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长白山常见树种新叶与老叶的光谱特征差异分析

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2372-2380页

作者：陈俊杰于泉洲汤庆新梁天全姜杰张宏立聊城大学地理与环境学院地理信息科学系山东聊城252059 生态系统网络观测与模拟重点实验室中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

揭示新叶与老叶叶片的叶属性及其光谱特征的差异,不仅对于植被生理生态参数的无损监测有重要意义,而且可为林业定量遥感提供更多理论支撑。对长白山8个树种的新叶和老叶叶片进行采样和光谱测量,获取新老叶片的反射率光谱曲线,并进行一... 详细信息

揭示新叶与老叶叶片的叶属性及其光谱特征的差异,不仅对于植被生理生态参数的无损监测有重要意义,而且可为林业定量遥感提供更多理论支撑。对长白山8个树种的新叶和老叶叶片进行采样和光谱测量,获取新老叶片的反射率光谱曲线,并进行一阶微分变换和光谱指数计算,同时实验测定比叶面积(SLA)、叶含水率、叶氮含量及叶碳含量等叶属性参数。利用方差分析与相关性分析方法,研究不同树种新老叶片在理化性质、光谱特征上的差异,并分析两者的相关性在新老叶之间的差异。结果表明:(1)多个树种的叶属性在新老叶的表现出显著差异。除叶碳含量之外,其他3个叶属性均在多个树种新老叶间表现出显著的差异性,叶碳含量在新老叶间均不存在显著差异。(2)不同树种叶片光谱特征在新老叶间的差异不一致,仅枫桦、裂叶榆、三角槭和红松的新老叶具有较明显的光谱曲线特征差异,枫桦新老叶在光谱三边特征表现出显著差异,尤其是红边。(3)叶属性与光谱信号的相关性在新老叶间表现出显著差异,说明光谱对新老叶叶属性的指示能力不同。近红外光谱反射率对老叶叶氮含量的指示能力强于新叶,而多个光谱指数对新叶含水率和叶碳含量的指示能力强于老叶。研究表明新老叶间不仅叶属性和光谱特征存在差异,而且二者之间的相关性也不同,这对于森林叶属性的无损观测过程中选择代表性叶片具有指导意义。

关键词：新老叶叶属性光谱特征方差分析

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微塑料对湖泊生态系统初级生产者的影响

生态学报 2024年第11期44卷 4465-4477页

作者：吴凡哈咸瑞黎佳佳高扬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 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群... 详细信息

塑料的广泛应用导致大量微塑料进入环境,尤其是水环境,从而产生环境风险。浮游植物等自养生物是湖泊系统的主要初级生产者,是湖泊食物链的关键组成部分,为食物链的上游提供能量和物质基础。同时,浮游植物也是对微塑料响应最敏感的类群。了解湖泊浮游植物等初级生产者对微塑料的响应是探究微塑料对湖泊生态系统功能影响的重要基础。总结了全球湖泊生态系统微塑料的丰度、类型、尺寸、来源等分布特征,系统分析了微塑料暴露对浮游植物等初级生产者细胞结构、基因表达和生长,以及对浮游植物叶绿素a含量、光合活性的影响,并总结了其中的影响机制。总体而言,微塑料会降低初级生产者的叶绿素a含量,剂量越高、尺寸越小,这种抑制作用越强烈;同时,微塑料也会作用于初级生产者,造成细胞膜损伤、DNA损伤,调控其相关功能基因表达,抑制其生长和光合活性等。然而,湖泊生态系统微塑料的实际检出浓度远低于室内暴露实验中的添加剂量,微塑料结构和组分也更为复杂,野外观测结果与室内培养实验之间还不能建立直接的对应关系。因此,未来的相关研究应集中在如何有效联系野外观测结果与室内培养实验结果,进一步聚焦建立可靠的、可应用推广的微塑料浓度与初级生产者之间的剂量-效应关系模型,探究微塑料对湖泊初级生产者的作用机制,为刻画微塑料对湖泊生态系统初级生产者及其功能的作用机制提供科学支撑。

关键词：微塑料浓度初级生产者细胞结构光合作用叶绿素a 剂量-效应关系

不同退水时间对鄱阳湖洲滩优势植物灰化薹草(Carex cinerascens)生长和繁殖的影响

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湖泊科学 2024年

作者：杨雯娟夏少霞于秀波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中国科学院大学

在气候变化和人类活动的影响下，鄱阳湖水文节律发生变化，表现为枯水位降低、枯水期的延长，此外，相继出现了2020年的洪水和2022、2023年的持续干旱等事件。这种变化对洲滩植物的生长和繁殖产生了深刻的影响。本研究以鄱阳湖洲滩优势... 详细信息

