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贺兰山西坡不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征

生态学报 2024年第7期44卷 2907-2918页

作者：赵娅茹吴梦瑶袁丽丽王晓勤杨娟陈林李学斌周金星万龙庞丹波宁夏大学生态环境学院西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏贺兰山森林生态系统国家定位观测研究站银川750021 宁夏大学林业与草业学院银川750021 北京林业大学水土保持学院云南建水荒漠生态系统国家定位观测研究站北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083 内蒙古贺兰山国家级自然保护区管理局阿拉善左旗750306

为探明旱区山地不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征,明确氨基糖对土壤有机碳库的贡献以及影响因素。以2021年8月在贺兰山西坡不同海拔(1848—2940 m)采集的土壤为研究对象,分析土壤理化性质、微生物群落结构、氨基糖含量、氨基糖对土壤有... 详细信息

为探明旱区山地不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征,明确氨基糖对土壤有机碳库的贡献以及影响因素。以2021年8月在贺兰山西坡不同海拔(1848—2940 m)采集的土壤为研究对象,分析土壤理化性质、微生物群落结构、氨基糖含量、氨基糖对土壤有机碳贡献变化特征以及引起该变化的驱动因素。结果表明:沿海拔梯度上升,土壤理化性质表现出显著差异,土壤含水率、有机碳、全氮表现为升高趋势,pH和容重表现为降低趋势,全磷无明显变化规律。沿海拔梯度上升,土壤真菌、细菌、放线菌以及丛枝菌根真菌磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids, PLFAs)含量表现为先增加后减少的趋势,在中海拔区域(2110—2360 m)微生物PLFAs含量更高。沿海拔梯度上升,总氨基糖含量和氨基糖单体(氨基葡萄糖、氨基半乳糖、胞壁酸和氨基甘露糖)分别表现为持续增加和先减少后增加的变化趋势,并且总氨基糖和氨基糖单体含量均在最高海拔达到峰值,中海拔区域真菌和细菌残体碳对土壤有机碳的贡献率均小于高海拔(2707—2940 m)和低海拔(1848—1910 m),且在不同海拔梯度上真菌残体碳对土壤有机碳贡献率占据主导地位。方差分解结果显示,土壤理化性质和微生物PLFAs含量共同解释了土壤氨基糖含量及对有机碳贡献率的55.2%,其中土壤理化性质解释变异的52.9%,微生物PLFAs含量解释变异的26.9%,冗余分析同步验证土壤理化性质是影响氨基糖及氨基糖对土壤有机碳贡献率的主要因素。本研究结果揭示了贺兰山西坡微生物驱动土壤有机碳存储与转化机制,可为进一步研究旱区山地微生物残体对土壤有机碳的贡献提供理论依据。

关键词：海拔梯度微生物群落土壤有机碳氨基糖贺兰山

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基于结构方程模型的森林生态系统空气负离子影响机制分析

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生态学报 2024年第4期44卷 1662-1670页

作者：蔡露露王聪慧张劲松孟平施光耀宁夏大学生态环境学院/西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地银川750021 平罗县乡村振兴服务中心石嘴山753400 宁夏银川城市森林生态系统国家定位观测研究站银川750021 中国林业科学研究院林业研究所/黄河小浪底国家森林生态系统定位站北京100091

空气负离子(Negative air ion, NAI)是衡量空气质量的重要指标之一,受到植被和环境的共同影响。然而,森林生态系统作为NAI产生的重要来源,森林中的植被和环境之间的相互作用以及对NAI的影响机制和贡献潜力仍难以捉摸。以暖温带森林生态... 详细信息

空气负离子(Negative air ion, NAI)是衡量空气质量的重要指标之一,受到植被和环境的共同影响。然而,森林生态系统作为NAI产生的重要来源,森林中的植被和环境之间的相互作用以及对NAI的影响机制和贡献潜力仍难以捉摸。以暖温带森林生态系统中广泛分布的栓皮栎(Quercus variabilis BI.)为对象,基于自动观测设备长期定位观测获取了气象、土壤性质、空气洁净度以及植被光合等数据,利用皮尔逊相关系数分析和偏最小二乘结构方程模型分析了森林植被和环境要素对NAI的影响机制和贡献潜力。结果表明,环境要素和植被光合对NAI的贡献差异显著,植被光合对NAI的贡献潜力为62.65%,环境要素对NAI的贡献率为37.35%。环境要素中太阳辐射和饱和水汽压差的影响程度最大,分别为68.94%和16.55%。植被光合和PM2.5主要通过直接效应影响NAI,而光合有效辐射、紫外辐射、土壤温湿度和饱和水汽压差主要通过间接效应影响NAI。因此,利用结构方程模型可以阐明植被光合与环境要素的变化对NAI的影响趋势,从而全面揭示了森林生态系统中植被产生NAI的作用机制以及环境对NAI的影响趋势,并为评估森林生态系统对NAI的贡献潜力提供理论基础。

