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宁南山区不同植被类型土壤生态化学计量特征与碳储量

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水土保持学报 2024年

作者：丁鑫丽马振华赵慧雪康龙曹扬中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心西北农林科技大学林学院中国科学院大学中国科学院水利部水土保持研究所国家林业和草原局西北调查规划院西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室

[目的]为了阐明不同植被类型的土壤养分状况与固碳能力差异。[方法]以宁夏南部山区具有代表性的乔木纯林(山杏林和刺槐林)、乔木混交林(刺槐+山杏)、乔灌混交林(山桃+柠条)、灌木林(沙棘)、草地共6种植被类型为研究对象,通过野外调查和... 详细信息

[目的]为了阐明不同植被类型的土壤养分状况与固碳能力差异。[方法]以宁夏南部山区具有代表性的乔木纯林(山杏林和刺槐林)、乔木混交林(刺槐+山杏)、乔灌混交林(山桃+柠条)、灌木林(沙棘)、草地共6种植被类型为研究对象,通过野外调查和室内分析相结合的方式,研究各植被类型0—100 cm土层的生态化学计量特征与碳储量。[结果]研究区土壤C、N、P含量变化分别为19.74～35.11,1.74～3.19,1.60～1.69 g/kg,C、N含量均表现为随土层深度增加而递减,其中刺槐+山杏林地的C、N在0—80cm显著高于其他类型,P在各类型和土层间均无显著性差异。土壤C∶N在0—40 cm刺槐林显著较低,40—100 cm不同植被类型间无显著差异,土壤C∶P和N∶P受植被类型影响较大,表现为刺槐+山杏林地最高。各植被类型的C∶N在不同土层间没有明显差异,C∶P和N∶P表现为随着土层的增加而降低。土壤碳储量变化范围为5.98～38.21 t/hm2,各植被类型间差异较大,总体表现为刺槐+山杏>刺槐>山杏>沙棘>山桃+柠条>草地,刺槐+山杏林显著高于其他植被类型。[结论]宁南山区乔灌林地养分循环模式与固碳能力优于草地,且刺槐+山杏混交林造林模式最佳,营造混交林是提高土壤固碳能力的一个重要途径。

关键词：宁南山区植被类型生态化学计量碳储量

干燥速率对黄土丘陵区林下藓类植物生理特征的影响

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生态学杂志 2024年第2期43卷 445-454页

作者：孙会高丽倩许明祥郭玥微赵允格西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

藓类植物是林地常见地被物,具有重要生态功能。水分是影响藓类植物生长发育最重要的因素,水分变化会引起藓类植物的生理响应。以黄土丘陵区林下厚角绢藓(Entodon concinnus)、荫地绢藓(Entodon caliginosus)、青藓(Barchythecium albica... 详细信息

藓类植物是林地常见地被物,具有重要生态功能。水分是影响藓类植物生长发育最重要的因素,水分变化会引起藓类植物的生理响应。以黄土丘陵区林下厚角绢藓(Entodon concinnus)、荫地绢藓(Entodon caliginosus)、青藓(Barchythecium albicans)为对象,研究了干燥速率对其生理特征的影响,以期明确其生理耐干性。结果表明:(1)3种藓在干燥后均受到了水分胁迫,3种藓干燥后的丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、可溶性糖含量、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性增加。(2)干燥速率对3种藓水分的胁迫程度不同,快干加剧了藓类植物的水分胁迫,快干后3种藓MDA、可溶性蛋白、可溶性糖含量,POD、SOD活性大于慢干。(3)干燥过程对藓类植物造成的水分胁迫有种间差异,3种藓干燥后MDA、可溶性蛋白、可溶性糖含量、POD、SOD活性增幅不同。(4)青藓有较高的耐干性,干燥后其氧化损伤较低,MDA含量在快干后显著低于荫地绢藓37.7%,慢干后显著低于厚角绢藓39.3%。青藓细胞调节能力较高,可溶性糖含量在快干后分别高出厚角绢藓和荫地绢藓57.3%和50.9%,慢干后分别高13.6%和99.8%。青藓抗氧化能力较强,快干后其POD活性较厚角绢藓和荫地绢藓分别增加120%和260%,慢干后分别增加19.4%和240.0%。同时,青藓具有较强的光合恢复能力,快干-复水后青藓叶绿素含量恢复率64.4%,显著高出厚角绢藓和荫地绢藓的55.7%和13.1%。以上结果表明,干燥增加了林下藓类植物的水分胁迫,干燥速率的增加可加剧藓类水分胁迫程度。不同藓种耐干性有差异,耐干性较强的藓种在干燥过程中有较强抵抗水分胁迫能力。研究结果可为藓类植物的生态功能研究及多样性保护提供科学依据。