在气候变化和人类活动的影响下，鄱阳湖水文节律发生变化，表现为枯水位降低、枯水期的延长，此外，相继出现了2020年的洪水和2022、2023年的持续干旱等事件。这种变化对洲滩植物的生长和繁殖产生了深刻的影响。本研究以鄱阳湖洲滩优势植物灰化薹草(Carex cinerascens)为研究对象，设置提前退水30 d、提前退水15 d、正常退水、推迟退水15 d、推迟退水30 d五个退水时间梯度，观测灰化薹草生长和繁殖过程的变化。结果表明：（1）不同退水时间灰化薹草达到的最大株高存在显著差异。相对正常退水，提前退水灰化薹草株高显著增加，而推迟退水则显著降低；此外，退水时间改变对地上生物量的影响因季节而异，秋季地上生物量随退水时间推迟显著降低，而春季则无显著性影响；随着退水时间推迟，春季和秋季的地下生物量均降低，从而导致春、秋季生物量分配的差异。（2）不同退水时间对薹草秋草生长阶段的无性繁殖存在显著影响，提前退水显著的增加了灰化薹草的分蘖数、间隔子的数量和长度，推迟退水则抑制了植物分蘖，此外，随着退水时间推迟，间隔子的数量和长度显著降低；提前退水和推迟退水均影响春季开花株数和花穗数量，然而相对于推迟退水,提前退水对其影响相对较小。研究结果为变化水情下湿地优势植物的保护和管理提供了理论基础。

关键词：退水时间灰化薹草生长繁殖鄱阳湖湿地

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泥炭地土壤氮排放对气候暖干化响应研究进展

应用生态学报 2024年第6期35卷 1725-1734页

作者：周易程淑兰方华军杨艳郭一帆李玉娜史方颖王慧陈龙中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统观测与模拟重点实验室北京100101

气候暖干化导致高寒地区泥炭地土壤氮排放急剧增加,但是潜在的微生物调节机制尚不清楚。本文综述了高寒泥炭地土壤氮转化与排放过程对温度升高、水位变化的响应,土壤厌氧氨氧化(Anammox)与NO_(3)^(-)异化还原过程的相互作用,土壤N_(2)O... 详细信息

气候暖干化导致高寒地区泥炭地土壤氮排放急剧增加,但是潜在的微生物调节机制尚不清楚。本文综述了高寒泥炭地土壤氮转化与排放过程对温度升高、水位变化的响应,土壤厌氧氨氧化(Anammox)与NO_(3)^(-)异化还原过程的相互作用,土壤N_(2)O产生路径及其贡献。当前研究的不足体现在:1)只关注土壤N_(2)O排放,忽视了N_(2)的释放,导致高寒地区泥炭地氮的损失量被严重低估;2)Anammox过程对泥炭地N2排放的贡献未被量化;3)Anammox、细菌反硝化和真菌协同反硝化过程对N_(2)损失的相对贡献缺乏定量评估;4)气候暖干化情景下Anammox和NO_(3)^(-)还原过程的解耦机制尚不清楚。未来研究重点应着力于:构建野外增温、水位控制暖干化模拟试验平台,结合稳定性同位素、分子生物学和宏基因组学技术,围绕格局-过程-机理这条主线,系统评估高寒地区泥炭湿地氮排放(N_(2)O、N_(O)、N_(2))的量级、组成比例与主控因素,探讨土壤主要脱氮过程的相互作用规律,量化硝化、厌氧氨氧化和反硝化对N_(2)O、N_(2)产生的相对贡献,甄别对暖干化响应敏感的微生物类群,明晰土壤脱氮转变与微生物群落演替之间的耦联关系,揭示土壤脱氮过程对气候暖干化响应的微生物学机理。

关键词：土壤氮排放硝化厌氧氮转化功能微生物群落北方泥炭地

施肥和收获期对拉萨河谷地区白草产量和饲用品质的影响

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草业科学 2024年第6期41卷 1347-1358页

作者：肖健宇张光雨王江伟黄绍琳王志述付刚沈振西余成群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/拉萨农业生态试验站北京100101 中国科学院大学北京100049

为探究西藏地区白草(Pennisetum flaccidum)优质、高产的种植方式,本研究在拉萨河谷区设置N_(0)(0 kg·hm^(-2))、N_(300)(300 kg·hm^(-2))、N_(600)(600 kg·hm^(-2))和N_(900)(900 kg·hm^(-2))施肥处理,分别于抽穗期、乳熟期和成熟期采集试验样品,分析不同施肥梯度和收获期对白草产量、饲用品质和土壤养分的影响。结果表明:白草干草产量随施肥量增加呈上升趋势,在抽穗期和成熟期显著高于乳熟期(P0.05)。白草土壤全氮含量在抽穗期随施肥量增加呈现先增后减趋势,全磷含量随施肥量增加以及收获期的推迟而趋于下降。在抽穗期收割N_(900)处理的白草生产性能最佳,其次是同期收割N_(600)处理的白草,但后者较前者拥有更优的经济和生态效益。