关键词：空气负离子结构方程光合作用气象要素日光诱导叶绿素荧光

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贺兰山西坡不同植被类型土壤理化性质和酶活性特征

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浙江农林大学学报 2024年第4期41卷 787-796页

作者：杨娟刘占军任振强娜荷芽赵娅茹吴梦瑶陈林李学斌周金星万龙庞丹波宁夏大学林业与草业学院宁夏银川750021 内蒙古贺兰山国家级自然保护区管理局宁夏阿拉善左旗750306 宁夏大学生态环境学院/西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地/西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室/宁夏贺兰山森林生态系统国家定位观测研究站宁夏银川750021 北京林业大学水土保持学院/云南建水荒漠生态系统国家定位观测研究站/水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

【目的】探讨贺兰山西坡不同植被类型土壤理化性质对土壤酶活性的影响,为干旱区森林生态系统土壤酶活性变化、养分循环模式和调节机制研究提供参考依据。【方法】以贺兰山西坡土壤为研究对象,按照海拔梯度依次选择荒漠草原(海拔1349 m)... 详细信息

【目的】探讨贺兰山西坡不同植被类型土壤理化性质对土壤酶活性的影响,为干旱区森林生态系统土壤酶活性变化、养分循环模式和调节机制研究提供参考依据。【方法】以贺兰山西坡土壤为研究对象,按照海拔梯度依次选择荒漠草原(海拔1349 m)、灰榆Ulmus glaucescens林(1905 m)、蒙古扁桃Amygdalus mongolica灌丛(2134 m)、油松Pinus tabuliformis林(2150 m)、青海云杉Picea crassifolia-山杨Populus davidiana混交林(2160 m)、青海云杉林(2635 m)和亚高山草甸(2664 m)等7种典型植被类型。每个植被类型设置3个重复样地,通过野外调查取样与室内分析相结合的方法,对土壤理化性质(含水率、容重、pH、有机碳、铵态氮、全氮、全磷、有效磷)和酶活性(β-葡糖苷酶、纤维二糖水解酶、α-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、蔗糖酶、淀粉酶)进行测定,利用方差分析和冗余分析探明不同植被类型土壤酶活性质量分数差异,并分析其影响要素。【结果】0~10和10~20 cm土层土壤含水率、有机碳质量分数随海拔上升整体呈现上升趋势;而土壤容重随海拔上升在0~10与10~20 cm土层整体呈现下降趋势;土壤全磷、全氮、铵态氮和有效磷质量分数以及pH在0~10和10~20 cm土层中随海拔上升无显著变化规律;在不同海拔植被带0~10 cm土层土壤各酶活性高于10~20 cm土层;土壤纤维二糖水解酶与β-葡糖苷酶随海拔升高在0~10 cm土层呈上升趋势,淀粉酶活性随海拔升高在0~10 cm土层呈先升高后降低再升高趋势,而α-葡糖苷酶、β-木糖苷酶和蔗糖酶活性在不同植被带不同土层之间均变化幅度较小且差异不显著;在0~10与10~20 cm土层,土壤有机碳、全磷、铵态氮、含水率是土壤酶活性的主要影响因素。【结论】海拔梯度变化引起贺兰山西坡土壤理化性质显著变化,进而调控森林土壤酶活性沿海拔及土层分布的变化,其中土壤有机碳、pH及含水率是土壤酶活性的主要影响因素,能较好地解释土壤酶活性的海拔梯度差异。

关键词：贺兰山植被类型土壤酶活性理化性质

宁夏贺兰山国家级自然保护区生态系统服务功能评估

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林草资源研究 2024年第1期 25-33页

作者：李慧杰李婉婷王兵牛香梁咏亮李静尧中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所北京100091 国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 江西大岗山森林生态系统国家野外科学观测研究站江西分宜336606 宁夏贺兰山国家级自然保护区管理局银川750021 沈阳农业大学林学院沈阳110866

