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流域绿洲土壤盐分多模型反演效果评估

干旱区研究 2024年第7期41卷 1120-1130页

作者：龙威夷施建飞李双媛孙金金王玉刚中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049 中国科学院阜康荒漠生态系统国家站新疆阜康831505

为更好地实现区域土壤盐分的监测和治理,促进绿洲可持续发展,本文基于气候、地形、植被等相关数据,结合三工河流域平原绿洲土壤表层盐分调查,对比评估不同模型(随机森林,支持向量机,决策树,普通克里金)土壤盐分反演效果。结果表明:绿洲... 详细信息

为更好地实现区域土壤盐分的监测和治理,促进绿洲可持续发展,本文基于气候、地形、植被等相关数据,结合三工河流域平原绿洲土壤表层盐分调查,对比评估不同模型(随机森林,支持向量机,决策树,普通克里金)土壤盐分反演效果。结果表明:绿洲土壤样本盐分含量为0.29~30.18 g·kg^(-1),平均值为4.06 g·kg^(-1),变异系数为149.73%,属于强变异;随机森林模型相较于其他模型具有更高的反演精度,决定系数、均方根误差和绝对平均误差分别为0.73、1.89 g·kg^(-1)和1.49 g·kg^(-1);随机森林模型反演显示,高值区主要分布在西北部和中部区域,并且在9种环境协变量中,高程和地下水矿化度对土壤盐分反演精度影响较大。总的来说,以随机森林模型为手段的机器学习方法,不仅能够避免数据的平滑效应和图斑边界两侧的突变,还能有助于识别绿洲局部空间盐分状况,研究结果可为干旱区绿洲土壤盐渍化的长期监测提供技术和方法参考。

关键词：机器学习土壤盐分空间分布三工河流域干旱区

植被与土壤特征对青藏高原不同程度退化草地的响应

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生态学报 2024年第6期44卷 2504-2516页

作者：杜志勇丛楠中国科学院地理科学与资源研究所拉萨高原生态试验站北京100101 中国科学院大学北京100049

高寒草地作为青藏高原高寒生态系统的重要组分之一,其退化已严重影响到高原的可持续发展和草地恢复重建。搜集了2004—2022年间关于青藏高原高寒草地退化的64篇研究结果,包含土壤有机碳、生物量和多样性指数等16个指标的1403组数据,运用... 详细信息

高寒草地作为青藏高原高寒生态系统的重要组分之一,其退化已严重影响到高原的可持续发展和草地恢复重建。搜集了2004—2022年间关于青藏高原高寒草地退化的64篇研究结果,包含土壤有机碳、生物量和多样性指数等16个指标的1403组数据,运用meta分析解析了草地退化对土壤理化性质、植被生产力和物种多样性的影响,并对重度退化草地的土壤理化性质和植物生物量进行线性回归分析。结果表明:随着草地退化的加剧,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾、土壤含水量、地上生物量、地下生物量和植被高度显著下降;土壤容重显著上升;土壤pH、全钾在各个退化阶段没有明显差异;Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数整体呈下降趋势。土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾和土壤含水量与地上生物量、地下生物量存在显著的正相关;土壤容重与地上生物量、地下生物量呈显著的负相关;土壤pH与地上生物量、地下生物量呈负相关。因此,青藏高原高寒草地退化通过改变土壤理化性质而改变地上群落多样性和生物量,为阐明植被与土壤特征对草地退化的响应机制以及高寒退化草地的恢复提供了科学依据。

关键词：青藏高原草地退化植物群落土壤理化性质 meta分析

人工培育生物结皮形成和发育对单次降雨量变化的响应

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生态学报 2024年第2期44卷 723-732页

作者：赵燕翘连煜超许文文韩高玲赵洋中国科学院西北生态环境资源研究院沙坡头沙漠研究试验站兰州730000 中国科学院大学北京100049

人工生物土壤结皮(BSCs)是目前沙化土地治理的新方法和新模式,播撒天然BSCs碎片是培养人工BSCs的有效方法之一。降雨显著影响人工BSCs的拓殖和发育,已有的研究多集中于探讨降雨总量和频次对单一类别的人工BSCs的影响。而单次降雨量如何... 详细信息