关键词：白草施肥梯度收获时期干草产量营养品质土壤养分生产性能

基于空间降尺度的中国陆地年净生态系统生产力及其趋势的空间变化

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应用生态学报 2024年第9期35卷 2581-2591页

作者：朱先进刘晨晨程世昊王秋凤沈阳农业大学农学院沈阳110866 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中国生态系统研究网络综合研究中心北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

年净生态系统生产力(NEP)是一年内生态系统净固定的有机碳量,是形成碳汇的基础。量化NEP及其趋势的空间变化有助于增进生态系统对环境变化适应与响应的认知,并服务于应对碳中和的区域碳管理。基于过程模型和数据驱动模型输出的NEP栅格数... 详细信息

年净生态系统生产力(NEP)是一年内生态系统净固定的有机碳量,是形成碳汇的基础。量化NEP及其趋势的空间变化有助于增进生态系统对环境变化适应与响应的认知,并服务于应对碳中和的区域碳管理。基于过程模型和数据驱动模型输出的NEP栅格数据,结合多站点涡度相关观测结果,本研究获得反映NEP空间变化的最优模型模拟结果,并发展空间降尺度方法获取中国陆地高分辨率NEP数据,分析2000—2017年中国陆地NEP及其趋势的空间变化及影响因素。结果表明:相较于过程模型模拟结果,数据驱动模型模拟的NEP更能反映观测NEP的空间变化,并可基于随机森林回归结合简单扩展法实现NEP的空间降尺度。2000—2017年,空间降尺度所得中国陆地NEP总量平均值为(1.30±0.03)Pg C·a^(-1),年际之间呈现先降低后增加的趋势,在2009年出现拐点。NEP呈现自东南向西北逐渐减少的空间分布,表现为纬向递减和经向增大格局,主要受气候与生物因素的共同影响。NEP趋势呈现东高西低的空间分布,仅随经度增加呈现微弱的增大趋势,且主要由光合有效辐射和土壤有机碳含量的作用所引起。中国陆地NEP及其趋势的空间变化存在明显差异,体现出生态系统对环境变化适应与响应的明显不同。

关键词：涡度相关陆地生态系统碳中和时空变化空间降尺度

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北极地区热融湖分布特征及变化机制研究

地理学报 2024年第7期79卷 1751-1767页

作者：刘诗奇王平于静洁蔡红艳杨林生牟翠翠刘昌明中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 中国科学院地理科学与资源研究所、资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室兰州730000

北极热融湖作为多年冻土区典型热喀斯特景观之一,其分布和变化规律深刻影响着区域的生态植被、水文和碳循环过程。然而,对于整个北极热融湖分布特征和变化机制的理解仍然不足,为此,本文基于荟萃分析和数理统计方法,对热融湖的分布规律... 详细信息

北极热融湖作为多年冻土区典型热喀斯特景观之一,其分布和变化规律深刻影响着区域的生态植被、水文和碳循环过程。然而,对于整个北极热融湖分布特征和变化机制的理解仍然不足,为此,本文基于荟萃分析和数理统计方法,对热融湖的分布规律和变化机制展开研究。结果表明,北极热融湖的分布和变化具有较强的时空异质性,且与多年冻土条件、岩石土壤类型、地下冰含量和土壤温度等密切相关。大部分北极热融湖分布在连续多年冻土区、地下冰含量高于10%、平均土壤温度在-4℃以上且存在一定垂向土壤温度差异的具有特定岩石和土壤类型的地区,而不同环境条件下的热融湖变化趋势存在差异。总体上,北极热融湖的变化过程包括初始形成、中期扩张和晚期萎缩三大阶段,且受到水量与水热平衡的双重影响。热融湖作为反映多年冻土退化和气候环境变化的重要指示,对北极生态系统碳循环、水文过程和生态环境变化等均具有深远影响。

关键词：热融湖多年冻土土壤岩性地下冰北极

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鄱阳湖越冬雁类时空分布特征及热点区域识别

湖泊科学 2024年第3期36卷 836-845页

作者：王晨溪夏少霞余定坤于秀波龚磊强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 江西省鄱阳湖国家级自然保护区管理局南昌330038 中国科学院大学北京100049

鄱阳湖是东亚—澳大利西亚迁徙路线上重要的水鸟越冬栖息地,雁类是迁徙路线上的优势种群。然而,近年来迁徙路线上的雁类种群数量有所下降,识别越冬地雁类时空分布特征,确定分布热点区域是科学、精准保护的前提。本研究利用2018—2021年... 详细信息