关键词：林下藓类干燥速率干燥-复水抗氧化能力渗透调节能力

花青素对植物反射特性的影响及遥感估算:叶片尺度

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 275-282页

作者：梁守真隋学艳王猛王菲韩冬锐王国良李洪忠马万栋山东省农业科学院农业信息与经济研究所山东济南250100 中国科学院深圳先进技术研究院先进计算与数字工程研究所广东深圳518055 生态环境部卫星环境应用中心生态保护红线监管中心北京100029

花青素是植物三大色素之一,与植物的生长发育、生长状态以及生长环境状况密切相关,花青素动态变化对生态环境的监测和预警具有重要意义。对叶片光学特性与色素关系的深入理解是估算色素浓度的前提,然而花青素对叶片光学属性的影响并未... 详细信息

花青素是植物三大色素之一,与植物的生长发育、生长状态以及生长环境状况密切相关,花青素动态变化对生态环境的监测和预警具有重要意义。对叶片光学特性与色素关系的深入理解是估算色素浓度的前提,然而花青素对叶片光学属性的影响并未能得到系统地分析,极大地限制了植物花青素的反演和监测。该研究从机理出发,采用包含花青素参数的新一代植物叶片辐射传输模型PROSPECT-D,结合改进的Sobol’算法,获取输入参数协同变化条件下叶片的光学表现,计算模型参数的全局敏感性指数,全面分析花青素对叶片光学属性的影响,探索花青素的光学敏感波谱区间,在此基础上,以地面实测的叶片波谱和色素数据为样本,发展并探讨叶片尺度花青素的遥感反演方法。结果表明,Sobol’全局敏感性分析结果受样本量变化的影响,总敏感性指数在样本数为3 000时达到稳定;花青素主要影响400~689 nm波谱范围的叶片反射特性,叶片对光子的反射能力随花青素含量的增加而降低;叶绿素、类胡萝卜素与花青素对叶片的反射存在协同作用,在467~589 nm波谱区间,花青素对叶片反射的贡献高于其他参数,花青素总敏感性指数在509 nm处最高(86.64%);基于叶绿素、类胡萝卜素对叶片反射能力的贡献程度,花青素的波谱敏感区间可分为三个部分:467~505 nm(花青素、叶绿素、类胡萝卜素共同影响区)、 506~541 nm(花青素、类胡萝卜素影响区)、 542~589 nm(花青素、叶绿素影响区);叶片花青素含量与敏感区间的高光谱窄波段、波谱指数之间存在显著的线性关系。在所有的窄波段中,样本花青素含量与560 nm的叶片反射率的相关性最好,相关系数为0.948,但由于花青素与叶绿素、类胡萝卜素光谱吸收波段重叠,考虑其他色素干扰的波谱指数ARI、 mARI(Sentinel-2波段参考)与花青素表现出了好的相关性(相关系数分别为0.953 2, 0.953 6),但由于波段设置的差异,不同卫星的波谱指数表现并不一致。该研究可为未来更大范围的花青素遥感估算奠定重要的理论基础。

关键词：花青素敏感性分析辐射传输模型遥感

基于XML一体化的科技期刊数字化生产与新媒体融合出版实践——以《环境科学学报》为例

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中国科技期刊研究 2024年第6期35卷 781-787页

作者：杨桂华卜庆杰王虎李永欢中国科学院生态环境研究中心《环境科学学报》编辑部北京市100085

[目的]系统总结基于XML一体化生产的科技期刊数字化出版平台的优势,并对科技期刊数字化生产和新媒体融合实践效果进行分析,以期为我国科技期刊数字化出版和新媒体融合发展提供参考。[方法]以《环境科学学报》为例,在梳理传统生产模式不... 详细信息

