菌、真菌的α多样性和群落结构特征及影响因素进行... 详细信息

对广西喀斯特地区5种植被恢复模式,即澳洲坚果模式(Macadamia integrifolia)、核桃(Juglans regia)模式、桑葚(Morus alba)模式、苏木(Caesalpinia sappan)模式和封育林模式下的土壤细菌、真菌的α多样性和群落结构特征及影响因素进行分析。结果显示:相比撂荒地,植被恢复对土壤理化性质产生显著影响,其中封育林对土壤有机碳和氮磷养分含量的提升效果最大。5种植被恢复在不同程度上提升了土壤微生物α多样性,其中桑葚对细菌丰富度、谱系多样性影响最大,而核桃对真菌丰富度、香浓指数影响最为显著。土壤pH值、硝态氮和交换性钙含量与细菌α多样性(丰富度、香浓指数、谱系多样性指数)显著正相关。植被恢复显著改变了土壤微生物群落结构,主要表现在相比撂荒地,核桃显著增加了浮霉菌门(Planctomycetes)细菌和担子菌门(Basidiomycota)真菌的相对丰度,澳洲坚果显著增加了子囊菌门(Ascomycota)真菌相对丰度。冗余分析表明土壤交换性钙和总氮含量是微生物群落结构变化相对重要的驱动因子。总而言之,桑葚、核桃提升微生物多样性效果显著,可能有助于提高土壤生态系统稳定性;澳洲坚果显著增加子囊菌门真菌丰度,在增强土壤抗侵蚀能力方面可能具有重要作用;封育林增加土壤有机碳、氮磷养分效果明显,对改善喀斯特退化生态系统土壤肥力具有重要意义。

关键词：喀斯特石漠化区植被恢复修复土壤微生物生物多样性群落结构

喜马拉雅山不同森林群落主要树种叶片元素性状与生物量之间的关系

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中国科学：地球科学 2024年第5期54卷 1544-1555页

作者： Nita DYOLA 梁尔源 Josep PEÑUELAS JJulio CAMARERO Shalik Ram SIGDEL Sugam ARYAL 林文涛刘向刘永稳徐兴良 Sergio ROSSI 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 Laboratoire sur lesécosystèmes terrestres boréaux Département des Sciences FondamentalesUniversitédu QuébecàChicoutimi555Boulevard de l′UniversitéChicoutimi(QC)G7H2B1Canada CSIC Global Ecology Unit CREAF-CSIC-UABBellaterraE-08193 CataloniaSpain CREAF Cerdanyola del VallèsE-08193 CataloniaSpain Instituto Pirenaico de Ecología(IPE-CSIC) Avenida Montañana 1005Zaragoza 50059Spain Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Institut für GeographieErlangen 91058Germany 兰州大学生态学院草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室兰州730000 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101

植物需要多种基本元素调节并保持其特定比例以维持生长发育,叶片元素含量反映了植物的功能及其对环境的适应性.然而,在森林海拔梯度上,我们对于资源获取、光合作用和生长相关的叶片元素如何调节森林生物量仍知之甚少.本研究在喜马拉雅... 详细信息

植物需要多种基本元素调节并保持其特定比例以维持生长发育,叶片元素含量反映了植物的功能及其对环境的适应性.然而,在森林海拔梯度上,我们对于资源获取、光合作用和生长相关的叶片元素如何调节森林生物量仍知之甚少.本研究在喜马拉雅山干城章嘉峰地区沿热带森林(海拔80m)至高山树线(海拔4200m)设置海拔梯度样带,每间隔海拔100m设置一个样点,对116个树种的1859个个体测定了叶片中10种元素(C、N、P、K、Ca、Mg、Zn、Fe、Cu和Mn)的含量,通过计算叶片元素含量的群落加权平均值(反映优势物种的性状优势度,表征质量比效应)和功能离散度(反映物种在生态位空间内的聚集或者离散程度,表征互补效应),探究叶片元素含量及其离散程度沿海拔梯度分异特征,解析其对森林群落生物量的影响.研究结果表明,较强的叶片元素质量比效应和较弱的互补效应有利于森林群落生物量的积累.叶片元素性状多样性与海拔的共同作用对生物量的解释量(解释方差:52.2%)高于元素性状多样性的解释量(解释方差:0.05%~21%).海拔调节了树种性状多样性在生物量积累中的作用,互补效应在低海拔和高海拔地区对生物量的影响分别体现为积极和消极作用,这表明海拔和互补效应之间也存在交互作用.此外,海拔和质量比效应的交互作用对海拔梯度上生物量的影响也存在异质性.本研究表明,不同森林群落生物量的积累可能受到由海拔调控的性状多样性的影响.尽管较高的性状分异不利于生物量的积累,但能增强高海拔地区树种对胁迫环境的适应性.