人工生物土壤结皮(BSCs)是目前沙化土地治理的新方法和新模式,播撒天然BSCs碎片是培养人工BSCs的有效方法之一。降雨显著影响人工BSCs的拓殖和发育,已有的研究多集中于探讨降雨总量和频次对单一类别的人工BSCs的影响。而单次降雨量如何影响不同类别的人工BSCs生长发育,仍鲜见报道。以腾格里沙漠东南缘的天然藓类(N-M)、天然蓝藻-地衣(N-CL)、天然蓝藻(N-C)和人工蓝藻(A-C)结皮碎片作为培养人工BSCs的材料,探讨了1 mm、2 mm和5 mm的单次降雨量与不同类别BSCs碎片对人工BSCs的影响。结果表明,在3种单次降雨量处理下使用3种天然BSCs碎片和A-C结皮碎片均可成功培养人工BSCs,2 mm单次降雨量处理下人工BSCs的发育效果最好,而N-C和A-C较其他类别在培养早期具有较高的盖度(32.5%)和叶绿素a含量(11.39μg/cm2)。回归分析发现,人工BSCs的盖度与单次降雨量呈二项式相关;N-M和N-CL的厚度与单次降雨量呈二项式相关,N-C和A-C与单次降雨量呈对数相关;N-C的叶绿素a含量和单次降雨量呈线性正相关;N-M的松散结合胞外多糖含量和单次降雨量呈线性负相关;N-M和A-C的紧密结合胞外多糖含量和单次降雨量分别呈线性负相关和指数相关(P生态恢复时,应选择适宜的BSCs类别并优先选择人工BSCs碎片作为培养材料。

关键词：沙漠化人工生物土壤结皮单次降雨量蓝藻结皮生态恢复

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论沙丘植被过程的基本生态关系

应用生态学报 2024年第1期35卷 1-7页

作者：刘志民余海滨汪海洋中国科学院沈阳应用生态研究所乌兰敖都荒漠化防治生态试验站沈阳110016 翁牛特旗林业和草原局内蒙古赤峰024513

沙丘生态系统常常被认为是一种退化生态系统,自然植被恢复和稳定人工植被构建是沙丘生态系统恢复的基本手段。本文基于对沙丘生态系统长期研究结果,依从对立统一、动态变化哲学原理,结合相关生态学理论,从沙丘生态系统的独特性出发,提... 详细信息

沙丘生态系统常常被认为是一种退化生态系统,自然植被恢复和稳定人工植被构建是沙丘生态系统恢复的基本手段。本文基于对沙丘生态系统长期研究结果,依从对立统一、动态变化哲学原理,结合相关生态学理论,从沙丘生态系统的独特性出发,提出了进行植被塑造过程研究需要注意的若干生态关系。论述了尺度-格局-过程的耦联关系和协同-权衡关系的转化在植被塑造过程研究中的必要性,阐释了区分沙丘流动与沙丘固定、干扰与胁迫、风蚀与沙埋在植被过程研究中的重要性,并探究了生态位法则或中性法则在沙丘植被过程研究中的应用价值,从适沙性与耐旱性、生理与繁殖过程、有性与无性繁殖等方面论述了沙丘植被塑造过程研究应关注的问题,旨在为沙丘生态系统植被自然恢复和稳定植被建设搭建理论构架。

关键词：沙生植物旱生植物干扰胁迫风蚀沙埋生理繁殖权衡协同

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基于生态安全的我国土壤镉环境基准研究

地学前缘 2024年第2期31卷 130-136页

作者：丁昌峰周志高王玉荣张桃林王兴祥中国科学院南京土壤研究所江苏南京210008 中国科学院大学北京100049 中国科学院红壤生态实验站江西鹰潭335211

土壤镉(Cd)污染的生态安全问题不容忽视,我国目前尚缺乏基于生态风险的土壤Cd环境基准。本研究通过调研国内外关于土壤Cd的生态毒性研究,收集并筛选基于我国土壤的Cd毒性效应数据,采用物种敏感性分布法并结合Cd的生态毒性预测模型,推导... 详细信息