生态系统服务功能能够促进人与自然和谐共生,探究宁夏贺兰山国家级保护区生态系统服务功能对统筹山水林田湖草沙一体化保护和系统治理具有重要意义。以森林和草地生态系统长期观测研究与服务功能评估系列国家标准为基础,应用林业小班数... 详细信息

生态系统服务功能能够促进人与自然和谐共生,探究宁夏贺兰山国家级保护区生态系统服务功能对统筹山水林田湖草沙一体化保护和系统治理具有重要意义。以森林和草地生态系统长期观测研究与服务功能评估系列国家标准为基础,应用林业小班数据,结合分布式测算方法,选取保育土壤、林木养分固持、涵养水源、固碳释氧、净化大气环境等5项生态系统服务功能对保护区森林和草地生态系统进行效益评估。结果表明:宁夏贺兰山国家级自然保护区森林和草地生态系统服务功能物质量在空间分布格局中呈东北高、西南低的变化趋势;价值总量为28.27亿元/a,其中,涵养水源、保育土壤功能位列前2位,是宁夏贺兰山国家级自然保护区森林和草地生态系统的主要服务功能。保护区未来应进一步加强森林经营管理,合理优化树种结构和林龄结构,提升森林生态系统质量,充分发挥生态系统服务功能。

关键词：生态系统服务涵养水源价值评估服务功能

黑沙蒿应对降水变化的木质部与韧皮部协同响应机制

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植物生态学报 2024年第7期48卷 903-914页

作者：张富崇于明含张建玲王平丁国栋何莹莹孙慧媛北京林业大学水土保持学院北京100083 山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站山西临汾042200 宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站宁夏盐池751500 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083

探究不同降水情景下荒漠植物茎干解剖学结构的适应性调节,可以更好地理解未来降水格局变化下荒漠植物水和碳运输间的协调机制。该研究以毛乌素沙地黑沙蒿(Artemisia ordosica)种群为对象,通过野外人工控制降水的方法,模拟半干旱气候区... 详细信息

探究不同降水情景下荒漠植物茎干解剖学结构的适应性调节,可以更好地理解未来降水格局变化下荒漠植物水和碳运输间的协调机制。该研究以毛乌素沙地黑沙蒿(Artemisia ordosica)种群为对象,通过野外人工控制降水的方法,模拟半干旱气候区降水变化趋势,设置3个降水量水平(减水30%、自然降水、增水30%)以及2个降水间隔水平(降水间隔5 d、降水间隔15d)开展双因素完全随机实验,测定了黑沙蒿茎木质部与韧皮部解剖结构在不同降水情境下的轴向与径向变异。结果表明:1)在降水改变的情况下,黑沙蒿并未产生更抗栓塞的轴向木质部结构及传导效率更高的轴向韧皮部结构来适应环境;2)降水变化通过改变40–60 cm土层含水率对黑沙蒿的木质部、韧皮部径向解剖性状产生影响。在低水分生境下,黑沙蒿减小导管直径和增大导管壁厚度以保证水分运输的安全性,并且通过增大韧皮部筛管面积来维持韧皮部导度保证碳的有效运输,以此保证黑沙蒿进行正常的生理活动;3)黑沙蒿木质部导管和韧皮部筛管具有等标度的轴向缩放规律,二者协同关联共同维持水力功能,且这种相关关系不受降水变化的影响。该研究表明,黑沙蒿通过改变径向茎干结构而不是轴向结构来适应降水的改变。

关键词：降水变化黑沙蒿木质部韧皮部异速生长

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基于无人机遥感影像和面向对象技术的荒漠草原植被分类

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草业学报 2024年第7期33卷 1-14页

作者：佘洁沈爱红石云赵娜张风红何洪源吴涛李红霞马益婷朱晓雯宁夏大学地理科学与规划学院宁夏银川750021 宁夏大学林业与草业学院宁夏银川750021 银川市银西生态防护林管护中心宁夏银川750021 宁夏贺兰山国家级自然保护区管理局宁夏银川750021

探究适合荒漠草原植被遥感分类方法,明确荒漠草原地区植物物种类型及其分布状况,可以提高荒漠草原精细化生物多样性监测能力,对于荒漠草原的保护管理与生态可持续发展均具有重要意义。以贺兰山东麓洪积扇荒漠草原典型植被短花针茅、松... 详细信息