[目的]系统总结基于XML一体化生产的科技期刊数字化出版平台的优势,并对科技期刊数字化生产和新媒体融合实践效果进行分析,以期为我国科技期刊数字化出版和新媒体融合发展提供参考。[方法]以《环境科学学报》为例,在梳理传统生产模式不足的基础上,构建基于XML一体化的科技期刊数字化生产与新媒体融合出版模式,分析科技期刊数字化与新媒体融合出版的优势及实践应用效果。[结果]采用XML一体化生产平台后,实现内容一次制作,多元发布。支持单篇和整期稿件快速发布,生产即发布,提前4个月网络首发,缩短发表周期。平台与期刊网站及微信无缝对接,实现PC端和移动端同步优先出版和整期出版,做到媒体融合、多渠道传播。首发期间,篇均下载量明显提升,单篇最高下载量达1961次。[结论]通过使用XML一体化生产平台,可优化出版流程,提升数字化出版水平,提高工作效率,缩短发表周期,加快传播速度,提高期刊的学术影响力。

关键词：科技期刊 XML一体化生产数字化出版新媒体融合实践效果出版模式学术影响力

黄土高原近40年梯田建设的土壤固碳效益初步估算

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水土保持学报 2024年第4期 190-197页

作者：张玥郭学锋韩剑桥孙彭成西北农林科技大学水土保持研究所中国科学院水利部水土保持研究所榆林市水土保持生态工程建设中心黄河水利科学研究院黄土高原水土保持水利部重点实验室

[目的]为揭示黄土高原梯田土壤有机碳含量的时空规律和梯田土壤固碳时空分布特征。[方法]基于META分析的方法，研究梯田土壤有机碳含量随土层深度和梯田修建年限的变化特征，分析黄土高原各区域梯田土壤固碳的时空分布特征。[结果]（1）... 详细信息

[目的]为揭示黄土高原梯田土壤有机碳含量的时空规律和梯田土壤固碳时空分布特征。[方法]基于META分析的方法，研究梯田土壤有机碳含量随土层深度和梯田修建年限的变化特征，分析黄土高原各区域梯田土壤固碳的时空分布特征。[结果]（1）SOC含量和固碳效益随土壤深度的增加而减少，80—100 cm土层的SOC含量为0-20 cm土层的60.74%,0—20 cm土层的固碳效益为23.1%,80—100 cm土层为5.7%。（2）梯田固碳效益随修建年限呈非线性增加，梯田0—20 cm土层固碳效益由修建第1年的-8.29%逐步增加，在第24年时达到最大值34%,此后保持稳定。（3）1979-2023年黄土高原梯田总固碳约为38.29 Mt C,平均固碳38.49 t C/（km2·a）。泾河上中游流域平均固碳速率最高，为50.14 t C/（km2·a）,河龙区间平均固碳速率最低，为29.04 t C/（km2·a）。[结论]在黄土高原兴修梯田可以提高SOC含量，并且梯田的固碳是一个相对漫长的过程，需要科学的设计及管护才能更好地发挥其固碳效益。在黄土高原开展梯田建设加之合理规划、设计、科学的管护是提高区域土壤固碳效益的有效措施。研究结果可为黄土高原地区水土保持固碳效益核算提供理论与方法支持。

关键词：黄土高原梯田土壤固碳效益 META分析

生态系统服务权衡强度与生态恢复优先区的空间差异——以怒江流域施甸县为例

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生态学报 2024年第11期44卷 4517-4526页

作者：赵俊彦刘国华李佳佳左玲丽郑舒元苏旭坤云南大学国际河流与生态安全研究院昆明650091 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

粮食生产服务与土壤保持服务的供给矛盾是制约怒江流域可持续发展的一大阻碍。以流域中心的施甸县为例,使用均方根偏差(Root Mean Square Error, RMSE)方法评估了2000—2020年粮食生产和土壤保持服务权衡强度的空间特征变化。然后将202... 详细信息