土壤镉(Cd)污染的生态安全问题不容忽视,我国目前尚缺乏基于生态风险的土壤Cd环境基准。本研究通过调研国内外关于土壤Cd的生态毒性研究,收集并筛选基于我国土壤的Cd毒性效应数据,采用物种敏感性分布法并结合Cd的生态毒性预测模型,推导不同用地方式下的土壤全量和EDTA提取态Cd生态安全环境基准。共收集与筛选出包含13个物种或生态过程的126个土壤Cd生态毒性数据,其中陆生植物毒性数据60个(6个物种)、无脊椎动物毒性数据39个(3个物种)、生态过程毒性数据27个(4种指标)。土壤Cd生态毒性预测模型研究结果表明,土壤pH是影响Cd生态毒性的最重要因子。自然保护地和农业用地、公园用地、住宅用地、商服及工业用地不同土壤pH值范围的土壤全量Cd生态安全基准分别为1.91~5.25、3.94~11.1、7.59~22.0和10.5~30.8 mg·kg^(-1),基于EDTA提取态Cd的生态安全基准分别为1.13~3.12、2.34~6.62、4.51~13.1和6.24~18.4 mg·kg^(-1)。研究结果可为我国土壤污染风险管控标准的制修订提供依据。

关键词：土壤镉生态毒性物种敏感性分布环境基准

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

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脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用

土壤学报 2024年第1期61卷 247-257页

作者：陈炳铭冯文婷王玉刚陈园园李彦中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室干旱区生态安全与可持续发展重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院新疆阜康荒漠生态系统国家野外科学观测研究站新疆阜康831505 中国科学院大学北京100049 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

脱硫石膏溶解产生的Ca^(2+)会和土壤中含碳的阴离子(CO_(3)^(2–)、HCO_(3)^(–))发生反应,最终将CO_(2)吸收并固定为土壤无机碳。脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用对实现“碳中和”具有重要意义。以新疆阜康三工河流域的荒漠碱土为... 详细信息

脱硫石膏溶解产生的Ca^(2+)会和土壤中含碳的阴离子(CO_(3)^(2–)、HCO_(3)^(–))发生反应,最终将CO_(2)吸收并固定为土壤无机碳。脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用对实现“碳中和”具有重要意义。以新疆阜康三工河流域的荒漠碱土为研究对象,以脱硫石膏为钙源物对0~20 cm土层进行改良。探究不同时间0~40 t·hm^(-2)脱硫石膏施用量下土壤无机碳(SIC)和土壤无机碳密度(SICD)的变化,从而研究碱土改良中的无机固碳作用。结果表明:施用脱硫石膏能显著减轻土壤碱害(pH下降),增加土壤盐分,同时具有无机固碳作用(SIC和SICD上升)(P<0.05)。脱硫石膏最佳施用量为30 t·hm^(-2),此时改良土层pH降至最低(8.24)。改良后0~46 d SIC含量相较对照组增加0.93 g·kg^(–1),SICD增加0.29 kg·m^(-2)(即CO_(2)固定量为1.06 kg·m^(-2))。改良过程中,脱硫石膏施用量与SIC、SO_(4)^(2–)和Ca^(2+)呈显著正相关(P<0.05),与pH、CO_(3)^(2–)、HCO_(3)^(–)和Na^(+)呈显著负相关(P<0.05)。气候因子对土壤无机固碳存在影响,增大相对湿度和降水量会抑制SIC含量和SICD增加,而增大风速、温度和太阳总辐射则有促进作用。研究结果为施用脱硫石膏改良碱土能增加土壤固碳潜力提供了直接证据。

关键词：土壤改良脱硫石膏固碳土壤无机碳碱土

荒漠生物结皮碳交换对模拟增温和降雨变化的响应

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中国沙漠 2024年第3期44卷 269-278页

作者：贺祯子徐冰鑫刘文静胡宜刚中国科学院西北生态环境资源研究院沙坡头沙漠研究试验站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