探究适合荒漠草原植被遥感分类方法,明确荒漠草原地区植物物种类型及其分布状况,可以提高荒漠草原精细化生物多样性监测能力,对于荒漠草原的保护管理与生态可持续发展均具有重要意义。以贺兰山东麓洪积扇荒漠草原典型植被短花针茅、松叶猪毛菜、刺旋花、斑子麻黄为研究对象,利用无人机遥感影像,采用面向对象的分类回归树(classification and regression tree,CART)、K最邻近(K-nearest neighbor,KNN)、随机森林(random forest,RF)和支持向量机(support vector machine,SVM)分类方法,结合特征优选算法对影像特征进行优选,在此基础上选择最优特征进行荒漠草原植被精细化分类研究。结果表明:1)特征优选能够有效提高分类精度,应予以充分利用,当选取的特征组合为贡献度大于1.00%时,分类精度最高;2)基于无人机遥感影像挖掘的植被光谱、纹理特征,结合面向对象分类方法能有效实现贺兰山东麓荒漠草原典型植被精细化分类,其中RF分类精度最高,分类总体精度达到87.77%,Kappa系数为0.79。研究结果可为荒漠草原植被分类研究提供参考,对荒漠草原生物多样性保护管理与生态可持续发展均具有重要意义。

关键词：无人机遥感面向对象特征优选荒漠草原植被分类

自然状态下栓皮栎林空气负离子与PM_(2.5)的关系

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应用生态学报 2024年第2期35卷 347-353页

作者：蔡露露孙守家施光耀杜灵通倪细炉张劲松孟平宁夏大学生态环境学院/西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地银川750021 宁夏平罗县乡村振兴服务中心宁夏石嘴山753400 中国林业科学研究院林业研究所北京100091 河南小浪底森林生态系统国家野外科学观测研究站河南济源454650

近年来,PM_(2.5)污染成为大气污染的主要来源,长期暴露在高浓度PM_(2.5)的环境中会对人体造成严重损害。空气负离子(NAI)作为改善空气质量的“维生素”,是衡量一个地区空气清洁程度的重要指标。然而,气象条件和植被类型的复杂多变,导致P... 详细信息

近年来,PM_(2.5)污染成为大气污染的主要来源,长期暴露在高浓度PM_(2.5)的环境中会对人体造成严重损害。空气负离子(NAI)作为改善空气质量的“维生素”,是衡量一个地区空气清洁程度的重要指标。然而,气象条件和植被类型的复杂多变,导致PM_(2.5)与NAI的关系存在诸多不确定性。本研究以暖温带典型造林树种栓皮栎为研究对象,基于2019和2020年6—9月森林植被叶面积相对稳定条件下定位观测获取的NAI、PM_(2.5)和气象数据,研究气象条件相对稳定状态下PM_(2.5)和NAI的时空变化特征,确定PM_(2.5)与NAI的关系,阐明自然状态下PM_(2.5)对NAI的影响机制。结果表明:NAI随PM_(2.5)的升高呈指数下降趋势,二者呈显著负相关关系,回归方程为y=1148.79x-0.123。在PM_(2.5)浓度为0~20、20~40、40~80、80~100和100~120μg·m^(-3)范围内,NAI的下降率分别为40.1%、36.2%、9.4%、2.4%、5.1%和6.8%。应用敏感性分析发现,PM_(2.5)浓度0~40μg·m^(-3)范围是影响NAI的敏感区间。研究结果可为深入了解NAI对环境因素的响应机制提供科学依据。

关键词：森林生态系统空气负离子 PM_(2.5) 影响机制环境污染

基于随机森林算法的贺兰山东麓洪积扇微地形分类研究

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第四纪研究 2024年

作者：李红霞石云沈爱红马益婷梁咏亮李晓娟董军赵娜佘洁王彤张风红郭瑞宁夏大学地理科学与规划学院宁夏大学林业与草业学院宁夏贺兰山国家级自然保护区管理局银川市勘察测绘院银川市银西生态防护林管护中心

微地形影响水热分布,形成不同的表面砾石、灌木,草本等组成分布特征,提取洪积扇微地形,构建洪积扇区微地形数字分类体系,可以为洪积扇地区土壤水热空间异质性,植物群落的空间分布,水源涵养能力,土地利用分析提供依据。本研究以贺兰山东... 详细信息