鄱阳湖是东亚—澳大利西亚迁徙路线上重要的水鸟越冬栖息地,雁类是迁徙路线上的优势种群。然而,近年来迁徙路线上的雁类种群数量有所下降,识别越冬地雁类时空分布特征,确定分布热点区域是科学、精准保护的前提。本研究利用2018—2021年越冬期在鄱阳湖区域开展的共58次水鸟调查数据,提取了基于时间序列的白额雁(Anser albifrons)、豆雁(Anserfabalis)、鸿雁(Anser cygnoid)的分布数据,分析了3种雁类在越冬地的种群动态、时间和空间分布动态,评估了鄱阳湖各子湖的重要性,确定了雁类分布热点区域。研究结果表明,3种雁类在越冬地的种群数量表现出一定的年际波动,雁类种群总数量维持在27.9万~44.8万只;不同雁类迁徙的时间节律存在差异,本次地面调查数据显示白额雁、豆雁、鸿雁分别是在10月初至11月初、11月中旬、12月中旬到达鄱阳湖,其中鸿雁到达最晚;高峰期集中在11月底至次年2月初,持续时间约为100天;3种雁类分别在2月中旬、2月底和3月中旬开始迁离鄱阳湖。3种雁类空间分布范围有所差异,豆雁分布范围最广,白额雁分布相对集中,高峰期雁类的分布范围最大,对子湖的利用强度也最大。从空间分布特征来看,大湖池和大汊湖重要性最高,鄱阳湖保护区是雁类利用强度最高的区域,其次是都昌保护区。此外,雁类,特别是鸿雁,对保护区以外的子湖利用强度也较高。本研究对精准刻画鄱阳湖越冬雁类时空分布范围、针对性地开展栖息地保护和修复、加强子湖保护和管理具有重要意义。

关键词：鄱阳湖越冬雁类时空分布重要性评估热点区域

红壤丘陵区马尾松林和湿地松林物候特征的时空变异及影响因素

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林业科学 2024年第8期60卷 67-78页

作者：陈炳楠杨风亭孟盛旺戴晓琴寇亮陈奕帆王辉民付晓莉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千烟洲生态站北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 国家林业和草原局产业发展规划院北京100013

【目的】探究马尾松林和湿地松林物候期的时空变异及影响因素,为红壤丘陵区森林碳汇时空格局精准评估与预测提供理论支撑。【方法】基于2017—2021年的数码相机时间序列数据,提取29块样地(马尾松林18块,湿地松林11块)的有效叶面积指数(L... 详细信息

【目的】探究马尾松林和湿地松林物候期的时空变异及影响因素,为红壤丘陵区森林碳汇时空格局精准评估与预测提供理论支撑。【方法】基于2017—2021年的数码相机时间序列数据,提取29块样地(马尾松林18块,湿地松林11块)的有效叶面积指数(LAIe)时空动态。采用有效叶面积指数的广义双重逻辑斯蒂模型确定物候期指标(生长季开始时间,SOS;生长季结束时间,EOS;生长季长度,LOS)。利用变异系数表征物候期时空变异幅度。通过皮尔逊相关分析和线性混合模型,解析气候(干旱指数、空气温度、降水量、饱和水汽压差、光合有效辐射)、土壤(土壤温湿度、土层厚度、石砾含量)和生物因子(林分密度、林下植被丰富度)对物候期的驱动作用。【结果】1)马尾松林和湿地松林物候特征均为单峰曲线(但马尾松林无明显峰值)。与马尾松林相比,湿地松林的SOS较晚,但LAIe的季节变化幅度更大且值更高。2)马尾松林的物候期在时空尺度上不如湿地松林稳定。马尾松林的SOS、EOS、LOS在空间上的变异系数和SOS在时间上的变异系数均大于湿地松林。3)在年际尺度上,马尾松林的SOS和EOS分别与早春和旱季0~120 cm土层的土壤含水量呈负相关和正相关;湿地松林的EOS与旱季0~60 cm土层的土壤含水量呈正相关。4)在空间尺度上,马尾松林物候期受林分密度、草本层物种丰富度和0~60 cm土壤石砾含量影响。【结论】马尾松林和湿地松林的物候特征在曲线峰值、SOS、LAIe变化幅度和数值大小等方面存在明显差异。湿地松林的物候期在时空尺度上更稳定。种内、种间竞争强度和土壤资源异质性共同驱动了红壤丘陵区马尾松林物候的时空变异格局。

关键词：森林物候有效叶面积指数时空变异石砾含量竞争强度土壤含水量