关键词：生态系统功能海拔梯度功能多样性功能性状叶片元素生态位互补

基于鲸鱼优化算法的长短期记忆模型水库洪水预报

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湖泊科学 2024年第1期36卷 320-332页

作者：丁艺鼎蒋名亮徐力刚范宏翔吕海深河海大学水文与水资源学院南京210098 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210018 中国科学院大学南京学院南京211135 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心南昌330029

洪涝灾害是世界主要自然灾害之一,优化洪水预报方案对防洪决策至关重要,然而传统水文模型存在参数多、调参受人为因素影响,泛化能力弱等问题。针对上述问题,本文提出基于改进的鲸鱼优化算法和长短期记忆网络构建自动优化参数的WOA-LSTM... 详细信息

洪涝灾害是世界主要自然灾害之一,优化洪水预报方案对防洪决策至关重要,然而传统水文模型存在参数多、调参受人为因素影响,泛化能力弱等问题。针对上述问题,本文提出基于改进的鲸鱼优化算法和长短期记忆网络构建自动优化参数的WOA-LSTM模型,通过优化神经网络结构进一步增强该模型的稳定性和精确度,并且建立不同预见期下的洪水预报模型来分析讨论神经网络结构与预报期之间的关系。以横锦水库流域1986-1997年洪水资料为例,其中以流域7个雨量站点的降雨以及横锦站水文资料为输入,不同预见期下洪水过程作为输出,以1986-1993年作为模型的率定期,1994-1997年作为模型的检验期,研究结果表明:(1)以峰现时差、确定性系数、径流深误差和洪峰流量误差作为评价指标,相比较于LSTM模型和新安江模型对检验期的模拟结果表明WOA-LSTM模型拥有更高的精度、预报结果更稳定;(2)结合置换特征值和SHAP法分析模型特征值重要性,增强了神经网络模型的可解释性;(3)通过改变神经网络结构在一定程度避免由于预见期增加和数据关联性下降而导致的模型预报精度下降的问题,最终实验表明该模型在预见期1~6 h下都可以满足横锦水库的洪水预报要求,可以为当地的防洪决策提供依据。

关键词：洪水预报长短期记忆模型(LSTM) 鲸鱼优化算法深度学习

喀斯特地区水生光合生物群落结构组成及其对微量元素的影响

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地质科技通报 2024年第1期43卷 315-325页

作者：郎蕤赵敏李栋鲍乾蔡冠霞陈波杨海全中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳550081 中国科学院中国生态系统研究网络普定喀斯特生态系统研究站贵州普定562100 中国科学院大学北京100049 四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部重点实验室成都610066 贵州财经大学贵阳550025

微量元素是影响喀斯特地表水体水质的重要因素,水生光合生物在光合代谢过程中能够吸收并去除部分有害元素,然而关于不同水生光合生物群落结构组成对微量元素的吸收效果和去除潜力如何目前则少有研究。基于普定喀斯特生态系统国家野外观... 详细信息

微量元素是影响喀斯特地表水体水质的重要因素,水生光合生物在光合代谢过程中能够吸收并去除部分有害元素,然而关于不同水生光合生物群落结构组成对微量元素的吸收效果和去除潜力如何目前则少有研究。基于普定喀斯特生态系统国家野外观测站的野外监测、系统采样和实验测定以及统计分析,构建了由裸岩地、裸土地、耕地、草地和灌丛地5种土地利用组成的植被-土壤-地下水-地表水模拟生态系统,并以其中的地表水生生态系统为研究对象,开展了水生光合生物群落结构组成对微量元素去除潜力及控制机制的研究。结果表明:①地表水水化学和水生光合生物量受季节变化与土地利用类型影响显著;②Cr,Mn,Co,Ni,Fe和Zn 6种微量元素浓度在不同喀斯特水生光合生物系统中存在显著差异,浮游-沉水共存系统对Mn,Co,Ni,Fe和Zn的吸收和去除能力优于单一浮游系统;③喀斯特地区的自然植被恢复(灌丛地和草地)促使地表水体形成的高溶解性无机碳(DIC)环境,有利于沉水植物生长,从而提高了对地表水体中Mn,Co,Ni,Fe和Zn等微量元素的去除潜力。这些认识将有助于岩溶区地表水体水生光合生物群落结构对地表水体微量元素调控机制的研究。

关键词：微量元素土地利用水生光合生物响应机制喀斯特地区