微地形影响水热分布,形成不同的表面砾石、灌木,草本等组成分布特征,提取洪积扇微地形,构建洪积扇区微地形数字分类体系,可以为洪积扇地区土壤水热空间异质性,植物群落的空间分布,水源涵养能力,土地利用分析提供依据。本研究以贺兰山东麓洪积扇为研究区,根据其地表形态、相对高差、砾石粒径大小以及植被组成,将洪积扇划分为冲积台地、高漫滩、冲沟、槽滩等4种微地形分类体系;以高精度DEM数据和无人机遥感影像为数据源,应用面向对象技术与数字地形分析结合的微地形识别与分类的方法,提取微地形的光谱、地形、纹理、几何等特征信息,通过影像分割、特征优选、随机森林（Random Fore st,RF）分类算法,对贺兰山东麓洪积扇微地形进行识别分类,并验证分类精度。结果表明:1)融合地形特征的微地形面向对象分类的最优分割尺度为35;2)光谱特征和地形特征在贺兰山洪积扇微地形分类时重要性程度高,对微地形识别贡献度大;3)RF对微地形识别分类的效果最佳,总体精度为89.17%,Kappa系数为0.8480;4)微地形空间分布以高漫滩为主,广泛分布于洪积扇顶部,面积0.1224 km2,约占整个研究区总面积51.09%,冲积台地和槽滩的面积为0.0484 km2、0.0528 km2,分别占总面积的20.24%、22.23%;冲沟分布最少,仅占总面积6.42%。总体上微地形的空间格局呈现地形类别之间交叉镶嵌分布特征。研究结果可以用于分析贺兰山洪积扇地区的微地形空间分布格局差异,为荒漠草原生态系统中地形复杂地区的洪积扇生态本底环境监测与水源涵养提供科学依据,对贺兰山东麓洪积扇生态系统的合理利用与科学管理具有重要意义。

关键词：洪积扇微地形随机森林数字地形分析特征优选

林窗大小对青海云杉林灌草层维管植物物种多样性的影响

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生态学杂志 2024年第8期43卷 2382-2394页

作者：沙欢梁咏亮彭妞高锋李静尧魏文轩庞丹波陈林宁夏大学林业与草业学院银川750021 西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地银川750021 西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750021 宁夏贺兰山国家级自然保护区管理局银川750021 宁夏大学生态环境学院银川750021

林窗普遍存在于森林生态系统中,是物种更新的重要空间场所,可改变森林空间结构和植物群落组成,对物种更新和森林演替具有重要意义。以贺兰山青海云杉林为研究对象,通过分析24对不同大小林窗及林内灌木层和草本层的物种多样性差异及分布... 详细信息

林窗普遍存在于森林生态系统中,是物种更新的重要空间场所,可改变森林空间结构和植物群落组成,对物种更新和森林演替具有重要意义。以贺兰山青海云杉林为研究对象,通过分析24对不同大小林窗及林内灌木层和草本层的物种多样性差异及分布格局,阐明林窗大小对青海云杉林维管植物物种多样性的影响,揭示林窗和林内灌木-更新幼苗-草本共生物种的互作网络差异。结果表明:青海云杉林下灌木植物以置疑小檗、铺地柏、金露梅、小叶忍冬为主要优势种,更新层为青海云杉幼苗和杜松幼苗,薹草是草本层的优势种;林窗物种数高于林内,以大林窗的灌、草层科属种数最高;灌木层丰富度指数随林窗面积的增加而增大,多样性指数在中林窗(100~200m^(2))达到最高,优势度指数、均匀度指数随林窗面积的增加呈下降趋势;草本层丰富度指数、多样性指数、优势度指数、均匀度指数均随林窗面积的增加而增大并显著高于林内;Beta多样性随林窗面积的增加呈先降低后增加趋势,分解后的丰富度差异组分对灌木层、草本层贡献最大,且随林窗面积的增加呈上升趋势;林窗网络结构较林内的规模大、复杂且集中;不同大小林窗及林内多形成以草本与草本物种间互作的密切共生关系,中林窗的出现还可增加更新幼苗、灌木与草本物种间的互作共生;林窗对提高贺兰山青海云杉林灌草层维管植物多样性、促进物种共生起着积极作用,当林窗面积在100~200 m^(2)时可提高物种多样性和促进林下植被更新。

关键词：林窗 Alpha多样性 Beta多样性共生指数互作网络