粮食生产服务与土壤保持服务的供给矛盾是制约怒江流域可持续发展的一大阻碍。以流域中心的施甸县为例,使用均方根偏差(Root Mean Square Error, RMSE)方法评估了2000—2020年粮食生产和土壤保持服务权衡强度的空间特征变化。然后将2020年作为基准年,以坡耕地生态恢复作为决策变量,使用多目标线性规划提取了高生态恢复优先的区域,进而识别了权衡强度与恢复潜力的空间分布异同。研究结果表明,(1)两项生态系统服务权衡的空间分异明显,研究期间权衡强度呈增加趋势,RMSE平均值由2000年的0.466增加至2020年的0.499;高权衡强度区域主要集中在研究区的低海拔坝区,而低权衡强度区域分布零散,且高/低权衡强度区域在空间上都表现出聚集的特征。(2)根据线性规划绘制的效率前沿曲线,在土壤保持服务收益达到13.35×10^(6)t hm^(-2)a^(-1)时需要转出3388.51hm^(2)坡耕地,同时粮食生产服务损失达9.59×10^(6)kg,而继续提升会显著增加成本。(3)各权衡强度等级坡耕地的生态恢复潜力为:中权衡>低权衡>高权衡,其中权衡强度在0.4—0.5区间的坡耕地最适宜进行生态恢复。这一研究结果可以为山地区域坡耕地利用模式提供参考,推进可持续发展目标的实现。

关键词：可持续发展生态系统服务权衡坡耕地多目标线性规划

不同恢复年限下辽东栎林土壤线虫群落特征变化

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生态学杂志 2024年

作者：马辉珍闫本帅王慧玲吴春晓王云霞王国梁西北农林科技大学水土保持科学与工程学院中国科学院水利部水土保持研究所

植被恢复是改善黄土高原生态环境最有效的途径之一，探究不同恢复年限下辽东栎林土壤线虫群落丰度和群落结构的变化过程及其驱动因素能够为黄土高原森林生态系统的科学管理提供理论支撑。本研究以弃耕农田为对照，分析了黄土高原子午岭3... 详细信息

植被恢复是改善黄土高原生态环境最有效的途径之一，探究不同恢复年限下辽东栎林土壤线虫群落丰度和群落结构的变化过程及其驱动因素能够为黄土高原森林生态系统的科学管理提供理论支撑。本研究以弃耕农田为对照，分析了黄土高原子午岭30、60和120年生辽东栎林中土壤线虫群落的变化特征。结果表明：（1）不同恢复年限辽东栎林的线虫优势属存在差异，丝尾垫刃属为共同优势属，轮属随恢复年限的增加在60和120年生时成为新的优势属。（2）随恢复年限的增加，土壤线虫总密度无明显变化；30年生辽东栎林土壤线虫群落结构与弃耕农田、60和120年生辽东栎林存在显著差异；（3）随恢复年限的增加，食细菌线虫比例呈先增加后减少的趋势，杂食-捕食线虫呈波动增加的趋势；食细菌线虫比例与凋落物生物量和细菌优势菌群显著正相关；食真菌线虫比例与土壤铵态氮显著正相关，与细菌和真菌优势菌群显著相关；植物寄生线虫与细菌和真菌优势菌群显著正相关；杂食-捕食线虫与真菌优势菌群显著负相关。（4）土壤铵态氮、可溶性碳和细菌群落结构是不同恢复年限辽东栎次生林土壤线虫群落变化的主要影响因子。研究表明，恢复年限显著影响辽东栎林土壤线虫群落结构；在植被恢复过程中，土壤铵态氮和微生物优势菌群的变化可能是引起土壤线虫群落特征变化的主要原因。

关键词：森林恢复年限辽东栎林线虫群落营养类群

三峡库区典型农业小流域溶解态养分输移对“源—汇”景观格局的响应

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土壤学报 2024年第2期61卷 408-423页

作者：倪珂王小燕杨澜崔璨李佳明龙翼西南大学资源环境学院重庆市水土保持工程技术研究中心重庆400715 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041

“源—汇”景观格局反映了流域土地利用配置与空间要素分布,导控流域能源流动与水沙过程,是影响小流域养分流失的重要因素。为探明景观格局对不同降雨类型下,农业小流域溶解态养分输移的影响,以三峡库区石盘丘小流域的传统农业型集水区... 详细信息