生物结皮是干旱荒漠区的重要地表覆被,在未来气候变化加剧的背景下,认识其主导的碳交换过程对于准确评估区域甚至全球碳平衡具有重要意义。尽管针对荒漠生物结皮碳循环过程如何响应全球气候变化已开展了一些研究,但仍缺少关于增温和降... 详细信息

生物结皮是干旱荒漠区的重要地表覆被,在未来气候变化加剧的背景下,认识其主导的碳交换过程对于准确评估区域甚至全球碳平衡具有重要意义。尽管针对荒漠生物结皮碳循环过程如何响应全球气候变化已开展了一些研究,但仍缺少关于增温和降水变化及其互作效应的试验研究。本文以腾格里沙漠东南缘的藓结皮和藻结皮为研究对象,基于野外模拟增温和5个降水梯度(2、5、8、13、20 mm)下总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(ER)和净生态系统碳交换量(NEE)的监测,评估其碳交换对未来气候变化的响应。结果表明:(1)增温仅显著影响藓结皮日NEE,降水变化显著影响两种生物结皮日GPP、ER和NEE,增温和降水变化之间没有互作效应。(2)5个降水梯度下,增温平均降低了20.8%藓结皮累积GPP,同时增加了9.9%累积ER,净效应表现为累积NEE平均增加102%;然而,增温提升了藻结皮264%GPP,提高藻结皮24.2%ER,其NEE没有显著变化。(3)藓结皮ER和NEE分别与温度和土壤湿度指数正相关和线性负相关,而增温条件下的藻结皮NEE与二者无显著相关关系。未来全球气候变暖可能会促进荒漠藓结皮的净碳固定,而对藻结皮净碳交换量没有显著影响。因此,在预测未来荒漠生态系统的碳收支时,应考虑不同生物结皮碳交换对气候变暖和降水变化的响应差异。

关键词：气候变化生物结皮碳收支互作效应

细菌群落主导沙漠公路防护林营造后的土壤功能变化

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生态学报 2024年第9期44卷 3612-3622页

作者：林力涛刘煜杰王玉刚张超冯文婷中国环境科学研究院生态文明理论研究中心北京100012 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院新疆阜康荒漠生态系统国家野外科学观测研究站阜康831505 北京林业大学草业与草原学院北京100083

防护林作为沙漠公路的安全保护屏障,其生长和应对胁迫所需的养分供给依赖于土壤微生物。以塔里木沙漠公路防护林和自然沙漠为研究系统,探究土壤细菌和真菌群落、两种生境共有和特有微生物物种变化对土壤物质循环功能的驱动作用。结果显... 详细信息

防护林作为沙漠公路的安全保护屏障,其生长和应对胁迫所需的养分供给依赖于土壤微生物。以塔里木沙漠公路防护林和自然沙漠为研究系统,探究土壤细菌和真菌群落、两种生境共有和特有微生物物种变化对土壤物质循环功能的驱动作用。结果显示,土壤细菌和真菌物种丰富度(P<0.01,P<0.01)及群落组成(P<0.05,P<0.01)均受防护林营造的显著影响,细菌物种丰富度的响应增幅为77.5%,高于真菌22.1%。细菌群落是导致土壤酶活性升高的显著驱动因素,而非真菌群落或环境因子;细菌物种丰富度(rho=0.46,P<0.01)和群落组成(rho=0.68,P<0.01)与土壤酶之间呈显著偏Mantel相关。共有细菌相对丰度(rho=0.47,P<0.01)和特有细菌物种丰富度(rho=0.36,P<0.01)是驱动土壤酶活性改善的关键因素,与土壤酶之间呈显著偏Mantel相关。研究表明,沙漠公路防护林土壤细菌而非真菌主导微生物群落的响应,细菌群落通过改变本地物种丰度和新物种数量来调控土壤功能。

关键词：多样性塔里木沙漠公路防护林细菌真菌土壤酶