“源—汇”景观格局反映了流域土地利用配置与空间要素分布,导控流域能源流动与水沙过程,是影响小流域养分流失的重要因素。为探明景观格局对不同降雨类型下,农业小流域溶解态养分输移的影响,以三峡库区石盘丘小流域的传统农业型集水区与农林复合型集水区为研究对象,监测不同强度侵蚀性次降雨事件中,两个集水区出口断面处径流溶解态氮、磷浓度,利用航测数据结合最小累计阻力模型识别“源-汇”景观空间格局,引用景观空间负荷对比指数(Location-Weighted Landscape Index,LWLI)进一步分析小流域溶解态养分输移对“源—汇”景观格局的响应机制。结果表明:(1)传统农业型集水区内,“源”“汇”景观面积比为1.8︰1,以“源”景观为主,景观垂直分异性明显;农林复合型集水区内“源”“汇”景观比例约1︰1,且均衡分布,但高陡坡区域占比高、平均坡度大。(2)两种类型集水区内,溶解态氮、磷流失负荷均表现为暴雨>中雨>大雨,而不同降雨事件中,传统农业型集水区养分输出负荷及其变异系数均高于农林复合型集水区,养分输移波动性强,更易受到降雨强度变化的影响。(3)农业用地在两种集水区内均是主要的养分流失来源,但受坡度限制,其他林地可能是农林复合集水区中重要的养分迁出区域;传统农业型集水区的LWLI高达0.75,表征了该集水区的高氮、磷流失风险;农林复合型集水区LWLI为0.28,养分输出量低,这是合理的景观空间格局与农林复合经营模式共同作用的结果。“源—汇”景观格局对小流域养分流失影响显著,可通过“源—汇”景观空间负荷对比指数对小流域养分流失风险进行判别,并为“源—汇”景观格局优化及小流域面源污染防控提供依据。

关键词：三峡库区农业小流域 “源—汇”景观格局溶解态养分景观空间负荷对比指数

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水分胁迫对油松抗旱生理特征的影响

水土保持学报 2024年

作者：刘青徐肖阳王云霞曾岩冒吉荣刘莹王国梁西北农林科技大学水土保持科学与工程学院中国科学院水利部水土保持研究所

[目的]探究水土保持主要造林树种油松(Pinus tabulaeformis)在水分胁迫下的抗旱生理特性,为该地区油松人工林管理提供科学依据。[方法]以1年生油松幼苗为研究对象,设置4个水分胁迫等级处理,分别为对照组(CK)、轻度胁迫(RE25%)、中度胁迫... 详细信息

[目的]探究水土保持主要造林树种油松(Pinus tabulaeformis)在水分胁迫下的抗旱生理特性,为该地区油松人工林管理提供科学依据。[方法]以1年生油松幼苗为研究对象,设置4个水分胁迫等级处理,分别为对照组(CK)、轻度胁迫(RE25%)、中度胁迫(RE50%)和重度胁迫(RE75%),分析不同水分胁迫处理后油松幼苗的生长特性、水力功能及渗透调节物质含量的变化及其之间的相关关系。[结果](1)与CK相比,经过20个月的RE50%和RE75%处理后油松地上生物量分别显著降低19.1%和37.0%,地下生物量显著增加13.7%和23.9%。(2)CK、RE25%、RE50%和RE75%处理后油松幼苗新枝的抗栓塞水势阈值分别为-1.43,-2.04,-0.91,-0.58 MPa。(3)与CK相比,经过RE50%和RE75%处理后粗根内的可溶性糖含量分别显著增加123.3%和121.9%,淀粉含量分别显著增加15.0%和58.0%,非结构性碳水化合物(NSC)总量分别显著增加104.0%和83.2%。与CK相比,经过RE75%处理后新枝内脯氨酸含量显著降低43.0%,K+含量显著降低23.7%。(4)不同水分胁迫处理下各器官内渗透调节物质对水力功能变化的贡献依次为NSC、淀粉、可溶性糖、K+、管胞汁液内的脯氨酸和管胞汁液内的可溶性糖。[结论]轻度水分胁迫提高新枝的抗栓塞能力,而中度和重度水分胁迫下油松幼苗通过增加根内碳储存维持油松的生长代谢。油松各器官通过积累渗透调节物质提高细胞浓度,降低渗透势以适应水分胁迫环境。本研究加深了对油松抗旱机制的认识,为黄土高原油松人工林管理提供科学依据。

关键词：油松水分胁迫抗旱生理栓塞脆弱性渗透调节